CN114586223A - 电化学装置及二次电池 - Google Patents

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CN114586223A CN202180005912.6A CN202180005912A CN114586223A CN 114586223 A CN114586223 A CN 114586223A CN 202180005912 A CN202180005912 A CN 202180005912A CN 114586223 A CN114586223 A CN 114586223A
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郑碧珠
魏红梅
张益博
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Abstract

本申请提供一种电化学装置及二次电池，所述电化学装置包括加热组件，所述加热组件包括加热部，以及围绕所述加热部设置的均热部，所述均热部包括互不重叠的第一均热部和第二均热部，所述第一均热部和所述第二均热部的热阻值倒数之比大于或等于1.05，所述第一均热部和所述第二均热部的面积分别大于2cm2。本申请提供的电化学装置可充分利用加热部产生的热量，有效降低加热部表面的温度差异性，最终实现加热部的快速升温和均匀产热，进而改善电化学装置的温度均匀性。

Description

电化学装置及二次电池
技术领域
本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种可实现快速升温和均匀产热的电化学装置及二次电池。
背景技术
众所周知，锂离子电池的使用受温度影响较大。通常在低温环境中对其进行充电时，电子电导和离子电导受到影响，动力学性能急剧下降，导致锂离子电池在大倍率充电过程中出现析锂，恶化电池界面，存在安全风险。同时，在低温环境中，电池活性材料容量发挥受到影响，电压平台下降，使得电池能量密度受到损失。对电池进行加热，将电池加热至常温可以避免电池在低温场景使用，该方法无需更改化学体系，可有效提升电池动力学，同时可以拓宽锂电池使用温度范围，实现极低温环境下电池的正常充电，并且和常温充电时保持相同的充电倍率。
电芯内置加热片升温的方法优点是加热速率快，可实现1℃/s的升温速率。但由于现有的加热片都是采用导热能力一致的绝缘材料进行封装，不具备均温能力，当加热片置于电芯内部时，不同部位的产热和散热能力存在差异，导致电芯温度分布不均匀，如图1所示。例如，当对加热片使用导热能力一致的绝缘导热材料封装时，电芯内置的加热片以0.5℃/s速率加热1min后，电芯表面温度最高的区域与温度最低的温差可达10℃以上。加热片升温速率越快时，不同部位的温差越大。局部温度过高会加剧电芯内部副反应，存在热失控等风险，导致电芯性能恶化且存在安全问题。因此需进一步改善加热片两侧材料的均温能力，降低电芯温差，提升电池的可靠性。
现有技术中，关于改善电池均温性能的相关技术包括：(1)在电池壳体上设置导热层或散热层，该方法可加快电芯表面的热扩散，但仍无法改善电芯内部的温度分布均匀性，无法解决电池内部的局部热聚集等问题；(2)在电芯内部增加均热板，该方法只能在一定程度上改善电芯内部的温度分布均匀性，由于并非直接改善加热片本身的产热均匀性，当电芯内置可快速升温的加热片时，采用均热板的方法均温效果不理想，且主要加快了电池散热，不能充分利用加热片本身的产热，即无法促进加热片本身产热高的部位向产热低的部位传导热，从而无法实现加热片本身既要快速升温又要均匀产热的需求。
发明内容
有鉴于此，本申请旨在提供一种电化学装置，以解决现有电芯内置的加热片采用均一导热性绝缘材质封装后，在快速升温时加热片表面温度产热和散热不均匀，从而导致电芯内部温度不均匀的问题。
