CN117832690B - 一种锂离子电池电控预热系统及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池热管理技术领域，特别是涉及一种锂离子电池电控预热系统及其制备方法，包括六水氯化钙电控过冷相变装置和锂离子电池，其中六水氯化钙电控过冷相变装置包括盛有氯化钙溶液的电解池、基于六水氯化钙的电控过冷相变电极、导电电极和直流电源，锂离子电池密封后浸泡于氯化钙溶液中，基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别插在氯化钙溶液中，基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别通过导线与直流电源正负极连接。本发明采用上述一种锂离子电池电控预热系统及其制备方法，解决了现有技术中相变材料预热系统结构复杂、可控性低、操作困难成本高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池热管理技术领域，特别是涉及一种锂离子电池电控预热系统及其制备方法。
背景技术
锂离子电池具有高容量、高放电电压、低自放电率以及长循环寿命等优点，被广泛应用于电动汽车中。一般来说，锂离子电池的安全工作温度范围为20~40℃。锂离子电池的工作温度过低会使电池内部电化学反应速率降低以及电阻增大，从而降低电池的性能。甚至在极端情况下还可能导致电池的结构损坏，引发安全隐患。因此，为了确保锂离子电池的正常工作，需要对其进行预热管理，使其能够在启动前快速达到最佳工作温度，提高锂离子电池在低温环境中的工作稳定性和可靠性。
当前，预热电池的方式包括内部预热和外部预热。与内部预热相比，外部预热具有不消耗电池容量、安全性高和温度管理精确等优点。外部预热方式主要有空气预热、液体预热和相变材料（PCM）预热。对于空气预热技术来说，空气导热系数较低将导致预热效率和升温效率较低。与空气预热相比，液体预热具有更高的导热系数，这意味着电池获得更快的升温速率。然而，液体预热会增加预热系统设计的复杂度以及预热系统的成本。PCM预热利用相变材料优良的储热性能、稳定的蓄热/放热温度以及良好的稳定过冷性能，在低温环境下触发过冷相变材料溶液发生相变放热，以达到预热锂离子电池的功能。与空气和液体预热方法相比，PCM预热技术成本低且不需要复杂的系统设计，是锂离子电池预热系统的理想选择。
而在PCM预热技术中，相变材料的稳定过冷性能和触发相变方式显著影响预热系统的稳定可控程度。首先，相变材料具有过冷现象，过冷现象是指相变材料的温度下降至凝固点以下却不发生凝固，依然保持液体状态的现象。利用过冷现象可以实现低温下的潜热稳定储存和可控释热。其次，触发过冷相变材料结晶的方式主要有添加晶种、机械振动、超声、外加电场、局部冷却。然而现存的PCM预热技术的触发装置存在占据较大的空间和增加系统的复杂性等缺点，限制了它们的大规模应用。因此提供一种简单、易操作、成本低和可控性高的PCM预热系统具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池电控预热系统及其制备方法，解决了现有技术中相变材料预热系统结构复杂、可控性低、操作困难成本高的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种锂离子电池电控预热系统，包括六水氯化钙电控过冷相变装置和锂离子电池，其中六水氯化钙电控过冷相变装置包括盛有氯化钙溶液的电解池、基于六水氯化钙的电控过冷相变电极、导电电极和直流电源，锂离子电池密封后浸泡于氯化钙溶液中，基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别插在氯化钙溶液中，基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别通过导线与直流电源正负极连接。
优选的，基于六水氯化钙的电控过冷相变电极为埋藏有六水氯化钙晶体的金属棒。
优选的，所述金属棒为银棒或铜棒。
优选的，直流电源的电压为0.5~3.0V。
优选的，氯化钙溶液的质量分数为46~50.7%。
一种锂离子电池电控预热系统的制备方法，包括以下步骤，
（1）配置纯液态六水氯化钙，将氯化钙缓慢加入去离子水中，并搅拌至固体完全溶解，接着转移至水浴加热，得到过饱和氯化钙溶液，即纯液态六水氯化钙；
（2）制备基于六水氯化钙的电控过冷相变电极，使用砂纸打磨金属棒，将打磨后的金属棒在纯液态六水氯化钙中浸泡，取出并冷却结晶，再次使用目数大于前次目数的砂纸在低温环境中打磨，得到基于六水氯化钙的电控过冷相变电极；
（3）将锂离子电池进行密封处理并浸泡于氯化钙溶液中，将基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别插在氯化钙溶液中；
（4）将基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别通过导线与直流电源正负极连接，施加直流电压触发氯化钙溶液结晶放热来预热锂离子电池。
优选的，步骤（2）中砂纸的目数为80~2000目，打磨时间为每次1~10min。
