CN110739507A - 锂电池用散热膜及锂电池 - Google Patents

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CN110739507A CN201911145769.1A CN201911145769A CN110739507A CN 110739507 A CN110739507 A CN 110739507A CN 201911145769 A CN201911145769 A CN 201911145769A CN 110739507 A CN110739507 A CN 110739507A
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金生洙
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Abstract

本申请涉及锂电池技术领域，具体地涉及一种锂电池用散热膜及锂电池。所述锂电池包括：极组，散热膜以及壳体，所述散热膜直接包覆所述极组表面，并且设置在所述壳体内，其中，所述散热膜包括第一导热绝缘层；第二导热绝缘层；以及直接设置于所述第一导热绝缘层和第二导热绝缘层之间的散热层，所述散热层材料的导热系数为1200W/m·K以上。本申请提供的一种锂电池，使用具有高导热系数的散热膜来传导电池极组产生的热量，且所述热量直接经过所述散热膜传导到电池壳体，热量可以快速传递，加强了锂电池的散热性能，且结构简单，操作简便，易于规模化生产。

Description

锂电池用散热膜及锂电池
技术领域
本申请涉及锂电池技术领域，具体地涉及一种锂电池用散热膜及锂电池。
背景技术
锂电池因其具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低、工作温度范围宽、安全可靠以及环境友好等优点，已经在便携式消费电子、电动工具、医疗电子等领域获得了广泛应用。然而随着锂电池市场需求量的增大，锂电池安全性日益凸显。锂电池在充放电过程中，会产生出大量的热量导致电池温度升高，而温度过高会导致电解液分解，产气，严重时会冒烟，爆炸，威胁着用户的安全。
目前对锂电池进行散热的方法，一般是在电池模组外部进行冷却，冷却方式有风冷和液冷两种，整个冷却降温系统增加了模组的体积，降低了模组的能量密度，但是锂电池在使用过程中主要是内部中心温度过高，仅仅在模组外部对电池散热，难以对锂电池内部的热量进行快速的传导。
因此有必要设计一种新的锂电池，从电池内部着手，来加强电池的散热性能。
发明内容
本申请提供一种锂电池用散热膜及锂电池，来加强锂电池的散热性能。
本申请的一个方面提供一种锂电池用散热膜，包括：第一导热绝缘层；第二导热绝缘层；以及直接设置于所述第一导热绝缘层和第二导热绝缘层之间的散热层，所述散热层材料的导热系数为1200W/m·K以上。
在本申请的一些实施例中，所述散热层的材料包括人工石墨，纳米碳，石墨烯和纳米碳管中的一种或多种。
在本申请的一些实施例中，所述散热层的厚度为0.8-1.4毫米。
在本申请的一些实施例中，所述第一导热绝缘层和所述第二导热绝缘层的材料为绝缘胶类。
在本申请的一些实施例中，所述第一导热绝缘层的材料包括导热硅胶或PET中的一种或多种；所述第二导热绝缘层的材料包括导热硅胶或PET中的一种或多种。
在本申请的一些实施例中，所述第一导热绝缘层的厚度为20-30微米；所述第二导热绝缘层的厚度为20-30微米。
本申请的另一个方面提供一种锂电池，包括：极组，散热膜以及壳体，所述散热膜直接包覆所述极组表面，并且设置在所述壳体内，其中，所述散热膜包括第一导热绝缘层；第二导热绝缘层；以及直接设置于所述第一导热绝缘层和第二导热绝缘层之间的散热层，所述散热层材料的导热系数为1200W/m·K以上。
在本申请的一些实施例中，所述散热膜可与所述极组表面直接粘连。
在本申请的一些实施例中，所述极组和散热膜的体积设置使得充放电时，所述散热膜可直接挤压所述壳体。
在本申请的一些实施例中，所述散热膜的导热系数为600-1000W/m·K。
本申请提供的一种锂电池用散热膜及锂电池，使用具有高导热系数的散热膜来传导电池极组产生的热量，且所述热量直接经过所述散热膜传导到电池壳体，热量可以快速传递，加强了锂电池的散热性能。
附图说明
以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本公开的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：
图1为常规锂电池的结构示意图。
图2为本申请实施例所述锂电池用散热膜的结构示意图。
图3为本申请实施例所述锂电池的结构示意图。
具体实施方式
