CN111261979B - 一种低温自控内加热锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低温自控内加热锂离子电池，包括电池壳体、阳极片、温控开关、电阻加热膜和阴极片。其中电阻加热膜在电池壳体内部通过温控开关连接锂离子电池的阳极片和阴极片，在低温时，温控开关自动打开，电阻加热膜开始对电芯内部进行短时间低能耗加热，当温度上升至设定温度时，温控开关将自动断开，停止对电芯内部加热。本发明提出的一种新型低温自控内加热锂离子电池，具有较好的自加热性能，可以实现对锂离子电池内部电芯的温度自动控制，非常适合在低温冷环境中使用。

Description

一种低温自控内加热锂离子电池
技术领域
本发明涉及低温电池技术领域，尤其涉及一种低温自控内加热锂离子电池。
背景技术
锂离子电池是一种传统的电化学储能装置，是一种利用正负极与电解液之间通过离子交换最终产生电能的高性能蓄电池，它由锂金属或锂合金作为负极材料，其主要应用在电子设备、交通设备、应急电源系统等方面，甚至可以用作新能源汽车和军事设施的动力系统，是目前应用最广泛的储能方案之一。但是由于锂金属的化学特性，使锂离子电池的保存、使用要求的温度要求较高，尤其在高纬度地区的高寒气候会使锂离子活性大幅降低。
锂离子电池主要由正负极、隔膜、电解液、导电材料和电池外壳等部分组成，电解液在电池内构成的狭小空间内参与反应。化学反应的动力是电池内部氧化还原反应电极对之间的电势差，所以电芯结构是锂离子电池系统中重要的组成部分之一，其性能的优劣将直接影响到锂离子电池的可靠性和运行效率。
现有的低温锂离子电池在加热模块部分大多采用在电芯外部加热和有源温控开关，大多热转化效率低下且耗能高，在大规模应用中会存在热量散失与成本较高的问题，所以现有低温锂离子电池在设计上仍存在不足，且自加热模块耗能严重会导致电池使用寿命短和空间利用率低等技术问题。因此，现阶段低温自加热锂离子电池系统仍有待改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温自控内加热锂离子电池，利用双金属片的热膨胀系数不同，通过金属片的弯曲实现加热电路的通断，通过调整金属片的尺寸可以进行不同温度阈值的设定，设计结构简单，且能保障电池具有较强的可靠性与运行效率。
本发明提供一种低温自控内加热锂离子电池，包括电池壳体、阳极片、温控开关、电阻加热膜和阴极片，所述阳极片、温控开关、电阻加热膜和阴极片设置在电池壳体内，所述电阻加热膜在电池壳体内部通过温控开关连接锂离子电池的阳极片和阴极片，在低温时，温控开关自动打开，电阻加热膜开始对电芯内部进行短时间低能耗加热，当温度升至设定温度时，温控开关自动断开，停止对电芯内部加热。
进一步改进在于：所述温控开关的原理是利用双金属片的热膨胀系数不同，通过金属片的弯曲实现加热电路的通断，通过调整金属片的尺寸可以进行不同温度阈值的设定。
进一步改进在于：所述电阻加热膜由绝缘隔膜和电阻加热层组成，通过蒸镀的方法将金属材料沉积在绝缘隔膜的一面形成电阻加热层，折叠后利用激光焊接进行封装。
进一步改进在于：所述电阻加热膜的数量至少为两个。所述金属粉末可以采用钨、钛等一切具有高导热与耐腐蚀性的金属材料。
进一步改进在于：所述电阻加热膜采用并联或串联的方式接入锂离子电池，并按照每隔一定数量的电极对设置一组的形式进行插放，所述电阻加热膜具体数量可根据锂离子电池所处平均环境温度及电极对数目进行调整。
进一步改进在于：所述温控开关包括绝缘接线柱、上金属片和下金属片，所述上金属片和下金属片分别固定在绝缘接线柱的上下端，其中上金属片为双金属片结构，利用不同金属的热膨胀系数不同实现弯曲，在低温时上金属片整体向下弯曲连通下金属片开始电芯内部加热。主动层可以使用镍铬合金、镍铜合金等一切热膨胀系数较高的材料制成，被动层与下金属片可以采用钨、锡等一切热膨胀系数较低的材料制成。
本发明的有益效果：温控开关灵敏度和可靠性高：采用特殊结构设计的温控开关，可以实现对锂离子电池内部电芯的温度实现自动控制，结构简单升温快：采用电阻加热膜连接锂离子电池电极，可从电芯内部迅速升温且热损耗低；内部加热效果好：全新的电阻加热膜结构设计，仅需将蒸镀有电阻加热膜的绝缘膈膜间隔布置在电极对中，可实现均匀加热且导热效果好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的温控开关结构示意图。
图3是本发明的电阻加热膜结构示意图。
图4是本发明的加热电路示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1-4所示，本实施例提供一种低温自控内加热锂离子电池，包括电池壳体1、阳极片2、温控开关3、电阻加热膜4和阴极片5，所述阳极片2、温控开关3、电阻加热膜4和阴极片5设置在电池壳体1内，所述电阻加热膜4在电池壳体1内部通过温控开关3连接锂离子电池的阳极片2和阴极片5，在低温时，温控开关3自动打开，电阻加热膜4开始对电芯内部进行短时间低能耗加热，当温度升至设定温度时，温控开关3自动断开，停止对电芯内部加热。
所述温控开关3的原理是利用双金属片的热膨胀系数不同，通过金属片的弯曲实现加热电路的通断，通过调整金属片的尺寸可以进行不同温度阈值的设定。
所述电阻加热膜4由绝缘隔膜4a和电阻加热层4b组成，通过蒸镀的方法将金属材料沉积在绝缘隔膜4a的一面形成电阻加热层4b，折叠后利用激光焊接进行封装。
所述电阻加热膜4的数量至少为两个。
所述电阻加热膜4采用并联或串联的方式接入锂离子电池，并按照每隔一定数量的电极对设置一组的形式进行插放。
所述温控开关3包括绝缘接线柱3a、上金属片3b和下金属片3c，所述上金属片3b和下金属片3c分别固定在绝缘接线柱3a的上下端，其中上金属片3b为双金属片结构，利用不同金属的热膨胀系数不同实现弯曲，在低温时上金属片3a整体向下弯曲连通下金属片3c开始电芯内部加热。