优选的，步骤（2）中纯液态六水氯化钙的温度为45~50℃。
优选的，步骤（2）中低温环境为-20~10℃。
优选的，步骤（2）中打磨为先用80目砂纸打磨金属棒3min，浸泡10min后冷却结晶；再用320目砂纸打磨3min，浸泡10min后冷却结晶；再用1200目砂纸打磨3min，浸泡10min后冷却结晶；最后用1200目砂纸打磨3min。
本发明的机理：
六水氯化钙相变温度（30 ℃）处于锂离子电池的正常工作温度范围中，且具有良好的稳定过冷性能，在低温环境下仍以液态的形式存在，实现低温下潜热的稳定储存。当锂离子电池在低温环境中需要工作时，可以通过施加微小直流电压，使基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的金属离子洗脱，导致金属电极表面裂缝中的六水氯化钙晶种暴露出来，以及金属电极附近产生了高强度的界面电场，从而促进电解池中的过冷六水氯化钙发生相变结晶放热来预热电池。从而使电池保持在正常的温度范围内工作，改善电池在寒冷环境中的性能。
本发明的有益效果：
（1）本发明提供的一种锂离子电池电控预热系统，基于六水氯化钙电控过冷相变装置，可根据实际需要灵活地控制放热温度和放热时间，极大地提高了锂离子电池预热系统的安全性和可控性；
（2）本发明中使用基于六水氯化钙的电控过冷相变电极，可以实现低温下过冷氯化钙溶液相变潜热的安全、按需可控释放的功能，并且制备简单，制备成功率极高，电控循环寿命长（>100次）且触发相变时间极短（<5s）。
（3）本发明使用的六水氯化钙溶液具有良好的稳定过冷性能，具备长期储热能力，施加微小的直流电压（0.5~3.0 V）即可触发电解池中的过冷六水氯化钙溶液发生相变结晶放热。
（4）本发明提供的一种锂离子电池电控预热系统结构简单易操作、成本低、安全性和可控性高，实现了不同温度和不同放电倍率下锂离子电池的低温热管理，显著提升锂离子电池在寒冷环境中的放电性能，对锂离子电池可控预热技术领域具有一定指导意义。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明一种锂离子电池电控预热系统的示意图；
图2是本发明制备基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的流程示意图；
图3为本发明制备的三种浓度氯化钙溶液的步冷曲线图，
图3中的（a）是三种浓度氯化钙溶液在10℃条件下的步冷曲线图，图3中的（b）是三种浓度氯化钙溶液在5℃条件下的步冷曲线图；
图4为本发明制得的基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的实物图和SEM图，
图4中的（a1）为未经砂纸处理的银电极的实物图，图4中的（a2）为实施例2制备的基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的实物图，图4中的（a3）为在2.0V电控循环67次后的基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的实物图，图4中的（b）为未经砂纸处理的银电极的SEM图，图4中的（c）为实施例2制备的基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的SEM图，图4中的（d）为在2.0V电控循环67次后的基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的SEM图；
图5为不同电压循环实验下基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的触发相变次数以及感应时间图，
图5中的（a）为不同电压循环实验下基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的触发相变次数的示意图，图5中的（b）为基于六水氯化钙的电控过冷相变电极在1.5V直流电压下电控循环30次的温度曲线图；
图6为本发明六水氯化钙溶液在温度为15℃下电控触发相变结晶的实验现象图；
图7为本发明六水氯化钙溶液在不同过冷度下电控触发相变结晶的温度时间曲线图；
图8为本发明实施例2和对比例的锂离子电池以不同电流放电时的温度变化曲线图，
图8中的（a）为放电倍率等于0.5C时的温度变化曲线，图8中的（b）为放电倍率等于1.0C时的温度变化曲线，图8中的（c）为放电倍率等于1.5C时的温度变化曲线；
图9为本发明实施例2和对比例的锂离子电池以不同电流放电时的电压变化曲线图，
图9中的（a）为放电倍率等于0.5C时的电压变化曲线，图9中的（b）为放电倍率等于1.0C时的电压变化曲线，图9中的（c）为放电倍率等于1.5C时的电压变化曲线；
图10为本发明实施例2和对比例以不同电流放电时锂离子电池的放电容量和放电效率的示意图，
