权利要求
壳体，铝壳体的内部具有容纳腔;
电极组件，容纳于在容纳腔中，所述电极组件包括第一极片、第二极片以及设于第一极片和第二极之间的复合隔离膜，所述第一极片包括第一集流体和设于第一集流体侧部的第一活性材料层，所述第二极片包括第二集流体和设于第二集流体侧部的第二活性材料层，所述第一集流体的表面设有均匀分布有多个微型凹槽，所述复合隔离膜由陶瓷涂层隔膜层、耐高温聚合物隔膜层和疏水透气隔膜层组成。
2.根据权利要求1所述的耐高温性能磷酸铁锂铝壳电池，其特征在于：所述陶瓷涂层隔膜层的涂层厚度为1-5微米，且面向第一极片，所述耐高温聚合物隔膜层选用聚酰亚胺材料，厚度为10-30微米，且所述耐高温聚合物隔膜层位于陶瓷涂层隔膜层和疏水透气隔膜层的中间，所述疏水透气隔膜层选用采用聚四氟乙烯材料，厚度为5-20微米，且面向第二极片。
3.根据权利要求1所述的耐高温性能磷酸铁锂铝壳电池，其特征在于：所述壳体的内壁均匀分布有多个散热鳍片。
4.根据权利要求1所述的耐高温性能磷酸铁锂铝壳电池，其特征在于：所述第一活性材料层采用采用磷酸铁锂作为主材，所述第二活性材料层采用石墨为主材，且所述第一活性材料层的克容量小于第二活性材料层的克容量。
5.根据权利要求1所述的耐高温性能磷酸铁锂铝壳电池，其特征在于：在壳体内部的电解液中添加有碳酸亚乙烯酯液，以使第一极片和第二极片的表面形成有固体电解质界面膜。
6.根据权利要求1所述的耐高温性能磷酸铁锂铝壳电池，其特征在于：所述第一集流体选用厚度为8-16微米的铝箔，所述第二集流体，采用厚度为6-12微米微米的铜箔，且在铜箔表面镀覆一层厚度为1-3微米的镍层。
7.根据权利要求1所述的耐高温性能磷酸铁锂铝壳电池，其特征在于：所述第一活性材料层上设有第一极耳，所述第二活性材料层上设有第二极耳。
说明书
技术领域
[0001]本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及耐高温性能磷酸铁锂铝壳电池。
背景技术
[0002]在现有电池技术中，锂离子电池以其能量密度、充放电性能等优势占据重要地位。其中，方形锂离子电池的电极组件装配工艺(如叠片或卷绕)在实现电池紧凑结构与高效性能方面起到关键作用。
[0003]但在实际运行时，电极组件因内部受电化学反应生热以及外部环境热传递等因素影响，容易导致温度持续攀升。这不仅加速电池内部材料老化、引发电解液分解等副反应，导致电池容量衰减加剧、循环寿命缩短，还可能因热失控引发安全隐患，如短路、起火等。
实用新型内容
[0004]本实用新型针对现有技术存在的不足，提供了耐高温性能磷酸铁锂铝壳电池，具体技术方案如下：
[0005]壳体，铝壳体的内部具有容纳腔;
[0006]电极组件，容纳于在容纳腔中，所述电极组件包括第一极片、第二极片以及设于第一极片和第二极之间的复合隔离膜，所述第一极片包括第一集流体和设于第一集流体侧部的第一活性材料层，所述第二极片包括第二集流体和设于第二集流体侧部的第二活性材料层，所述第一集流体的表面设有均匀分布有多个微型凹槽，所述复合隔离膜由陶瓷涂层隔膜层、耐高温聚合物隔膜层和疏水透气隔膜层组成。
[0007]作为上述技术方案的改进：所述陶瓷涂层隔膜层的涂层厚度为1-5微米，且面向第一极片，所述耐高温聚合物隔膜层选用聚酰亚胺材料，厚度为10-30微米，且所述耐高温聚合物隔膜层位于陶瓷涂层隔膜层和疏水透气隔膜层的中间，所述疏水透气隔膜层选用采用聚四氟乙烯材料，厚度为5-20微米，且面向第二极片。
[0008]作为上述技术方案的改进：所述壳体的内壁均匀分布有多个散热鳍片。
[0009]作为上述技术方案的改进：所述第一活性材料层采用采用磷酸铁锂作为主材，所述第二活性材料层采用石墨为主材，且所述第一活性材料层的克容量小于第二活性材料层的克容量。
[0010]作为上述技术方案的改进：在壳体内部的电解液中添加有碳酸亚乙烯酯，以使第一极片和第二极片的表面形成有固体电解质界面膜。
