CN105433679B - 电热毯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电热毯。一种电热毯,包括:加热膜,包括第一绝缘层;导电层,形成于所述第一绝缘层的表面;电极层,形成于所述导电层的表面且与所述导电层电连接,所述电极层包括正电极及负电极,所述正电极包括正极汇流条及自所述正极汇流条延伸而出的多个正极内电极,所述负电极包括负极汇流条及自所述负极汇流条延伸而出的多个负极内电极,所述正极内电极与所述负极内电极交替设置且相互间隔;及第二绝缘层,形成于所述电极层的表面;保护套,所述加热膜收容于所述保护套中;及连接线,与所述加热膜的电极层电连接。上述电热毯可以采用较低电压供电。

Description

电热毯
技术领域
本发明涉及一种电热毯。
背景技术
随着社会的发展,人们对生活品质的要求越来越高。寒冬,在没有暖气的地方,人们在睡觉的时候普遍采用电热毯进行保暖。然而,现有的电热毯一般采用金属电热丝作为发热材料,需要的供电电压较高,一方面一旦漏电高电压会造成触电,安全性能不好,另一方面,较高的电压对于供电的电源或者供电方式有较高要求。
发明内容
基于此,有必要提供一种可以采用较低电压供电的电热毯。
一种电热毯,包括:
加热膜,包括
第一绝缘层;
导电层,形成于所述第一绝缘层的表面;
电极层,形成于所述导电层的表面且与所述导电层电连接,所述电极层包括正电极及负电极,所述正电极包括正极汇流条及自所述正极汇流条延伸而出的多个正极内电极,所述负电极包括负极汇流条及自所述负极汇流条延伸而出的多个负极内电极,所述正极内电极与所述负极内电极交替设置且相互间隔;及
第二绝缘层,形成于所述电极层的表面;
保护套,所述加热膜收容于所述保护套中;及
连接线,与所述加热膜的电极层电连接。
在其中一个实施例中,所述正极汇流条及所述负极汇流条均为直线形且平行设置,多个所述正极内电极自所述正极汇流条靠近所述负极汇流条的一侧向所述负极汇流条延伸,多个所述负极内电极自所述负极汇流条靠近所述正极汇流条的一侧向所述正极汇流条延伸。
在其中一个实施例中,所述正极汇流条及所述负极汇流条均为弧形且间隔设置,所述正极内电极自所述正极汇流条的内侧向所述负极汇流条的内侧延伸,所述负极内电极自所述负极汇流条的内侧向所述正极汇流条的内侧延伸。
在其中一个实施例中,所述加热膜还包括设置于所述第一绝缘层及所述导电层之间的辅助电极层,所述辅助电极层与所述导电层电连接,所述辅助电极层包括辅助正电极及辅助负电极,所述辅助正电极包括辅助正极汇流条及自所述辅助正极汇流条延伸而出的多个辅助正极内电极,所述辅助负电极包括辅助负极汇流条及自所述辅助负极汇流条延伸而出的多个辅助负极内电极,所述辅助正极内电极与所述辅助负极内电极交替设置且相互间隔。
在其中一个实施例中,所述辅助电极层的辅助正极内电极及所述辅助负极内电极在所述导电层的投影与所述电极层的正极内电极及所述负极内电极在所述导电层的投影相互错开。
在其中一个实施例中,所述加热膜还包括第一胶层及第二胶层,所述第一胶层设置于所述第一绝缘层及所述导电层之间,所述第二胶层设置于所述电极层及所述第二绝缘层之间。
在其中一个实施例中,所述正电极有多个,多个所述正电极串联。
在其中一个实施例中,所述负电极有多个,多个所述负电极串联。
另一种电热毯,包括:
加热膜,包括
第一绝缘层;
第一电极层,形成于所述第一绝缘层的表面,所述第一电极层包括正电极,所述正电极包括正极汇流条及自所述正极汇流条延伸而出的多个正极内电极,
导电层,形成于所述第一电极层的表面,所述导电层与所述第一电极层电连接;
第二电极层,形成于所述导电层的表面且与所述导电层电连接,所述第二电极层包括负电极,所述负电极包括负极汇流条及自所述负极汇流条延伸而出的多个负极内电极,所述正极内电极与所述负极内电极在所述导电层的投影交替设置且相互间隔;及
第二绝缘层,形成于所述第二电极层的表面;
保护套,所述加热膜收容于所述保护套中;及
连接线,与所述加热膜的第一电极层及第二电极层电连接。
上述电热毯,由于加热膜的电极层的正电极包括多个正极内电极,负电极包括多个负极内电极,正极内电极与负极内电极交替设置,降低了相邻的内电极之间的间距,从而使得位于正极内电极及负极内电极之间的导电层的电阻较小,从而可以采用较低的电压供电,即使采用普通的锂电池供电,即可达到迅速加热的目的,从而可以使用较低的电压供电。
附图说明
图1为一实施方式的电热毯的结构示意图;
图2为图1中的电热毯的加热膜的结构示意图;
图3为图2中加热膜的电极层的结构示意图;
图4为另一实施方式的电热毯的加热膜的结构示意图;
图5为另一实施方式的电热毯的加热膜的结构示意图;
图6为另一实施方式的电热毯的加热膜的结构示意图;
图7为另一实施方式的电热毯的加热膜的电极层的结构示意图;