图10中的（a）为放电倍率等于0.5C时的放电容量的示意图，图10中的（b）为放电倍率等于1.0C时的放电容量的示意图，图10中的（c）为放电倍率等于1.5C时的放电容量的示意图。图10中的（d）为锂离子电池放电容量提升率的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进一步描述。除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明提到的上述特征或具体实例提到的特征可以任意组合，这些具体实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种锂离子电池电控预热系统，包括六水氯化钙电控过冷相变装置和锂离子电池，其中六水氯化钙电控过冷相变装置包括盛有氯化钙溶液的电解池、基于六水氯化钙的电控过冷相变电极、导电电极和直流电源，锂离子电池密封后浸泡于氯化钙溶液中，基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别插在氯化钙溶液中，基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别通过导线与直流电源正负极连接。其中，氯化钙溶液中氯化钙的质量分数为48%，基于六水氯化钙的电控过冷相变电极为埋藏有六水氯化钙晶体的银电极，直流电源施加的电压为1.5V。
实施例2
一种锂离子电池电控预热系统的制备方法，包括以下步骤，
（1）配置纯液态六水氯化钙，将氯化钙缓慢加入去离子水中，并搅拌至固体完全溶解，接着转移至水浴加热，得到过饱和氯化钙溶液，即纯液态六水氯化钙；
（2）制备基于六水氯化钙的电控过冷相变电极，使用80目砂纸打磨直径为2mm的银电极3min，将打磨部分浸泡在45℃的纯液态六水氯化钙中10min，取出冷却结晶，制得1电极；使用320目砂纸在0℃环境下打磨1电极3min，将打磨部分浸泡在45℃的纯液态六水氯化钙中10min，取出冷却结晶，制得2电极。使用1200目砂纸在0℃环境下打磨2电极3min，将打磨部分浸泡在45℃的纯液态六水氯化钙中10min，取出冷却结晶，制得3电极，使用1200目砂纸在0℃环境下打磨3电极，制得基于六水氯化钙的电控过冷相变电极；
（3）选用18500圆柱形锂离子电池（1200 mAh, 3.2 V），电池安装保护板以及正负极引线，并且在电池表面贴上超细K型测温线，将锂离子电池进行密封处理并浸泡于氯化钙溶液中，锂离子电池正负极引线连接电池循环测试仪和笔记本电脑连接电池循环测试仪；将基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别插在氯化钙溶液中；
（4）将基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别通过导线与直流电源正负极连接，施加直流电压触发氯化钙溶液结晶放热来预热锂离子电池；
（5）利用笔记本电脑的测试系统对电池进行放电，同时接通温度记录仪记录电池表面和氯化钙溶液的温度数据。
表征实验
制备不同浓度的氯化钙溶液
（1）向100mL密封电解池中加入75g去离子水，将77.0250g无水氯化钙缓慢加入去离子水中搅拌至溶解，接着转移至45℃水浴加热2小时，制备出质量分数为50.7%的CaCl2溶液，即纯液态六水氯化钙。
（2）使用步骤（1）的方法制得质量分数分别为48%和46%的氯化钙溶液，即六水氯化钙溶液。
将制备的三种不同浓度的氯化钙溶液放置于5℃和10℃的低温水浴槽中进行冷却实验，并用温度记录仪记录氯化钙溶液的温度变化。
图3为本发明制备的三种浓度氯化钙溶液的步冷曲线图，图3中的（a）是三种浓度氯化钙溶液在10℃条件下的步冷曲线图，图3中的（b）是三种浓度氯化钙溶液在5℃条件下的步冷曲线图。由图3可知，在环境温度为10℃时，有无添加额外水的六水氯化钙都可以保持稳定过冷状态。然而，当环境温度为5℃时，质量分数为46%和48%的氯化钙溶液依然能够保持稳定过冷状态，而纯液态六水氯化钙在降温过程自发相变释热，这说明纯液态六水氯化钙的稳定性较差，不适合作为高过冷度条件下的储放热材料。
由于额外添加水后会降低相变材料的相变潜热，同时考虑相变材料的过冷特性、热物性以及预热系统的可行性等因素，本发明用于低温电可控结晶实验和锂离子电池电控预热系统的最佳相变材料为质量分数为48%的CaCl2溶液。
制备基于六水氯化钙的电控过冷相变电极
利用扫描电子显微镜对未经砂纸处理的银电极和实施例2制备的基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的微观形貌进行表征。
按照实施例2中的步骤（2）制备多个基于六水氯化钙的电控过冷相变电极，以质量分数为48%的氯化钙溶液作为相变材料，分别在不同的直流电压下进行了100次电控循环实验。
