CN214378548U - 一种高效、均匀散热的单体锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高效、均匀散热的单体锂离子电池，包括电池外壳、顶盖、放置于所述电池外壳内与所述顶盖焊接一体的卷芯，还包括位于所述电池外壳内且紧贴所述卷芯表面互相垂直的U型石墨烯导热膜以及U型聚丙烯绑带，所述U型石墨烯导热膜内表面紧贴所述卷芯表面，外表面紧贴所述电池外壳内表面；所述U型聚丙烯绑带内表面紧贴所述卷芯表面，外表面紧贴所述电池外壳内表面。本实用新型的单体锂离子电池内部热量可以快速均匀传导至电池表面，缓解电池内部温度梯度，防止热量积累导致电池性能衰减和安全隐患，并且不会增加散热系统的负担与风险。
Description
技术领域
本实用新型属于锂离子技术领域，具体涉及一种高效、均匀散热的单体锂离子电池。
背景技术
随着现代社会对新能源需求的急剧增加，锂离子电池得到了长足的发展，对锂离子电池的电性能与安全性能的要求也越来越高。高温对锂离子电池安全与电性能的影响是非常明显的，散热不足导致的安全隐患和寿命衰减等极大地限制了其性能发挥与应用空间，因此提高锂离子电池散热性能对锂离子电池的应用有着重要的影响。
目前由于技术限制，锂离子电池在使用过程中，特别是大电流充放电时，电极上不可避免地会有电压与电流分布差异，这导致电极各部位产热形成差异，最终影响整个单体锂离子电池的温度分布与性能发挥。温度梯度的形成会引起电极局部的过充或过放，既增大了电池的安全风险，也进一步增加了电极的产热。一旦热量累积，没有及时排出，后续充放电过程中电池温度持续提高，最终导致电池劣化、寿命衰减，甚至是安全事故。目前，提高锂离子电池的散热性能的方法主要集中在锂离子电池的外部以及系统集成方面，包括改善单体电池分布、在电池表面或电池系统表面增加导热装置或冷却装置、优化电池包的热管理系统等等。例如专利CN106784504 A公开了一种具有高效率散热的锂离子电池，包括外壳以及放置在外壳里的锂离子电池单元，锂离子电池单元包括多个电池单体，这些单体上下层叠放置；外壳包括左侧盖和右侧盖，分别固定在锂离子电池单元的两侧，实现单元的固定；左右侧盖结构相同，形成上、下开口的框型结构；还包括第二散热结构，第二散热结构包括若干个散热片，若干个散热片和电池单体之间表面接触。这种散热方式依旧是在单体电池外部优化散热，无法充分改善单体电池内部的温度梯度分布，也增加了整体电池系统的成本，限制了电池的使用空间。
石墨烯材料作为一种极好的超高导热材料，其制作的石墨烯导热膜既具有出色的导热率，也具有低密度、低热膨胀系数、良好的机械性能，目前已广泛应用于各类电子产品的散热领域，而且其水平方向的导热系数大于垂直方向，可以有效改善温度梯度问题。例如专利CN110690527 A公开了一种由石墨烯导热膜构成的动力锂电池均温散热系统，包括锂电池本体以及包覆于锂电池本体的铜基石墨烯纳米微片复合导热膜，有效改善了电池系统的散热，但其没有从电池内部来优化散热，电池内部热量排除效率仍然不足。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种高效、均匀散热的单体锂离子电池，其电池内部热量可以快速均匀地传导至电池表面，缓解了电池内部温度梯度，有效保障锂离子电池的使用寿命和安全性能。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种高效、均匀散热的单体锂离子电池，包括电池外壳、顶盖、放置于所述电池外壳内与所述顶盖焊接一体的卷芯，还包括位于所述电池外壳内且紧贴所述卷芯表面互相垂直的U型石墨烯导热膜以及U型聚丙烯绑带；所述U型石墨烯导热膜内表面对称紧贴所述卷芯表面，外表面紧贴所述电池外壳内表面；所述U型聚丙烯绑带内表面紧贴所述卷芯表面，外表面紧贴所述电池外壳内表面。
优选的，所述U型石墨烯导热膜和所述U型聚丙烯绑带均由底面和两侧面构成，所述U型石墨烯导热膜底面与所述卷芯底面经底托片连接。
优选的，所述U型聚丙烯绑带的数量为两个，包括第一U型聚丙烯绑带和第二U型聚丙烯绑带，所述第一U型聚丙烯绑带和第二U型聚丙烯绑带分别对称固定在所述卷芯的左右两侧。
