CN111033164A - 热管及具备热管的二次电池 - Google Patents

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Abstract

在本说明书中公开的热管具备：筒体，其在内部封入有工作流体；以及吸液芯，其设置于筒体的内部的至少一部分。筒体具有由陶瓷材料制作的部分。而且，若将筒体的轴向的尺寸设为L，则由陶瓷材料制作的部分的轴向的尺寸成为L/2以上。

Description

热管及具备热管的二次电池
技术领域
本说明书所公开的技术涉及一种热管。详细而言，涉及一种适合用于对二次电池进行冷却的热管。
背景技术
已知在锂离子二次电池那样的二次电池中，在充放电时会发热，电池成为高温。若二次电池为高温的状态长时间持续，则会导致性能的劣化，因此开发了一种用于对二次电池进行冷却的技术。例如，在日本特开2011-113895号公报所公开的二次电池中，具备卷绕型的电极体、以及配置于该电极体的中心的轴芯。轴芯由热传导率高的金属制作，沿着电极体的轴线在轴向上延伸。在该二次电池中，若电极体由于充放电等而发热，则该热通过轴芯从电极体的中心朝向外侧传递，能够实现二次电池的冷却。
发明内容
发明所要解决的课题
在日本特开2011-113895号公报的二次电池中，由于电极体的轴芯由热传导性高的金属制作，因此能够将在电极体的内部产生的热高效地向外部传递。然而，由于金属制的轴芯被配置为贯通电极体的中心，因此电极体的正极板和负极板经由轴芯而发生短路(short)的可能性变高。本说明书提供一种技术，能够在抑制二次电池发生短路的同时，高效地冷却二次电池。
用于解决课题的技术方案
在本说明书中公开的热管具备：筒体，其在内部封入有工作流体；以及吸液芯，其设置于筒体的内部的至少一部分。筒体具有由陶瓷材料制作的部分。而且，若将筒体的轴向的尺寸设为L，则由陶瓷材料制作的部分的轴向的尺寸成为L/2以上。
就上述的热管而言，工作流体在筒体的内部循环，能够高效地传递热。另外，筒体具有由陶瓷材料制作的部分，该部分的轴向的尺寸成为L/2以上。因此，若将上述的热管配置在二次电池的内部，则能够在高效地冷却二次电池的同时抑制二次电池发生短路。
另外，在本说明书中公开的二次电池具备：电池外壳；电极体，其收容于电池外壳内；以及热管，其收容于电池外壳内，并对电极体进行冷却。热管可使用本说明书所公开的任一热管。在该二次电池中，能够在高效地冷却电极体的同时抑制二次电池的短路。
附图说明
图1是示出实施例1的热管10的结构的剖视图。
图2是示出实施例2的热管30的结构的剖视图。
图3是示出实施例3的热管40的结构的剖视图。
图4是示出实施例4的热管50的结构的剖视图。
图5是示出具备实施例1所涉及的热管10的锂离子二次电池的结构的纵剖视图。
图6是图5的VI-VI线剖视图。
图7是示出具备本实施例所公开的热管的锂离子二次电池的其他结构的概略图。
具体实施方式
在本说明书公开的热管中，筒体可以整体由陶瓷材料制作。若将如上所述的热管用于二次电池的冷却，则能够适当地抑制二次电池的短路。
在上述的热管中，筒体可以具有：筒状的主体部；第一盖部，其设置于主体部的一端，并对该一端进行密封；以及第二盖部，其设置于主体部的另一端，并对该另一端进行密封。在第一盖部与第二盖部中的至少一者的内表面可以不设置吸液芯。根据这样的结构，通过在至少一者的盖部不设置吸液芯，从而该盖部与主体部的接合变得容易，能够适当地密封主体部的端部。