Claims (4)

1.一种低温自控内加热锂离子电池，其特征在于：包括电池壳体(1)、阳极片(2)、温控开关(3)、电阻加热膜(4)和阴极片(5)，所述阳极片(2)、温控开关(3)、电阻加热膜(4)和阴极片(5)设置在电池壳体(1)内，所述电阻加热膜(4)在电池壳体(1)内部通过温控开关(3)连接锂离子电池的阳极片(2)和阴极片(5)，在低温时，温控开关(3)自动打开，电阻加热膜(4)开始对电芯内部进行短时间低能耗加热，当温度升至设定温度时，温控开关(3)自动断开，停止对电芯内部加热；
所述温控开关(3)的原理是利用双金属片的热膨胀系数不同，通过金属片的弯曲实现加热电路的通断，通过调整金属片的尺寸可以进行不同温度阈值的设定；
所述电阻加热膜(4)由绝缘隔膜(4a)和电阻加热层(4b)组成，通过蒸镀的方法将金属材料沉积在绝缘隔膜(4a)的一面形成电阻加热层(4b)，折叠后利用激光焊接进行封装。
2.如权利要求1所述的一种低温自控内加热锂离子电池，其特征在于：所述电阻加热膜(4)的数量至少为两个。
3.如权利要求2所述的一种低温自控内加热锂离子电池，其特征在于：所述电阻加热膜(4)采用并联或串联的方式接入锂离子电池，并按照每隔一定数量的电极对设置一组的形式进行插放。
4.如权利要求1所述的一种低温自控内加热锂离子电池，其特征在于：所述温控开关(3)包括绝缘接线柱(3a)、上金属片(3b)和下金属片(3c)，所述上金属片(3b)和下金属片(3c)分别固定在绝缘接线柱(3a)的上下端，其中上金属片(3b)为双金属片结构，利用不同金属的热膨胀系数不同实现弯曲，在低温时上金属片(3a)整体向下弯曲连通下金属片(3c)开始电芯内部加热。
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