优选的，所述电池外壳为铝壳或者钢壳。
优选的，所述卷芯为卷绕式卷芯或叠片式卷芯，所述卷芯至少为一个。
优选的，所述底托片为绝缘材质，形状大小与所述卷芯底面相匹配。
优选的，所述U型石墨烯导热膜的导热系数超过500W/m*K，厚度为1-500μm。
优选的，所述U型石墨烯导热膜为纯氧化石墨烯薄膜或铜基氧化石墨烯复合导热膜。
优选的，所述U型石墨烯导热膜的数量等于所述卷芯的数量。
优选的，所述U型石墨烯导热膜与U型聚丙烯绑带在所述卷芯表面无重叠或部分重叠；其中，重叠区域为外层U型聚丙烯绑带、里层U型石墨烯导热膜。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
（1）本实用新型U型石墨烯导热膜内表面紧贴于卷芯表面，外表面紧贴于电池壳体内表面，可以快速地将卷芯内的热量转移至电池壳体，再通过电池壳体散发出去，内部热量不会出现积累，整体降低温度的同时也明显缓解了电池内部的温度梯度，可以有效保障电池的使用寿命及安全，且不会影响电池内部绝缘。
（2）本实用新型U型聚丙烯绑带既能有效固定卷芯，也能起到防护侧面的作用。
（3）本实用新型的单体锂离子电池对电芯内部进行优化，改善电池内部温度梯度分布，且不会增加散热系统的负担与风险。
附图说明
图1为本实用新型实施例1中单体锂离子电池的电池外壳内正面结构示意图。
图2为本实用新型实施例1中单体锂离子电池的侧面截面结构示意图。
图3为本实用新型实施例1中单体锂离子电池的俯视截面结构示意图。
图4为本实用新型实施例2中单体锂离子电池的电池外壳内正面结构示意图。
其中： 1为电池外壳，2为顶盖，3为卷芯，3-1为第一卷芯，3-2为第二卷芯，4为U型石墨烯导热膜，4-1为第一U型石墨烯导热膜，4-2为第二U型石墨烯导热膜，5为U型聚丙烯绑带，5-1为第一U型聚丙烯绑带，5-2为第二U型聚丙烯绑带，6为底托片，7为重叠区域。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1、图2、图3所示，本实用新型实施例1中单体锂离子电池的电池外壳内正面结构示意图、本实用新型实施例1中单体锂离子电池的侧面截面结构示意图、本实用新型实施例1中单体锂离子电池的俯视截面结构示意图。
实施例1
一种高效均匀散热的单体锂离子电池，包括电池外壳1、顶盖2、放置于所述电池外壳1内与所述顶盖2焊接一体的卷芯3，所述卷芯3为两个多极耳卷绕式卷芯，即第一卷芯3-1、第二卷芯3-2，所述第一卷芯3-1、第二卷芯3-2前后并列设置，还包括设于所述电池外壳1内且紧贴所述卷芯3表面互相垂直的U型石墨烯导热膜4以及U型聚丙烯绑带5，所述U型石墨烯导热膜4内表面紧贴所述卷芯3表面，外表面紧贴所述电池外壳1内表面；所述U型聚丙烯绑带5内表面紧贴所述卷芯3表面，外表面紧贴所述电池外壳1内表面。
U型石墨烯导热膜4和所述U型聚丙烯绑带5均由底面和两侧面构成。
U型石墨烯导热膜4包括第一U型石墨烯导热膜4-1、第二U型石墨烯导热膜4-2，所述第一U型石墨烯导热膜4-1底面与所述第一卷芯3-1底面经底托片6连接，所述第一U型石墨烯导热膜4-1两侧面分别紧贴所述第一卷芯3-1前后两面，所述第二U型石墨烯导热膜4-2底面与所述第二卷芯3-2底面经底托片6连接，所述第二U型石墨烯导热膜4-2两侧面分别紧贴所述第二卷芯3-2前后两面；所述第一U型石墨烯导热膜4-1、第二U型石墨烯导热膜4-2的高度均比所述卷芯3的高度低5mm。
U型聚丙烯绑带5包括第一U型聚丙烯绑带5-1和第二U型聚丙烯绑带5-2，所述第一U型聚丙烯绑带5-1和第二U型聚丙烯绑带5-2分别对称固定在所述卷芯3的左右两侧，所述第一U型聚丙烯绑带5-1底面紧贴所述卷芯3一侧面，所述第一U型聚丙烯绑带5-1两侧面分别紧贴所述卷芯3前后两面（即第一卷芯3-1的前面、第二卷芯3-2的后面），所述第二U型聚丙烯绑带5-2底面紧贴所述卷芯3另一侧面，所述第二U型聚丙烯绑带5-2两侧面分别紧贴所述卷芯3前后面（即第一卷芯3-1的前面、第二卷芯3-2的后面）。