[0011]作为上述技术方案的改进：所述第一集流体选用厚度为8-16微米的铝箔，所述第二集流体，采用厚度为6-12微米微米的铜箔，且在铜箔表面镀覆一层厚度为1-3微米的镍层。
[0012]作为上述技术方案的改进：所述第一活性材料层上设有第一极耳，所述第二活性材料层上设有第二极耳。
[0013]本实用新型的有益效果：
[0014]1、本申请通过采用多层复合隔膜结构，陶瓷涂层隔膜层面向正极，有良好热稳定性和离子传导性，防止正负极高温下短路;耐高温聚合物隔膜层在中间，可承受高温不收缩破裂;疏水透气隔膜层面向负极，防止电解液过度浸润短路并能排出高温气体维持压力平衡，保障电池安全。
[0015]2、通过电解液添加碳酸亚乙烯酯，协同提高循环性能，确保高温稳定工作，抑制铁离子析出，避免自放电增加、容量衰减等问题，还促进形成稳定SEI膜保护电极。特定老化工艺进一步稳固SEI膜，强化电池高温耐受性，相比传统电池在高温环境优势突出。
[0016]3、铝壳具有良好机械强度、较轻重量和散热性能，为电池芯体提供物理防护并助于散热;壳体内壁的散热鳍片进一步增强散热效果，提升电池在高温环境下的稳定性和安全性。
附图说明
[0017]图1为本实用新型整体的结构示意图;
[0018]图2为本实用新型中电极组件的结构示意图;
[0019]图3为本实用新型中第一极片的结构示意图;
[0020]图4为本实用新型中复合隔离膜的结构示意图。
[0021]附图标记：1、壳体;2、电极组件;21、第一极片;211、第一集流体;210、微型凹槽;212、第一活性材料层;22、复合隔离膜;221、陶瓷涂层隔膜层;222、耐高温聚合物隔膜层;223、疏水透气隔膜层;23、第二极片;4、第二极片;3、散热鳍片。
具体实施方式
[0022]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0023]实施例
[0024]请参照图1-图4，本实用新型的耐高温性能磷酸铁锂铝壳电池核心组件包括壳体1和电极组件2。壳体为铝制，铝制壳体1作为电池外部封装结构，其内部设计的容纳腔为电极组件2提供稳定的安装空间，确保各部件在机械防护与化学环境隔离方面得到有效保障，防止外部杂质、湿气等对电池内部电化学体系的干扰，同时为热量传递与散发提供一定路径。
[0025]具体的，第一集流体211的表面设有均匀分布有多个微型凹槽210。
[0026]形成的微型凹槽结构，其深度可控制在0.2-2微米之间，宽度在0.2-3微米之间。
[0027]从增大接触面积角度来看，这些微小凹槽极大地增加了铝箔表面的粗糙度，相较于未经处理的光滑铝箔表面，当第一正极活性材料(如经过特殊掺杂与包覆处理的磷酸铁锂)涂覆在其上时，活性材料能够更好地填充到凹槽之中，使得铝箔与活性材料之间的实际接触面积显著增大。
[0028]从缓解热应力方面来讲，在电池处于高温环境下工作时，正极活性材料以及其他相关组件会因热膨胀而产生体积变化，进而对集流体铝箔施加应力。而这些均匀分布的微小凹槽结构就如同一个个微小的“缓冲空间”，能够容纳部分因热膨胀产生的材料变形，使得应力得以分散，避免应力在局部过度集中而导致铝箔出现翘曲、破裂等损坏情况，从而增强了正极整体结构在高温下的稳定性，保障电池在高温工况下依然能够稳定、可靠地进行充放电操作，延长电池的使用寿命。
[0029]具体的，电极组件2作为电池能量转换的核心部分，由第一极片21、第二极片4及夹设于二者之间的复合隔离膜22紧密构成。第一极片21的结构设计中，第一集流体211选用特定厚度(8-16微米)的铝箔，其良好的导电性与适宜的机械强度为第一活性材料层212提供稳定的电子传输支撑与物理附着基础。第一活性材料层212以磷酸铁锂为主要成分，通过精细调控其晶体结构、粒径分布等微观参数，优化锂离子在充放电过程中的嵌入与脱出动力学过程，且其克容量经设计小于第二活性材料层，以实现电极间的容量匹配平衡与高效协同工作。
