【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储能材料，特别涉及一种结构储能复合材料平板电池及其应用。
技术介绍
1、近年来，随着新型复合材料的迅速发展，人们对材料的性能要求也日益苛刻，一些传统的金属材料正在逐步被复合材料所取代。树脂基碳纤维复合材料是由有机高分子基体材料与碳纤维增强材料经过特殊成型工艺复合而成新型材料，因其具有良好的性能可设计性、结构可设计性、多功能兼容性以及材料与构件同步制造等特点，目前已广泛用于航空航天、军工、能源、交通、通信等领域。碳纤维复合材料作为一种重要的结构材料，其使用量直接代表了一个国家的材料学科以及工业技术的发展水平。
2、根据各行各业的具体需求与工作标准实施无人机作业，能够降低人力物力成本，提高工作效率与质量，还减少环境污染和节省时间，可替代各行业传统作业方式。目前，无人机在各领域都显示了极好的技术效果和经济效果。近年来，在自动化需求持续增强的情况下，我国无人机发展已经逐渐从起步阶段过渡到高速增长期，除了应用和需求占据全球重要比重外，市场规模和增速也取得不错成果。然而，目前无人机的电池组的重量和体积占其总重量和空间的很大一部分，这一方面影响无人机的续航里程，使得储能系统中能量利用率大大降低；另一方面传统电池的整体重量加大，挤占了飞行器所携带的各类传感器的空间。同时，目前电池组的排布也导致其在外载作用下，产生挤压变形、热失控等安全问题，引发安全事故。
3、随着无人机的不断发展，减轻储能系统的总体重量，提高储能系统的能量密度和安全性，提高能源利用率，是航空航天飞行器的市场需要，具有巨大的市场需求。正是在这
4、结构储能复合材料又可称之为结构电池，这一概念在很早之前就被人提出了，但受限于当时设备和技术以及材料的落后，其研究发展十分缓慢。随着碳纤维复合材料的发展以及多功能复合材料概念的提出，结构储能复合材料也逐渐成为国内外研究的热点。美国斯坦福大学purimladpli课题组采用铆钉互锁的方法将锂电池垂直集成在碳纤维复合材料中制备了结构电池，与传统的锂电池包相比，结构电池的机械性能(在重复机械负载下机械弯曲刚度和容量衰减阻力)提高了15倍以上，其在700n的载荷下循环1000次仍具有良好的电化学性能。
5、澳大利亚斯温伯恩大学kit-yingchana课题组联合韩国全北国立大学joong-heeleeb课题组和中国台湾台中亚洲大学kin-taklaua课题组制备玻璃纤维多功能复合材料-结构储能电容器，并探究了电极材料、膈膜和机械应力对电容器电性能的影响，为多功能储能系统的进一步发展奠定了基础。
6、国防科技大学胡芸课题组利用硅橡胶热膨胀模塑成型法研究了聚合物锂离子电池的异形成型过程，在130℃条件下，制备得到的异形聚合物锂离子电池可满足微型无人机的力学要求，作为结构件应用在无人机的机身、机翼部分，或小卫星的腔壁等，有效地节省质量和空间，成功延长了无人机将近30％的航时，但是其在电池性能上有所下降
7、沈阳航空航天大学卢少微课题组采用真空辅助手糊成型工艺，设计并制备了一种三明治夹层结构电池，并对其进行了一系列弯曲力学性能和电性能测试测试，结果表明，锂聚合物电池的嵌入对复合材料的比强度和电池组自身电性能没有影响，此外，结构电池复合材料在60％或更低的破坏载荷下，其充放电性能不受影响，在80％的失效载荷下，电池的充/放电容量分别下降了21.80％和22.78％。结构电池作为一种多功能复合材料在优化结构设计、提高轻量化综合性能方面具有巨大的潜力。
8、从碳纤维复合材料结构电池结构-储能一体化实现原理以及国内外研究现状来看，目前对于结构电池的研究尚处于起步阶段，对于结构电池中电芯的制备、能量密度、电性能的稳定性以及电芯和碳纤维预浸料的集成工艺，集成后结构电池的储能特性、机械性能以及安全性能上还有很多工作要做。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种结构储能复合材料平板电池及其应用，以解决
技术介绍
中提到的储能材料体积大、电性能不稳定等技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：
3、一种结构储能复合材料平板电池，括绝缘隔膜，所述绝缘隔膜的上下两侧分别设有电极片，所述电极片外侧设有超薄碳纤维预浸料；所述电极片是由下述制备方法制成：
4、(1)将质量比为10：(0.4-0.8)：(0.4-0.8)的活性材料、导电炭黑、粘结剂按照比例混合均匀；
5、(2)将步骤(1)混合均匀的粉末加入有机溶剂中，真空搅拌20-40min；
6、(3)采用刮刀涂布机将制作好的电极浆料涂覆于0.01mm厚的铝箔集流体上，浆料的涂覆厚度为100μm；
7、(4)将辊压机的压力设置为1mpa，并对涂覆后的电极片进行辊压；
8、(5)在120℃条件下，将电极片放入真空干燥箱中干燥8-12h，密封保存，即得。
9、其中，所述活性材料为活性炭、石墨或磷酸铁锂。
10、其中，步骤(2)中，所述有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、甲酸甲酯或正己烷。
11、其中，所述超薄碳纤维预浸料是由下述制备方法制成：
12、(1)采用化学接枝法将石墨烯接枝到碳纤维表面；