图8为另一实施方式的电热毯的加热膜的电极层的结构示意图;
图9为另一实施方式的电热毯的加热膜的电极层的结构示意图;
图10为红外热像仪拍摄的实施例1的加热膜温度分布照片;
图11为红外热像仪拍摄的实施例2的加热膜温度分布照片。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参阅图1,一实施方式的电热毯10,包括加热膜110、保护套130、连接线140、供电装置150、电源开关170、控温开关180。
请参阅图2,在图示的实施方式中,加热膜110包括依次层叠的第一绝缘层112、导电层114、电极层116及第二绝缘层118。
第一绝缘层112为基底。第一绝缘层112的材料为玻璃或者聚合物。优选的,聚合物为PET、PVC、PE、PMMA、PVDF、PANI或PC。优选的,第一绝缘层112的厚度为10μm~125μm。
导电层114形成于第一绝缘层112的一侧表面。导电层114由导电材料形成。优选的,导电层114的材料为银、铜、铝、石墨烯、碳纳米管、ITO、FTO或AZO。进一步优选的,导电层114的材料为单层石墨烯或多层石墨烯。当导电层的材料为石墨烯时,导电层114还可以含有掺杂剂,掺杂剂为有机掺杂剂或无机掺杂剂。优选的,导电层114的厚度为10nm~100nm。
电极层116形成于导电层114的表面,且与导电层114电连接。
请参阅图3,在图示的实施方式中,电极层116包括正电极1162及负电极1164。电极层116的厚度为10nm~35μm。
正电极1162包括正极汇流条1162a及自正极汇流条1162a延伸而出的多个正极内电极1162b。
在图示的实施方式中,正极汇流条1162a大致为条状,包括主体(图未标)、连接部(图未标)及与连接部连接的延伸部(图未标)。主体、连接部及延伸部为均为直线条状。连接部的一端与主体的一端垂直连接,连接部的另一端与延伸部的一端垂直连接,且主体与延伸部分别位于连接部的两侧。
正极内电极1162b有多个,多个正极内电极1162b均自主体的一侧延伸而出。在图示的实施方式中,正极内电极1162b为直线型且均垂直于正极汇流条1162a的主体。正极内电极1162b与正极汇流条1162a的连接部位于正极汇流条1162a的主体的同侧。正极内电极1162b的宽度为0.5mm~4mm。正极汇流条1162a的宽度远大于正极内电极1162b的宽度。正极汇流条1162a的宽度为6mm~10mm。
负电极1164包括负极汇流条1164a及自负极汇流条1164a延伸而出的多个负极内电极1164b。
在图示的实施方式中,负极汇流条1164a大致为条状,包括主体(图未标)、连接部(图未标)及与连接部连接的延伸部(图未标)。主体、连接部及延伸部为均为直线条状。连接部的一端与主体的一端垂直连接,连接部的另一端与延伸部的一端垂直连接,且主体与延伸部分别位于连接部的两侧。负极汇流条1164a的主体与正极汇流条1162a的主体相互平行且间隔设置,正极内电极1162b位于负极汇流条1164a的主体与正极汇流条1162a的主体之间,且正极内电极1162b远离正极汇流条1162a的一端与负极汇流条1164a的主体相间隔。负极汇流条1164a的连接部自负极汇流条1164a的主体的一端向靠近正极汇流条1162a的连接部的方向延伸,且负极汇流条1164a的连接部与正极汇流条1162a的连接部大致平齐。
负极内电极1164b有多个,负极内电极1164b均自负极汇流条1164a的主体靠近正极汇流条1162a的主体的一侧延伸而出,朝向正极汇流条1162a的主体延伸,且负极内电极1164b的末端与正极汇流条1162a的主体相间隔。在图示的实施方式中,负极内电极1164b为直线型且均垂直负极汇流条1164a的主体。负极内电极1164b与正极内电极1162b交替设置且相互间隔,即,与正极内电极1162b相邻的均为负极内电极1164b,与负极内电极1164b相邻的均为正极内电极1162b。相邻的内电极来自不同的汇流条。优选的,电极层116中,正极内电极1162b与负极内电极1164b均匀分布,即相邻的正极内电极1162b及负极内电极1164b之间的间距相同,为2mm~8mm。负极内电极1164b与负极汇流条1164a的连接部位于负极汇流条1164a的主体的同侧。负极内电极1164b的宽度为0.5mm~4mm。负极汇流条1164a的宽度远大于负极内电极1164b的宽度。负极汇流条1164a的宽度为6mm~10mm。
电极层116的材料为银、铜、铝、铂、石墨烯、碳纳米管、ITO、FTO或AZO。当然,电极层116也可以由银浆或铜浆涂布后固化形成,此时电极层116不可避免的含有浆料中的其他材料。优选的,电极层116与导电层114一体成型。优选的,当导电层114的材料为石墨烯时,电极层116的材料也为石墨烯,且电极层116与导电层114一体成型。通过设置电极层116,将电极层116应用于材料为单层石墨烯制成的导电层114上,可以使得加热膜110在≤12V的电压下工作,如果导电层114的材料为多层石墨烯,可以进一步降低工作电压。
