CN111029683A - 一种耐温变储能元器件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于储能元器件技术领域，尤其涉及一种耐温变储能元器件。本发明提供了一种耐温变储能元器件，包括储能元器件和柔性控温材料层；所述柔性控温材料层包括相变材料层和隔热层，所述相变材料层和所述隔热层粘接；所述柔性控温材料层缠绕于所述储能元器件的外部且所述柔性控温材料层缠绕所述储能元器件的层数为两层以上，在同一层所述柔性控温材料层中，所述相变材料层和所述隔热层相对于所述储能元器件由内而外设置。本发明中，柔性控温材料层能够使得储能元器件在高温或低温环境下温度不容易快速升高或下降，解决高温和低温环境下储能元器件的隔热、保温和控温问题，该耐温变储能元器件在高温或低温环境下均适用。
Description
技术领域
本发明属于储能元器件技术领域，尤其涉及一种耐温变储能元器件。
背景技术
锂离子电池是目前使用最广泛的可充电二次电池之一，在电动汽车、储能以及消费电子等领域得到广泛应用。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长以及无记忆效应等优点。但是，锂离子电池在充放电过程中容易发热，特别是大功率充放电时，发热量高，电池内部以及表面温度高，使电池的使用寿命快速衰减，并且温度过高容易产生安全隐患。此外，锂离子电池在低温环境下使用同样会影响使用寿命，低温充电有可能形成锂金属枝晶，导致电池短路起火。同样，其它储能元器件也面临温度过高容易产生安全隐患，温度过低影响使用寿命的问题。目前，储能元器件的降温手段主要包括风冷和液冷，风冷的优点是系统结构简单、成本低、电池系统能量密度高，但冷却效果较差。液冷的优点是冷却速度快、效率高，但是结构复杂、成本高、储能系统能量密度低。
因此，针对储能元器件发展更先进的降温技术非常有必要，如何使储能元器件耐温变成为本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种耐温变储能元器件，用于解决储能元器件温度过高容易产生安全隐患，温度过低影响使用寿命的问题。
本发明的具体技术方案如下：
一种耐温变储能元器件，包括储能元器件和柔性控温材料层；
所述柔性控温材料层包括相变材料层和隔热层，所述相变材料层和所述隔热层粘接；
所述柔性控温材料层缠绕于所述储能元器件的外部且所述柔性控温材料层缠绕所述储能元器件的层数为两层以上，在同一层所述柔性控温材料层中，所述相变材料层和所述隔热层相对于所述储能元器件由内而外设置。
优选的，所述相变材料层的相变材料选自无机相变材料、有机相变材料和/或复合相变材料；
所述隔热层的隔热材料选自真空绝热板、气凝胶毡、泡沫塑料、岩棉、石棉、硅酸盐、泡沫玻璃、陶瓷纤维、玻璃纤维和/或气凝胶。
优选的，所述相变材料层包括两块以上不同的相变材料块；
所述相变材料层由所述两块以上不同的相变材料块拼接形成。
优选的，所述隔热层包括两块以上不同的隔热块；
所述隔热层由所述两块以上不同的隔热块拼接形成。
优选的，所述相变材料层的相变温度为30℃～70℃。
优选的，所述隔热层的导热系数不大于0.1W/m·K。
优选的，所述相变材料层和所述隔热层通过粘合剂粘接。
优选的，所述储能元器件为电池或超级电容器。
综上所述，本发明提供了一种耐温变储能元器件，包括储能元器件和柔性控温材料层；所述柔性控温材料层包括相变材料层和隔热层，所述相变材料层和所述隔热层粘接；所述柔性控温材料层缠绕于所述储能元器件的外部且所述柔性控温材料层缠绕所述储能元器件的层数为两层以上，在同一层所述柔性控温材料层中，所述相变材料层和所述隔热层相对于所述储能元器件由内而外设置。本发明中，相变材料层和隔热层相对于储能元器件由内而外设置，隔热层能够阻隔或延缓外部环境的热量与储能元器件的热交换，相变材料层可以吸收储能元器件工作时释放的热量，使温度控制在合适范围以内，避免高温或低温运行，从而延长使用寿命以及提高安全可靠性，使得耐温变储能元器件耐温变，使储能元器件在高温或低温环境下温度不容易快速升高或下降，能够解决高温和低温环境下储能元器件的隔热、保温和控温问题，耐温变储能元器件在高温或低温环境下均适用。并且，本发明采用柔性控温材料层缠绕于储能元器件，柔性控温材料层无需制作成特定形状即可应用于不同形状的耐温变储能元器件，无需根据储能元器件开发特定模具，降低制造成本，同时，柔性控温材料层使用时操作简单，可实现快速安装，能够解决不同形状如复杂形状的耐温变储能元器件的隔热、保温和控温问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例中柔性控温材料层的结构示意图；
