CN109860896A - 一种热导锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
热导锂离子电池，包括电池外壳、电芯、正极耳、负极耳，所述正极耳和负极耳设置在电芯主体的同侧或两侧，所述的电池外壳包覆在电芯的外侧，所述的负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料层，正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料层，其特征在于负极片设置有导热集热体，所述导热集热体为负极集流体的正面局部或/和反面局部未涂覆负极活性材料层的集流体，至少两片以上导热集热体上下在同一区域叠成导热集热的热汇流道，构成电芯的热能进出热汇流道，所述热汇流道伸入外壳内的富余电解液中，热汇流道加工成网孔或凹凸成双层，能有效解决电池温度过高或过低等问题。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种热导锂离子电池。
(二)背景技术
交通对能源危机和环境污染带来双重压力，迫切需要大力开发和研究高效、清洁、安全的新能源汽车来实现节能减排。锂离子电池由于具有比能量高、无污染、无记忆效应等优点成为新能源汽车动力系统的最佳候选。但锂离子电池对温度非常敏感，在合适的温度范围内电池组才能高效率放电并保持良好的性能。高温会使锂离子电池老化速度变快、热阻增加变快、循环次数变少、使用寿命变短，甚至引发电池热失控等问题；低温会使得电解液的电导率降低，传导活性离子的能力下降，阻抗增加，容量下降。
现有技术或是通过改变电芯的安放位置，以达到改善流体流道，增加散热的目的；或是通过对电池壳体的改进，如将壳体材料由铝合金更换为由热电材料和铝材料复合制备，将壳体侧面增设多处散热凸沿；或是将电极片延长伸入到电解液中，通过电解液将能量传输至电池外壳，再由电池外壳传输到电池外部等。现有技术虽然可以起到一定的散热作用，但是热量仍旧不能从主要发热部位极片直接导出到电池外部，导热散热效果较差。因此，研究一种新型锂离子电池已为急需。
(三)发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种热导锂离子电池，它能有效解决电池温度过高或过低等问题。
本发明的技术方案为：热导锂离子电池，包括电池外壳、电芯、正极耳、负极耳，所述正极耳和负极耳设置在电芯主体的同侧或两侧，所述的电池外壳包覆在电芯的外侧，所述的电芯包括正极片、隔膜、负极片，隔膜设置于负极片和正极片之间，按顺序依次叠片或卷绕制成电芯，所述的负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料层，正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料层，其特征在于负极片设置有导热集热体，所述导热集热体为负极集流体的正面局部或/和反面局部未涂覆负极活性材料层的集流体，至少两片以上导热集热体上下在同一区域叠成导热集热的热汇流道，构成电芯的热能进出热汇流道，所述热汇流道伸入外壳内的富余电解液中，热汇流道加工成网孔或凹凸成双层。这样，将导热集热体在上下同一区域叠合形成热汇流道，并通过流体流道部件对热汇流道加热或冷却，即可实现电池内部温度升高或降低，始终维持电池在合适的工作温度，提高电池工作效率，延长电池寿命，消除安全隐患；导热集热体可与正极片一体成型，简化工序，提高生产效率。
可选的，至少两片以上导热集热体上下间隔在同一区域叠成夹芯导热集热的热汇流道，构成电芯热能进出的热汇流道。
可选的，本发明的特征还在于所述热汇流道是导热集热体通过焊接固定形成。这样，导热集热体不需要额外增加部件，即可固定连接在一起，热量可通过热汇流道，迅速导入和导出，控制电池在合适的温度范围。
本发明的特征还在于所述焊接为超声波焊、激光焊或摩擦焊。
可选的，本发明的特征还在于所述热汇流道是导热集热体通过栓接或铆接固定形成。这样，导热集热体可固定连接在一起，热量可通过热汇流道，迅速导入和导出，控制电池在合适的温度范围。
可选的，本发明的特征还在于所述热汇流道为多层所述导热集热体折弯固定成一体。这样，导热集热体上的热量将更有利于集中于热汇流道，有利于散热或加热。
进一步的，本发明的特征还在于所述导热集热体折弯与正极片垂直或倾角0-89°。这样，导热集热体上的热量将更有利于集中于热汇流道，有利于散热或加热。