进一步的,电极层116的正极汇流条1162a、正极内电极1162b、负极汇流条1164a及负极内电极1164b可以为同种材料,也可以为不同种材料。
第二绝缘层118形成于电极层116的表面。第二绝缘层118的材料为玻璃或者聚合物。优选的,聚合物为PET、PVC、PE、PMMA、PVDF、PANI或PC。优选的,第二绝缘层118的厚度为10μm~125μm。
保护套130套设于加热膜110,从而将加热膜110收入其中。保护套130的材料可以为布料,当然也可以采用其他业内常用的材料。为了增加保暖的效果及增加舒适性,保护套130中还可以填充保暖材料,如棉絮。
请同时参阅图1和图2,供电装置150通过连接线140与加热膜110的电极层116电连接。供电装置150用于对加热膜110进行供电,具体在本实施方式中,供电装置150为可移动式电源,比如锂电池。当然在其他实施方式中,供电装置150也可以为转换器,将220V电压转换为低电压进行输出。
进一步的,供电装置150上还设置有充电接口152以进行充电。
电源开关170同时与供电装置150及电极层116电连接,用于控制供电装置150对电极层116的供电与否。
控温开关180与供电装置150及电极层116电连接,用于控制供电装置150对电极层116输出的电压高低,从而控制导电层114的发热温度。
进一步的,在图示的实施方式中,电热毯10还包括控制件190,供电装置150、电源开关170及控温开关180均集成于控制件190。
需要说明的是,控制件190也可以固定于电热毯10的表面或嵌入内部,此时连接线140设于暖手宝1的内部,对外不可见。
优选的,为了为在低电压下获得良好的温度均匀性,针对电极层116的特殊结构,温差、起始温度、供电电压、相邻的正极内电极1162b与负极内电极1164b之间的间距和导电层114的方块电阻符合如下公式:
T=kU2/d2R+t (1)
式(1)中:
t——起始温度,单位为℃;
T——加热膜最终温差,单位为℃;
U——供电电压,单位为V,U≤12V;
d——相邻的正极内电极1162b与负极内电极1164b之间的间距,单位为cm,相邻的正极内电极1162b与负极内电极1164b之间的间距按照导电层一面上的间距计算;
R——导电层方块电阻,单位为Ω/□;
k——常数,取值范围为10-200,k取值范围根据加热膜与空气之间的传导系数会有不同,与加热膜与空气之间的传导系数成反比。
进一步的,为了保证电热毯10加热温度的均匀性,正极汇流条1162a及负极汇流条1162b的宽度和厚度需考虑所用材料的电流承载能力和电阻率,电阻率要足够小,以减小正极汇流条1162a及负极汇流条1162b上的电压降,保证正极内电极1162b及负极内电极1164b设置在正极汇流条1162a或负极汇流条1162b的不同位置最高电压和最低电压相差不超过10%,而且电流承载能力决定了正极汇流条1162a及负极汇流条1162b截面积必须大于某一数值才能保证正极汇流条1162a及负极汇流条1162b不被烧毁,存在如下公式(2):
n(n+1)lρl/WHR<1/5 (2)
其中:
n——正极内电极1162b及负极内电极1164b产生的间隔数;
ρ1——正极汇流条1162a及负极汇流条1162b材料电阻率,单位为Ω·m;
l——正极内电极1162b和负极内电极1164b的长度,单位为m;
W——正极汇流条1162a及负极汇流条1162b宽度,单位为m;
H——正极汇流条1162a及负极汇流条1162b厚度,单位为m;
R——导电层114的方块电阻,单位为Ω/□。
上述公式中,假定正极汇流条1162a及负极汇流条1162b材料相同,宽度及厚度均相同,正极内电极1162b和负极内电极1164b的长度相同。
同样,内电极也需保证电流承载能力和考虑同一内电极上最大电压差不超过10%。存在如下公式(3):
nl2ρ2/whLR<1/5 (3)
其中:
n——正极内电极1162b及负极内电极1164b产生的间隔数;
l——正极内电极1162b和负极内电极1164b的长度,单位为m;
ρ2——正极内电极1162b和负极内电极1164b的材料的电阻率,单位为Ω·m;
w——正极内电极1162b和负极内电极1164b的宽度,单位为m;
h——正极内电极1162b和负极内电极1164b的厚度,单位为m;
L——正极汇流条1162a及负极汇流条1162b的长度,单位m;
R——导电层114的方块电阻,单位为Ω/□。
上述公式中,假定正极汇流条1162a及负极汇流条1162b尺寸相同,正极内电极1162b和负极内电极1164b的材料、长度、宽度及厚度均相同。