图2为本发明实施例中耐温变储能元器件的结构示意图；
图示说明：1.相变材料层；2.隔热层；3.储能元器件。
具体实施方式
本发明提供了一种耐温变储能元器件，用于解决储能元器件温度过高容易产生安全隐患，温度过低影响使用寿命的问题。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，图1为本发明实施例中柔性控温材料层的结构示意图，图2为本发明实施例中耐温变储能元器件的结构示意图。本发明实施例中提供的一种耐温变储能元器件的一个实施例包括：储能元器件3和柔性控温材料层；
柔性控温材料层包括相变材料层1和隔热层2，相变材料层1和隔热层2粘接；
柔性控温材料层缠绕于储能元器件3的外部且柔性控温材料层缠绕储能元器件3的层数为两层以上，在同一层柔性控温材料层中，相变材料层1和隔热层2相对于储能元器件3由内而外设置。
本发明耐温变储能元器件采用柔性控温材料层进行控温，柔性控温材料层缠绕于储能元器件3的外部且柔性控温材料层缠绕储能元器件3的层数为两层以上，在同一层柔性控温材料层中，相变材料层1和隔热层2相对于储能元器件3由内而外设置，耐温变储能元器件在外部高温环境下工作，当外部环境温度高于相变材料的相变温度时，由于隔热层2的阻隔作用，外部热量难以快速、大量地传递至相变材料层1中，相变材料层1仍然可以长时间保持在较低的温度范围内；当靠近相变材料层1一侧的储能元器件3由于工作过程产热，其表面温度达到相变材料层1中相变材料的相变温度时，相变材料吸收储能元器件3表面的热量，使储能元器件3保持在合适的工作温度，从而提高其温度均匀性，并显著地延长其使用寿命；当外部环境温度低于相变材料温度或储能元器件3停止工作和产热时，相变材料吸收的热量缓慢向外部环境释放，相变材料的温度再次恢复至相变温度以下。并且，本发明采用柔性控温材料层缠绕于储能元器件3，柔性控温材料层无需制作成特定形状，能够实现快速安装、便捷易用，使用成本低。
本发明实施例相变材料层1和隔热层2相对于储能元器件3由内而外设置，隔热层2能够阻隔或延缓外部环境的热量与储能元器件3的热交换，相变材料层1可以吸收储能元器件3工作时释放的热量，使温度控制在合适范围以内，避免高温或低温运行，从而延长使用寿命以及提高安全可靠性，使得耐温变储能元器件耐温变，使储能元器件3在高温或低温环境下温度不容易快速升高或下降，能够解决高温和低温环境下储能元器件3的隔热、保温和控温问题，耐温变储能元器件在高温或低温环境下均适用。并且，本发明实施例采用柔性控温材料层缠绕于储能元器件3，柔性控温材料层无需制作成特定形状即可应用于不同形状的耐温变储能元器件，无需根据储能元器件3开发特定模具，降低制造成本，同时，柔性控温材料层使用时操作简单，可实现快速安装，能够解决不同形状如复杂形状的耐温变储能元器件的隔热、保温和控温问题。
本发明实施例中，相变材料层1的相变材料选自无机相变材料、有机相变材料和/或复合相变材料；
无机相变材料优选为无机盐的水合物，无机盐的水合物选自钠盐水合物、钾盐水合物、锂盐水合物、镁盐水合物、钙盐水合物和/或铝盐水合物。
有机相变材料选自石蜡、高级脂肪烃、高级脂肪酸、酰胺和/或高分子聚合物。
复合相变材料为由无机相变材料、有机相变材料和/或填充材料(支撑材料)以及辅料等混合而成的相变材料，优选含石蜡、膨胀石墨和高分子材料的复合相变材料。
特别地，当相变材料选用不定型材料时，将相变材料预先进行封装再与隔热层粘接。不定型材料是指温度达到或高于相变温度点时，相变材料发生相变后不能保持原有的固体形貌。本发明通过预封装解决相变材料发生相变后不能保持原有的固体形貌问题，用于预封装的材料可选自塑料膜、铝塑膜、钝化铝膜以及合金薄膜等。
隔热层2的隔热材料选自真空绝热板、气凝胶毡、泡沫塑料、岩棉、石棉、硅酸盐、泡沫玻璃、陶瓷纤维、玻璃纤维和/或气凝胶，优选气凝胶。
本发明实施例中，相变材料层1包括两块以上不同的相变材料块；
相变材料层1由两块以上不同的相变材料块拼接形成。
隔热层2包括两块以上不同的隔热块；
隔热层2由两块以上不同的隔热块拼接形成。
相变材料块和隔热块分别以相变材料和隔热材料不同作为区分。
相变材料层1由两块以上不同的相变材料块拼接形成，隔热层2由两块以上不同的隔热块拼接形成，能够使得储能元器件3的不同部分使用不同的相变材料和隔热材料，实现更好的控温效果。
相变材料层1可由两块以上不同的相变材料块间隔设置拼接形成，隔热层2可由两块以上不同的隔热块间隔设置拼接形成。
需要说明的是，每种相变材料块的拼接数量为一块以上，每种隔热块的拼接数量为一块以上，可根据需要确定，此处不做具体限定。
本发明实施例中，相变材料层1的相变温度为30℃～70℃，优选为40℃～50℃。
