CN107994202B - 一种改善圆柱电池极片导热散热性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善圆柱电池极片导热散热性能的方法，包括：制备导热浆料；利用导热浆料在集流体表面构建导热通道结构单元；在构建了导热通道结构单元的集流体表面涂覆电极浆料制成电芯极片。本发明提供的改善圆柱电池极片导热散热性能的方法可以提高圆柱形电池的传热导热性能，可以将电芯内部会产生的热量通过导热通道结构单元快速传递到极耳及集流盘处最终通过集流盘、盖板将热量传递到电池外表，避免电池使用过程中热量在圆柱卷芯内部的累积而影响电池的使用寿命及安全。

Description

一种改善圆柱电池极片导热散热性能的方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种改善圆柱电池极片导热散热性能的方法。
背景技术
随着人们对环境保护越来越重视以及石油等不可再生能源储备的进一步降低，新能源等可再生能源产业的发展已经在我国上升为国家战略。近年来，锂离子电池凭借其优异的电化学性能迅速成为新能源汽车动力电池储能系统的首选，未来发展前景广阔。
由于电池最初量产的平台为圆柱平台，具有成熟的生产工艺及生产体系，保证了其电池制作的一致性水平很高，同时圆柱电池由于其特殊结构，电池在使用过程中内部气压过高时其壳体受力比较均匀不易变形，保证了电池结构的稳定性，有利于改善电池的循环性能及其使用寿命。圆柱电池的优异特性使其广泛应用于生产、生活的方方面面，例如，新能源汽车领域特斯拉采用了松下18650型号的圆柱电池作为汽车的动力电池。然而，随着圆柱电池的能量密度要求越高，电池体积越来越大给圆柱电池的散热提出越来越高的要求，当电池内部产生的热量不能快速大量的导出传导至电池外部会给电池的安全性能及电性能造成较大影响，严重时会导致电池产生泄露甚至爆炸。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种改善圆柱电池极片导热散热性能的方法，其制备的电芯极片导热散热性能好，用于电池中能显著提高电池的安全性能、电性能和稳定性，并延长了电池的使用寿命。
本发明提出的一种改善圆柱电池极片导热散热性能的方法，包括以下步骤：
S1、制备导热浆料；
S2、利用S1中的导热浆料在集流体表面构建导热通道结构单元；
S3、在构建了导热通道结构单元的集流体表面涂覆电极浆料制成电芯极片。
优选地，在S1中，所述导热浆料为含有纳米级金刚石颗粒的浆料。
优选地，在S1中，所述导热浆料由纳米级金刚石颗粒分散于聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮胶液中制成。
优选地，所述纳米级金刚石颗粒的粒径为500-800nm。
优选地，在S1中，所述导热浆料的固含量为25％～35％。
优选地，在S2中，所述导热通道结构单元的宽度为2～3μm、厚度为1～2μm，且沿集流体宽度方向以10mm等间距均匀分布。
优选地，在S3中，所述电极浆料为正极浆料或者负极浆料；正极浆料的活性物质为LiNixCoyMn1-x-yO2，其中0<x<1、0<y<1，或磷酸铁锂或锰酸锂；负极浆料的活性物质为Li4Ti5O12或者Li4Ti5O12掺杂改性的材料。
本发明所述改善圆柱电池极片导热散热性能的方法中，在集流体的表面构建了含有纳米级金刚石颗粒的导热通道结构单元，室温条件下，金刚石的热导率可以达到2000w/(m·k)，是铜材料的5倍左右，使用本发明制备的具有纳米金刚石导热通道结构单元的极片，当电池在使用过程中卷芯内部的热量可以快速的通过导热通道结构单元传递到极耳与集流盘处，最后通过集流盘与盖板传递至外表面，可以有效降低卷芯内部的热量集聚，从而可以提高电池的稳定性及使用寿命。
附图说明
图1为本发明中提出的具有导热通道结构单元的电芯极片剖面示意图；
图2为本发明中提出的导热通道结构单元在集流体表面分布示意图；
图3为本发明实施例5制备的电芯极片制作的电池与对比例实施例6极片制作的电池在极限条件下(针刺)，电池表面温升曲线对比图；
图4为本发明实施例5制备的极片制作的电池循环后电池拆解图片；
图5为本发明实施例6制备的极片制作的电池循环后电池拆解图片。
具体实施方式
图1为本发明中提出的具有导热通道结构单元的电芯极片剖面示意图，由图1可知，所述电芯极片包括集流体1、构建在集流体表面的导热通道结构单元2和电极浆料层3；
图2为本发明中提出的导热通道结构单元在集流体表面分布示意图，其中，1为极耳区，2为导热通道结构单元，由图2可知，所述导热通道结构单元在集流体表面沿集流体宽度方向等间距均匀分布。
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种改善圆柱电池极片导热散热性能的方法，包括以下步骤：
S1、制备导热浆料；
S2、利用S1中的导热浆料在集流体表面构建导热通道结构单元；
S3、在构建了导热通道结构单元的集流体表面涂覆电极浆料制成电芯极片。
实施例2
本发明提出的一种改善圆柱电池极片导热散热性能的方法，包括以下步骤：
S1、制备导热浆料；其中，所述导热浆料为含有纳米级金刚石颗粒的浆料；所述导热浆料的固含量为35％；