上述电热毯,通过采用特殊结构的电极层,通过设置正极内电极及负极内电极,降低了相邻的内电极之间的间距,从而使得位于正极内电极及负极内电极之间的导电层的电阻较小,从而可以采用较低的电压供电,即使采用普通的锂电池供电,即可达到迅速加热的目的;当导电层114的材料为单层石墨烯时,采用不高于1.5V的电压供电即可获得与传统的加热膜相同的加热效果;通过改变电极层的正极汇流条1162a及负极汇流条1164a的面积、正极内电极1162b与负极内电极1164b之间的间距,从而可以实现不同的加热功率,满足不同的加热温度需求。
另一实施方式的电热毯与电热毯10的结构大致相同,其不同在于:加热膜110还包括控制器及无线通信器,控制器与电极层116电连接。无线通信器可接收控制指令,并将控制指令传送给控制器,控制器根据控制指令控制加热膜110的加热。控制指令由控制端发送。控制端包括遥控器、手机、平板电脑、台式电脑和笔记本电脑的至少一种。控制端设置有红外收发模块、WIFI模块或ZIGBEE模块,控制端通过红外收发模块、WIFI模块或ZIGBEE模块与控制器进行通信。进一步的,电热毯还设置有与控制器电连接的温度传感器,从而控制器可以根据接收到的温度传感器收集的温度信息对加热膜的加热温度进行调节。进一步的,也可以在手机上安装相应的APP以方便控制电热毯的加热与否及加热温度。
请参阅图4,另一实施方式的电热毯与电热毯10的结构大致相同,其不同在于:在图示的实施方式中,电热毯的加热膜210包括依次层叠的第一绝缘层212、第一胶层213、导电层214、电极层216、第二胶层217及第二绝缘层218。导电层214与第一绝缘层212通过第一胶层213粘合,第二绝缘层218与电极层216通过第二绝缘层218粘合。优选的,第一胶层213的材料为紫外光固化胶、热熔胶或硅胶,第二胶层217的材料为紫外光固化胶、热熔胶或硅胶。
上述电热毯中,加热膜210由以下步骤制备:
步骤S310、提供预制板,预制板包括用于制备电极层的基层及形成于基层表面的导电层214。
优选的,基层为金属箔。金属箔为铜箔、镍箔或其他金属箔,在此不做限制。
该步骤中,所提供的预制板,导电层(比如石墨烯)直接生长于基层上。
步骤S320、通过第一胶层213将第一绝缘层212粘合至预制板的导电层214。
步骤S330、在基层的表面制备掩膜,并对基层进行蚀刻处理,除去掩膜后得到电极层。
该步骤中,掩膜的图案根据需要的电极层的图案设计。蚀刻处理时,将制作好掩膜的预制板置于蚀刻液中,蚀刻除去未被掩膜保护的基层。
优选的,蚀刻液中含有可以改善导电层214的导电性的物质。
步骤S340、通过第二胶层217将第二绝缘层218粘合至电极层216的表面。
优选的,第二胶层217及第二绝缘层218开设有对应于电极层216的正电极及负电极的通孔以制作引线。
上述加热膜210的制备方法较为简单,节省时间和材料成本,同时,采用金属箔制备电极层,导电性好,有利于加热膜温度的均匀性的控制。
优选的,第一胶层213及第二胶层217的厚度为25~75μm。
请参阅图5,另一实施方式的电热毯与电热毯10的结构大致相同,其不同在于:在图示的实施方式中,电热毯的加热膜410包括依次层叠的第一绝缘层412、导电层414、电极层416、第二胶层417及第二绝缘层418。第二绝缘层418与电极层416通过第二绝缘层418粘合。优选的,第二胶层417的材料为紫外光固化胶、热熔胶或硅胶。
上述电热毯中,加热膜410由以下步骤制备:
步骤S510、在形成于第一绝缘层412表面的导电层144表面印刷或蒸镀制备电极层416。
步骤S520、通过第二胶层417将第二绝缘层418粘合至电极层416的表面。
优选的,第二胶层417及第二绝缘层418开设有对应于电极层416的正电极及负电极的通孔以制作引线。
上述加热膜410的制备方法较为简单。
请参阅图6,另一实施方式的电热毯与电热毯10的结构大致相同,其不同在于:在图示的实施方式中,电热毯的加热膜510包括依次层叠的第一绝缘层512、辅助电极层513、导电层514、电极层516及第二绝缘层518。辅助电极层513与导电层514电连接。辅助电极层513的结构与电极层516的结构相同。辅助电极层513包括辅助正电极(图未视)及辅助负电极(图未视)。辅助正电极包括辅助正极汇流条及自辅助正极汇流条延伸而出的多个辅助正极内电极。辅助负电极包括辅助负极汇流条及自辅助负极汇流条延伸而出的多个辅助负极内电极。辅助正极内电极与辅助负极内电极交替设置且相互间隔。进一步优选的,辅助电极层513的辅助正极内电极及辅助负极内电极在导电层514的投影与电极层516的正极内电极及所述负极内电极在导电层的投影相互错开。
