CN113422128A - 一种电化学装置及电子装置 - Google Patents

Abstract

一种电化学装置，包括电芯和容纳电芯的壳体，电化学装置还包括加热片，加热片设置于壳体内用于对电芯加热；沿加热片的宽度方向，加热片依次包括第一主体部及与第一主体部电连接的第二主体部，第一主体部靠近电芯的宽度方向的边缘，且第一主体部的单位面积电阻值高于第二主体部的单位面积电阻值5％～10％。通过上述设置使得第一主体部的加热能力高于第二主体部的加热能力，进而对电芯进行不均匀加热，解决了电芯边缘相比电芯中部散热多、温度低的问题，改善了电芯的整体温度分布。一种电子装置，包括上述的电化学装置。

Description

一种电化学装置及电子装置

技术领域

本申请涉及一种电化学装置及电子装置。

背景技术

目前市场对锂离子电池的续航能力与充电速度提出了更高的要求，但低温条件下锂离子电池耗电快、充电慢的缺点成为现有锂离子电池的一大痛点。因此，开发低温条件下实现锂离子电池快充的技术亟待解决。

目前改善锂离子电池快充的方法主要集中在改善化学体系和电芯结构设计上，但这样会引起制造成本的急剧增大，而改善锂离子电池低温下的续航能力和充电能力的另一个方法是在电池或电池模组内部装填一个可控热源，通过热传导和热辐射实现电池升温，进而来降低锂离子电池低温带来的极化效应，以改善锂离子电池低温条件下的充电能力。

然而，电池各个部位需要进行热交换的对象存在差异性，比如电池中部区域的散热低于电池边缘区域的散热，在热源温度相同的情况下，电池中部区域的温度高于边缘区域，这样可能会造成电池的温度分布不均匀，从而引起锂枝晶生长，恶化电芯的性能。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种含有能够改善电芯整体温度分布的加热片，及具有该加热片的电化学装置和电子装置。

本申请一实施例中提供一种电化学装置，包括电芯、容纳电芯的壳体以及加热片，加热片设置于壳体内用于对电芯加热；沿加热片的宽度方向，加热片依次包括第一主体部及与第一主体部电连接的第二主体部，第一主体部靠近电芯的宽度方向的边缘，且第一主体部的单位面积电阻值高于第二主体部的单位面积电阻值5％～10％。

上述加热片通过设置单位面积电阻值更高的第一主体部和第二主体部，且设置第一主体部靠近所述电芯的宽度方向的边缘，使得第二主体部相对第一主体部更靠近电芯的中部，使得第一主体部对电芯边缘的加热能力高于第二主体部对电芯中部的加热能力，进而对电芯进行不均匀加热，以解决了电芯边缘相比电芯中部散热多、温度低的问题，改善了电芯的整体温度分布。

在一些实施例中，第一主体部包括多个第一子部，多个第一子部首尾相连，第二主体部包括多个第二子部，多个第二子部首尾相连，第一主体部与所述第二主体部通过相邻的第一子部与第二子部相连接。

在一些实施例中，第一子部垂直其长度方向的横截面面积小于第二子部垂直其长度方向的横截面面积，以使第一主体部的电阻值大于第二主体部的电阻值。

在一些实施例中，第一子部在其厚度方向上设有通孔，以使第一主体部的电阻值大于第二主体部的电阻值。

在一些实施例中，第一子部的电阻率大于第二子部的电阻率，以使第一主体部的电阻值大于第二主体部的电阻值。

在一些实施例中，第一子部垂直其长度方向的横截面为梭子形，以使第一主体部的电阻值大于第二主体部的电阻值。

在一些实施例中，通孔的个数为一个或多个。

在一些实施例中，第一子部及第二子部为合金化合物。

在一些实施例中，加热片还包括第三主体部，第三主体部设置于第二主体部的远离第一主体部的一侧，第三主体部靠近电芯的宽度方向的另一边缘，第三主体部的单位面积的电阻值高于第二主体部的单位面积的电阻值5％～10％。通过设置单位面积电阻值高于第二主体部的第三主体部，且设置第三主体部靠近电芯的宽度方向的另一边缘，使得第三主体部对电芯另一边缘的加热能力高于第二主体部对电芯中部的加热能力，进而进一步解决了电池另一边缘散热多、温度低的问题，进一步改善了电芯的整体温度分布。