本申请一种实施方式的技术方案是：一种电化学装置，其包括加热组件，所述加热组件包括加热部以及围绕所述加热部设置的均热部。所述均热部包括互不重叠的第一均热部和第二均热部，所述第一均热部和所述第二均热部的热阻值倒数之比大于或等于1.05，所述第一均热部和所述第二均热部的面积分别大于2cm2。一种实施方式中，所述第一均热部和所述第二均热部的热阻值倒数之比优选为大于1.2。一种实施方式中，所述第一均热部和第二均热部热阻值倒数之比为大于1.6。一种实施方式中，所述第一均热部和第二均热部热阻值倒数之比为大于1.75。
根据电化学装置表面的温度分布特性，对内置的加热组件采用具有不同热传导能力的均热部(绝缘材料)进行封装，在加热组件的加热部产热低温度低的部位采用高热传导能力的均热部(绝缘材料)封装，在产热高温度高的部位采用低热传导能力的均热部(绝缘材料)封装，可以削减产热高的部位沿Z方向(加热部的内部向均热部的表面方向，即加热组件的厚度方向，也即电化学装置的厚度方向)的热传导能力，并且在温差的作用下，会促进一部分热量通过加热部沿X方向(加热组件的长度方向，也即电化学装置的长度方向)和Y方向(加热组件的宽度方向，也即电化学装置的宽度方向)朝温度低的部位传导，从而提高温度低的部位的温度，进而改善电化学装置的温度均匀性。
一种实施方式中，所述热阻值倒数的计算公式为C＝λS/L，其中，λ为均热部的热传导系数，L为均热部的厚度，S为均热部的面积。
一种实施方式中，所述加热部的电阻率范围为10-8Ω·m至10-5Ω·m，所述加热部的厚度为1μm至80μm。所述加热部材料的电阻率不宜过大，否则容易导致局部热量不均的问题；所述加热部材料的电阻率不宜过小，以保证加热部加热效率。加热部的厚度不宜过大，以保证加热部的加热效率，以及电化学装置的能量密度；加热部的厚度不宜过小，以确保加热部具有较高的电子传导能力和载流能力，从而可以保证加热部的加热功能。
所述均热部的热传导系数范围为0.1W/m·K至100W/m·K，所述均热部的厚度范围为1μm至80μm。均热部的厚度不宜过大，以保证电化学装置的能量密度；均热部的厚度不宜过小，从而保证其具有一定的机械强度和保护作用，可保证加热部不会与电化学装置的极片直接连通，引发失效。
一种实施方式中，所述加热部可以具有一定图案。一种实施方式中，所述加热部具有的图案包括方波形图案、回字纹、锯齿形、水波形中的至少一种。
一种实施方式中，所述均热部包括第一均热部、第二均热部…和第N均热部，其中N是大于或等于3的整数，第一均热部的热阻值倒数＞第二均热部的热阻值倒数＞…＞第N均热部的热阻值倒数。
一种实施方式中，所述加热部的材质包括金属材料、碳系导电材料、金属氧化物或导电高分子材料中的至少一种。
一种实施方式中，所述金属材料包括镍、钛、铜、金、银、铂、铁、钴、铬、钨、钼、铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、硅、锗、锑、铅、铟、锌或由上述元素构成的组合物中的至少一种。
一种实施方式中，所述碳系导电材料包括炭黑、石墨、石墨烯、碳纤维、单壁碳纳米管或多壁纳米管中的至少一种。
一种实施方式中，所述金属氧化物包括掺铝氧化锌、掺钙铬酸镧、二氧化锡、掺氟二氧化锡、掺锑二氧化锡、氧化铟锡、掺银氧化铟锡或掺银合金氧化铟锡中的至少一种。
一种实施方式中，所述导电高分子材料包括聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯、聚苯乙炔、聚苯胺或其掺杂高分子材料中的至少一种，所述掺杂高分子材料中的掺杂剂包括氯、碘、溴、氯化碘、溴化碘、氟化碘、五氟化磷、氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸、五氟化钼、五氟化钨、四氯化钛、四氯化锆、氯化铁或四碘化锡中的至少一种。
一种实施方式中，所述均热部的材质包括导热硅脂、硅胶、导热泥、灌封胶、ABS塑料、软质和硬质PVC、石蜡、石棉、硬木、软木、UP树脂、有机玻璃、聚碳酸酯、尼龙、聚乙烯、聚丙烯、异丁烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚硫胶、聚酯树脂、聚亚胺脂树脂、氯丁橡胶、聚酯马海毛、人造橡胶泡沫、聚氨酯、环氧树脂、聚苯硫醚塑料、聚酰胺、石墨、三氧化二铝、氧化镁、氧化锌或氧化镍中的至少一种。