以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本公开不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。
下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。
图1为常规锂电池的结构示意图。
参考图1所示，在常规锂离子方形电池中，通常包括由正负极极片和隔膜组装成的极组100，用于包覆所述极组100起到绝缘作用的Mylar膜102，壳体103以及充斥于所述极组100、Mylar膜102和壳体103之间的电解液101。在电池工作时，所述极组100产生的热量经电解液101、Mylar膜102、电解液101、壳体103最终传到电池外部。其中，所述电解液101的导热系数为0.2W/m·K左右，所述Mylar膜102的导热系数为0.12W/m·K左右，所述外壳103的导热系数为120W/m·K左右，从导热系数的数值可以看出，导致电池传热效率低的最主要因素是电解液和Mylar膜，因此为了提高锂电池内部的传热效率，本申请从Mylar膜着手，提供一种锂电池用散热膜来替代传统Mylar膜，从而增强电池散热。
图2为本申请实施例所述锂电池用散热膜的结构示意图。
参考图2所示，本申请的实施例提供一种锂电池用散热膜，包括：第一导热绝缘层110；第二导热绝缘层120；以及直接设置于所述第一导热绝缘层110和第二导热绝缘层120之间的散热层130，所述散热层130材料的导热系数为1200W/m·K以上。
常规锂电池中，通常使用Mylar膜来包覆电池极组起到绝缘作用，本申请实施例中使用所述具有高导热系数的散热膜来代替所述Mylar膜，其中所述第一导热绝缘层110和所述第二导热绝缘层120同样可以起到绝缘隔离所述极组100和所述壳体103的作用，而所述散热层130具有高导热系数，可以大幅提高电池的散热性能。所述散热膜的重量与体积与所述Mylar膜相差不大，不会减小电池的能量密度。
除了绝缘功能外，所述第一导热绝缘层110和所述第二导热绝缘层120还具有粘结作用，可以直接与所述散热层130粘结在一起，制作方便，易于规模化生产。
参考图2所示，所述第一导热绝缘层110用于绝缘隔离所述极组100和所述散热层130。
在本申请的一些实施例中，所述第一导热绝缘层110的材料为绝缘胶类。
在本申请的一些实施例中，所述第一导热绝缘层110可以直接与所述极组100粘连，所述第一导热绝缘层110和所述极组100之间没有多余电解液，提高了传热效率。所述第一导热绝缘层110表面光滑，易于封装，不会损伤所述极组100。
在本申请的一些实施例中，所述第一导热绝缘层110的材料包括导热硅胶或PET薄膜中的一种或多种。
在本申请的一些实施例中，所述第一导热绝缘层110的材料为导热硅胶。所述导热硅胶的导热系数为5W/m·K，高于所述Mylar膜和电解液，也能提高电池的传热性能。
在本申请的一些实施例中，所述第一导热绝缘层110的厚度为20-30微米，例如20微米，25微米和30微米。在所述散热膜中，主要由所述散热层130提供传热能力，所述第一导热绝缘层110的主要目的是对所述极组100绝缘，因此所述第一导热绝缘层110的厚度应该尽可能小，但不能太小，以免影响所述第一导热绝缘层110的绝缘性能。
继续参考图2，所述散热层130为所述散热膜的主要构成部分，用于提高电池的传热性能。
在本申请的一些实施例中，所述散热层130的材料包括人工石墨，纳米碳，石墨烯和纳米碳管中的一种或多种。所述散热层130材料的导热系数远高于传统锂电池中Mylar膜以及电解液的导热系数，大幅提高了锂电池的散热性能，提高了安全性。
在本申请的一些实施例中，所述散热层130的材料为人工石墨。所述人工石墨的导热系数高达1500W/m·K，且价格低廉。所述人工石墨还具有良好的韧性和塑性，可以裁切成任意合适的形状。
在本申请的一些实施例中，所述散热层130的厚度为0.8-1.4毫米，例如0.8毫米，1毫米，1.2毫米或1.4毫米。所述散热层130的尺寸根据锂电池的尺寸而确定。
继续参考图2，所述第二导热绝缘层120用于绝缘隔离所述散热层130和所述壳体103。
在本申请的一些实施例中，所述第二导热绝缘层120的材料为绝缘胶类。在电池充放电过程中，所述极组100会膨胀导致厚度增加，可以将所述第二导热绝缘层120与所述壳体103内壁挤压接触连接在一起，这时所述第二导热绝缘层120和所述壳体103之间没有多余电解液，所述极组100产生的热量直接经过所述散热膜传递到所述壳体103，提高了电池的传热效率。所述第二导热绝缘层120表面光滑，易于封装，不会损伤所述壳体103。
在本申请的一些实施例中，所述第二导热绝缘层120的材料包括导热硅胶或PET中的一种或多种。
