CN106532189A - 一种纳米碳晶加热电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米碳晶加热电池，主要包括电池壳、电池芯(含正极片、负极片、隔离膜、电解质等)、纳米碳晶加热片、工作端子和加热端子。电池芯是一个电化学工作系统，充放电过程中，电池芯完成电能与化学能之间的转换，工作端子是电能和化学能出入电池芯的通道，纳米碳晶加热片、加热端子和电池壳是电池的辅助部件，纳米碳晶加热片主要用来加热电池芯，加热端子是纳米碳晶加热片的电流通道，电池壳主要用来封装电池芯和纳米碳晶加热片。当电池芯温度较低时，外部电源通过加热端子给纳米碳晶加热片供应电能，纳米碳晶加热片将电能转化为热能加热电池芯。本发明具有如下优点：电池芯和纳米碳晶加热片封装在电池内部，加热效率高。电池芯的工作端子和纳米碳晶加热片的加热端子相互独立，能够独立控制输入和输出。
Description
技术领域
本发明属于化学电源领域，涉及一种电池的加热技术，特别是使用纳米碳晶加热片进行加热的电池技术。
背景技术
能源匮乏和环境污染的双重压力助推了化学能源技术的快速发展，目前，电池已成为电动汽车、手机、电动工具等用电产品的心脏，其性能好坏直接影响着用电产品的使用效果。锂离子电池以其能量密度高、循环寿命厂、环境友好等优点，已经成为用电产品的首选电池。
然而，低温环境下锂离子电池由于材料电导率、化学反应速率下降，导致放电功率和放电效率严重下降，进一步导致了用电电子产品性能的大幅度下降，甚至是无法使用。例如，冬天，电动汽车续航里程和放电功率明显下降，又例如手机在低温地区外面使用时，待机时间明显减少。更加糟糕的是，在低温环境下，对锂离子电池进行充电非常困难，低温环境下充电产生的副反应导致金属锂在负极表面沉积，加速电池寿命衰减，甚至有可能刺破隔膜，引起锂离子电池内部短路，最终导致热失控的安全事故。
所以，需要通过设计尽量避免锂离子电池在低温条件下的使用，对锂离子电池进行加热，提高锂离子电池的实际工作温度，是当前解决问题的主要方法。根据热量的产生位置，可以将加热技术分成两种，一种是外部加热，即在电芯外部使用加热源进行加热。例如，在电池模组/系统层级设计PTC加热片、吹热风、使用有机加热硅油等。另外一种是内部加热，即在电芯内部进行加热。例如，给电芯施加交流电流或者直流电流等。以上两种加热方式，现有的加热方法都存在弊端，外部加热效率低，给电芯施加交流电流或直流电流的方法尚无法预估对电池性能和寿命带来的影响。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提出一种纳米碳晶加热电池，能够实现使用外部电源在电芯内部进行加热。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：在不改变电芯原有部件设计的前提下，在电芯内部设计一组纳米碳晶加热装置，主要由纳米碳晶加热片、加热极耳组成。在电芯进行组装时，电池芯与正负极构建成为电池的工作电路；纳米碳晶加热片、加热电极构建成为电池的加热电路。使用电池壳将以上两个电路同时封装在电芯内部。
在上述的电池芯制作上，不限定电池芯的材料类型，可以是铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、全固态锂离子电池等。也不限定电池芯的材料体系，对于锂离子电池而言，可以是钴酸锂电池、三元材料电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池等任何体系。
在上述的纳米碳晶加热装置中，纳米碳晶加热片主要属于一种高分子聚合物热敏电阻材料，主要由聚乙烯、聚丙烯、增塑剂以及导电粒子等材料按照一定的比例混合后，加工成一定厚度的薄膜状材料。纳米碳晶加热片可以根据调整配方，设计成为电阻随温度范围变化明显的材料，由此达到当温度升高到一定程度时，加热功率自动调整，最终自动实现关闭的目的。在纳米碳晶加热片中设计两个供电终端作为加热电极，加热电极的大小根据加热功率的需求进行设计，当加热功率较小时，加热电极可以设计较小的截面积，当加热功率较大时，加热电极设计成较大的截面积。
上述的电池芯和纳米碳晶加热片的相对位置可以根据需要进行调整，纳米碳晶加热片可以放在电池芯的一侧、两侧(2个以上纳米碳晶加热片)、中间(卷绕工艺卷芯中间) 。
本发明的有益效果在于：
本发明使用纳米碳晶加热片作为电池加热材料，其内阻能够根据温度变化进行大范围的阶跃性变化，从而能够自动调节加热功率的大小，安全性较好。本发明将加热电路封装在电芯内部，加热电路直接给工作电路进行加热，加热效果优良。本发明将加热电路和工作电路设计成相互独立，能够实现工作和加热两不耽误。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明第一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
以下结合附图描述根据本发明实施例的一种纳米碳晶加热电池。
图1是本发明一个实施例的结构示意图。本实施例为锂离子软包装电池，其中1是电池芯、2是工作电极、3是铝塑膜、4是加热电极、5是纳米碳晶加热片、6是整个电芯。
电池芯1和工作电极2构建成工作电路，电池充放电时，由该工作电路作为负载或者电源对外进行工作。纳米碳晶加热片5和加热电极4构建成加热电路，低温环境下需要加热时，外部供电电源与加热电极4相连，通过在纳米碳晶加热片5上产生电流发热。工作电极2和加热电极4都使用铝塑软包电池常用的极耳胶工艺与铝塑膜3进行封装，保证电芯的密封性。
Claims (6)
1.一种纳米碳晶加热电池，其特征在于，包括：
电池芯、工作电极、壳体、加热电极、纳米碳晶加热片，其中电池芯和工作电极构建成为工作电路，加热电极和纳米碳晶加热片构建成为加热电路，壳体将工作电路和加热电路都封装在电芯内部。
2.根据权利要求1所述的电池芯可以根据需要设计成各种类型(如全固态电池、铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等)、各种体系(钴酸锂电池、三元材料电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池等)。
3.根据权利要求1所述的纳米碳晶加热片，主要属于一种高分子聚合物热敏电阻材料，主要由聚乙烯、聚丙烯、增塑剂以及导电粒子等材料按照一定的比例混合后，加工成一定厚度的薄膜状材料。
4.根据权利要求3所述的纳米碳晶加热片，可以根据调整配方，设计成为电阻随温度范围变化明显的材料，由此达到当温度升高到一定程度时，加热功率自动调整，最终自动实现关闭的目的。
5.根据权利要求1所述的在纳米碳晶加热片中设计两个供电终端作为加热电极，加热电极的大小根据加热功率的需求进行设计，当加热功率较小时，加热电极可以设计较小的截面积，当加热功率较大时，加热电极设计成较大的截面积。
6.根据权利要求1所述的电池芯和纳米碳晶加热片的相对位置可以根据需要进行调整，纳米碳晶加热片可以放在电池芯的一侧、两侧(2个以上纳米碳晶加热片)、中间(卷绕工艺卷芯中间) 。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170322 |