请参阅图7,另一实施方式的电热毯与电热毯10的结构大致相同,其不同在于:在图示的实施方式中,电极层616包括正电极6162、第一负电极6164及第二负电极6166。第一负电极6164与第二负电极6166串联。正电极6162包括正极汇流条6162a及自正极汇流条6162a延伸而出的多个正极内电极6162b。正极内电极6162b有多个,多个正极内电极6162b均自正极汇流条6162a的一侧延伸而出。在图示的实施方式中,正极内电极6162b为直线型且均垂直正极汇流条6162a。
第一负电极6164包括第一负极汇流条6164a及自第一负极汇流条6164a延伸而出的多个第一负极内电极6164b。第二负电极包括第二负极汇流条6166a及自第二负极汇流条6166a延伸而出的多个第二负极内电极6166b。第一负极汇流条6164a及第二负极汇流条6166a均为直线型,第一负极汇流条6164a及第二负极汇流条6166a均与正极汇流条6162a平行设置,第一负极汇流条6164a与第二负极汇流条6166a位于同一条直线上且相互间隔,且第一负极汇流条6164a远离第二负极汇流条6166a的一端与正极汇流条6162a的一端大致平齐,第二负极汇流条6166a远离第一负极汇流条6164a的一端与正极汇流条6162a的另一端大致平齐。
正极内电极6162b远离正极汇流条6162a的一端靠近第一负极汇流条6164a或第二负极汇流条6166a,且与第一负极汇流条6164a或第二负极汇流条6166a相间隔。第一负极内电极6164b从第一负极汇流条6164a靠近正极内电极6162a的一侧向正极内电极6162a延伸且与正极内电极6162a相间隔,且第一负极内电极6164b与对应于第一负极汇流条6164a的正极内电极6162b交替设置。第二负极内电极6166b从第二负极汇流条6166a靠近正极内电极6162a的一侧向正极内电极6162a延伸且与正极内电极6162a相间隔,且第二负极内电极6166b与对应于第二负极汇流条6166a的正极内电极6162b交替设置。
需要说明的是,第一负电极6164与第二负电极6166不限于为串联,也可以并联设置。正电极也可为多个,多个正电极串联或并联。负电极不限于为两个,也可以为一个或大于2个。
请参阅图8,另一实施方式的电热毯与电热毯10的结构大致相同,其不同在于:在图示的实施方式中,电极层716的正极汇流条7162a与负极汇流条7164a均为直线形。负极汇流条7162a与正极汇流条7164a间隔设置且负极汇流条7164a沿正极汇流条7162a的延伸方向延伸。正极内电极7162b自正极汇流条7162a向负极汇流条7164a弯折延伸,正极内电极7162b的末端靠近负极汇流条7164a且与负极汇流条7164a相间隔。负极内电极7164b自负极汇流条7164a向正极汇流条7162a弯折延伸,负极内电极7164b的末端靠近正极汇流条7162a且与正极汇流条相间隔。
请参阅图9,另一实施方式的电热毯与电热毯10的结构大致相同,其不同在于:在图示的实施方式中,正极汇流条8162a及负极汇流条8164a均为弧形且间隔设置,正极汇流条8162a及负极汇流条8164a围设成圆环形。正极内电极8162a自正极汇流条8162a的内侧向负极汇流条8162b的内侧延伸,正极内电极8162b的末端靠近负极汇流条8164a且与负极汇流条8164a相间隔。负极内电极8164b自负极汇流条8164a的内侧向正极汇流条8162a的内侧延伸,负极内电极8164b的末端靠近正极汇流条8162a且与正极汇流条相间隔。在图示的实施方式中,正极内电极8162b及负极内电极8164b均为直线型。
需要说明的是,正极汇流条及负极汇流条不限于为上述几个实施例列举的形状,也可以为其他形状;正极内电极及负极内电极也不限于为上述几个实施例列举的形状,也可以为其他形状,如曲线形或波浪形等,只要使得正极内电极与负极内电极交替设置,降低正极内电极及负极内电极之间的间距即可。
可以理解,还可以在导电层的两侧分别设置正电极及负电极,正电极及负电极在导电层的投影与上述实施例中导电层的结构相同。
以下结合具体实施例进一步说明。
实施例1:
请同时参阅图3和图4,单层石墨烯作为加热膜的导电层,电极层采用银浆印刷。
1、在面积150mm×150mm厚度125μm的PET(第一绝缘层)上转移一层石墨烯,石墨烯已经过掺杂,方阻为250Ω/□;
2、使用丝网印刷设备在转移好的石墨烯上印刷银浆电极图案,图案形状如图3所示,正极内电极和负极内电极间距为6mm,正极内电极和负极内电极长108mm,宽1mm,共15条,正极汇流条和负极汇流条宽8mm,银浆厚度25μm;
3、将印刷好的电极层置于烘箱中烘烤,使银浆固化,烘烤温度为130℃,时间为40min。
初始温度为室温(22℃),此种情况下,将引线分别将电极层的正电极及负电极连接5V电源的正负极,经测试,60秒即可达到稳定状态,此时加热膜的平均温度可达77.5℃左右(室温为22℃)。