另外，在本说明书公开的热管中，筒体可以具有：第一部分，其由陶瓷材料制作；以及第二部分，其由热传导率比陶瓷材料高的金属材料制作。而且，当将第一部分的轴向的尺寸设为L1、且将第二部分的轴向的尺寸设为L2时，L1＞L2可以成立。根据这样的结构，通过筒体具有由热传导率高的金属材料制作的第二部分，从而能够进一步提高热管的冷却能力。另一方面，即使设置由金属制作的第二部分，其轴向的尺寸L2也比由陶瓷材料制作的第一部分的轴向的尺寸L1短。因此，即使将该热管用于二次电池的冷却，也能够抑制二次电池的短路。
在上述的热管中，第一部分可以配置于筒体的一个端部。另外，第二部分可以配置于筒体的另一个端部，并与第一部分的另一个端部接合。而且，吸液芯可以设置于第一部分的至少一部分。
另外，在上述的热管中，第一部分可以配置于筒体的中央部。第二部分可以具有：第一盖部分，其配置于筒体的一个端部，并且与第一部分的一个端部接合；以及第二盖部分，其配置于筒体的另一个端部，并且与第一部分的另一个端部接合。而且，吸液芯可以设置于第一部分的至少一部分。
或者，在上述的热管中，第二部分可以配置于筒体的中央部。第一部分可以具有：第一盖部分，其配置于筒体的一个端部，并且与第二部分的一个端部接合；以及第二盖部分，其配置于筒体的另一个端部，并且与第二部分的另一个端部接合。吸液芯可以设置于第一部分的至少一部分。
此外，具备上述的各热管的二次电池可以具备：电池外壳、以及收容于电池外壳内的电极体。在该情况下，当沿着热管的轴向观察电极体和热管时，可以在热管的周围配置有电极体。根据这样的结构，能够将在电极体的内部产生的热适当地传递到电极体的外部。
另外，在上述的二次电池中，电池外壳可以具有端子面，该端子面设置有与电极体连接的外部端子。而且，热管的一端可以朝向端子面延伸。根据这样的结构，能够容易地使在热管传递的热从电池外壳的端子面向电池外进行散热。
实施例
(实施例1)
参照图1，对实施例1所涉及的热管10进行说明。热管10具备：筒状的容器(筒体的一例)16、以及设置于容器16的内部的吸液芯18。
容器16其整体由绝缘性的陶瓷材料制作。作为制作容器16的陶瓷材料，例如除了氧化铝、氧化锆等氧化物系陶瓷以外，还可使用热传导率高的氮化物系陶瓷(例如，AlN、Si3N4、SiC等)。另外，也可使用玻璃材料和陶瓷的复合材料，并且也可利用玻璃材料制作容器16的一部分。
容器16具备：两端开口的筒状的主体部12；第一盖部14a，其封闭主体部12的一端；以及第二盖部14b，其封闭主体部12的另一端。主体部12、第一盖部14a和第二盖部14b由相同的陶瓷材料制作。第一盖部14a通过公知的方法而与主体部12接合。第一盖部14a与主体部12之间由玻璃材料密封。第二盖部14b也通过公知的方法而与主体部12接合，两者之间也由玻璃材料密封。
在容器16内封入有流体(工作流体)。封入在容器16内的流体能够使用水、氨、有机溶剂。作为有机溶剂的一例，可举出丙酮、醇、氯氟烃、二醇醚类、萘、二乙基二苯基等。流体适当选择在使用热管10的温度域内从液相变为气相的流体。另外，调整容器16内的压力(减压)，使得流体在使用热管10的温度域内从液相变为气相。此外，在热管10用于使用高电压、大电流的设备的情况下，优选使用绝缘性高的流体(例如，氟系液体)。
吸液芯18呈两端开口的筒状，其设置于容器16的内部。吸液芯18配设于主体部12的内表面，在盖部14a、14b的内表面未配设吸液芯。但是，也能够在盖部14a、14b的内表面配设吸液芯。吸液芯18的一端与第一盖部14a抵接，吸液芯18的另一端与第二盖部14b抵接。由于吸液芯18为筒状，因此在吸液芯18的内侧形成有空间11。空间11在容器16内沿轴向从第一盖部14a延伸至第二盖部14b。在吸液芯18形成有对于流体显现毛细管现象的连通孔。吸液芯18由与容器16相同的陶瓷材料制作。可以使吸液芯18与主体部12接合，将两者一体化，也可以分别制作主体部12和吸液芯18，将吸液芯18插入主体部12。在本实施例中，由陶瓷材料制作了吸液芯18，但也能够使用陶瓷材料以外的材料来制作，例如，树脂、金属等。