本发明实施例中，隔热层2的导热系数不大于0.1W/m·K，优选为不大于0.03W/m·K。
本发明实施例中，相变材料层1和隔热层2通过粘合剂粘接。
本发明实施例中，储能元器件3为电池或超级电容器。
电池可为锂离子电池、铅酸蓄电池或其他二次电池。需要说明的是，其它电子设备也可同储能元器件3采用柔性控温材料层进行隔热、保温和控温，此处不做具体限定。
电池可为电池组，电池组为相互并联或串联的多个电池单体的组合。
需要说明的是，本发明耐温变储能元器件隔热、保温和控温效果好，当储能元器件3为电池时，柔性控温材料层可包裹电池的正负极，还可包裹电路保护板等配件。
实施例1
使用26650圆柱型锂离子电池，在电池外部包覆两层本发明柔性控温材料层。其中，两层相变材料层的相变材料均为复合相变材料，相变温度点为48℃；隔热材料均为气凝胶。之后，将电池置于50℃烘箱中搁置1小时和6小时，分别测量电池的温度。
实施例2
使用与实施例1相同的电池，在电池外部包覆两层本发明柔性控温材料层。其中，靠近电池一侧的相变材料层的相变材料为复合相变材料，相变温度点为40℃；远离电池一侧的相变材料层的相变材料为复合相变材料，相变温度点为48℃；隔热材料均为气凝胶。本实施例中两层相变材料层的总厚度与实施例1中两层相变材料层的总厚度相同，隔热材料层的总厚度与实施例1中两层隔热材料层的总厚度相同。之后，将电池置于50℃烘箱中搁置1小时和6小时，分别测量电池的温度。
实施例3
使用与实施例1相同的电池，在电池外部包覆两层本发明柔性控温材料层。其中，靠近电池一侧的相变材料层的相变材料为复合相变材料，相变温度点为40℃；远离电池一侧的相变材料层的相变材料为石蜡有机相变材料，相变温度点为48℃；隔热材料均为气凝胶。本实施例中两层相变材料层的总厚度与实施例1中两层相变材料层的总厚度相同，两层隔热材料层的总厚度与实施例1中两层隔热材料层的总厚度相同。之后，将电池置于50℃烘箱中搁置1小时和6小时，分别测量电池的温度。
对比例1
将与实施例1相同的电池置于50℃烘箱中搁置1小时和6小时，分别测量电池的温度。
对比例2
使用与实施例1相同的电池，在电池外部包覆一层复合相变材料，再包覆一层隔热材料，相变材料的相变温度点为48℃，隔热材料为气凝胶。其中，复合相变材料同实施例1，复合相变材料的厚度与实施例1中两层相变材料层的总厚度相同，隔热材料的厚度与实施例1中两层隔热材料层的总厚度相同。之后，将电池置于50℃烘箱中搁置1小时和6小时，分别测量电池的温度。
结果请参阅表1，为实施例1～3和对比例1～2电池置于50℃烘箱中搁置1小时和6小时后的温度，结果表明，使用本发明柔性控温材料层的电池可以在50℃环境搁置1小时后保持电池的温度不高于38℃，低于对比例1～2中电池的温度，本发明柔性控温材料层更能有效解决储能元器件的隔热和控温问题。
表1实施例1～3和对比例1～2电池置于50℃烘箱中搁置1小时和6小时后的温度
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种耐温变储能元器件，其特征在于，包括储能元器件和柔性控温材料层；
所述柔性控温材料层包括相变材料层和隔热层，所述相变材料层和所述隔热层粘接；
所述柔性控温材料层缠绕于所述储能元器件的外部且所述柔性控温材料层缠绕所述储能元器件的层数为两层以上，在同一层所述柔性控温材料层中，所述相变材料层和所述隔热层相对于所述储能元器件由内而外设置。
2.根据权利要求1所述的耐温变储能元器件，其特征在于，所述相变材料层的相变材料选自无机相变材料、有机相变材料和/或复合相变材料；
所述隔热层的隔热材料选自真空绝热板、气凝胶毡、泡沫塑料、岩棉、石棉、硅酸盐、泡沫玻璃、陶瓷纤维、玻璃纤维和/或气凝胶。
3.根据权利要求2所述的耐温变储能元器件，其特征在于，所述相变材料层包括两块以上不同的相变材料块；
所述相变材料层由所述两块以上不同的相变材料块拼接形成。
4.根据权利要求2所述的耐温变储能元器件，其特征在于，所述隔热层包括两块以上不同的隔热块；
所述隔热层由所述两块以上不同的隔热块拼接形成。
5.根据权利要求2所述的耐温变储能元器件，其特征在于，所述相变材料层的相变温度为30℃～70℃。
6.根据权利要求2所述的耐温变储能元器件，其特征在于，所述隔热层的导热系数不大于0.1W/m·K。
7.根据权利要求2所述的耐温变储能元器件，其特征在于，所述相变材料层和所述隔热层通过粘合剂粘接。
8.根据权利要求1所述的耐温变储能元器件，其特征在于，所述储能元器件为电池或超级电容器。
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