使用3.7V电压供电时加热膜的平均加热功率为1500w/m2左右。
优选地,进一步进行以下步骤:
4、将面积150mm×150mm厚度50μm的OCA胶与相同面积的PET贴合在一起;
5、使用激光切割设备在贴合好的PET/OCA开方形孔,孔大小为5mm×5mm,开孔的位置要保证该PET/OCA与电极层案贴合后,汇流条末端露出5mm×5mm的电极;
6、对好位后将PET/OCA与电极层贴合;
7、在小孔露出的电极出制作引线;
此种情况下,测得加热膜电阻为2.7Ω,将引线分别连接5V电源的正负极,经测试,60秒即可达到稳定状态,图10所示为使用红外热像仪拍摄的加热膜温度分布照片,此时加热膜的平均温度可达66℃左右(室温为22℃)。
测试结果显示,使用3.7V电压供电时加热膜的平均加热功率为1300w/m2左右,而电压为3.7V时使用传统的无内电极的加热膜平均加热功率为5w/m2左右,要达到与我们新设计的加热膜相同的加热效果使用电压需提高至60V左右,这已经远远超过了人体安全电压。
实施例2:
本实施例采用两层石墨烯作为加热膜的导电层,电极层采用银浆印刷。
1、在面积120mm×120mm厚度125μm的PET(第一绝缘层)上转移两层石墨烯作为导电层,石墨烯已经过掺杂,方阻为120Ω/□;
2、使用丝网印刷设备在转移好的导电层上印刷银浆电极层,图案形状如图9所示,汇流条外圆直径96mm,内电极间距为6mm,宽1mm,汇流条宽8mm,银浆厚度25μm;
3、将印刷好的电极图案置于烘箱中烘烤,使银浆固化,烘烤温度为130℃,时间为40min。
此种情况下,将引线分别连接5V电源的正负极,经测试,60S即可达到稳定状态,此时加热膜的平均温度可达137.7℃左右(初始温度为室温22℃)。
测试结果显示,使用我们发明的电极设计方案,使用3.7V电压供电时加热膜的平均加热功率为3168w/m2左右。
优选地,进一步进行以下步骤:
4、将面积120mm×120mm厚度50μm的OCA胶与相同面积的PET贴合在一起;
5、使用激光切割设备在贴合好的PET/OCA开方形孔,孔大小为5mm×5mm,开孔的位置要保证该PET/OCA与电极层贴合后,汇流条末端露出5mm×5mm的电极;
6、对好位后将PET/OCA与电极层贴合;
7、在小孔露出的电极出制作引线;
此种情况下,测得加热膜电阻为2Ω,将引线分别连接5V电源的正负极,经测试,40S钟即可达到稳定状态,,图11所示为使用红外热像仪拍摄的加热膜温度分布照片,此时加热膜的平均温度可达90.9℃左右(室温为22℃)。
测试结果显示,使用3.7V电压供电时加热膜的平均加热功率为1300w/m2左右,而电压为3.7V时使用传统的无内电极的加热膜平均加热功率为5w/m2左右,要达到与我们新设计的加热膜相同的加热效果使用电压需提高至60V左右,这已经远远超过了人体安全电压。
实施例3:
请参阅图7,单层石墨烯作为加热膜的导电层,制备工艺如下:
1、将生长好石墨烯(石墨烯经过掺杂,方阻为250Ω/□)的铜箔与大小为150mm×300mm厚度为125μm的PET通过UV胶贴合在一起,铜箔大小为140mm×280mm,厚度为25μm;
2、将UV胶固化,波长为365nm,能量为1000mJ/cm2
3、使用丝网印刷设备在贴合好的铜箔上印刷可剥胶掩膜,图案形状如图7所示,此时,相当于加热膜被一分为二,形成左右两块加热膜串联的效应,实际的利用电压减半,内电极间距为3mm,长108mm,宽1mm,共32条,汇流条宽8mm,铜箔厚度25μm;
4、将印刷好的电极图案置于烘箱中烘烤,使可剥胶固化,烘烤温度为135℃,时间为40min;
5、烘烤后的样品置于30%的FeCl3刻蚀液中刻蚀,刻蚀结束后水洗吹干,揭下电极表面的可剥胶。
此种情况下,测得加热膜电阻为1.7Ω,将引线分别连接3.7V锂离子电池的正负极(相对于一半的加热膜是1.85V),经测试,30S稳定后加热膜的温度可达46℃左右(室温为22℃)。
测试结果显示,使用本发明的电极设计方案,使用3.7V电压(实际应用于两电极的电压为1.85V)供电时加热膜的平均加热功率为1521w/m2左右。
优选地,进一步进行以下步骤:
6、将面积150mm×300mm厚度50μm的OCA胶与相同面积的PET贴合在一起;
7、使用激光切割设备在贴合好的PET/OCA开方形孔,孔大小为5mm×5mm,开孔的位置要保证该PET/OCA与电极层贴合后,汇流条末端露出5mm×5mm的电极;
8、对好位后将PET/OCA与电极图案贴合;
9、在小孔露出的电极出制作引线;
测得加热膜电阻为2.5Ω,将引线分别连接3.7V(实际利用电压相当于1.85V)锂离子电池的正负极,经测试,70S稳定后加热膜的温度可达45℃左右(室温为22℃),符合公式T=kU2/d2R+t(K=151)。
实施例4:
本实施例采用ITO薄膜作为加热膜的导电层,银浆作为电极,图案设计参照图3,制备工艺如下:
1、使用丝网印刷设备在方阻为尺寸为150mm×150mm,方阻为150Ω的ITO薄膜(方阻为400Ω/□)上印刷银浆电极图案,图案形状如图3所示,内电极间距为6mm,长108mm,宽1mm,共15条,汇流条宽8mm,银浆厚度25μm;
2、将印刷好的电极图案置于烘箱中烘烤,使银浆固化,烘烤温度为130℃,时间为40min。
3、将面积150mm×150mm厚度50μm的OCA胶与相同面积的PET贴合在一起;
4、使用激光切割设备在贴合好的PET/OCA开方形孔,孔大小为5mm×5mm,开孔的位置要保证该PET/OCA与电极层贴合后,汇流条末端露出5mm×5mm的电极;
5、对好位后将PET/OCA与电极图案贴合;
6、在小孔露出的电极出制作引线;
此种情况下,测得加热膜电阻为5Ω,将引线分别连接12V电源的正负极,经测试,55S即可达到稳定状态,此时加热膜的平均温度可达92℃左右(室温为22℃),符合公式T=kU2/d2R+t(K=70)。
实施例5:
本实施例透明导电层采用单层石墨烯(250Ω/□),电极层采用10层石墨烯,制备方法与实施例1大致相同,不同之处在于:采用向石墨烯膜上继续转移石墨烯的方式,转移至第11层,停止转移,然后将上面的10层石墨烯刻蚀成图案化的电极层,或者采用直接生长多层石墨烯,再制成图案化的电极层,本实施例电极层的图案如图3所示,内电极间距为3mm,长108mm,宽1mm,共15条,汇流条宽8mm,电极(10层石墨烯)厚35nm。
此种情况下,测得加热膜电阻为2Ω,将引线分别连接1.5V电源的正负极,经测试,85S即可达到稳定状态,此时加热膜的平均温度可达34℃左右(室温为22℃),符合公式T=kU2/d2R+t(K=120)。
实施例6:
本实施例采用4层石墨烯(62.5Ω/□)作为导电层,电极层的材料为ITO,制备方法与实施例1大致相同,不同之处在于:采用将ITO印刷于透时导电层上,电极图案化设计参见图9,内电极间距为4mm,宽1mm,共16条,汇流条宽8mm,银浆厚度25μm。
此种情况下,测得加热膜电阻为1.6Ω,将引线分别连接7.5V电源的正负极,经测试,100S即可达到稳定状态,此时加热膜的平均温度可达103℃左右(室温为22℃),符合公式T=kU2/d2R+t(K=90)。
实施例7:
实施例7与实施例3大致相同,不同在于:电极层的结构如图3所示,内电极间距为3mm,长108mm,宽1mm,共115条,汇流条宽8mm,铜铂厚度25μm。
此种情况下,测得加热膜电阻为1.7Ω,将引线分别连接12V电源的正负极,经测试,100S即可达到稳定状态,此时加热膜的平均温度可达226℃左右(室温为22℃),符合公式T=kU2/d2R+t(K=32)。
实施例8:
实施例8与实施例1大致相同,不同在于:电极层由铜箔制成,电极层结构如图9所示,内电极间距为2mm,长108mm,宽1mm,共16条,汇流条宽8mm,铜箔厚度25μm。以单层石墨烯作为材料的导电层的方阻为250Ω/□。
此种情况下,测得加热膜电阻为2Ω,将引线分别连接3.7V电源的正负极,经测试,30S即可达到稳定状态,此时加热膜的平均温度可达143.8℃左右(室温为22℃),符合公式T=kU2/d2R+t(K=89)。
实施例9:
本实施例采用将正电极和负电极分开设置于导电层的两面,正电极和负电极在导电层的投影如图3所示,导电层的材料采用单层石墨烯(方阻为250Ω/□),电极采用5-10层的石墨烯或者厚度为10-30μm的铜箔,其中,正负相邻内电极间距为4mm,长108mm,宽1mm,共15条,汇流条宽8mm。
此种情况下,测得加热膜电阻为2.1Ω,将引线分别连接7.5V电源的正负极,经测试,30S即可达到稳定状态,此时加热膜的平均温度可达210℃左右(室温为22℃),符合公式T=kU2/d2R+t(K=134)。
实施例10:
实施例10与实施例3大致相同,不同在于:电极层的结构如图7所示,导电层采用6层石墨烯(方阻为41.6Ω/□),电极层由铜箔制成。内电极间距为3mm,宽1mm,共9条,汇流条宽8mm,铜箔厚度25μm。
此种情况下,测得加热膜电阻为1.9Ω,将引线分别连接1.5V电源的正负极,经测试,30S即可达到稳定状态,此时加热膜的平均温度可达86.3℃左右(室温为22℃),符合公式T=kU2/d2R+t(K=107)。
实施例11:
实施例11与实施例1大致相同,不同在于:内电极和汇流条采用不同的材料,金属铂作为汇流条的材料和10层的石墨烯作为内电极的材料。单层石墨烯作为透明导电层的材料(方阻为250Ω/□)。电极层的结构如图3所示,石墨烯内电极间距为5mm,长108mm,宽1mm,共32条,汇流条宽8mm,厚度25μm。