对上述的热管10的使用方法进行说明。热管10的一端配置于高温部(热输入部)22，其另一端配置于低温部(散热部)20。在高温部22中，热管10内的流体从液相变为气相。变为气相的流体通过吸液芯18的内侧的空间11向低温部20移动(图内的箭头F2)。移动至低温部20的流体在低温部20中从气相变为液相。变为液相的流体由于吸液芯18的毛细管现象而向高温部22移动(图内的箭头F1)。移动至高温部22的液相的流体在高温部22中变为气相，并通过空间11向低温部20移动。以后，流体以同样的次序在热管10内循环。通过流体一边在液相与气相之间发生相变一边在热管10内循环，从而能够从高温部22向低温部20高效地进行热移动。
在本实施例的热管10中，容器16的整体由绝缘性的陶瓷材料制作。即，若将容器16的轴向(X方向)的尺寸设为L，则由陶瓷材料制作的部分的轴向的尺寸也为L(＞L/2)。因此，即使在可能发生电路的短路那样的环境下进行配置，也能够适当地抑制电路的短路。
(实施例2)
参照图2，对实施例2所涉及的热管30进行说明。以下，主要对与实施例1不同的方面说明，对于与实施例1相同的部分省略说明。
热管30具备：封入流体的容器36、以及配设于容器36的内部的吸液芯38。容器36具备：由陶瓷材料制作的第一部分34、以及由金属材料制作的第二部分32。
第一部分34具有一端封闭且另一端开放的筒状，并配置于容器36的一端侧。制作第一部分34的陶瓷材料能够使用与实施例1同样的材料。另外，在第一部分34的内侧面设置有吸液芯38。与实施例1同样地，在封闭第一部分34的一端的盖部分的内表面未配置吸液芯。
第二部分32具有另一端封闭且一端开放的筒状，并配置于容器36的另一端侧。第二部分32与第一部分34的另一端接合，并封闭第一部分34的另一端。第二部分32与第一部分34之间密封。制作第二部分32的金属材料使用热传导率比第一部分34的陶瓷材料高的金属材料，例如能够使用铜(Cu)、铝(Al)、它们的合金、或者SUS(不锈钢)等。在本实施例中，虽然在第二部分32的内表面未设置吸液芯，但是也能够采用在第二部分也设置吸液芯的结构。
在此，第一部分34的轴向的尺寸L1比第二部分32的轴向的尺寸L2长。即，由陶瓷材料制作的第一部分的轴向的尺寸L1比由金属材料制作的第二部分32的轴向的尺寸L2长。
上述的热管30的一端配置于高温部(热输入部)22，其另一端配置于低温部(散热部)20。热管10内的流体在高温部22(即，陶瓷制的第一部分34)中从液相变为气相。变为气相的流体通过吸液芯38的内侧的空间11向低温部20移动(图内的箭头F2)。移动至低温部20的流体在低温部20(即，金属制的第二部分32)中从气相变为液相。变为液相的流体由于吸液芯38的毛细管现象而向高温部22移动(图内的箭头F1)。移动至高温部22的液相的流体在高温部22中变为气相，并通过空间11向低温部20移动。以后，流体以同样的次序在热管30内循环，从高温部22向低温部20高效地进行热移动。
在本实施例的热管30中，使金属制的第二部分32与陶瓷制的第一部分34接合，从而制作了容器36。因此，能够容易地进行容器36的制作。即，在制作容器36时，例如，在使第一部分34与第二部分32接合后，从设置于第二部分32的开口向容器36内供给流体，调整容器36内的压力。压力调整后，仅需要封闭设置于金属制的第二部分32的开口即可。由于能够采用这样的制造方法，因此能够更简单地进行容器36的制造。