图4为本发明制得的基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的实物图和SEM图，图4中的（a1）为未经砂纸处理的银电极的实物图，图4中的（a2）为实施例2制备的基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的实物图，图4中的（a3）为在2.0V电控循环67次后的基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的实物图；图4中的（b）为未经砂纸处理的银电极的SEM图，图4中的（c）为实施例2制备的基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的SEM图，图4中的（d）为在2.0V电控循环67次后的基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的SEM图，如图4所示，本发明制备的基于六水氯化钙的电控过冷相变电极有明显沿着同一方向打磨的痕迹。
图5为不同电压循环实验下基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的触发相变次数以及感应时间图，图5中的（a）为不同电压循环实验下基于六水氯化钙的电控过冷相变电极的触发相变次数的示意图，图5中的（b）为基于六水氯化钙的电控过冷相变电极在1.5V直流电压下电控循环30次的温度曲线图；如图5所示，当施加的直流电压低于0.1V时，产生的界面电场强度不足以诱导过冷六水氯化钙溶液发生相变结晶。当施加直流电压为1.0-1.5V时,电控循环100次实验中都能成功触发结晶以及电成核感应时间短，表明本发明制备的基于六水氯化钙的电控过冷相变电极具有良好的电控结晶能力。
而当施加的直流电压低于0.5V时，触发时间超过60s。与低电压相比，高电压下的诱导时间相对较短。这是由于在高电压下电极表面缝隙的晶种暴露速度较快，以及产生的界面电场强度较大，从而加速了相变结晶的触发过程。当电压为2.0V时，电极的使用寿命减少。这是因为较高电压下银电极表面的氧化速率增加，阻碍了银电极内的晶种暴露。此外，在高电压下银离子的洗脱速度加快，多次循环后电极表面缝隙的六水氯化钙晶种完全暴露出来，缩短了电极的使用寿命。因此，考虑到电极的循环使用寿命和电结晶感应时间，本发明中电触发过冷六水氯化钙溶液相变结晶的最佳工作电压为1.0-1.5V。
将本发明制得的质量分数为48%的氯化钙溶液（即六水氯化钙溶液）在不同过冷度的条件下进行电控触发结晶，并用相机记录电控触发相变结晶的实验现象和温度记录仪记录六水氯化钙溶液的温度变化。
图6为本发明六水氯化钙溶液在温度为15℃下电控触发相变结晶的实验现象图，如图6所示，施加1.5V直流电压后，晶体迅速开始在银阳极的表面上生长，然后向周围继续延伸生长。当晶体生长到电解瓶上时，许多的异质成核位点加速了相变结晶过程。
并且，相变溶液的过冷度越大，晶体生长过程越迅速。这是因为过冷度小的溶液的相变结晶驱动力较小，晶体生长缓慢。
图7为本发明六水氯化钙溶液在不同过冷度下电控触发六水氯化钙溶液相变结晶的温度时间曲线图，如图7所示，在不同过冷条件下，电控过冷相变电极都能够触发六水氯化钙溶液相变结晶。同时发现在高过冷度下（T=5、10、15、20℃）电控触发相变结晶时，温度是迅速升高到凝固点，而在低过冷度（T=25℃）下，温度是先下降到23.5℃后，才开始缓慢上升到凝固点。这是因为在高过冷度下结晶开始迅速并且晶体生长速率较快。
将实施例2制得的锂离子电池电控预热系统，即PCM预热系统（对应图中的有PCM），在实验环境温度为-5、0、5、10、15℃，放电倍率分别为0.5C（600mA）、1.0C（1200mA）、1.5C（1800mA）的条件下，验证其有效性。并以没有施加电控预热系统的锂离子电池为对比例（对应图中的无PCM）。
图8为本发明实施例2和对比例的锂离子电池以不同电流放电时的温度变化曲线图，图8中的（a）为放电倍率等于0.5C时的温度变化曲线，图8中的（b）为放电倍率等于1.0C时的温度变化曲线，图8中的（c）为放电倍率等于1.5C时的温度变化曲线，由于锂离子电池在0℃及以下无法以放电倍率1.0C和1.5C放电，因此没有相应的温度变化曲线。
如图8所示，在环境温度为5、10和15℃下，实施例2使用PCM预热系统的锂离子电池的预热速率分别为4.10℃/min、7.4℃/min和29.8℃/min。随着环境温度的逐渐降低，散热加剧导致预热时间延长。而对比例不使用PCM预热系统的锂离子电池以较低的放电率(0.5C）时，即使完全放电，电池的温度几乎保持低温不变。然而，使用PCM预热系统的锂离子电池在放电过程中温度明显升高。当放电电流越大时，在放电过程电池温度升高速率越大。
图9为本发明实施例2和对比例的锂离子电池以不同电流放电时的电压变化曲线图，图9中的（a）为放电倍率等于0.5C时的电压变化曲线，图9中的（b）为放电倍率等于1.0C时的电压变化曲线，图9中的（c）为放电倍率等于1.5C时的电压变化曲线；锂离子电池在0℃以下无法以放电倍率1.0C和1.5C放电，因此没有相应的电压变化曲线。因为低温下锂离子电池内阻增大，当放电电流增大，内阻上的压降同时也会增大，从而导致输出电压下降，当输出电压小于截止电压（2.5 V）时，锂离子电池无法启动工作。
如图9所示，在同一放电倍率下，随着环境温度的降低，锂离子电池的输出电压也会发生明显的下降，这会导致锂离子电池的输出功率下降。PCM预热系统可以显著提高锂离子电池的平均输出电压，有效提高低温环境下锂离子电池的放电性能。
