CN109873241A - 一种封闭式热电池的壳热发散处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封闭式热电池的壳热发散处理方法，包括对热电池壳体、壳内和壳外进行热发散处理，具体方法是：选用新型材料作为制备电池筒体的壳体材料，改善电池筒体导热性，同时，在壳体内电池堆绝缘层与保温层之间增加导热性材料，最后在电池壳体表面设置热发散涂覆层、热发散包覆层或套簧丝，实现热电池热量的均匀分布和发散。本发明克服了热电池工作过程中热量积聚，避免因热量过高而导致电池热失控的安全性问题，通过壳热发散处理可以提高电池热量的均匀分布和电池表面的热发散，防止电池热量局部积聚，积聚从而有效避免热电池工作过程中的热失控，提高电池的安全性，对于空间紧张封闭式热电池尤其适用，适合推广使用。

Description

一种封闭式热电池的壳热发散处理方法

技术领域

本发明属于热电池技术领域，尤其涉及一种封闭式热电池的壳热发散处理方法。

背景技术

热电池是一种热激活贮备电池，在常温下贮存时电解质为不导电的固体，使用时用电发火头或撞针机构引燃其内部的加热药剂，使电解质熔融成为离子导体而被激活的一种储备电池，贮存时间理论上是无限的，实际达17年以上。由于它内阻小、使用温度范围宽、贮存时间长、激活迅速可靠、不需要维护，故而其已发展成为导弹、核武器、火炮等现代化武器的理想电源体系。然而，由于热电池为一次电源，使得其在激活前的安全性和可靠性无法得到准确判断。

热电池安全性问题主要由于多种设计或工艺因素造成的链式热失控引起，现有热电池的基本机理为：电堆局部热失控——硫化物正极分解——硫蒸汽与合金负极发生热反应——锂合金负极熔融并溢出——电堆大范围短路——热失控程度进一步扩大——金属壳体熔穿或爆炸。因此，在热电池研制过程中准确找到电堆设计过程中的薄弱环节，有效避免电堆局部热失控是热电池安全研制过程中的核心考量因素。

对于封闭式热电池而言，电池堆中部因热量无法向四周快速扩散，易在中部积聚，导致电池中部温度过高，最终造成整个电池热失控。因此，在封闭式热电池散热薄弱环节的安全设计过程中，如何解决电池堆中部的热积聚问题是限制电池安全性提高的关键环节。

目前，国内外主要采用梯式热缓冲设计，该设计方法由于不能实现对电池堆热量的打断，因而无法从根本上解决电池中部的热积聚现象。可见，本领域缺乏一种能用于大幅度提高封闭式热电池的安全性和可靠性的安全性设计方法。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种封闭式热电池的壳热发散处理方法。本发明克服了热电池工作过程中热量积聚，避免因热量过高而导致电池热失控的安全性问题，通过壳热发散处理将电池堆中部的热量发散，有效分散电池中部的热量聚集，从而降低电池中部的热量局部积聚问题，有效避免热电池工作过程中的热失控，提高电池的安全性，对于空间紧张封闭式热电池尤其适用，适合推广使用。

为了能够达到上述所述目的，本发明采用以下技术方案：

一种封闭式热电池的壳热发散处理方法，包括对热电池壳体、壳内和壳外进行热发散处理，具体方法是：选用新型材料作为制备电池筒体的壳体材料，改善电池筒体导热性，同时，在壳体内电池堆绝缘层与保温层之间增加导热性材料，最后在电池壳体表面设置热发散涂覆层、热发散包覆层或套簧丝，实现热电池热量的均匀分布和发散。

