TW201324913A - 可從內部直接導熱到外部進行散熱的鋰電池芯 - Google Patents

Abstract

一種可從內部直接導熱到外部進行散熱的鋰電池芯，包含一封裝袋，在該封裝袋內收納有正極、負極、分隔該正負極的隔離膜及電解液；其特徵在於，該封裝袋內還設有至少一散熱片，該散熱片至少有一邊從該封裝袋的一側突出，該正負極產生的熱經由該電解液傳遞至該散熱片而散發到該封裝袋外，避免鋰電池芯過熱而降低其效能或損壞。另外，該鋰電池芯可配合風扇或冷卻系統操作，以持續從該散熱片除去熱量，提高散熱效率。

Description

可從內部直接導熱到外部進行散熱的鋰電池芯

本發明係關於一種鋰電池芯，尤指一種可從內部直接導熱到外部進行散熱的鋰電池芯。

廣義的鋰離子二次電池(以下簡稱鋰電池)主要是由正極、負極、介於該正負極之間的隔離膜及電解液所構成。隔離膜使正負極相互分開，彼此不相接觸。同時隔離膜和正負極具有極多微小孔隙，可讓電解液在正負極之間循環。

鋰電池具有高能量密度、高功率密度、電容量大及無記憶效應等優點。然而，其中之電解液具有可燃性，當正負極活性物質於溫度上升之際，會分解並釋放大量熱量，致使鋰電池在不當使用情況之下，可能會產生危險，甚至引起爆炸。

鋰電池因不當使用所產生的熱，主要可分成兩種形式：一種為正負端遇上不當負載時，所引起的電池內部反應，例如過充(充電電壓過高)、過放、外部短路(瞬間大電流)等所產生的熱量會造成電池整體溫度上升；另一種是鋰電池遭受外力，如撞擊、穿刺、壓碎時，會使電池內部瞬間局部短路而產生高溫。

除了不當使用所產生的熱外，鋰電池正常的化學反應也是主要的熱源。

當鋰電池溫度到達某一程度時，會引發鋰電池內部材料產生化學反應並放出熱量，若熱量累積速度大於散熱速度，使得溫度繼續升高，再引發其它放熱效應，將導致鋰電池自行加熱，溫度快速上升。此稱之為熱失控(Thermal Runaway)，是鋰電池產生危險的主要原因。因此，如何除去鋰電池的熱量而避免熱量積存是非常重要的課題。

本發明乃為解決上述問題所成，其目的在提供一種具備散熱機能的鋰電池芯，可以將內部產生的熱傳導至外部進行散熱，避免熱量積存，使鋰電池芯得以保持於最佳的工作溫度。

具體實現本發明的鋰電池芯，包含一封裝袋，在該封裝袋內收納有正極、負極、分隔該正負極的隔離膜及電解液；其特徵在於，該封裝袋內還設有至少一散熱片，該散熱片至少有一邊從該封裝袋的一側突出，該正負極產生的熱經由該電解液傳遞至該散熱片而散發到該封裝袋外。

所述正極由複數正極板組成，負極由複數負極板組成，該散熱片可用以置換其中一正極板或負極板，也可重疊在其中一正極板或負極板上。所述負極板的數目可較正極板的數目多一片。

在較佳的實施例中，所述鋰電池芯還可配合風扇或冷卻系統操作，以持續從該散熱片除去熱量，提高散熱效率。

所述冷卻系統包含一圍繞該散熱片的管路、一圍繞該管路的熱交換器、一使冷卻液在該管路中循環而吸熱的液體泵，及一將該冷卻液散發到該熱交換器上的熱量強制驅散到空氣中的風扇。