一种实施方式中，所述加热组件包括第一极耳和第二极耳，所述第一极耳和所述第二极耳均设置于所述加热部上，且均与所述加热部电连接。
一种实施方式中，所述电化学装置还包括正极极片和负极极片，所述加热组件与所述正极极片或所述负极极片相接触。
本申请还提供一种二次电池，所述二次电池包括如上所述的电化学装置、温度感应装置、以及与所述温度感应装置和所述加热组件相连接的控制系统，所述控制系统可根据所述温度感应装置检测到的温度，控制加热组件所处电路处于导通或断开状态。
一种实施方式中，所述控制系统可根据所述温度感应装置检测到的温度，以及设定的目标温度T，控制加热组件所处电路处于导通或断开状态。
一种实施方式中，控制系统读取所述温度感应装置检测到的温度，当所述检测温度低于所述目标温度T时，所述电路处于导通状态，电流通过所述加热组件，加热组件实现对电化学装置的加热功能。当所述温度感应装置检测到的温度达到加热目标温度T后，所述控制系统控制所述电路断开，加热组件停止加热。
一种实施方式中，控制系统读取电化学装置的温度，当所述电化学装置的温度大于或等于T时，所述电路处于断开状态。
一种实施方式中，所述电路处于导通状态时，加热组件由电化学装置或外部电源供电，加热组件处于工作模式；所述电路处于断开状态时，加热组件不产生热量。
本申请提供的电化学装置，根据其表面的温度分布特性，对内置的加热组件采用具有不同热传导能力的绝缘材料进行封装。在加热组件的加热部产热低温度低的部位采用高热传导能力的绝缘材料封装，在产热高温度高的部位采用低热传导能力的材质封装，可以削减产热高的部位沿Z方向(加热部的内部向均热部的表面方向，即加热组件的厚度方向，也即电化学装置的厚度方向)的热传导能力，并且在温差的作用下，会促进一部分热量通过加热部沿X方向(加热组件的长度方向，也即电化学装置的长度方向)和Y方向(加热组件的宽度方向，也即电化学装置的宽度方向)朝温度低的部位传导，从而提高温度低的部位的温度。本申请提供的电化学装置可充分利用加热部产生的热量，有效降低加热部表面的温度差异性，实现加热组件的均匀产热，并最终实现在电化学装置快速升温的同时改善电化学装置的温度均匀性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
图1为现有技术中内置加热片加热时电芯表面的温度分布图。
图2为本申请一种或几种实施方式提供的电化学装置的示意图。
图3为本申请一种或几种实施方式提供的加热组件的示意图。
图4为本申请一种或几种实施方式提供的加热组件的示意图。
图5为本申请一种或几种实施方式提供的加热部的示意图。
主要元件符号说明：
电化学装置 100
极耳 200
加热组件 10
加热部 11
均热部 12
第一极耳 13
第二极耳 14
第一均热部 121
第二均热部 122
第三均热部 123
长度方向 X
宽度方向 Y
厚度方向 Z
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请实施例。
具体实施方式
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实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文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实施例。
空间相关术语，比如“上”等可在本文用于方便描述，以描述如图中阐释的一个要素或特征与另一要素(多个要素)或特征(多个特征)的关系。应理解，除了图中描述的方向之外，空间相关术语旨在包括设备或装置在使用或操作中的不同方向。例如，如果将图中的设备翻转，则描述为在其他要素或特征“上方”或“上”的要素将定向在其他要素或特征的“下方”或“下面”。因此，示例性术语“上”可包括上面和下面的方向。