可选的，本发明的特征还在于所述热汇流道为多层所述导热集热体单向折弯固定成一体。这样，热汇流道既安装比较方便，又有利于散热或加热。
可选的，本发明的特征还在于所述热汇流道为多层所述导热集热体正、反向折弯固定成一体。这样，热汇流道有利于散热或加热。
可选的，本发明的特征还在于所述热汇流道为部分多层折弯的所述导热集热体与平直的所述导热集热体固定成一体。这样，热汇流道有利于散热或加热。
可选的，本发明的特征还在于部分多层折弯的所述导热集热体为单向折弯。这样，热汇流道既安装比较方便，又有利于散热或加热。
可选的，本发明的特征还在于部分多层折弯的所述导热集热体为正、反向折弯。这样，热汇流道有利于散热或加热。
可选的，本发明的特征还在于导热集热体的部分或全部穿孔或3D穿孔或3D凹凸。这样，导热集热体的表面积增大，更有利于散热或加热。
可选的，本发明的特征还在于导热集热体之间夹有穿孔、网状、3D穿孔、3D凹凸的导热集热部件。这样，导热集热体的散热或加热能力将更好。
可选的，本发明的特征还在于特征在于热汇流道设置有热连接件。这样，热连接件可将热量迅速的导入或导出热汇流道。
进一步的，本发明的特征还在于所述热连接件为散热片。这样，散热片可迅速将热量导出热汇流道。
进一步的，本发明的特征还在于所述热连接件为金属片。这样，金属片可将热量迅速导出热汇流道。
进一步的，本发明的特征还在于所述金属片与导热集热体材质相同。这样，金属片与导热集热体将更有利于连接。
可选的，本发明的特征还在于导热集热体之间或表面设置有翅片。这样，导热集热体上的热量可通过翅片快速的导出，进而降低电池的温度。
可选的，本发明的特征还在于导热集热体上设置有热沉。这样，通过热沉控制导热集热体在合适的温度范围之内。
可选的，本发明的特征还在于特征在于热汇流道设置有热交换部件。这样，通过热交换部件可控制热汇流道的温度在合适的范围之内，避免电池性能遭到害。
进一步的，本发明的特征还在于所述热汇流道与所述热交换部件焊接成一体。这样，热汇流道与热交换部件不需要添加额外部件即可牢固连接，而且连接也比较方便。
进一步的，本发明的特征还在于所述热汇流道与所述热交换部件栓接、胶结或铆接成一体。这样，热汇流道与热交换部件可牢固连接在一起。
可选的，本发明的特征还在于所述热汇流道连接在所述金属壳体上，所述金属壳体充当散热器。这样，热汇流道上的热量将有利于传至电池的表面，有利于散热。
可选的，本发明的特征还在于导热集热体表面有绝缘层、绝缘导热层或绝缘膜。这样，将避免在电池内部造成短路，引发爆炸等危险。
可选的，本发明的特征还在于所述热汇流道表面有绝缘层或绝缘膜。这样，将避免在电池内部造成短路，引发爆炸等危险。
可选的，本发明的特征还在于所述热汇流道位于所述正极极耳的同侧、相对侧和相邻侧的至少一侧。
可选的，本发明的特征还在于所述热汇流道在正极极耳的一侧有一个或两个或三个。这样，热量更有利于从热汇流道导入或导出。
可选的，本发明的特征还在于导热集热体凸出于负极片。这样，有利于热量导入或导出。
进一步的，本发明的特征还在于凸出的所述导热集热体伸入电池外壳内的电解液中。这样，导热集热体的热量可导入电解液中，热量经电解液迅速传至电池表面，避免因隔膜传热性能不佳，而导致热量在电池内部集聚，引发危险；同时电解液中的热量也可通过导热集热体而迅速的导入极片，避免电池温度过低。
进一步的，本发明的特征还在于所述电解液中有加热或冷却电解液用热交换器。这样，电解液可通过加热或冷却导热集热体，而使电池温度维持在合适的范围内。
可选的，本发明的特征还在于导热集热体凹陷于正极片。这样，能够节约电池内部空间，可使同样体积的电池的容量更大。
可选的，本发明的特征还在于导热集热体与负极片相连部位同宽。这样，导热性能好，而且制作工序简单。
可选的，本发明的特征还在于露面集流体平行于正极活性材料层。
进一步的，本发明的特征还在于露面集流体为全集流体。
可选的，本发明的特征还在于露面集流体为同侧覆盖正极活性材料层中部。
可选的，本发明的特征还在于所述热汇流道上设置有温度传感器。这样，可准确获得热汇流道上的温度数据。
可选的，本发明的特征还在于所述热交换部件上设置有温度传感器。这样，可准确获得热交换部件上的温度数据。
进一步的，本发明的特征还在于所述温度传感器为薄膜温度传感器。
可选的，本发明的特征还在于所述正极活性材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂或三元材料。