[0030]具体的，第二极片4的第二集流体采用厚度为6-12微米的铜箔，并在其表面镀覆一层1-3微米厚的镍层。铜箔的高导电性有助于电子快速传导，镍层则在增强集流体耐腐蚀性、改善与活性材料层界面结合性能方面发挥关键作用，确保电极反应过程中电子传递的稳定性与持续性。第二活性材料层选用石墨，其独特的层状晶体结构赋予其丰富的锂离子存储位点，大克容量特性使其能与正极材料在充放电循环中实现良好的容量匹配，保障电池整体能量输出与输入的高效性。
[0031]具体的，复合隔离膜22是保障电池安全稳定运行的关键防线，由陶瓷涂层隔膜层221、耐高温聚合物隔膜层222和疏水透气隔膜层223有序复合而成。
[0032]陶瓷涂层隔膜层221(以氧化铝为典型陶瓷材料，涂层厚度精准控制在1-5微米)紧密面向第一极片21(正极)。在高温环境下，其凭借优异的热稳定性有效维持隔膜结构完整性，防止因温度升高导致隔膜软化、变形而引发正负极直接接触短路;同时，其良好的离子传导性能确保锂离子在正负极间的顺畅传输，维持电池充放电过程的正常进行，在保障电池安全性的同时不影响电池电化学性能发挥。
[0033]耐高温聚合物隔膜层222选用高性能聚酰亚胺材料，厚度设计在10-30微米范围。聚酰亚胺材料具有突出的耐高温特性，可耐受高达数百度的高温而不发生明显的热收缩、破裂等失效行为，在电池高温工况下为电极组件2提供可靠的物理隔离屏障，有效阻止正负极相互接触引发的内部短路风险，确保电池在高温环境下的结构稳定性与安全性，成为电池耐高温性能的核心支撑层之一。
[0034]疏水透气隔膜层223采用聚四氟乙烯材料，厚度为5-20微米，面向第二极片23(负极)。其疏水性能有效防止电解液过度浸润隔膜，避免因电解液在隔膜孔隙中形成连续液膜而引发的短路问题;同时，其透气性能在电池内部因高温产生气体时发挥关键作用，可适度排出气体，精准维持电池内部压力平衡，防止因气体积聚导致电池鼓胀、破裂等安全隐患，确保电池在高温运行过程中的稳定性与可靠性。
[0035]优选的，壳体1的内壁创新性地均匀分布有多个散热鳍片3。这些散热鳍片3通过增大壳体1与外部环境的接触面积，显著提升电池散热效率。在电池工作过程中，电极组件2产生的热量可快速传递至壳体1，散热鳍片3借助自然对流或强制风冷等散热方式，将热量高效散发至周围环境，有效降低电池内部温度，缓解高温对电池性能的负面影响，进一步增强电池在高温环境下的持续工作能力与稳定性。
[0036]在壳体1内部的电解液中精准添加有ODFB，VC(碳酸亚乙烯酯)关键添加剂。这在电池循环性能提升方面，通过参与电极表面SEI膜形成过程中的化学反应，优化SEI膜的组成与结构，使其更加致密、稳定，有效减少锂离子在电极/电解液界面的迁移阻力，降低电极极化现象，从而确保电池在多次充放电循环后仍能保持较高的容量保持率，显著延长电池使用寿命。
[0037]在高温性能增强方面，碳酸亚乙烯酯添加剂可有效抑制铁离子从正极材料(磷酸铁锂)中的析出。在高温环境下，铁离子析出易引发电池自放电增加、容量快速衰减等严重问题，而这两种添加剂通过与磷酸铁锂表面的活性位点相互作用，改变铁离子的溶解-沉积平衡，阻止铁离子进入电解液，确保电池在35℃-60℃高温区间内稳定工作，维持电池性能的稳定性与可靠性，为电池在高温应用场景下的安全高效运行提供有力保障。
[0038]此外，第一活性材料层212上设置有第一极耳，第二活性材料层上配备第二极耳。极耳作为电池内部电极与外部电路连接的关键部位，其设计与制造需确保良好的导电性、机械稳定性与密封性。通过优化极耳材料、结构与连接工艺，保障电池在充放电过程中电流的顺畅传输，实现电池与外部设备的高效能量交互，同时避免因极耳部位接触不良、腐蚀等问题引发的电池性能下降或安全隐患。