另外，在热管30中，由于在低温部20配置热传导率高的金属制的第二部分32，因此能够提高来自热管30的散热性能。结果，能够提高基于热管30的冷却能力。此外，虽然在容器36配置金属制的第二部分32，但是第二部分32与第一部分相比轴向的尺寸L2被设定得较短。因此，即使在可能发生电路的短路那样的环境下进行配置，也能够适当地抑制电路的短路。
(实施例3)
参照图3，对实施例3所涉及的热管40进行说明。热管40具备：封入流体的容器(42、44、46)、以及配设在容器(42、44、46)的内部的吸液芯48。容器(42、44、46)具备：由陶瓷材料制作的第一部分42；以及由金属材料制作的第一盖部分46、第二盖部分44。
第一部分42具有两端开放的形状，并配置于容器的中央。第一盖部分46与第一部分42的一端接合，第二盖部分44与第一部分42的另一端接合。第一部分42的两端由盖部分44、46封闭。第一部分42与第一盖部分46之间密封，第一部分42与第二盖部分44之间密封。由此，容器(42、44、46)密闭。此外，在容器(42、44、46)内封入有流体。另外，仅在容器的第一部分42配设有吸液芯。
在此，第一部分42的轴向的尺寸L1比第一盖部分46的轴向的尺寸L22与第二盖部分44的轴向的尺寸L21之和长(L1＞L21+L22)。即，由陶瓷材料制作的部分42的轴向的尺寸L1比由金属材料制作的部分44、46的轴向的尺寸(L21+L22)长。因此，通过将由金属材料制作的部分44、46限定地配置于两端部，从而能够适当地抑制电路的短路。
在本实施例的热管40中，在高温部(热输入部)和低温部(散热部)这两者配置金属制的部分44、46。因此，能够提高向热管40的热输入性能和来自热管40的散热性能。结果，能够提高热管40的冷却能力。
(实施例4)
在上述的实施例3的热管40中，在容器的两端配置有金属制的盖部分44、46，但是并不限于这样的例子。如图4所示的实施例4的热管50那样，容器(52、54、56)在两端配置有由陶瓷材料制作的盖部分54、52，并且在其中央配置有由金属材料制作的部分56。在该情况下，陶瓷制的盖部分54、56的轴向的尺寸之和(L12+L11)比金属制的部分56的轴向的尺寸L2长。通过对配置金属制的部分56的场所进行调整，能够高效地抑制电路的短路。此外，在热管50中，在金属制的部分56和盖部分54、56的所有内侧面均配置有吸液芯。
(锂离子二次电池)
在此，参照图5、6对将上述的热管10装备于锂离子二次电池的一例进行说明。此外，该例是在锂离子二次电池装备有热管10的例子，但也能够同样地装备其他热管30、40、50。
如图5所示，锂离子二次电池70具备：电池外壳74、收容于电池外壳74内的电极体72、以及配置于电极体72的中央的热管10。电池外壳74为圆筒状，其两端由端子壁76、78封闭。在端子壁76、78设置有外部端子(省略图示)。
电极体72具备将正极板、负极板和隔膜层叠而成的层叠体，该层叠体绕轴线卷绕。电极体72的正极板与设置于端子壁76的外部端子电连接。电极体72的负极板与设置于端子壁78的外部端子电连接。
热管10配置在电极体72的轴线上，并贯通电极体72的中央。因此，如图6所示，当沿轴向观察电极体72和热管10时，会在热管10的周围配置有电极体72。热管10的一端被端子壁76支承，热管10的另一端与端子壁78隔离。
根据上述的说明可知，在锂离子二次电池70中，热管10的端子壁76侧的端部成为低温部(散热部)，与电极体72接触的部分成为高温部(热输入部)。由于充放电而从电极体72产生的热由热管10向端子壁78侧运送，从端子壁78向外部散热。由于能够通过热管10将在电极体70的中央产生的热向外部进行散热，因此能够适当地抑制锂离子二次电池70成为高温的情况。结果，能够适当地抑制锂离子二次电池70的电池性能的劣化。
