CN103647119A - 自平衡热场的动力锂离子电池单体及其制备方法 - Google Patents

自平衡热场的动力锂离子电池单体及其制备方法 Download PDF

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魏引利
王晨旭
张佳瑢
刘炎金
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Abstract

本发明公开了自平衡热场的动力锂离子电池单体及其制备方法。自平衡热场的动力锂电池单体，包括电池外壳和电芯，电芯装在电池外壳内，还包括相变材料；电池外壳的内腔大于电芯的体积，相变材料充填在电芯与电池外壳之间的空腔内并将电芯包围。相变材料为石蜡／碳钛复合相变材料或新戊四醇或十水硫酸钠。制备方法包括以下步骤：(1)把制作好的电芯装入大于电芯外周的电池外壳中，再将相变材料装入电池外壳，使相变材料充填在电芯与电池外壳之间并包围在电芯的周围；(2)引出电芯的正负极并固定在外壳上，密封形成新的电池单体。本发明以相变材料包围在动力锂离子电池单体周围，使得电池温升降低而得到控制，保证了电池性能及能量的正常发挥。

Description

自平衡热场的动力锂离子电池单体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种自平衡热场的动力锂离子电池单体及其制备方法。
背景技术
锂离子电池作为新一代化学电源，已被应用于社会生活的各个方面，随着汽车工业的快速发展以及由此引发的能源危机和环境问题，以电动汽车为代表的新能源汽车逐渐成为汽车产品未来发展的新趋势，而锂离子动力电池呢以其优越的电性能和比较优势正成为新能源汽车的主流动力源。
众所周知，温度是影响电池使用性能及安全性能的重要因素，对于电池单体而言，充放电倍率越高其温升就越快，而温度对电池有着双重影响：温度越高电池内阻越小，相应电池的效率也就越高；与此同时，高温会加速体系内的各种化学反应，尤其是可能使电池结构产生永久损害的有害反应的速率。再者电池温度在-20℃时锂离子电池的放电容量及能量只能达到常温状态下60％左右，温度较低是同样影响锂离子电池性能及能量的发挥。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自平衡热场的动力锂离子电池单体。
本发明要解决的另外一个技术问题是提供一种自平衡热场的动力锂离子电池单体的制备方法。
本发明要解决的还有一个技术问题是提供一种石蜡／碳钛复合相变材料的制备方法。
对于自平衡热场的动力锂离子电池单体，本发明采用的技术方案是：自平衡热场的动力锂电池单体，包括电池外壳和电芯，电芯装在电池外壳内，还包括相变材料；电池外壳的内腔大于电芯的体积，相变材料充填在电芯与电池外壳之间的空腔内并将电芯包围。
作为优选，相变材料为石蜡／碳钛复合相变材料或新戊四醇或十水硫酸钠。
对于自平衡热场的动力锂电池单体的制备方法，本发明采用的技术方案是：包括以下步骤：
(1)把制作好的电芯装入大于电芯外周的电池外壳中，再将相变材料装入电池外壳，使相变材料充填在电芯与电池外壳之间并包围在电芯的周围；
(2)将电芯的正负极通过引线后固定在外壳上，密封后形成新的电池单体。
作为优选，上述相变材料为石蜡／碳钛复合相变材料或新戊四醇或十水硫酸钠。
对于石蜡／碳钛复合相变材料的制备方法，本发明采用的技术方案是：所述石蜡／碳钛复合相变材料由以下组分的重量百分比组成：
石蜡80～100％，余下为C／Ti复合材料；
所述C／Ti复合材料中C与Ti质量百分比为20～66％：100％；
并由以下方法制备得到：
先将石蜡高温熔化，然后把研磨好的TiO2和CNT按上述比例混合均匀后加入熔化好的石蜡中，再在55℃加热装置上告诉搅拌2h。
本发明的有益效果是：
以相变材料包围在动力锂离子电池单体周围，使得电池温升降低而得到控制，保证了电池性能及能量的正常发挥。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明自平衡热场的动力锂离子电池单体实施例1的结构示意图。
图中标记，1-电芯，2-正极，3-负极，4-相变材料，5-外壳，6-焊接，7-连接片。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，一种自平衡热场的动力锂电池单体，由电池外壳5、电芯1和相变材料4组成。
电芯装在电池外壳内，电池外壳的内腔大于电芯的体积，相变材料充填在电芯与电池外壳之间的空腔内并将电芯包围。
本实施例所用的相变材料为石蜡／碳钛复合相变材料。
自平衡热场的动力锂电池单体的制备方法，具体过程如下：
1)把制作好的电芯装入外壳5中；
2)向外壳5中加入准备好的相变材料4；