在一些实施例中，第三主体部包括多个第三子部，多个第三子部首尾相连，第二主体部与第三主体部通过相邻的第二子部与第三子部相连接。

在一些实施例中，第三子部垂直其长度方向的横截面面积小于第二子部垂直其长度方向的横截面面积，以使第三主体部的电阻值大于第二主体部的电阻值。

在一些实施例中，第三子部在其厚度方向上设有通孔，以使第三主体部的电阻值大于第二主体部的电阻值。

在一些实施例中，第三子部的电阻率大于第二子部的电阻率，以使第三主体部的电阻值大于第二主体部的电阻值。

在一些实施例中，第三子部垂直其长度方向的横截面为梭子形，以使第三主体部的电阻值大于第二主体部的电阻值。

在一些实施例中，通孔的个数为一个或多个。

在一些实施例中，第三子部及第二子部为合金化合物。

在一些实施例中，加热片设置于电芯的外表面与壳体之间，或，所加热片设置于电芯的内部。

本申请一实施例中还提供一种电子装置，电子装置包括上述的电化学装置作为电源。

附图说明

图1为本申请一实施例中加热片的结构示意图。

图2(a)为本申请一实施例中第二子部的截面形状示意图。

图2(b)为本申请一实施例中第一子部及第三子部的截面形状示意图。

图3为本申请另一实施例中加热片的结构示意图。

图4为本申请一实施例中电池的结构示意图。

图5为本申请另一实施例中电池的结构示意图。

主要元件符号说明

加热片 100

第一主体部 10

第一子部 11

贯穿孔 11a、31a

第二主体部 20

第二子部 21

第三主体部 30

第三子部 31

电芯 200

壳体 300

电池 400

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请的技术方案进行描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

请参阅图1、图4、图5，本申请提供一种电化学装置400，包括了电芯200及壳体300，壳体300用于收容电芯200，电化学装置400还包括了加热片100，用于对电芯200进行加热，在一些实施例中，如图4所示，加热片100设置在电芯200的外表面和壳体300之间，加热片100紧贴电芯200外表面，方便电化学装置400的组装。在另一些实施例中，如图5所示，加热片100还可以设置在电芯200内部，如加热片100可以设置在卷绕式电芯200的内部腔体中，从电芯200的内部加热可以最大效率的发挥加热片100的加热能力。

请继续参阅图1，在一些实施方式中，加热片100的具有矩形的外轮廓，用于加热常见的矩形电芯200。沿加热片100的宽度方向，加热片100依次包括相电连接的第一主体部10及第二主体部20，在图示实施例中，第一主体部10设置于第二主体部20的左侧，从而在加热片100与电芯200进行组装时，第一主体部10更加靠近电芯200的宽度方向的边缘，而第二主体部20相对第一主体部10则更加靠近电芯的宽度方向的中部，即沿电芯200的宽度方向，第一主体部10主要加热电芯200的边缘，第二主体部20主要加热电芯的中部。在本申请的实施方式中，第一主体部10的单位面积电阻值大于第二主体部20的单位面积电阻值,在加热片连通电源后，相比第二主体部20，第一主体部10因为具有较高的单位面积电阻值而具有较高的加热能力，因此，第一主体部10对应的电芯边缘更容易获得较大的热量。因此，在面对电芯边缘区域散热较多、温度下降较快的情况时，第一主体部10凭借更高的加热能力，从而弥补电芯200边缘散失较多的能量，改善了电芯200的整体温度分布。

在一些实施例中，如图1所示，加热片100还包括第三主体部30。第三主体部30设置于第二主体部20的远离第一主体部10的一侧，在图示实施例中，第三主体部30设置于第二主体部20的右侧，从而在加热片100与电芯200进行组装时，第三主体部10更加靠近电芯200的宽度方向的另一边缘，而第二主体部20相对第三主体部30则更加靠近电芯200的宽度方向的中部，即沿电芯200的宽度方向，第一主体部10、第三主体部30主要加热电芯200的边缘，第二主体部20主要加热电芯的中部。在本申请的实施方式中，第三主体部30的单位面积电阻值大于第二主体部20的单位面积电阻值,在加热片连通电源后，相比第二主体部20，第三主体部10因为具有较高的单位面积电阻值而具有较高的加热能力，因此，第三主体部30对应的电芯200边缘更容易获得较大的热量。

因此，在面对电芯200边缘区域散热较多、温度下降较快的情况时，第一主体部10、第三主体30凭借更高的加热能力，从而弥补电芯200边缘散失较多的能量，改善了电芯200的整体温度分布。