应理解，尽管术语第一、第二、第三等可在本文用于描述各种要素、组分、区域、层和/或部分，但是这些要素、组分、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语用于区分一个要素、组分、区域、层或部分与另一要素、组分、区域、层或部分。因此，下面讨论的第一要素、组分、区域、层或部分可称为第二要素、组分、区域、层或部分，而不背离示例性实施方式的教导。
本申请中，定义加热组件的厚度方向(电化学装置的厚度方向)为Z方向，定义加热组件的长度方向(电化学装置的长度方向)为X方向，定义加热组件的宽度方向(电化学装置的宽度方向)为Y方向。可以理解，当电化学装置或加热组件呈不规则形状时，加热组件的均热部的具体设置随着电化学装置的温度分布而变化，变化的原则是：温度较低的部位采用热阻值倒数较大的绝缘材料(均热部)对加热部进行封装，在温度较高的部位采用热阻值倒数小的绝缘材料(均热部)对加热部进行封装。
下面对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图2，本申请提供一种电化学装置100，所述电化学装置100包括加热组件10。请参阅图3，所述加热组件10包括加热部11以及围绕所述加热部11设置的均热部12，即加热部11的表面均被所述均热部12所覆盖。所述均热部12包括互不重叠的第一均热部121和第二均热部122，所述第一均热部121和所述第二均热部122的热阻值倒数之比大于或等于1.05，所述第一均热部121和所述第二均热部122的面积分别大于2cm2。一些实施方式中，所述第一均热部121和所述第二均热部122的热阻值倒数之比优选为大于1.2。一些实施方式中，所述第一均热部121和第二均热部122热阻值倒数之比为大于1.6。一些实施方式中，所述第一均热部121和第二均热部122热阻值倒数之比为大于1.75。
由图1可知，沿X方向，电化学装置的温度从下到上(图中极耳200所在的位置为上方)递减。本申请中，沿X方向，在加热部11的温度较低的部位采用热阻值倒数较大的第一均热部121对加热部11封装，在加热部11的温度较高的部位采用热阻值倒数小的第二均热部122对加热部11封装，可以削减加热部11上温度较高的部位沿Z方向的热传导能力，并且在温差的作用下，会促进一部分热量沿X方向和Y方向朝温度较低的部位传导，从而提高温度较低的部位的温度。
一些实施方式中，所述热阻值倒数的计算公式为C＝λS/L，其中，λ为均热部的热传导系数，L为均热部的厚度，S为均热部的面积。本申请中，所述均热部的面积为均热部沿厚度方向Z方向的投影的面积，均热部的厚度L通过游标卡尺测量，单个区域(例如，直径25mm)测量多个点(4个以上)的厚度并取平均值。所述热传导系数通过以下方法测量：采用导热系数仪(如UnithermTM2022)进行测量，将样品放置在两个表面抛光的金属板(即上板和下板)之间，上板和下板分别控制在不同的温度，下板的下表面是定标过的热流传感器；当样品的上表面与下表面之间保持一定的温度差达到热平衡时就产生从上至下经过样品的纵向热流；通过测量样品上下表面的温差(样品上下表面的温差用置于样品上下两端的高导热金属的表面处的温度传感器测量)、热流传感器的读数以及已知的样品的厚度，就可以计算出热传导系数。
一些实施方式中，所述均热部12包括第一均热部121、第二均热部122…和第N均热部，其中N是大于或等于3的整数，第一均热部121的热阻值倒数＞第二均热部122的热阻值倒数＞…＞第N均热部的热阻值倒数。如图4所示，所述均热部12包括第一均热部121、第二均热部122和第三均热部123，第一均热部121的热阻值倒数＞第二均热部122的热阻值倒数＞第三均热部123的热阻值倒数。
进一步地，所述第一均热部121的热传导能力大于所述第二均热部122的热传导能力，所述第二均热部122的热传导能力大于所述第三均热部123的热传导能力，第N-1均热部的热传导能力大于所述第N均热部的热传导能力，所述热传导能力指的是单位面积的均热部的热阻值倒数。