进一步地，所述新型材料为碳碳复合材料、陶瓷材料、金属材料、铜铝合金材料中的一种或一种以上。

进一步地，所述金属材料为铜、铝、银、钼中的一种或一种以上；所述陶瓷材料为氧化铍、氮化硅、碳硅铝陶瓷中的一种或一种以上。

进一步地，所述导热性材料为高导热的碳纤维毡、石墨烯毡、金属箔、导热胶中的一种或一种以上。

进一步地，所述热发散涂覆层为纳米金属粉镀层、化合物镀层、陶瓷镀层、导热胶中的一种或一种以上。

进一步地，所述纳米金属粉镀层为纳米锌粉、纳米铜粉、纳米铬粉、纳米钽粉镀层中的一种或一种以上。

进一步地，所述化合物镀层为钛碳化铝、氮化铝、碳化钨、碳化钽、碳化铌镀层中的一种或一种以上。

进一步地，所述陶瓷镀层为碳化硼、钛碳化硅、氮化硼、氧化铍陶瓷镀层中的一种或一种以上。

进一步地，所述热发散包覆层为高导热的纤维毡、石墨烯导热纸、铜箔、铝箔中的一种或一种以上。

进一步地，所述套簧丝的方法是：将金属丝环形缠绕紧贴或焊接在热电池筒体的表面；所述金属丝是高导热性的铜丝、铝丝、银丝、氧化铍陶瓷丝、铜铝合金丝中的一种或一种以上。

本申请热发散处理原理：一般地，热电池工作过程中从电池堆包裹层传递到壳内、壳体或壳外导热性材料上的热量，受高导热材料热传递取向和温度差的影响，温度高区域的热量会向四周快速扩散，会实现热量的均匀分配，从而使热量积聚问题得到有效缓解。本发明中，热电池工作过程中从电池堆绝缘层传递出来的热量会首先到达壳内热发散材料，由于热电池保温层材料导热系数很低，因此传递过来的热量会在壳内热发散材料表面进行快速热传导，实现电池堆热量的第一次均匀分布；透过壳内电池堆保温层的热量会传递至热电池壳体，高导热壳体材料会实现热量的第二次均匀分布，同时继续向外传递至壳外热发散材料上，壳外热发散材料会实现热量的第三次均匀分布并与大气环境间进行热交换，最终将这些多余的热量消耗掉。

对于热发散材料，受材料热传导取向和温度差的影响，材料中部温度高区域的热量会向四周扩散；对于垂直于热发散材料方向，不同热发散材料之间受温度差驱动力的影响，热发散材料中部(温度高)由于向四周传递了热量，温度会相对降低，垂直方向热传递会相对加快；而热发散材料四周的温度相对升高，热传递会相对减缓。这些都非常有益于温度积聚区域热量的均匀分布。

由于本发明采用了以上技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明克服了热电池工作过程中热量积聚，避免因热量过高而导致电池热失控的安全性问题，通过壳热发散处理将电池堆中部的热量发散，有效分散电池中部的热量聚集，从而降低电池中部的热量局部积聚问题，有效避免热电池工作过程中的热失控，提高电池的安全性，对于空间紧张封闭式热电池尤其适用，适合推广使用。

(2)本申请在电池筒体表面做套簧处理可以实现筒体整体热量的跨区域分散并提高其电池力学强度，可以有效分散电池中部的热量聚集，实现热量的均匀分布，保证了电池电性能的稳定输出，提高电池的安全性。

(3)本申请在电池筒体表面做热发散材料，可以降低热电池表面的温度，符合低表面温度热电池的发展趋势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为应用实例1处理方法的热电池结构示意图；

图2为应用实例2处理方法的热电池结构示意图；

图3为应用实例3套簧丝处理示意图；

附图中：1-绝缘层；2-壳内导热层；3-保温层；4-壳体；5-壳外热发散层；6-导线；7-电发火头组件；8-加热片；9-正极片；10-隔膜片；11-负极片；12-极柱；13-热电池；14-热发散涂覆层。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1

通过热电池放电时中部热量积聚明显，出现明显的发热“红晕”现象，采用感温探头测量电池表面中部和顶部或底部温度，发现电池表面中部和顶部或底部的温度差在60℃左右，选用碳碳复合材料作为制备电池筒体的壳体材料，改善电池筒体导热性，同时，在电池堆绝缘层与保温层之间增加碳纤维布，最后在电池壳体表面设置铝箔作为热发散包覆层，实现壳体热量的发散。电池放电时，电池中部的发热“红晕”现象减弱，通过感温探头测量电池表面中部、底部和顶部的温度，发现三者温度差均在20℃左右，应用实例结构示意图见图1。