可选的，本发明的特征还在于所述负极活性材料为碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料或合金类负极材料。
(四)附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是图1的断面结构示意图；
图3是本发明实施例3的结构示意图；
图4是图3的断面结构示意图；
图5是本发明实施例5的结构示意图；
图6是本发明实施例6的结构示意图；
图7是本发明实施例7的结构示意图；
图8是本发明实施例8的结构示意图；
图9是本发明实施例9的结构示意图；
图10是本发明图9的结构示意图；
图11是本发明实施例11的结构示意图；
图12是本发明图11的结构示意图；
图13是本发明实施例13的结构示意图；
图14是本发明图13的结构示意图；
图15是本发明实施例15的结构示意图；
图16是本发明实施例16的结构示意图；
图17是本发明实施例17的结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明的技术方案为：热导锂离子电池，包括电池外壳、电芯、正极耳、负极耳，所述正极耳和负极耳设置在电芯主体的同侧或两侧，所述的电池外壳包覆在电芯的外侧，所述的电芯包括正极片、隔膜、负极片，隔膜设置于负极片和正极片之间，按顺序依次叠片或卷绕制成电芯，所述的负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料层，正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料层，其特征在于负极片设置有导热集热体，所述导热集热体为负极集流体的正面局部或/和反面局部未涂覆负极活性材料层的集流体，至少两片以上导热集热体上下在同一区域叠成导热集热的热汇流道，构成电芯的热能进出热汇流道，所述热汇流道伸入外壳内的富余电解液中，热汇流道加工成网孔或凹凸成双层。
1为电池外壳，2为电芯，3为正极耳，4为负极耳，5为导热集热体，6为热汇流道，7为流体流道部件，8为热交换装置，9为绝缘层。
如图1中，正负极耳设置在同一端，导热集热体与流体流道部件设置在极耳的相对端，并与正极耳连接。图2为图1的断面示意图，其导热集热体与正极耳3连接。
如图3所示，正负极耳设置在同一端，导热集热体与流体流道部件设置在极耳的相对端，并与负极耳连接。图4为图3的断面示意图，其导热集热体与正极耳3连接。
如图5所示，导热集热体与正负极耳设置在同一端，并处于正负极耳之间，同时与导热集热体连接的流体流道部件从电池负极端进入，从正极端出来，且在进入端和出来端均设置有绝缘层，将流体流道部件与极耳之间绝缘。
如图6所示，导热集热体与正负极耳设置在同一端，并处于正负极耳之间，同时与导热集热体连接的流体流道部件从电池负极端进入，从正极端出来，且在出来端均设置有绝缘层，将流体流道部件与极耳之间绝缘。
如图7所示，正负极耳设置在电池的相对端，导热集热体设置在正极耳端与正极耳连接，导热集热体连接的流体流道部件从电池的同一个端口进出，且在出来端与进入端均设置有绝缘层，将流体流道部件与极耳之间绝缘，同时起到隔热的效果。
如图8所示，正负极耳设置在电池的同一端，导热集热体设置在极耳端的相对端，与导热集热体连接的流体流道部件从电池的同一个端口进出，且在出来端与进入端均设置有绝缘层，将流体流道部件与极耳之间绝缘，同时起到隔热的效果。
如图9所示，正负极耳设置在电池的相对端，导热集热体设置在电池的侧端，与导热集热体连接的流体流道部件从电池的一个端口进入，一个端口出来。如图10为图9的断面示意图。
如图11所示，正负极耳设置在电池的同一端，导热集热体设置在电池的侧端，与导热集热体连接的流体流道部件从电池的一个端口进入，一个端口出来。如图12为图11的断面示意图。
如图13所示，正极耳设置在负极耳设置的相邻端，导热集热体设置在正极耳的相对端，与导热集热体连接的流体流道部件从电池的一个端口进入，一个端口出来。如图14为图13的断面示意图。
如图15所示，正负极耳设置在电池的相对端，导热集热体设置在电池的侧端，与导热集热体连接的流体流道部件从电池的同一个端口进出，且在流体流道部件的进入端和出来端之间设置有隔热层。
如图16所示，正负极耳设置在电池的相邻端，导热集热体设置在电池的侧端，正极耳的相对端，与导热集热体连接的流体流道部件从电池的同一个端口进出，且在流体流道部件的进入端和出来端之间设置有隔热层。