进一步地，所述第一均热部121、第二均热部122、第三均热部123，可以根据加热部及电芯工作时的温度分布情况，进行均热部区域的划分及材料的选择。
一些实施方式中，所述加热部11的电阻率范围为10-8Ω·m至10-5Ω·m，所述加热部11的厚度为1μm至80μm。加热部11的厚度不宜过大，以保证加热部11的加热效率，以及电化学装置100的能量密度；加热部11的厚度不宜过小，以确保加热部11具有较高的电子传导能力和载流能力，从而可以保证加热部11的加热功能。
一些实施方式中，所述加热部11可以具有一定图案。一些实施方式中，所述加热部具有方波形图案。一些实施方式中，所述加热部也可具有回字纹、锯齿形、水波形等其他图案。可以理解，加热部的形状、材料的宽度等均可根据电芯的形状及温度分布进行设计，从而保证加热部11对电化学装置100的充分加热。
一些实施方式中，所述均热部12的热传导系数范围为0.1W/m·K至100W/m·K，所述均热部12的厚度范围为1μm至80μm。均热部12的厚度不宜过大，以保证电化学装置100的能量密度；均热部12的厚度不宜过小，从而保证其具有一定的机械强度和保护作用，可保证加热部11不会与电化学装置100的极片直接连通，引发失效。
一些实施方式中，所述加热部11的材质包括金属材料、碳系导电材料、金属氧化物或导电高分子材料中的至少一种。
进一步地，所述金属材料包括镍(Ni)、钛(Ti)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、钨(W)、钼(Mo)、铝(Al)、镁(Mg)、钾(K)、钠(Na)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、硅(Si)、锗(Ge)、锑(Sb)、铅(Pb)、铟(In)、锌(Zn)及其组合物(合金)中的至少一种。
进一步地，所述碳系导电材料包括炭黑、石墨、石墨烯、碳纤维、单壁碳纳米管或多壁纳米管中的至少一种。
进一步地，所述金属氧化物包括掺铝氧化锌、掺钙铬酸镧、二氧化锡、掺氟二氧化锡、掺锑二氧化锡、氧化铟锡、掺银氧化铟锡或掺银合金氧化铟锡中的至少一种。
进一步地，所述导电高分子材料包括聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯、聚苯乙炔、聚苯胺或其掺杂高分子材料中的至少一种，所述掺杂高分子材料中的掺杂剂包括氯、碘、溴、氯化碘、溴化碘、氟化碘、五氟化磷、氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸、五氟化钼、五氟化钨、四氯化钛、四氯化锆、氯化铁或四碘化锡中的至少一种。
一些实施方式中，所述均热部12的材质为具有热传导能力的绝缘材料，包括导热硅脂、硅胶、导热泥、灌封胶、ABS塑料、软质和硬质PVC(聚氯乙烯)、石蜡、石棉、硬木、软木、UP树脂(不饱和聚酯)、有机玻璃(PMMA)、聚碳酸酯、尼龙、聚乙烯、聚丙烯(PP)、异丁烯、聚酰胺(PA)、聚酰亚胺(PI)、聚硫胶、聚酯树脂、聚亚胺脂树脂、氯丁橡胶(PCP)、聚酯马海毛、人造橡胶泡沫、聚氨酯、环氧树脂、聚苯硫醚塑料、聚酰胺、石墨、三氧化二铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)或氧化镍(NiO)中的至少一种。
请参阅图3和图4，所述加热组件10包括第一极耳13和第二极耳14。请参阅图5，所述第一极耳13和所述第二极耳14均设置于所述加热部11上，且均与所述加热部11电连接。
一些实施方式中，所述电化学装置还包括正极极片和负极极片，所述加热组件与所述正极极片或所述负极极片中的至少一者相接触。
以下将结合具体实施例对本申请作进一步详细的说明。
实施例1
(1)加热组件的制备
取一片厚度为20μm且表面光滑的铜片，在其表面通过激光切割出回路，所述回路按照附图5所示方波形图案进行加工，得到加热部11。在铜片左右两侧各焊接一个镍极耳，即第一极耳13和第二极耳14。如图4所示，第一均热部121采用高密度聚乙烯(热传导系数：0.4W/m·K-0.5W/m·K)对铜片进行热封，第二均热部122采用低密度聚乙烯(热传导系数：0.2-0.3W/m·K)进行热封，第一均热部121和第二均热部122的厚度相同，皆为10μm。第一均热部121和第二均热部122围绕所述铜片，即得到加热组件。