另外，就热管10而言，由于容器16由陶瓷材料制作，因此能够防止锂离子二次电池70的短路，此外，能够提高耐腐蚀性及耐热性。并且，由于能够抑制锂离子二次电池70的温度上升，因此能够提高电池容量。
此外，虽然上述的实施例的二次电池为将电极体卷绕为圆筒状的锂离子二次电池，但是本说明书所公开的热管能够装备于各种二次电池。例如，如图7所示，能够装备于将卷绕型的电极体成型为扁平状的二次电池80中。电池外壳82是截面为长方形的长方体状，在其上表面设置有未图示的外部端子(正极端子和负极端子)。在该情况下也构成为，热管84的一端被电池外壳82的上表面支承，并且热管84配置于未图示的电极体的中心。进而，本说明书所公开的热管也能够装备于将电极体层叠而成的层叠型的二次电池中。
以上，对本发明的实施方式进行了详细说明，但这些只不过是例示，并不限定权利要求的范围。权利要求书所记载的技术包括将以上例示的具体例进行各种变形、变更而得到的技术。另外，本说明书或者附图所说明的技术要素是单独或者通过各种组合而发挥技术实用性的技术要素，并不限定于申请时权利要求记载的组合。另外，本说明书或者附图所例示的技术是同时实现多个目的的技术，实现其中一个目的本身就具有技术实用性。

Claims (10)

1.一种热管，具备：
筒体，其在内部封入有工作流体；以及
吸液芯，其设置于所述筒体的内部的至少一部分，
所述筒体具有由陶瓷材料制作的部分，
当将所述筒体的轴向的尺寸设为L时，由所述陶瓷材料制作的部分的轴向的尺寸成为L/2以上。
2.根据权利要求1所述的热管，其中，
所述筒体的整体由所述陶瓷材料制作。
3.根据权利要求2所述的热管，其中，
所述筒体具有：
筒状的主体部；
第一盖部，其设置于所述主体部的一端，并对所述一端进行密封；以及
第二盖部，其设置于所述主体部的另一端，并对所述另一端进密封，
在所述第一盖部与所述第二盖部中的至少一者的内表面未设置吸液芯。
4.根据权利要求1所述的热管，其中，
所述筒体具有由所述陶瓷材料制作的第一部分、以及由热传导率比所述陶瓷材料高的金属材料制作的第二部分，
当将所述第一部分的轴向的尺寸设为L1、且将所述第二部分的轴向的尺寸设为L2时，L1＞L2成立。
5.根据权利要求4所述的热管，其中，
所述第一部分配置于所述筒体的一个端部，
所述第二部分配置于所述筒体的另一个端部，并与所述第一部分的另一个端部接合，
所述吸液芯设置于所述第一部分的至少一部分。
6.根据权利要求4所述的热管，其中，
所述第一部分配置于所述筒体的中央部，
所述第二部分具有：第一盖部分，其配置于所述筒体的一个端部，并且与所述第一部分的一个端部接合；以及第二盖部分，其配置于所述筒体的另一个端部，并且与所述第一部分的另一个端部接合，
所述吸液芯设置于所述第一部分的至少一部分。
7.根据权利要求4所述的热管，其中，
所述第二部分配置于所述筒体的中央部，
所述第一部分具有：第一盖部分，其配置于所述筒体的一个端部，并且与所述第二部分的一个端部接合；第二盖部分，其配置于所述筒体的另一个端部，并且与所述第二部分的另一个端部接合，
所述吸液芯设置于所述第一部分的至少一部分。
8.一种二次电池，具备：
电池外壳；
电极体，其收容于所述电池外壳内；以及
权利要求1至7中的任一项所述的热管，其收容于所述电池外壳内，并对所述电极体进行冷却。
9.根据权利要求8所述的二次电池，其中，
当沿着所述热管的轴向观察所述电极体和所述热管时，在所述热管的周围配置有所述电极体。
10.根据权利要求8或9所述的二次电池，其中，
所述电池外壳具有端子面，该端子面设置有与所述电极体连接的外部端子，
所述热管的一端朝向所述端子面延伸。
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