13、(2)采用展纱设备对石墨烯接枝的碳纤维进行气动展纱处理，再配合凸、凹成型辊，并经溶液定型，获得均匀、超薄化分布的碳纤维；
14、(3)碳纤维与常温固化预浸料进行二次预浸复合，形成厚度为15μm的超薄导热预浸料；
15、其中，步骤(1)中，石墨烯的加入量为碳纤维质量的0.1-0.3％；化学接枝法将石墨烯接枝到碳纤维表面的步骤如下：
16、(1)将碳纤维放入三口烧瓶中，加入丙酮，在65-75℃恒温下回流48h，然后用电热鼓风干燥箱烘干；将烘干后的碳纤维放入浓硝酸中，置于超声清洗机内超声氧化120min，得酸化的碳纤维；
17、(2)称取kh-560加入无水乙醇中，配成质量分数为2％的混合溶液，在溶液中加入石墨烯超声分散1h；然后用丙酮去洗去未反应的kh-560，再用孔径为0.8μm的混纤微孔滤膜进行反复过滤，直至滤液的ph值为7，置于50℃的真空干燥箱中干燥，得到改性石墨烯；
18、(3)将改性石墨烯加入无水乙醇中，超声10-20min，得含量1-2mg/ml的改性石墨烯悬浊液；
19、(4)将步骤(1)得到酸化的碳纤维加入到改性石墨烯悬浊液中，在100℃条件下反应12h后过滤，过滤后用丙酮和去离子水交替洗涤5次，在50℃真空条件下烘干2h，即得到氧化石墨烯接枝的碳纤维。
20、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：包括绝缘隔膜，所述绝缘隔膜的上下两侧分别设有电极片，所述电极片外侧设有超薄碳纤维预浸料；所述电极片是由下述制备方法制成：
2.根据权利要求1所述的一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：所述活性材料为活性炭、石墨或磷酸铁锂。
3.根据权利要求1所述的一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：步骤(2)中，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、甲酸甲酯或正己烷。
4.根据权利要求1所述的一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：所述超薄碳纤维预浸料是由下述制备方法制成：
5.根据权利要求4所述的一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：步骤(1)中，石墨烯的加入量为碳纤维质量的0.1-0.3％；化学接枝法将石墨烯接枝到碳纤维表面的步骤如下：
6.根据权利要求4所述的一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：步骤(2)中，采用环氧树脂溶液进行溶液定型，所述环氧树脂为E-51环氧树脂，环氧树脂溶液中添加有5-10％的双氰胺。
7.根据权利要求4所述的一种结构储能复合材料平板
8.根据权利要求4所述的一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：所述涂胶机喷涂的胶体是由下述重量的份的原料构成：树脂基体80-100份，固化剂10-20份、甲基丙烯酸乙酯2-10份。
9.根据权利要求9所述的一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：所述树脂基体为甲基丙烯酸甲酯预聚体，所述固化剂为过氧化环己酮；或者所述树脂基体为环氧树脂，所述固化剂为乙二胺。
10.权利要求1-9任一项所述的结构储能复合材料平板电池在无人机中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：包括绝缘隔膜，所述绝缘隔膜的上下两侧分别设有电极片，所述电极片外侧设有超薄碳纤维预浸料；所述电极片是由下述制备方法制成：
2.根据权利要求1所述的一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：所述活性材料为活性炭、石墨或磷酸铁锂。
3.根据权利要求1所述的一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：步骤(2)中，所述有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、甲酸甲酯或正己烷。
4.根据权利要求1所述的一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：所述超薄碳纤维预浸料是由下述制备方法制成：
5.根据权利要求4所述的一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：步骤(1)中，石墨烯的加入量为碳纤维质量的0.1-0.3％；化学接枝法将石墨烯接枝到碳纤维表面的步骤如下：
6.根据权利要求4所述的一种结构储能复合材料平板电池，其特征在于：步骤(2)中，采用环氧树脂溶液进行溶液定型，所述环氧树脂为e...
【专利技术属性】
技术研发人员：张俊乐，吴海宏，蒋爱云，马帅江，梁亚超，张启，雪冰峰，
申请(专利权)人：黄河科技学院，
类型：发明
国别省市：
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