(2)正极极片的制备
将正极活性材料钴酸锂(LiCoO2)、导电炭黑(Super P)、聚偏二氟乙烯(PVDF)按照重量比97.5:1.0:1.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为0.75的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在Al集流体上，极片上正极有效物质的重量为180g/m2。90℃条件下烘干，即已完成正极极片的单面涂布，再以同样的方法完成另一面的涂布。完成涂布后，将极片的正极有效物质层冷压至4.0g/cm3的压实密度，随后进行极耳焊接和贴胶纸等辅助工艺，即完成了双面涂布的正极极片的全部制备流程。
(3)负极极片的制备
将负极活性材料石墨(Graphite)、导电炭黑(Super P)、丁苯橡胶(SBR)按照重量比96:1.5:2.5进行混合，加入去离子水(H2O)作为溶剂，调配成为固含量为0.7的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在Cu集流体上，极片上负极有效物质的重量为95g/m2。110℃条件下烘干，即已完成极片负极极片的单面涂布，再以同样的方法完成另一面的涂布。完成涂布后，将极片的负极有效物质层冷压至1.7g/cm3的压实密度。随后进行极耳焊接和贴胶纸等辅助工艺，即完成了双面涂布的负极极片的全部制备流程。
(4)电解液的制备
在干燥氩气气氛中，首先将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以质量比EC:EMC:DEC＝30:50:20混合，然后向有机溶剂中加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)溶解并混合均匀，得到锂盐浓度为1.15M的电解液。
(5)电化学装置的制备
选用厚度15μm的聚乙烯(PE)作为隔离膜，将制备好的正极极片、加热组件、隔离膜、负极极片按照顺序叠好并卷绕成电芯，所述加热组件位于电化学装置的卷绕中心，即电芯的卷绕头部。经过顶封和侧封，然后对电芯进行注液，对注液完成的电芯进行化成(0.02C恒流充电到3.3V，再以0.1C恒流充电到3.6V)，最终得到电化学装置。
(6)表面温差测量
在环境温度25℃下，外接电源对加热组件10的第一极耳13和第二极耳14施加一定电流启动加热，加热功率为15W时，加热1min，或，加热功率为8W时，加热2min。在敞开体系、室温条件下，采集电化学装置表面的温度分布情况。温度分布情况可采用两种方法测量：第一种是直接接触法进行逐点的温度测量，如热电偶，然后再通过统计方法得到需要的温度场分布信息；另一种方法是采用红外热成像仪进行测量，进而得出电化学装置表面的最大温差。
实施例2
与实施例1的区别在于：步骤(1)中，第一均热部121采用低密度聚乙烯(热传导系数：0.2-0.3W/m·K)，第二均热部122采用低密度硅胶(热传导系数：0.12W/m·K)。
实施例3
与实施例1的区别在于：步骤(1)中，第二均热部的厚度为20μm。
对比例1
与实施例1的区别在于：步骤(1)中，采用厚度为10μm的高密度聚乙烯(热传导系数：0.4-0.5W/m·K)对铜片(加热部11)进行热封。
对比例2
与实施例1的区别在于：步骤(1)中，采用厚度为10μm的低密度硅胶(热传导系数：0.12W/m·K)对铜片(加热部11)进行热封。
上述实施例1-3与对比例1-2的各参数设置及测试结果见表1。
表1
Figure BDA0003593784840000111
实施例4