观察实施例2增加PCM预热系统的锂离子电池和对比例没有施加PCM预热系统的锂离子电池以不同电流放电时电池的放电容量和放电效率。
由于本发明的同一批锂离子电池在充满电的情况下其实际容量会存在差异，因此设定所有锂离子电池充满电的容量为1060mAh，放电容量=（实际放出电量/实际充电容量）*1060 mAh。
图10为本发明实施例2和对比例以不同电流放电时锂离子电池的放电容量和放电效率的示意图；图10中的（a）为放电倍率等于0.5C时的放电容量的示意图，图10中的（b）为放电倍率等于1.0C时的放电容量的示意图，图10中的（c）为放电倍率等于1.5C时的放电容量的示意图。图10中的（d）为锂离子电池放电容量提升率的示意图。
由图10中的（a）-（c）可知，电池可放出的容量随着温度的降低而降低。由图10中的（d）可知，在同一温度下，实施例2增加了PCM预热系统的锂离子电池放电倍率越低，放电容量提升率越高。在低温5℃环境下，本发明的PCM预热系统对锂离子电池放电容量的提升量最高。在0.5C倍率放电下，PCM预热系统的电池放电容量高达97.26%，比不带PCM预热系统的电池增加了14.27%，1C倍率放电下，增加了11.35%的电量，1.5C倍率放电下，增加了7.04%。
因此，本发明提供的一种锂离子电池电控预热系统，实现了不同温度和不同放电倍率下锂离子电池的低温热管理，显著提升锂离子电池在寒冷环境中的放电性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种锂离子电池电控预热系统，其特征在于：包括六水氯化钙电控过冷相变装置和锂离子电池，其中六水氯化钙电控过冷相变装置包括盛有氯化钙溶液的电解池、基于六水氯化钙的电控过冷相变电极、导电电极和直流电源，锂离子电池密封后浸泡于氯化钙溶液中，基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别插在氯化钙溶液中，基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别通过导线与直流电源正负极连接；
基于六水氯化钙的电控过冷相变电极为埋藏有六水氯化钙晶体的金属棒；
所述锂离子电池电控预热系统通过如下步骤制备，
（1）配置纯液态六水氯化钙，将氯化钙缓慢加入去离子水中，并搅拌至固体完全溶解，接着转移至水浴加热，得到过饱和氯化钙溶液，即纯液态六水氯化钙；
（2）制备基于六水氯化钙的电控过冷相变电极，先用80目砂纸打磨金属棒3min，将打磨后的金属棒在纯液态六水氯化钙中浸泡10min，取出并冷却结晶，再在温度为-20~10℃的低温环境下，用320目砂纸打磨3min，浸泡10min后冷却结晶；再用1200目砂纸打磨3min，浸泡10min后冷却结晶；最后用1200目砂纸打磨3min，得到基于六水氯化钙的电控过冷相变电极；
（3）将锂离子电池进行密封处理并浸泡于氯化钙溶液中，将基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别插在氯化钙溶液中；
（4）将基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别通过导线与直流电源正负极连接，施加直流电压触发氯化钙溶液结晶放热来预热锂离子电池。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电控预热系统，其特征在于：所述金属棒为银棒或铜棒。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电控预热系统，其特征在于：直流电源的电压为0.5~3.0V。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电控预热系统，其特征在于：氯化钙溶液中氯化钙的质量分数为46~48%。
5.一种如权利要求1~4任一项所述的一种锂离子电池电控预热系统的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）配置纯液态六水氯化钙，将氯化钙缓慢加入去离子水中，并搅拌至固体完全溶解，接着转移至水浴加热，得到过饱和氯化钙溶液，即纯液态六水氯化钙；
（2）制备基于六水氯化钙的电控过冷相变电极，先用80目砂纸打磨金属棒3min，将打磨后的金属棒在纯液态六水氯化钙中浸泡10min，取出并冷却结晶，再在温度为-20~10℃的低温环境下，用320目砂纸打磨3min，浸泡10min后冷却结晶；再用1200目砂纸打磨3min，浸泡10min后冷却结晶；最后用1200目砂纸打磨3min，得到基于六水氯化钙的电控过冷相变电极；
（3）将锂离子电池进行密封处理并浸泡于氯化钙溶液中，将基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别插在氯化钙溶液中；