其中，U型石墨烯导热膜4与U型聚丙烯绑带5在所述卷芯3前后面没有相互重叠，即第一U型聚丙烯绑带5-1、第二U型聚丙烯绑带5-2的侧面高度与第一U型石墨烯导热膜4-1的侧面宽度之和小于卷芯前后面的宽度。
其中，电池外壳1为铝壳，长宽高分别为173.6mm、47.5mm、155mm；底托片6为涤纶树脂，形状大小与所述卷芯3底面相匹配；所述U型石墨烯导热膜为纯氧化石墨烯薄膜，导热系数为1000W/m*K，厚度为250μm。
实施例2
如图4所示，本实用新型实施例2中单体锂离子电池的电池外壳内正面结构示意图。
与实施例1的区别在于：U型石墨烯导热膜4与U型聚丙烯绑带5在所述卷芯3前后面相互重叠。
具体为：紧贴于第一卷芯3-1前面的第一U型石墨烯导热膜4-1与第一U型聚丙烯绑带5-1部分重叠，紧贴于第一卷芯3-1前面的第一U型石墨烯导热膜4-1与第二U型聚丙烯绑带5-2部分重叠，紧贴于第二卷芯3-2后面的第二U型石墨烯导热膜4-2与第一U型聚丙烯绑带5-1部分重叠，紧贴于第二卷芯3-2后面的第二U型石墨烯导热膜4-2与第二U型聚丙烯绑带5-1部分重叠，重叠区域7均是外层为U型聚丙烯绑带5，里层为U型石墨烯导热膜4。
除上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高效、均匀散热的单体锂离子电池，包括电池外壳（1）、顶盖（2）、放置于所述电池外壳（1）内与所述顶盖（2）焊接一体的卷芯（3），其特征在于：还包括位于所述电池外壳（1）内且紧贴所述卷芯（3）表面互相垂直的U型石墨烯导热膜（4）以及U型聚丙烯绑带（5）；所述U型石墨烯导热膜（4）内表面紧贴所述卷芯（3）表面，外表面紧贴所述电池外壳（1）内表面；所述U型聚丙烯绑带（5）内表面紧贴所述卷芯（3）表面，外表面紧贴所述电池外壳（1）内表面。
2.根据权利要求1所述的高效、均匀散热的单体锂离子电池，其特征在于：所述U型石墨烯导热膜（4）和所述U型聚丙烯绑带（5）均由底面和两侧面构成，所述U型石墨烯导热膜（4）底面与所述卷芯（3）底面经底托片（6）连接。
3.根据权利要求1所述的高效、均匀散热的单体锂离子电池，其特征在于：所述U型聚丙烯绑带（5）的数量为两个，包括第一U型聚丙烯绑带（5-1）和第二U型聚丙烯绑带（5-2），所述第一U型聚丙烯绑带（5-1）和第二U型聚丙烯绑带（5-2）分别对称固定在所述卷芯（3）的左右两侧。
4.根据权利要求1所述的高效、均匀散热的单体锂离子电池，其特征在于：所述电池外壳（1）为铝壳或者钢壳。
5.根据权利要求1所述的高效、均匀散热的单体锂离子电池，其特征在于：所述卷芯（3）为卷绕式卷芯或叠片式卷芯，所述卷芯（3）至少为一个。
6.根据权利要求2所述的高效、均匀散热的单体锂离子电池，其特征在于：所述底托片（6）为绝缘材质，形状大小与所述卷芯（3）底面相匹配。
7.根据权利要求1所述的高效、均匀散热的单体锂离子电池，其特征在于：所述U型石墨烯导热膜（4）的导热系数超过500W/m*K，厚度为1-500μm。
8.根据权利要求1所述的高效、均匀散热的单体锂离子电池，其特征在于：所述U型石墨烯导热膜（4）为纯氧化石墨烯薄膜或铜基氧化石墨烯复合导热膜。
9.根据权利要求1所述的高效、均匀散热的单体锂离子电池，其特征在于：所述U型石墨烯导热膜（4）的数量等于所述卷芯（3）的数量。
10.根据权利要求1所述的高效、均匀散热的单体锂离子电池，其特征在于：所述U型石墨烯导热膜（4）与U型聚丙烯绑带（5）在所述卷芯（3）表面无重叠或部分重叠；其中，重叠区域（7）为外层U型聚丙烯绑带（5）、里层U型石墨烯导热膜（4）。
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| CN117410584A (zh) * | 2023-12-12 | 2024-01-16 | 中安芯界控股集团有限公司 | 一种高稳定性条板电池芯片的制备工艺 |
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