在一些实施方式中，考虑到电芯200边缘区域的散热量通常明显高于电芯200中部区域的散热量，设置第一主体部10或第三主体部30的单位面积电阻值高于第二主体部20的单位面积电阻值5％～10％，此范围内，加热片100对电芯200的整体温度分布改善效果明显，即加热片通电后，第一主体部10或第三主体部30对应的电芯边缘区域的温度与第二主体部20对应的电芯中部区域的温度相差不超过5％，以实现电芯200整体的温度分布均匀。而设置第一主体部10或第三主体部30的单位面积电阻值并不超过第二主体部20的单位面积电阻值5％时，第一主体部10或第三主体部30所带来的加热能力并不能弥补电芯200边缘所散失的热量，导致电芯200边缘区域仍旧比中部区域的温度明显偏低，无法解决电芯200整体温度均匀分布的问题；设置第一主体部10或第三主体部30的单位面积电阻值并超过第二主体部20的单位面积电阻值10％时，第一主体部10或第三主体部30所带来的加热能力超过了电芯200边缘所散失的热量，导致电芯200边缘区域比中部区域的温度明显偏高，也无法解决电芯200整体温度均匀分布的问题。

应当理解的是，第一主体部10的单位面积电阻值可以和第三主体部30的单位面积的电阻值设置为相同或不同，优选地，第一主体部10的单位面积电阻值与第三主体部30的单位面积电阻值相同，如此简化了加热片制备工艺，其中，单位面积的电阻值指的是每个主体部的电阻值与每个主体部的面积的比值，单位：欧姆/平方毫米。

在一实施例中，第一主体部10包括多个第一子部11，且多个第一子部11首尾相连。第二主体部20包括多个第二子部21，且多个第二子部21首尾相连。第三主体部30包括多个第三子部31，多个第三子部31首尾相连。在图1所示实施例中，多个第一子部11、多个第二子部21与多个第三子部31均沿同一方向呈直线条状并在同一平面内，且每相邻两个第一子部11、第二子部21或第三子部31与相连接处均具有90度的夹角，使得第一子部11、第二子部21及第三子部31沿长度方向大致呈S型延伸，直至加热片100的外轮廓覆盖所需的电芯200的加热面。

在其他实施例中，根据电芯200的加热面的形状，比如弧形电芯，第一子部11、第二子部21及第三子部31也可以位于一弧面或一曲面内；在其他实施例中，多个第一子部11、多个第二子部21与多个第三子部31之间的连接可以具有其他度数的夹角，使得加热片100的整体外轮廓呈平行四边形或菱形等形状，以满足不同轮廓的电芯200的加热面，比如扇形等异型电芯。在其他实施方式中，第一子部11、第二子部21及第三子部31也可以呈曲线条状，从而在单位面积内增加了第一子部11、第二子部21及第三子部31的长度，使得第一主体部10、第二主体部20及第三主体部30的单位面积电阻值都得以增加，从而提高了加热片100的加热能力。

在图1所示实施例中，加热片100外轮廓的几何形状呈矩形，用于为矩形电芯加热。对于矩形电芯，由于电芯200的两侧与收容其的壳体300之间存在间隙，处于间隙中的空气会加速电芯的热量散失，进而导致电芯边缘的温度通常低于电芯中部的温度。因此，在组装电化学装置时400，将加热片100的第一主体部10及第三主体部30分别靠近电芯200的左侧边缘及右侧边缘，使得加热片100的第二主体部20靠近电芯200的中部，如此，在加热片100通电加热时，加热片100的第一主体部10主要为电芯200的左侧边缘加热，加热片100的第三主体部30主要为电芯200的右侧边缘加热，加热片100的第二主体部20主要为电芯200的中部加热，因为第一主体部10和第三主体部30的加热能力均高于第二主体部20，因此可以弥补电芯200左右两侧散失的热量，且不会使中央区域的温度过高，进而使电池整体加热到所需温度且整体温度分布均匀，改善了电池低温下的续航能力和充电能力，并降低低温带来的极化效应。作为示范性举例，电池为锂离子电池。

在其他实施例中，电芯的顶部或底部的边缘区域也可能具有散热的情况，使得电芯在靠近顶部或底部边缘区域的散热也大于中部区域的散热，导致电芯在上下两侧边缘的温度也偏低，此时在组装加热片时，也可以选择将第一主体部10及第三主体部30分别靠近电芯的顶部边缘和底部边缘，将第二主体部20靠近电芯的中部，在加热片100通电加热时，加热片100的第一主体部10主要为电芯200的顶部边缘加热，加热片100的第三主体部30主要为电芯200的底部边缘加热，加热片100的第二主体部20主要为电芯200的中部加热，因此可以弥补电芯200顶部和底部区域散失的热量，且不会使中部区域的温度过高，进而使电池整体加热到所需温度且整体温度分布均匀。