（4）将基于六水氯化钙的电控过冷相变电极和导电电极分别通过导线与直流电源正负极连接，施加直流电压触发氯化钙溶液结晶放热来预热锂离子电池。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池电控预热系统的制备方法，其特征在于：步骤（2）中纯液态六水氯化钙的温度为45~50℃。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1124052A (en) * | 1979-01-12 | 1982-05-25 | George A. Lane | Hydrated cacl.sub.2 reversible phase change compositions with nucleating additives |
| US4702853A (en) * | 1986-10-06 | 1987-10-27 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Phase change thermal energy storage material |
| CN103923613A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-07-16 | 西北农林科技大学 | 一种低温六水氯化钙蓄热材料及制备方法 |
| CN109802196A (zh) * | 2019-03-31 | 2019-05-24 | 华南理工大学 | 一种水合盐相变材料的电池快速加热装置 |
| CN110173907A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-27 | 华南理工大学 | 一种可控相变材料包及其制备方法与应用 |
| CN110387216A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-10-29 | 广东工业大学 | 一种长期稳定过冷相变储热材料及其制备方法与应用 |
| CN113183551A (zh) * | 2020-01-14 | 2021-07-30 | 中兴能源有限公司 | 一种多功能复合型相变薄膜及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3935677A1 (en) * | 2019-05-06 | 2022-01-12 | Rogers Corporation | Battery packaging materials, methods of manufacture, and uses thereof |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1124052A (en) * | 1979-01-12 | 1982-05-25 | George A. Lane | Hydrated cacl.sub.2 reversible phase change compositions with nucleating additives |
| US4702853A (en) * | 1986-10-06 | 1987-10-27 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Phase change thermal energy storage material |
| CN103923613A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-07-16 | 西北农林科技大学 | 一种低温六水氯化钙蓄热材料及制备方法 |
| CN109802196A (zh) * | 2019-03-31 | 2019-05-24 | 华南理工大学 | 一种水合盐相变材料的电池快速加热装置 |
| CN110173907A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-27 | 华南理工大学 | 一种可控相变材料包及其制备方法与应用 |
| CN110387216A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-10-29 | 广东工业大学 | 一种长期稳定过冷相变储热材料及其制备方法与应用 |
| CN113183551A (zh) * | 2020-01-14 | 2021-07-30 | 中兴能源有限公司 | 一种多功能复合型相变薄膜及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Geometry Effect of CaCl2·6H2O at Charging and Discharging Process as Latent TES;Akhmad Yusuf等;Journal of Physics: Conference Series;20221101;第2243卷(第1期);全文 * |
| 相变材料和液冷耦合散热的锂电池热管理研究;姜贵文等;电源技术;20181020(第10期);全文 * |
Also Published As
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