与实施例1的区别在于：如图5所示，步骤(1)中，均热部12包括三个封装区域，即第一均热部121、第二均热部122和第三均热部123。第一均热部121采用高密度聚乙烯(热传导系数：0.4-0.5W/m·K)，第二均热部122采用聚酰亚胺(PI)(热传导系数：0.3-0.4W/m·K)，第三均热部123采用低密度聚乙烯(热传导系数：0.2-0.3W/m·K)，三个封装区域的厚度相同，皆为10μm。
实施例5
与实施例4的区别在于：步骤(1)中，第一均热部121的封装材质为硅胶(热传导系数：0.35W/m·K)，第二均热部122的封装材质为低密度聚乙烯(热传导系数：0.2-0.3W/m·K)，第三均热部123的封装材质为低密度硅胶(热传导系数：0.12W/m·K)。
实施例6
与实施例4的区别在于：步骤(1)中，第二均热部122的厚度为15μm，第三均热部123的厚度为20μm。
上述实施例4-6与对比例1-2的各参数设置及测试结果见表2。
表2
Figure BDA0003593784840000112
Figure BDA0003593784840000121
实施例7
与实施例1的区别在于：步骤(1)中，第一均热部121和第二均热部122均采用高密度聚乙烯(热传导系数：0.4W/m·K-0.5W/m·K，厚度10μm)封装后，第二均热部122再多封装一层低密度聚乙烯(热传导系数：0.2-0.3W/m·K)，厚度10μm，因此，通过热封的方式完成封装后，最终第一均热部121的封装厚度为10μm，第二均热部122的厚度为20μm(10μm+10μm)。
实施例1、实施例7与对比例1的各参数设置及测试结果见表3。
表3
Figure BDA0003593784840000122
实施例8
与实施例1的区别在于：步骤(1)中，加热部11的材质为镍片。
实施例1、实施例8与对比例1的各参数设置及测试结果见表4。
表4
Figure BDA0003593784840000123
实施例9
与实施例1的区别在于：步骤(1)中，加热部11的厚度为30μm。
实施例1、实施例9与对比例1的各参数设置及测试结果见表5。
表5
Figure BDA0003593784840000131
实施例10
与实施例1区别在于：步骤(6)中，加热部11的加热方式改成内部供电，即电化学装置中的控制电路处于导通状态，第一极耳13和第二极耳14分别通过所述控制电路与电化学装置中的正极极耳和负极极耳电连接，通过电化学装置内部施加电流从而实现所述加热部的加热功能。
实施例1、实施例10与对比例1的各参数设置及测试结果见表6。
表6
Figure BDA0003593784840000132
实施例11
与实施例1区别在于：步骤(5)中，电芯的制备方式为叠片。
实施例1、实施例11与对比例1的各参数设置及测试结果见表7。
表7
Figure BDA0003593784840000133
由实施例1-11以及对比例1-2的数据可知，与采用具有均一的热传导能力的绝缘材料对加热部进行封装相比，本申请中对产热高温度高的加热部采用具有低热传导能力的绝缘材料封装，对产热低温度低的加热部采用具有高热传导能力的绝缘材料封装，充分利用了加热部本身的产热，可促进加热部本身温度高的部位向温度低的部位导热，进而可以有效降低电化学装置表面的最大温差，即有效改善了电化学装置温度不均匀的问题。
本申请提供的电化学装置，根据其表面的温度分布特性，对内置的加热组件采用具有不同热传导能力的绝缘材料进行封装。在加热组件的加热部产热低温度低的部位采用具有高热传导能力的绝缘材料封装，在产热高温度高的部位采用具有低热传导能力的材质封装，可以削减产热高的部位沿Z轴方向(加热部的内部向均热部的表面方向，即电化学装置的厚度方向)的热传导能力，并且在温差的作用下，会促进一部分热量通过加热部沿X轴方向(电化学装置的长度方向)和Y轴方向(电化学装置的宽度方向)朝温度低的部位传导，从而提高温度低的部位的温度。本申请提供的电化学装置可充分利用加热部产生的热量，有效降低加热部表面的温度差异性，最终实现加热部的快速升温和均匀产热，进而改善电化学装置的温度均匀性。

Claims (10)

1.一种电化学装置，其特征在于，包括加热组件，所述加热组件包括：