在一些实施例中，第一主体部10、第二主体部20及第三主体部30的位置及尺寸根据电池的加热面形状定制，且第一主体部10及第三主体部30也可以位于第二主体部20的其他位置，例如在加热片100的几何形状不规则情况下，第一主体部10及第三主体部30相对第二主体部20更靠近加热片100的几何形状边界的边缘，而第二主体部20更靠近加热片100的中央区域，使得第一主体部10及第三主体部30对所对应的加热面的边缘区域获得更多的加热，进而使电池整体温度分布均匀。

在一些实施例中，将30um厚的镍基薄片，采用激光切割技术将镍基薄片切割成如图1所示形状的加热片100，加热片100的外轮廓呈矩形，长和宽分别77mm、宽度56mm，其中第一主体部10、第二主体部20和第三主体部30的宽度分别设置为10mm、36mm、10mm。应当理解的是，根据电芯200的散热情况，第一主体部10、第二主体部20和第三主体部30的宽度也可以设置为其他数值宽度，如第一主体部10对应的电芯200的边缘散热面积较大时，可以增加第一主体部10的宽度从而为散热面积较大的电芯200边缘进行加热。

在一些实施方式中，在加热片100的尺寸以及各个主体部的尺寸确定的情况下，也可以通过设置第一子部11、第二子部21和第三子部31的宽度来改善不同主体部的加热能力。如在一些实施方式中，对于第一主体部10宽度为20mm的情况，第一子部11的宽度可以设置为2mm、4mm、5mm等，如此，在第一主体部10宽度特定的情况下，随着第一子部11的宽度增加，第一子部11的个数将减少，导致第一主体部10的加热能力下降，因此第一主体部的加热能力可以得到调整。

在一些实施方式中，第一子部11、第二子部21和第三子部31的宽度可以设置为相同或不同，从而获得不同个数的第一子部11、第二子部和第三子部31，进而满足对不同主体部的加热能力需求。

在一些实施例中，为了使第一主体部10、第三主体部30的单位面积电阻值大于第二主体部20的单位面积电阻值，第一子部11、第三子部31在垂直其长度方向的横截面面积小于第二子部21在垂直其长度方向的横截面面积。如此，在各个子部的电阻率、长度相同的情况下，第一子部11、第三子部31的单位面积电阻值大于第二子部21的单位面积电阻值，从而有利于在无需改变加热片材质的情况下，实现第一主体部10、第三主体部30的单位面积电阻值大于第二主体部20的单位面积电阻值。

在一些实施例中，如图2(a)所示，第一子部11、第三子部31与第二子部21的横截面的外轮廓相同，均为矩形，但如图1所示，第一子部11、第三子部31在其厚度方向上设有通孔11a、31a，使得第一子部11、第三子部31在垂直其长度方向的横截面面积小于第二子部21在垂直其长度方向的横截面面积。

进一步地，在一些实施例中，如图1所示，每个第一子部11或第三子部31各具有一个通孔11a、31a，且通孔11a、31a呈条状，沿长度方向贯穿整个第一子部11或第三子部31。在其他实施例中，通孔11a或31a也可以分别呈其他形状，如圆形等。在其他实施例中，通孔11a或31a也可以分别设置为多个，多个通孔11a或31a也可以沿第一子部11或第三子部31的长度方向间隔设置。

请参阅图2，在一实施例中，第二子部21在垂直其长度方向上的截面为矩形，如图2(a)所示；第一子部11或第三子部31在垂直其长度方向上的截面为梭子形，如图2(b)所示。作为示范性举例，第二子部21的矩形截面的宽度为a，厚度为b，第一子部11或第三子部31通过模切或洗削的方式将一片均质等厚的矩形电阻片沿中心线向边缘逐步削薄形成梭子形，第一子部11或第三子部31的截面在宽度方向的两侧的边缘处的厚度为c，斜面与宽度方向的中轴线之间的夹角为α，且a、b、c及α之间符合关系α＝arctan((b-c)/a)。α的大小可以根据第一子部11或第三子部31的单位面积电阻值的大小调整，在一些实施例中，α＝arctan0.018。在其他实施例中，第一子部11或第三子部31的截面也可以加工成其他形状，如菱形、三角形、五边形、六边形状、圆形、椭圆形等。