如图17所示，正负极耳设置在电池的同一端，导热集热体设置在电池的侧端，与导热集热体连接的流体流道部件从电池的同一个端口进出，且在流体流道部件的进入端和出来端之间设置有隔热层。
上述内容为本发明的具体实施例的例举，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
同时本发明上述实施例仅为说明本发明技术方案之用，仅为本发明技术方案的列举，并不用于限制本发明的技术方案及其保护范围。采用等同技术手段、等同设备等对本发明权利要求书及说明书所公开的技术方案的改进应当认为是没有超出本发明权利要求书及说明书所公开的范围。
Claims (10)
1.热导锂离子电池，包括电池外壳、电芯、正极耳、负极耳，所述正极耳和负极耳设置在电芯主体的同侧或两侧，所述的电池外壳包覆在电芯的外侧，所述的电芯包括正极片、隔膜、负极片，隔膜设置于负极片和正极片之间，按顺序依次叠片或卷绕制成电芯，所述的负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性材料层，正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性材料层，其特征在于负极片设置有导热集热体，所述导热集热体为负极集流体的正面局部或/和反面局部未涂覆负极活性材料层的集流体，至少两片以上导热集热体上下在同一区域叠成导热集热的热汇流道，构成电芯的热能进出热汇流道，所述热汇流道伸入外壳内的富余电解液中，热汇流道加工成网孔或凹凸成双层。
2.如权利要求1所述的热导锂离子电池，其特征在于至少两片以上导热集热体上下间隔在同一区域叠成夹芯导热集热的热汇流道，构成电芯热能进出的热汇流道。
3.如权利要求2所述的热导锂离子电池，其特征在于所述热汇流道是导热集热体通过焊接固定形成。
4.如权利要求3所述的热导锂离子电池，其特征在于所述热汇流道是导热集热体通过焊接固定形成。
5.如权利要求4所述的热导锂离子电池，其特征在于所述焊接为超声波焊、激光焊或摩擦焊。
6.如权利要求2所述的热导锂离子电池，其特征在于所述热汇流道是导热集热体通过栓接或铆接固定形成。
7.如权利要求3所述的热导锂离子电池，其特征在于所述热汇流道为多层所述导热集热体折弯固定成一体。
8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的热导锂离子电池，其特征在于所述导热集热体折弯与极片的夹角为0-90°；或者所述热汇流道为多层所述导热集热体单向折弯固定成一体；或者所述热汇流道为多层所述导热集热体正、反向折弯固定成一体；或者所述热汇流道为多层折弯的所述导热集热体与平直的所述导热集热体固定成一体；或者多层折弯的所述导热集热体为正、反向折弯；或者热汇流道为部分多层导热集热体折弯与平直导热集热体焊接成一体；或者导热集热体的部分或全部穿孔或3D穿孔或3D凹凸；或者导热集热体之间夹有穿孔、网状、3D穿孔、3D凹凸的导热集热部件；或者导热集热体之间夹有自身折弯的穿孔、网状、3D穿孔、3D凹凸的导热集热体；或者热汇流道设置有热连接件；或者所述热连接件为散热片；或者所述热连接件为金属片；或者所述金属片为多金属片；或者所述金属片与导热集热体材质相同；或者导热集热体之间或表面设置有翅片；或者导热集热体上设置有热沉；或者热汇流道设置有热交换部件；或者所述热汇流道与所述热交换部件焊接成一体；或者所述热汇流道与所述热交换部件栓接、胶结或铆接成一体。
9.如权利要求1至7中任一权利要求所述的热导锂离子电池，其特征在于导热集热体表面有绝缘层、绝缘导热层或绝缘膜；或者所述热汇流道表面有绝缘层或绝缘膜；或者所述热汇流道位于所述正极极耳的同侧、相对侧和相邻侧的至少一侧；或者所述热汇流道在正极极耳的一侧有一个或两个或三个；或者导热集热体凸出于负极片；或者凸出的所述导热集热体深入电池外壳内的电解液中；或者所述电解液中有加热或冷却电解液用热交换器；或者导热集热体凹陷于负极片。
10.如权利要求1至7中任一权利要求所述的热导锂离子电池，其特征在于导热集热体与负极片相连部位同宽；或者所述热汇流道上设置有温度传感器；或者所述热交换部件上设置有温度传感器；或者所述温度传感器为薄膜温度传感器或光纤光栅温度传感器；或者所述温度传感器为薄膜温度传感器或光纤光栅温度传感器；或者所述热汇流道连接在所述有机硬壳上，所述有机硬壳充当散热器。
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