加热部，以及
围绕所述加热部设置的均热部；
所述均热部包括互不重叠的第一均热部和第二均热部，所述第一均热部和所述第二均热部的热阻值倒数之比大于或等于1.05，所述第一均热部和所述第二均热部的面积分别大于2cm2。
2.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述热阻值倒数的计算公式为C＝λS/L，其中，λ为均热部的热传导系数，L为均热部的厚度，S为均热部的面积。
3.如权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，所述加热部的电阻率范围为10-8Ω·m至10-5Ω·m，所述加热部的厚度为1μm至80μm；所述均热部的热传导系数范围为0.1W/m·K至100W/m·K，所述均热部的厚度范围为1μm至80μm。
4.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述均热部还包括第一均热部、第二均热部…和第N均热部，其中N是大于或等于3的整数，第一均热部的热阻值倒数＞第二均热部的热阻值倒数＞…＞第N均热部的热阻值倒数。
5.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述加热部的材质包括金属材料、碳系导电材料、金属氧化物或导电高分子材料中的至少一种。
6.如权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，
所述金属材料包括镍、钛、铜、金、银、铂、铁、钴、铬、钨、钼、铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、硅、锗、锑、铅、铟、锌或上述元素构成的组合物中的至少一种；
所述碳系导电材料包括炭黑、石墨、石墨烯、碳纤维、单壁碳纳米管或多壁纳米管中的至少一种；
所述金属氧化物包括掺铝氧化锌、掺钙铬酸镧、二氧化锡、掺氟二氧化锡、掺锑二氧化锡、氧化铟锡、掺银氧化铟锡或掺银合金氧化铟锡中的至少一种；
所述导电高分子材料包括聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯、聚苯乙炔、聚苯胺或其掺杂高分子材料中的至少一种，所述掺杂高分子材料中的掺杂剂包括氯、碘、溴、氯化碘、溴化碘、氟化碘、五氟化磷、氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸、高氯酸、五氟化钼、五氟化钨、四氯化钛、四氯化锆、氯化铁或四碘化锡中的至少一种。
7.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述均热部的材质包括导热硅脂、硅胶、导热泥、灌封胶、ABS塑料、软质和硬质PVC、石蜡、石棉、硬木、软木、UP树脂、有机玻璃、聚碳酸酯、尼龙、聚乙烯、聚丙烯、异丁烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚硫胶、聚酯树脂、聚亚胺脂树脂、氯丁橡胶、聚酯马海毛、人造橡胶泡沫、聚氨酯、环氧树脂、聚苯硫醚塑料、聚酰胺、石墨、三氧化二铝、氧化镁、氧化锌或氧化镍中的至少一种。
8.如权利要求1-7任一项所述的电化学装置，其特征在于，所述加热组件包括第一极耳和第二极耳，所述第一极耳和所述第二极耳均设置于所述加热部上，且均与所述加热部电连接。
9.如权利要求8所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置还包括正极极片和负极极片，所述加热组件与所述正极极片或所述负极极片相接触。
10.一种二次电池，包括如权利要求9所述的电化学装置、温度感应装置、以及与所述温度感应装置和所述加热组件相连接的控制系统，
所述控制系统可根据所述温度感应装置检测到的温度，控制加热组件所处电路处于导通或断开状态。
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