请参阅图3，在一实施例中，为了使第一主体部10及第三主体部30的单位面积电阻值大于第二主体部20的单位面积电阻值，可以通过使用不同材料，使得第一主体部10及第三主体部30的电阻率大于第二主体部20的电阻率，比如第一主体部10及第三主体部30为铝硅合金，第二主体部20为镍基合金。在其他实施例中，第一主体部10、第二主体部20及第三主体部30也可以为其他类别的合金化合物，如镍合金(合金化元素包括铜、钼、铁、钴、铬、锰等)、铝硅合金及铁硅合金等，仅需要满足第一主体部10及第三主体部30使用材料的电阻率大于第二主体部20使用材料的电阻率即可。

为了实现加热片100通电后加热电芯200，在一实施例中，加热片100的一端与电芯200的一个极耳电连接，加热片100的另一端作为极耳引出，即加热片100与电芯200串联。在另一实施例中，加热片100的两端分别与电芯200的两个极耳电连接，即加热片100与电芯200并联。当电池充电时，加热片100通电，并对电池加热；当电池放电时，加热片100同样通电，并对电池加热。

在一实施例中，在加热片100与电芯200并联的情况下，电化学装置还可以包括温度传感器及控制器，温度传感器用于感测电芯200的温度，控制器用于控制加热片100的通电。当电芯200的温度低于温度传感器的预设值时，控制器控制加热片100通电对电芯200加热，直至电芯200的温度达到温度传感器的预设值；当电芯的温度高于温度传感器的预设值时，控制器控制加热片100断电，防止电芯过热。

本申请还提供一种电子装置(图未示)，包括上述具有加热片100的电化学装置作为电源。

本申请的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。在本申请的一些实施例中，电子装置可以包括，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。

另外，本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请的公开范围之内。

Claims (10)

1.一种电化学装置，包括电芯和容纳所述电芯的壳体，其特征在于，所述电化学装置还包括加热片，所述加热片设置于所述壳体内用于对所述电芯加热；沿所述加热片的宽度方向，所述加热片依次包括第一主体部及与第一主体部电连接的第二主体部，所述第一主体部靠近所述电芯的宽度方向的边缘，且所述第一主体部的单位面积电阻值高于所述第二主体部的单位面积电阻值5％～10％。

2.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述第一主体部包括多个第一子部，多个所述第一子部首尾相连；所述第二主体部包括多个第二子部，多个所述第二子部首尾相连；所述第一主体部与所述第二主体部通过相邻的所述第一子部与所述第二子部相连接。

3.如权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，所述第一子部满足如下条件A至C中的至少一个：

A：所述第一子部垂直其长度方向的横截面面积小于所述第二子部垂直其长度方向的横截面面积；

B：所述第一子部在其厚度方向上设有通孔；

C：所述第一子部的电阻率大于所述第二子部的电阻率。

4.如权利要求3所述的电化学装置，其特征在于，所述条件A中所述第一子部垂直其长度方向的横截面为梭子形；所述条件B中所述通孔的个数为一个或多个；所述条件C中所述第一子部及所述第二子部为合金化合物。

5.如权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，所述加热片还包括第三主体部，沿所述加热片的宽度方向，所述第三主体部电连接于所述第二主体部远离所述第一主体部的一侧，所述第三主体部靠近所述电芯的宽度方向的另一边缘，所述第三主体部的单位面积电阻值高于所述第二主体部的单位面积电阻值5％～10％。

6.如权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，所述第三主体部包括多个第三子部，所述多个第三子部首尾相连，所述第二主体部与所述第三主体部通过相邻的所述第二子部与所述第三子部相连接。

7.如权利要求6所述的电化学装置，其特征在于，所述第三子部至少满足如下条件D至F的至少一个：

D：所述第三子部垂直其长度方向的横截面面积小于所述第二子部垂直其长度方向的横截面面积；

E:所述第三子部在其厚度方向上设有通孔；

F:所述第三子部的电阻率大于所述第二子部的电阻率。

8.如权利要求7所述的电化学装置，其特征在于，所述条件D中所述第三子部垂直其长度方向的横截面为梭子形；所述条件E中所述通孔的个数为一个或多个；所述条件F中所述第三子部及所述第二子部为合金化合物。

9.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述加热片设置于所述电芯的外表面与所述壳体之间，或，所述加热片设置于所述电芯的内部。

10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括如权利要求1-9任一项所述的电化学装置作为电源。

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