[0039]具体地，电极组件2中的第一极片21(正极)采用磷酸铁锂作为主材，且正极材料的克容量>150mAh/g，第二负极石墨作为主材，且负极材料的克容量>350mAh/g。
[0040]具体地，通过优化磷酸铁锂材料本身的晶体结构以及粒径等参数，保障了其在充放电过程中能够高效地进行锂离子的嵌入与脱出，从而为电池提供较高的能量密度。石墨独特的层状结构为锂离子的存储提供了丰富的位点，大的克容量能够更好地匹配正极的充放电过程，提升整个电池的充放电性能。
[0041]进一步地，为了改善电池的循环性能，本申请着重对正极配比中的导电剂比例进行了优化调整，将导电剂在正极材料中的占比控制在0.5%-2%范围内。合适比例的导电剂能够显著提升正极材料的电子导电性，减少电极极化现象，从而使得在反复充放电过程中，锂离子的传输更加顺畅，进而提高电池整体的循环寿命。
[0042]在对本申请的电极材料制备工艺中：
[0043]1.第一正极片制备流程：首先，依据化学计量比，使用高精度电子天平称取磷酸铁锂粉末作为正极主材，确保材料纯度与化学组成符合设计要求。随后，按照设定的导电剂占比(0.5%-2%)范围，选取合适的导电剂(如高导电性的导电炭黑、具有独特微观结构的碳纳米管或二者按特定比例复合)，并准确称取相应质量。
[0044]接着，加入适量的粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)，将上述材料共同置于有机溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，利用高速搅拌设备在特定转速与时间条件下进行充分搅拌混合，使各成分均匀分散，形成初步混合浆料。
[0045]之后，将混合浆料转移至球磨设备中，在优化的球磨工艺参数(如球料比、球磨时间、球磨转速等)下进行精细球磨处理，进一步细化颗粒尺寸、改善材料均匀性，获得均匀细腻的正极浆料。最后，采用高精度涂布设备将正极浆料均匀涂覆在厚度为8-16微米的铝箔集流体上，控制涂覆厚度与均匀性，经严格的干燥工艺(如真空干燥、热风干燥等，控制干燥温度、时间与气氛)去除有机溶剂，再通过精确辊压工序调整极片厚度与孔隙率，确保正极片克容量>150mAh/g，且满足电池性能对正极片物理与电化学性能的综合要求。
[0046]2.第二负极片制备步骤：选用优质石墨材料作为负极主材，经严格筛选确保石墨晶体结构完整性与纯度。称取适量石墨后，加入由羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)按特定比例组成的粘结剂以及适量分散剂等添加剂，一同置于合适的有机溶剂中，利用强力搅拌设备进行分散混合，形成负极浆料。采用与正极片类似的涂覆工艺，将负极浆料均匀涂覆在厚度为6-12微米的铜箔集流体上，铜箔表面预先镀覆一层1-3微米厚的镍层以增强界面结合与耐腐蚀性。涂覆后经干燥、辊压等工序，制备出克容量>350mAh/g的负极片，保证负极片具有良好的锂离子存储与释放性能、机械强度与导电性，满足与正极片协同工作的要求。
[0047](二)电解液配制方法：将锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)精确称取后，缓慢溶解于由碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等按特定比例混合而成的有机溶剂体系中，利用磁力搅拌器或循环搅拌设备在特定温度与搅拌速度下持续搅拌，确保锂盐充分溶解并达到规定浓度。随后，按照严格的添加量标准，分别向电解液中加入ODFB，VC碳酸亚乙烯酯添加剂，继续搅拌一定时间，使添加剂均匀分散于电解液中，形成优化后的电解液。在配制过程中，需严格控制环境湿度、温度与洁净度，防止杂质混入影响电解液性能，确保电解液具备良好的离子导电性、化学稳定性与热稳定性，为电池提供稳定的电化学环境。
