[发明专利]一种柱状电池耐高温系统

说明书

本发明提出了一种柱状电池耐高温系统，属于电化学领域，包括电池壳、耐高温隔膜和耐高温电解液，三部分组合成为一个耐高温系统。本发明一种柱状电池耐高温系统，包括耐高温电池壳、耐高温隔膜和耐高温电解液，本系统全面的考量了不同部件在不同使用温度的相互适应性，避免了各个部分不兼容的情况。电池经高温贮藏老化试验后，无明显自放电现象，初始电压保持较好，放电性能也没有受到高温的影响。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种柱状电池耐高温系统。

背景技术

随着石油、天然气勘探、开采难度的加大和智能化程度的提高，常规电源无法满足为地下资源勘探智能监控、石油天然气管道检修、工业遥感、GPS监控、油井矿井的钻井动力系统仪表、油井矿井钻探等高温环境下的压力测量等方面的设备供电。石油钻探传感器面临着使用环境温度高，使用过程中剧烈振动和承受大的加速度等，因此对供电电源也提出了新的要求。

柱状电池由于单位能量密度大，在工作中的稳定性能好，被广泛应用于工业领域和高端消费电子领域。目前的柱状电池主要由电池壳、正负极片、隔膜和电解质组成，其中隔膜材质为聚丙烯，通常电池使用温度低于80℃。但在许多工业条件下，要求电池在高温条件下也能正常工作，近年来石油勘探开采快速发展，电子技术大量运用于石油仪器设备中，对与之配套的电池技术要求越来越高，石油、天然气钻探设备(如井下电子压力计)的工作温度为150℃，甚至高达200℃。传统柱状电池随着环境温度的升高，电池的自放电会增大，放电时也会有较大的电压波动，在高温条件下普通电解液会发生快速分解，造成电池性能迅速恶化直至损坏，同时高温也会加剧密封圈和隔膜的老化，缩短电池使用寿命。

目前柱状电池的电解液，多采用六氟磷酸锂(LiPF₆)为锂盐，多种碳酸酯按一定比例混合为溶剂。在高温条件下(温度≥80℃)时，LiPF₆会发生分解，生成氟化氢(HF)和五氟化磷(PF₅)。一方面，HF会腐蚀柱状电池的不锈钢外壳；另一方面，HF会溶解二次电池负极表面的SEI膜并产生气体。PF₅会与碳酸酯上的碳氧双键反应，导致碳酸酯类溶剂发生分解。隔膜多采用聚丙烯材料，聚丙烯材料在高温条件下，会发生软化、变形、老化，机械性能急剧降低，可能造成电池漏液、内部短路，发生起火、爆炸等事故。

当前的技术方案均为针对性的解决单一缺陷，并未整体性、系统性解决柱状电池的不耐高温问题。现有隔热材料层的技术，一方面，所能阻隔的高温温度较低，满足不了某些传感器较高的使用温度。另一方面，隔热材料层会额外增加柱状电池的体积，由于传感器对部件的体积有严格的要求，因此此种技术难以应用到传感器中。现有耐高温隔膜的技术，仅考虑了隔膜在高温下的机械强度是否有衰减，并未考虑耐高温隔膜对于耐高温电解液的配套性，和对不同种电解液的适应性。现有耐高温电解液技术，其所能承受的高温，已无法满足现今所需要的高温环境使用温度，同时需要考虑隔膜的配套性和适应性。

CN109687021A公开了一种耐高温锂离子电池非水电解液，耐高温电解液中含有常规成膜添加剂和耐高温添加剂，此耐高温电解液中含有常规成膜添加剂和耐高温添加剂，耐高温添加剂能优先于溶剂在正负极材料表面氧化还原成膜，抑制保护膜在高温下的裂解，防止电解液与正负极材料发生氧化还原反应，提升电池的使用寿命。CN205194767U公开了一种多层耐高温隔膜，其特点是聚乙烯为基层，在聚乙烯层外侧有聚氧乙烯层和聚酰亚胺层，并均匀分布有微孔，与普通聚丙乙烯隔膜相比，此种多层耐高温隔膜具有优良的耐高温特性、化学稳定性和低膨胀系数等，将极限使用温度从80℃提高到150℃。CN108736104A公开了一种基于相变材料和绝热材料的耐高温电池，相变材料层包裹电池的外壁，绝热层包裹在相变材料层的外部，通过绝热层的阻隔和相变材料层的吸热，使电池保持在合适的工作温度。上述三个专利，均在某一方面提升了柱状电池的耐高温性能，但没有整体地、成系统地考虑电池壳、隔膜和电解液之间的适应性。

发明内容