S2、利用S1中的导热浆料在集流体表面构建导热通道结构单元；其中，所述导热通道结构单元的宽度为3μm、厚度为1μm，且沿集流体宽度方向以10mm等间距均匀分布；
S3、在构建了导热通道结构单元的集流体表面涂覆电极浆料制成电芯极片；其中，所述电极浆料为正极浆料；正极浆料的活性物质为锰酸锂。
实施例3
本发明提出的一种改善圆柱电池极片导热散热性能的方法，包括以下步骤：
S1、制备导热浆料；其中，所述导热浆料由纳米级金刚石颗粒分散于聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮胶液中制成；所述导热浆料的固含量为25％；
S2、利用S1中的导热浆料在集流体表面构建导热通道结构单元；其中，所述导热通道结构单元的宽度为2μm、厚度为2μm，且沿集流体宽度方向以10mm等间距均匀分布；
S3、在构建了导热通道结构单元的集流体表面涂覆电极浆料制成电芯极片；其中，所述电极浆料为负极浆料；负极浆料的活性物质为Li4Ti5O12。
实施例4
本发明提出的一种改善圆柱电池极片导热散热性能的方法，包括以下步骤：
S1、制备导热浆料；其中，所述导热浆料由纳米级金刚石颗粒分散于聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮胶液中制成；所述纳米级金刚石颗粒的粒径为500～600nm；所述导热浆料的固含量为30％；
S2、利用S1中的导热浆料在集流体表面构建导热通道结构单元；其中，所述导热通道结构单元的宽度为2.5μm、厚度为1.5μm，且沿集流体宽度方向以10mm等间距均匀分布；
S3、在构建了导热通道结构单元的集流体表面涂覆电极浆料制成电芯极片；其中，所述电极浆料为正极浆料；正极浆料的活性物质为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。
实施例5
本实施例采用32131圆柱三元NCM523-钛酸锂电池体系进行；
本发明提出的一种改善圆柱电池极片导热散热性能的方法，包括以下步骤：
S1、制备导热浆料；其中，所述导热浆料由纳米级金刚石颗粒分散于聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮胶液中制成；所述纳米级金刚石颗粒的粒径为700～800nm；所述导热浆料的固含量为30％；
S2、将S1中的导热浆料涂覆在集流体表面，烘干后获得导热通道结构单元；其中，导热通道结构单元的宽度控制在2.5μm、厚度为1.5μm，且以10mm等间距沿集流体宽度方向均匀分布于集流体表面；
S3、在两个构建了导热通道结构单元的集流体表面分别涂覆正极浆料和负极浆料得到正极电芯极片和负极电芯极片。
实施例6
本实施例采用32131圆柱三元NCM523-钛酸锂电池体系进行；在本实施例中，电芯极片的制备采用普通集流体制备极片，电极浆料直接涂覆在集流体上。
将实施例5制备的电芯极片与实施例6制备的电芯极片分别经过烘烤、辊压、分切、卷绕、注液、化成分容工序得到电池，分别对实施例5电芯极片制备的电池与实施例6电芯极片制备的电池在极限条件(针刺)进行电池表面温升测试，测试结果如图3所示，由图3可知，实施例5电芯极片制备的电池表面温升较对比例实施例6电芯极片制备的电池要快，同时实施例5电芯极片制备的电池的温度下降速度同样较快，明显优于实施例6中电芯极片制备的电池。
将利用实施例5中的电芯极片制备的电池循环后拆解，如图4所示，由图4可知，从极片隔膜看，卷芯散热效果好，未出现隔膜受热打皱现象；将利用对比例实施例6中的电芯极片制备的电池循环后拆解，如图5所示，由图5可知，由于极片产热累积导致隔膜收缩形成褶皱；比较图4和图5可知，在集流体表面构建的导热通道结构单元有利于将卷芯内部热量传导散出。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种改善圆柱电池极片导热散热性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备导热浆料,所述导热浆料为含有纳米级金刚石颗粒的浆料,所述导热浆料由纳米级金刚石颗粒分散于聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮胶液中制成,所述纳米级金刚石颗粒的粒径为500-800nm；
S2、利用S1中的导热浆料在集流体表面构建导热通道结构单元,所述导热通道结构单元的宽度为2～3μm、厚度为1～2μm，且沿集流体宽度方向以10mm等间距均匀分布；
S3、在构建了导热通道结构单元的集流体表面涂覆电极浆料制成电芯极片。
2.根据权利要求1所述改善圆柱电池极片导热散热性能的方法，其特征在于，在S1中，所述导热浆料的固含量为25％～35％。
3.根据权利要求1所述改善圆柱电池极片导热散热性能的方法，其特征在于，在S3中，所述电极浆料为正极浆料或者负极浆料；正极浆料的活性物质为LiNixCoyMn1-x-yO2，其中0<x<1、0<y<1，或磷酸铁锂或锰酸锂；负极浆料的活性物质为Li4Ti5O12或者Li4Ti5O12掺杂改性的材料。
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