在本申请的一些实施例中，所述第二导热绝缘层120的材料为导热硅胶。所述导热硅胶的导热系数为5W/m·K，高于所述Mylar膜和电解液，也能提高电池的传热性能。
在本申请的一些实施例中，所述第二导热绝缘层110的厚度为20-30微米，例如20微米，25微米或30微米。在所述散热膜中，主要由所述散热层130提供传热能力，所述第二导热绝缘层110的主要目的是对所述壳体103绝缘，因此所述第二导热绝缘层120的厚度应该尽可能小，但不能太小，以免影响所述第二导热绝缘层120的绝缘性能。
在本申请的一些实施例中，所述散热膜的导热系数为
600-1000W/m·K，例如700W/m·K，800W/m·K或900W/m·K。所述第一导热绝缘层110、所述散热层130和所述第二导热绝缘层120的材料以及尺寸都会影响整个散热膜的导热系数，为了保证传热性能，所述散热膜的整体导热系数需要设置在合适的范围之内。
本申请提供的一种锂电池用散热膜，使用具有高导热系数的散热膜来传导电池极组产生的热量，且所述热量直接经过所述散热膜传导到电池壳体，热量可以快速传递，加强了锂电池的散热性能，且结构简单，操作简便，易于规模化生产。
本申请的实施例还提供了一种锂电池，包括：极组100，散热膜以及壳体103，所述散热膜直接包覆所述极组100表面，并且设置在所述壳体103内，其中，所述散热膜包括第一导热绝缘层110，第二导热绝缘层120以及直接设置于所述第一导热绝缘层110和第二导热绝缘层120之间的散热层130。
图3为本申请实施例所述锂电池的结构示意图。
参考图3所示，所述极组100由若干极片通过叠片或卷绕的方式形成。
在本申请的一些实施例中，所述散热膜可与所述极组100表面直接粘连，所述散热膜和所述极组100之间没有多余电解液，提高了传热效率。
在本申请的一些实施例中，所述散热膜与所述极组100表面直接粘连的方式为，所述第一导热绝缘层110的材料为自粘材料，所述散热膜通过所述第一导热绝缘层110与所述极组100表面直接粘连。
在本申请的一些实施例中，所述第一导热绝缘层110的材料为绝缘胶类。所述第一导热绝缘层110表面光滑，易于封装，不会损伤所述极组100。
在本申请的一些实施例中，所述第一导热绝缘层110的材料包括导热硅胶或PET中的一种或多种。
在本申请的一些实施例中，所述第一导热绝缘层110的材料为导热硅胶。所述导热硅胶的导热系数为5W/m·K，高于所述Mylar膜和电解液，也能提高电池的传热性能。
在本申请的一些实施例中，所述第一导热绝缘层110的厚度为20-30微米，例如20微米，25微米或30微米。在所述散热膜中，主要由所述散热层130提供传热能力，所述第一导热绝缘层110的主要目的是对所述极组100绝缘，因此所述第一导热绝缘层110的厚度应该尽可能小，但不能太小，以免影响所述第一导热绝缘层110的绝缘性能。
继续参考图3，所述散热层130为所述散热膜的主要构成部分，用于提高电池的传热性能。
在本申请的一些实施例中，所述散热层130的材料包括人工石墨，纳米碳，石墨烯和纳米碳管中的一种或多种。所述散热层130材料的导热系数远高于传统锂电池中Mylar膜以及电解液的导热系数，大幅提高了锂电池的散热性能，提高了安全性。
在本申请的一些实施例中，所述散热层130的材料为人工石墨。所述人工石墨的导热系数高达1500W/m·K，且价格低廉。所述人工石墨还具有良好的韧性和塑性，可以裁切成任意合适的形状。
在本申请的一些实施例中，所述散热层130的厚度为0.8-1.4毫米，例如0.8毫米，1.0毫米，1.2毫米或1.4毫米。所述散热层130的尺寸根据锂电池的尺寸而确定。
继续参考图3，所述第二导热绝缘层120用于绝缘隔离所述散热层130和所述壳体103。
在本申请的一些实施例中，所述第二导热绝缘层120的材料为绝缘胶类。在电池充放电过程中，所述极组100会膨胀导致厚度增加，可以将所述第二导热绝缘层120与所述壳体103内壁挤压接触连接在一起，这时所述第二导热绝缘层120和所述壳体103之间没有多余电解液，所述极组100产生的热量直接经过所述散热膜传递到所述壳体103，提高了电池的传热效率。所述第二导热绝缘层120表面光滑，易于封装，不会损伤所述壳体103。
在本申请的一些实施例中，所述第二导热绝缘层120的材料包括导热硅胶，PET和PTC中的一种或多种。
在本申请的一些实施例中，所述第二导热绝缘层120的材料为导热硅胶。所述导热硅胶的导热系数为5W/m·K，高于所述Mylar膜和电解液，也能提高电池的传热性能。
在本申请的一些实施例中，所述第二导热绝缘层110的厚度为20-30微米，例如20微米，25微米或30微米。在所述散热膜中，主要由所述散热层130提供传热能力，所述第二导热绝缘层110的主要目的是对所述壳体103绝缘，因此所述第二导热绝缘层120的厚度应该尽可能小，但不能太小，以免影响所述第二导热绝缘层120的绝缘性能。