[0048]本申请针具体在电池组装及老化程序过程中：
[0049]1.组装流程：在洁净度达标的手套箱或干燥间环境中，将制备好的正极片、负极片以及隔膜(如选用具有良好化学稳定性与孔隙结构的聚乙烯或聚丙烯多孔隔膜)按照精确设计的顺序进行叠片或卷绕组装操作。组装过程中，确保各层之间紧密贴合、无褶皱或偏移，维持电极组件2结构完整性与一致性。将组装好的电极组件2小心放入铝壳中，利用高精度注液设备向壳体1内注入配制好的电解液，控制注液量与速度，确保电解液充分浸润电极组件2且无泄漏风险。最后，通过先进的封装工艺(如激光焊接、热封等)对铝壳进行密封，完成未老化的电池成品制备，确保电池在机械结构与化学密封方面达到设计标准，防止外部环境对电池内部的侵蚀与干扰。
[0050]2.老化处理过程：将分容后的电池平稳放置于温度可精确控制在35℃-60℃的恒温箱中，利用专业充放电设备将电池荷电状态精准调节至100%SOC。在此条件下，进行24-72小时的老化处理。在老化过程中，电池内部电极与电解液之间发生一系列复杂的物理化学变化，如SEI膜的进一步生长、稳定与优化，电极材料晶体结构的微调等。通过严格控制老化温度、时间与荷电状态等参数，促进电池内部各组成部分之间的协同作用，使SEI膜更加稳定、致密，有效提升其在高温环境下对电极的保护能力，减少锂离子在电极/电解液界面的消耗与副反应，从而优化电池整体耐高温性能与循环性能，确保电池在高温应用场景下的可靠性与耐久性。
[0051]对于本申请电池组装及老化可按以下步骤：
[0052]一、将制备好的正极片、负极片以及隔膜(例如采用聚乙烯或聚丙烯多孔隔膜)按照一定的顺序进行叠片或者卷绕组装，放入铝壳中，注入配制好的电解液，经过封装等工序制成未老化的电池成品。
[0053]二、将分容后的电池置于35℃-60℃的恒温箱中，调节电池荷电状态至100%SOC，进行具体时长，例如24-72小时的老化处理，完成老化后的电池即为具有优良高温性能的磷酸铁锂铝壳电池。
[0054]从而在本申请中可以达到以下的有效效果：
[0055]1、通过对正极磷酸铁锂材料微观结构的精细调控与负极石墨材料大容量特性的充分利用，本实用新型电池成功实现较高能量密度。在电动汽车动力电源应用中，相比传统同类电池，可显著提升车辆续航里程，满足长距离出行需求;在储能系统方面，能够在有限空间内存储更多电能，提高储能效率与经济效益，为能源存储与供应提供更高效解决方案，有效缓解能源密度瓶颈对电池应用领域拓展的限制。
[0056]2、精准控制正极导电剂比例，有效优化电极内部电子传导路径，大幅降低电极极化现象，确保锂离子在充放电过程中的高效传输。经多次充放电循环测试验证，本电池在循环寿命方面表现卓越，容量保持率显著高于传统电池。在长期使用过程中，能够维持稳定的能量输出与输入性能，减少频繁更换电池带来的成本与资源浪费，提高电池使用的经济性与可持续性，增强电池在各类循环充放电应用场景下的竞争力。
[0057]3、电解液中添加碳酸亚乙烯酯的作用以及特定老化工艺的实施，为电池高温性能带来质的飞跃。在35℃-60℃高温环境下，电池能够稳定工作，有效抑制铁离子析出引发的一系列不良问题，维持电池内部电化学平衡与结构稳定。相比传统电池，在高温工况下具有更低的容量衰减速率与更高的安全性，可广泛应用于高温环境恶劣的工业储能、电动汽车快充等领域，拓展了锂离子电池的应用温度范围，提升了电池在复杂环境下的可靠性与适应性，为电池技术在高温领域的发展开辟新路径。
[0058]本实用新型凭借上述多方面创新设计与工艺优化，全面解决了现有锂离子电池在高温环境下的关键问题，为电池技术进步提供了一种具有高实用价值与广阔应用前景的耐高温磷酸铁锂铝壳电池技术方案，对推动电池行业在高温应用领域的发展具有重要意义。
[0059]以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
说明书附图(4)