此种情况下,测得加热膜电阻为1.9Ω,将引线分别连接12V电源的正负极,经测试,30S即可达到稳定状态,此时加热膜的平均温度可达243℃左右(室温为22℃),符合公式T=kU2/d2R+t(K=96)。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电热毯,其特征在于,包括:
加热膜,包括
第一绝缘层;
导电层,形成于所述第一绝缘层的表面;
电极层,形成于所述导电层的表面且与所述导电层电连接,所述电极层包括正电极及负电极,所述正电极包括正极汇流条及自所述正极汇流条延伸而出的多个正极内电极,所述负电极包括负极汇流条及自所述负极汇流条延伸而出的多个负极内电极,所述正极内电极与所述负极内电极交替设置且相互间隔;及
第二绝缘层,形成于所述电极层的表面;
保护套,所述加热膜收容于所述保护套中;
连接线,与所述加热膜的电极层电连接;及
供电装置,所述供电装置通过所述连接线与所述加热膜的电极层电连接;
所述导电层、电极层及供电装置之间满足以下公式:
T=kU2/d2R+t,其中,t为所述加热膜的起始温度,T为所述加热膜的最终温差,U为所述供电装置的供电电压,U≤12V,d为相邻正极内电极与负极内电极的间距,R为所述导电层的方块电阻,k为取自10~200之间的常数。
2.根据权利要求1所述的电热毯,其特征在于,所述正极汇流条及所述负极汇流条均为直线形且平行设置,多个所述正极内电极自所述正极汇流条靠近所述负极汇流条的一侧向所述负极汇流条延伸,多个所述负极内电极自所述负极汇流条靠近所述正极汇流条的一侧向所述正极汇流条延伸。
3.根据权利要求1所述的电热毯,其特征在于,所述正极汇流条与所述负极汇流条均为直线形,所述负极汇流条与所述正极汇流条间隔设置且所述负极汇流条沿所述正极汇流条的延伸方向延伸,所述正极内电极自所述正极汇流条向所述负极汇流条弯折延伸,所述负极内电极自所述负极汇流条向所述正极汇流条弯折延伸。
4.根据权利要求1所述的电热毯,其特征在于,所述正极汇流条及所述负极汇流条均为弧形且间隔设置,所述正极内电极自所述正极汇流条的内侧向所述负极汇流条的内侧延伸,所述负极内电极自所述负极汇流条的内侧向所述正极汇流条的内侧延伸。
5.根据权利要求1所述的电热毯,其特征在于,所述加热膜还包括设置于所述第一绝缘层及所述导电层之间的辅助电极层,所述辅助电极层与所述导电层电连接,所述辅助电极层包括辅助正电极及辅助负电极,所述辅助正电极包括辅助正极汇流条及自所述辅助正极汇流条延伸而出的多个辅助正极内电极,所述辅助负电极包括辅助负极汇流条及自所述辅助负极汇流条延伸而出的多个辅助负极内电极,所述辅助正极内电极与所述辅助负极内电极交替设置且相互间隔。
6.根据权利要求5所述的电热毯,其特征在于,所述辅助电极层的辅助正极内电极及所述辅助负极内电极在所述导电层的投影与所述电极层的正极内电极及所述负极内电极在所述导电层的投影相互错开。
7.根据权利要求1所述的电热毯,其特征在于,所述加热膜还包括第一胶层及第二胶层,所述第一胶层设置于所述第一绝缘层及所述导电层之间,所述第二胶层设置于所述电极层及所述第二绝缘层之间。
8.根据权利要求1所述的电热毯,其特征在于,所述正电极有多个,多个所述正电极串联;
及/或,所述负电极有多个,多个所述负电极串联。
9.根据权利要求1所述的电热毯,其特征在于,所述加热膜还包括控制器及无线通信器,所述控制器与所述电极层电连接,所述无线通信器可接收控制指令,并将所述控制指令传送给所述控制器,所述控制器根据所述控制指令控制所述加热膜的加热。
10.一种电热毯,其特征在于,包括:
加热膜,包括
第一绝缘层;
第一电极层,形成于所述第一绝缘层的表面,所述第一电极层包括正电极,所述正电极包括正极汇流条及自所述正极汇流条延伸而出的多个正极内电极,
导电层,形成于所述第一电极层的表面,所述导电层与所述第一电极层电连接;
第二电极层,形成于所述导电层的表面且与所述导电层电连接,所述第二电极层包括负电极,所述负电极包括负极汇流条及自所述负极汇流条延伸而出的多个负极内电极,所述正极内电极与所述负极内电极在所述导电层的投影交替设置且相互间隔;及
第二绝缘层,形成于所述第二电极层的表面;
保护套,所述加热膜收容于所述保护套中;
连接线,与所述加热膜的第一电极层及第二电极层电连接;及
供电装置,所述供电装置通过所述连接线与所述加热膜的第一电极层及第二电极层电连接;
所述导电层、第一电极层、第二电极层及供电装置之间满足以下公式:
T=kU2/d2R+t,其中,t为所述加热膜的起始温度,T为所述加热膜的最终温差,U为所述供电装置的供电电压,U≤12V,d为相邻正极内电极与负极内电极在所述导电层上的投影的间距,R为所述导电层的方块电阻,k为取自10~200之间的常数。
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