应用实例2

采用功率放电仪对热电池进行放电，发现热电池放电时中部热量积聚明显，出现明显的发热“红晕”现象，采用感温探头测量电池表面中部和顶部或底部温度，发现电池表面中部和顶部或底部的温度差在60℃左右。选用陶瓷作为制备电池筒体的壳体材料，改善电池筒体导热性，同时，在电池堆绝缘层与保温层之间增加碳纤维毡，最后在电池壳体表面设置纳米金属粉镀层作为热发散涂覆层，并设置纤维毡作为热发散包覆层，实现壳体热量的均匀分布和发散。电池放电时，电池中部的发热“红晕”现象减弱，通过感温探头测量电池表面中部、底部和顶部的温度，发现三者温度差均在40℃左右，但表面温度相对于应用实例1平均降低10℃左右，热电池结构示意图如图2所示。

应用实例3

采用功率放电仪对热电池进行放电，发现热电池放电时中部热量积聚明显，出现明显的发热“红晕”现象，采用感温探头测量电池表面中部和顶部或底部温度，发现电池表面中部和顶部或底部的温度差在60℃左右。选用钛合金作为制备电池筒体的壳体材料，改善电池筒体导热性，同时，在电池堆包裹层与壳体之间增加石墨烯毡，最后将高导热性的铜丝环形缠绕紧贴或焊接在热电池筒体的表面，实现壳体热量的均匀分布和发散。通过壳体和壳外热发散处理了后，热电池放电过程中，电池中部热量积聚“红晕”现象未出现，电池表面中部和顶部或底部的温度差在15℃左右。

综上所述，本发明克服了热电池工作过程中热量积聚，避免因热量过高而导致电池热失控的安全性问题，通过壳热发散处理将电池堆中部的热量发散，有效分散电池中部的热量聚集，从而降低电池中部的热量局部积聚问题，有效避免热电池工作过程中的热失控，提高电池的安全性，对于空间紧张封闭式热电池尤其适用，适合推广使用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在没有背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同腰间的含义和范围内的所有变化囊括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种封闭式热电池的壳热发散处理方法，其特征在于：包括对热电池壳体、壳内和壳外进行热发散处理，具体方法是：选用新型材料作为制备电池筒体的壳体材料，改善电池筒体导热性，同时，在壳体内电池堆绝缘层与保温层之间增加导热性材料，最后在电池壳体表面设置热发散涂覆层、热发散包覆层或套簧丝，实现热电池热量的均匀分布和发散。

2.根据权利要求1所述的一种封闭式热电池的壳热发散处理方法，其特征在于：所述新型材料为碳碳复合材料、陶瓷材料、金属材料、铜铝合金材料中的一种或一种以上。

3.根据权利要求2所述的一种封闭式热电池的壳热发散处理方法，其特征在于：所述金属材料为铜、铝、银、钼中的一种或一种以上；所述陶瓷材料为氧化铍、氮化硅、碳硅铝陶瓷中的一种或一种以上。

4.根据权利要求1所述的一种封闭式热电池的壳热发散处理方法，其特征在于：所述导热性材料为高导热的碳纤维毡、石墨烯毡、金属箔、导热胶中的一种或一种以上。

5.根据权利要求1所述的一种封闭式热电池的壳热发散处理方法，其特征在于：所述热发散涂覆层为纳米金属粉镀层、化合物镀层、陶瓷镀层、导热胶中的一种或一种以上。

6.根据权利要求5所述的一种封闭式热电池的壳热发散处理方法，其特征在于：所述纳米金属粉镀层为纳米锌粉、纳米铜粉、纳米铬粉、纳米钽粉镀层中的一种或一种以上。

7.根据权利要求5所述的一种封闭式热电池的壳热发散处理方法，其特征在于：所述化合物镀层为钛碳化铝、氮化铝、碳化钨、碳化钽、碳化铌镀层中的一种或一种以上。

8.根据权利要求5所述的一种封闭式热电池的壳热发散处理方法，其特征在于：所述陶瓷镀层为碳化硼、钛碳化硅、氮化硼、氧化铍陶瓷镀层中的一种或一种以上。

9.根据权利要求1所述的一种封闭式热电池的壳热发散处理方法，其特征在于：所述热发散包覆层为高导热的纤维毡、石墨烯导热纸、铜箔、铝箔中的一种或一种以上。

10.根据权利要求1所述的一种封闭式热电池的壳热发散处理方法，其特征在于：所述套簧丝的方法是：将金属丝环形缠绕紧贴或焊接在热电池筒体的表面；所述金属丝是高导热性的铜丝、铝丝、银丝、氧化铍陶瓷丝、铜铝合金丝中的一种或一种以上。