在本申请的一些实施例中，所述散热膜的导热系数为600-1000W/m·K，例如700W/m·K，800W/m·K或900W/m·K。所述第一导热绝缘层110、所述散热层130和所述第二导热绝缘层120的材料以及尺寸都会影响整个散热膜的导热系数，为了保证传热性能，所述散热膜的整体导热系数需要设置在合适的范围之内。
在本申请的一些实施例中，所述极组100和散热膜的体积设置使得充放电时，所述散热膜可直接挤压所述壳体103。
在本申请的一些实施例中，所述壳体103为铝合金壳体。
与图1所示的常规锂电池相比，图3所示的本申请实施例所述的锂电池结构中，一方面所述极组100产生的热量不需要经过电解液、Mylar膜、电解液传递到电池外壳，而是直接经过所述散热膜到达电池外壳，热量可以快速传递；另一方面所述散热膜的导热系数要高于电解液以及Mylar摸，提高了传热效率，从而可以减小电池内部的温度，提高安全性。
本申请提供的一种锂电池，使用具有高导热系数的散热膜来传导电池极组产生的热量，且所述热量直接经过所述散热膜传导到电池壳体，热量可以快速传递，加强了锂电池的散热性能，且结构简单，操作简便，易于规模化生产。
综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本公开提出，并且在本公开的示例性实施例的精神和范围内。
应当理解，本实施例使用的术语″和/或″包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意或全部组合。应当理解，当一个元件被称作″连接″或″耦接″至另一个元件时，其可以直接地连接或耦接至另一个元件，或者也可以存在中间元件。
类似地，应当理解，当诸如层、区域或衬底之类的元件被称作在另一个元件″上″时，其可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。与之相反，术语″直接地″表示没有中间元件。还应当理解，术语″包含″、″包含着″、″包括″和/或″包括着″，在此使用时，指明存在所记载的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
还应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此，在没有脱离本发明的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或相同的参考标志符在整个说明书中表示相同的元件。
此外，通过参考作为理想化的示例性图示的截面图示和/或平面图示来描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。例如，被示出为矩形的蚀刻区域通常会具有圆形的或弯曲的特征。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。

Claims (10)

1.一种锂电池用散热膜，包括：
第一导热绝缘层；
第二导热绝缘层；
以及直接设置于所述第一导热绝缘层和第二导热绝缘层之间的散热层，所述散热层材料的导热系数为1200W/m·K以上。
2.如权利要求1所述的散热膜，其特征在于，所述散热层的材料包括人工石墨，纳米碳，石墨烯和纳米碳管中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的散热膜，其特征在于，所述散热层的厚度为0.8-1.4毫米。
4.如权利要求1所述的散热膜，其特征在于，所述第一导热绝缘层和所述第二导热绝缘层的材料为绝缘胶类。
5.如权利要求4所述的散热膜，其特征在于，所述第一导热绝缘层的材料包括导热硅胶或PET中的一种或多种；所述第二导热绝缘层的材料包括导热硅胶或PET中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的散热膜，其特征在于，所述第一导热绝缘层的厚度为20-30微米；所述第二导热绝缘层的厚度为20-30微米。
7.一种锂电池，其特征在于，包括：极组，散热膜以及壳体，所述散热膜直接包覆所述极组表面，并且设置在所述壳体内，其中，所述散热膜包括：
第一导热绝缘层；
第二导热绝缘层；
以及直接设置于所述第一导热绝缘层和第二导热绝缘层之间的散热层，所述散热层材料的导热系数为1200W/m·K以上。
8.如权利要求7所述的锂电池，其特征在于，所述散热膜可与所述极组表面直接粘连。
9.如权利要求7所述的锂电池，其特征在于，所述极组和散热膜的体积设置使得充放电时，所述散热膜可直接挤压所述壳体。
10.如权利要求7所述的锂电池，其特征在于，所述散热膜的导热系数为600-1000W/m·K。
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