3)通过焊接6把制作好电芯上的正负极引出；
4)通过连接片7把引出的正负极固定在外壳5上；
5)形成新的单体电池，外壳上对应的正极2和负极3。
上述石蜡／碳钛复合相变材料由以下组分的重量百分比组成：
石蜡90％，余下为C／Ti复合材料；其中C／Ti复合材料中C与Ti的质量百分比为66％：100％。
石蜡／碳钛复合相变材料制备方法如下：
先将石蜡高温熔化，然后把研磨好的TiO2和CNT按质量百分比为66％：100％混合均匀后加入熔化好的石蜡中，再在55℃加热装置上告诉搅拌2h。
电池温升测试：
分别对本实施例自平衡热场的动力锂电池单体A和按正常封装的动力锂电池单体E进行测试对比。
测试方法：
1)对A和E的电芯按照0.5C倍率充满电后，搁置1h是电池／电芯恢复室温，温度稳定后对A1和B进行5C倍率大电流放电；
2)对A和E的正负极中间位置测试其5C倍率放电前后的温度差及放电结束1min时的最高温度。
测试结果：
A的温差为10.7℃，最高温度为：42.7℃；
E温差为17.7℃，最高温度为：50.3℃。
从本实施例可以看出引入相变材料的动力锂离子电池单体A的温升比没有引入相变材料的电池E的温升降低7℃，且同时最高温度A比E低了7.6℃。
实施例2：
本实施例的相变材料为石蜡／碳钛复合相变材料，其他结构与实施例1相同。
本实施例的石蜡／碳钛复合相变材料由以下组分的重量百分比组成：
石蜡80％，余下为C／Ti复合材料；其中C／Ti复合材料中C与Ti的质量百分比为20％：100％。
石蜡／碳钛复合相变材料制备方法如下：
先将石蜡高温熔化，然后把研磨好的TiO2和CNT按上述比例混合均匀后加入熔化好的石蜡中，再在55℃加热装置上告诉搅拌2h。
电池温升测试：
对本实施例制作的电池单体B和按正常封装的动力锂电池单体E进行与实施例1同样的测试，测试结果为：
B的温差为9.3℃，最高温度为：41.2℃；
E温差为18.1℃，最高温度为：52.4℃。
从本实施例可以看出，引入相变材料的动力锂离子电池单体B的温升比没有引入相变材料的电池E的温升降低8.8℃，且同时最高温度B比E低了11.2℃。
实施例3：
本实施例的相变材料为石蜡／碳钛复合相变材料，其他结构与实施例1相同。
本实施例的石蜡／碳钛复合相变材料由以下组分的重量百分比组成：
石蜡100％，即填充的相变材料全部为石蜡。
电池温升测试：。
对本实施例制作的电池单体C和按正常封装的动力锂电池单体E进行与实施例1同样的测试，测试结果为：
C的温差为11.8℃，最高温度为：43.9℃；
E温差为17.6℃，最高温度为：51.7℃。
从本实施例可以看出，引入相变材料的动力锂离子电池单体C的温升比没有引入相变材料的电池E的温升降低5.8℃，且同时最高温度C比E低了7.8℃。
实施例4：
本实施例的相变材料为新戊四醇，其他结构与实施例1相同。
电池温升测试：
对本实施例制作的电池单体D和按正常封装的动力锂电池单体E进行与实施例1同样的测试，测试结果为：
D的温差为12.8℃，最高温度为：45.7℃；
E温差为17.5℃，最高温度为：51.5℃。
从本实施例可以看出引入相变材料的动力锂离子电池单体D的温升比没有引入相变材料的电池E的温升降低4.7℃，且同时最高温度D比E低了5.8℃。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.自平衡热场的动力锂电池单体，包括电池外壳和电芯，所述电芯装在电池外壳内，其特征在于，还包括相变材料；所述电池外壳的内腔大于电芯的体积，所述相变材料充填在电芯与电池外壳之间的空腔内并将电芯包围。
2.根据权利要求1所述自平衡热场的动力锂电池单体，其特征在于：所述相变材料为石蜡／碳钛复合相变材料或新戊四醇或十水硫酸钠。
3.根据权利要求2所述自平衡热场的动力锂电池单体，其特征在于：所述石蜡／碳钛复合相变材料由以下组分的重量百分比组成：
石蜡80～100％，余下为C／Ti复合材料；
所述C／Ti复合材料中C与Ti质量百分比为20～66％：100％；
并由以下方法制备得到：
先将石蜡高温熔化，然后把研磨好的TiO2和CNT按上述比例混合均匀后加入熔化好的石蜡中，再在55℃加热装置上告诉搅拌2h。
4.根据权利要求1所述自平衡热场的动力锂电池单体的制备方法，包括以下步骤：
(1)把制作好的电芯装入大于电芯外周的电池外壳中，再将相变材料装入电池外壳，使相变材料充填在电芯与电池外壳之间并包围在电芯的周围；
(2)将电芯的正负极通过引线后固定在外壳上，密封后形成新的电池单体。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述相变材料为石蜡／碳钛复合相变材料或新戊四醇或十水硫酸钠。
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