本發明對照習用技術的功效在於，可將鋰電池芯內部產生的熱傳遞至外部進行散熱，避免過熱而降低其效能或損壞。

至於本發明的技術內容及其它目的與特點參照下面配合圖式的實施例說明即可完全明白。

第一圖為本發明『可從內部直接導熱到外部進行散熱的鋰電池芯』10的平面，第二圖為其剖面，第三圖為其部分元件的外觀，可供說明本發明的技術內容，其中有關上、下、左、右的方向以第一圖為參考基準。該鋰電池芯10包括一封裝袋12，在該封裝袋12內部所界定的芯室14內收納有正極16、負極18、分隔該正負極的隔離膜20及電解液(圖未示)。所述密封袋12由內層12a、中層12b和外層12c三層材料經過熱熔接製成袋狀，此三層材料一般採用聚丙烯(PP)、鋁箔和尼龍(Nylon)，但亦可為其它適當材料，不受上述材質所限制。正極16由複數正極板16a組成。負極18由複數負極板18a組成。在較佳的實施例中，負極板18a的數量較正極板16a的數量多一片，以提供化學反應時電解液中往返游離的鋰離子有足夠暫留的空間。當正極板16a和負極板18a數量相同時，可能造成鋰電池容量難以達到最佳化匹配而降低部分容量。正極板16a的正極極耳16b和負極板18a的正極極耳18b錯開地從封裝袋12的上側突出於外，供電性連接之用。隔離膜20與正極板16a和負極板18a上都具有極多微小孔隙(圖未示)，可讓電解液在正極16和負極18之間循環。

以上所述為鋰電池芯的基本構造，屬於習用技術。本發明的特點在於，組成正極16的複數正極板16a中，至少有一正極板16a被換成散熱片22，該散熱片22採用高導熱性的材料，例如銅或鋁等製成，且其右邊從封裝袋12的右側突出，使正極16和負極18產生的熱可經由電解液傳遞至散熱片22，而散發到封裝袋12的外部，避免鋰電池芯過熱而降低其效能或損壞。

按照相同原理，該散熱片22也可用來置換其中一負極板16a，或者在不減少正極板16a和負極板18a數量的情況下，將散熱片22重疊在正極板16a或負極板18a上，不受上述實施例限制，但這麼一來，鋰電池會犧牲部份容量。

將數個鋰電池芯10串連或並聯在一起，使其達到所期望的電壓、容量，並附加電池管理系統(BMS)和必要的電路等，再以外殼固定和保護後，即為可供商業使用的鋰電池，包括作為電動汽車、油電混合車、電動機車、電動自行車、船舶、飛機、不斷電系統(UPS)、電動手工具等產品之儲能和驅動用電源(瞬間需要較大電流)使用。在室內安全區域使用的場合，也可採開放式，即不使用外殼固定和保護，以利散熱。

需知，本發明並非限制於上述實施例，其可為其它不同的型態。舉例而言，可如第四圖所示的鋰電池芯10，使散熱片22的底邊從封裝袋12的底側突出，抑或如第五圖所示的鋰電池芯10，使散熱片22的左右兩邊分別突出封裝袋12的左側和右側。簡單的說，除了封裝袋12的上側以外，散熱片22可從封裝袋12的任何一側突出，避免和正極極耳16b和負極極耳18b同處於上側而造成製造或使用上的不便。第二和第三實施例與第一實施例的主要差異在於散熱片22突出封裝袋12的方向，其餘部分完全相同，因此與第一實施例相同的部分均以相同的符號標示，且先前對於第一實施例的說明亦適用於第二和第三實施例，不再贅述。

又，散墊片22還可配合風扇(圖未示)實施。風扇的功用是造成一股有力的風通過散熱片22，將散發到散熱片22的熱量強制驅散到空氣中，藉此提高散熱效率。

此外，本發明還可配合一冷卻系統30操作。如第六圖所示，該冷卻系統30包括有管路32圍繞散熱片22的周圍，及在管路32中循環的冷卻液34(以箭頭表示)，以將散熱片22所散發的熱吸收。管路32的四周還裝有熱交換器36以促進其熱傳遞；該熱交換器36可使多量的冷卻液34隔著管路32與大量空氣互相接觸，使得冷卻液34中的熱量散發到空氣中。冷卻系統30還具備使冷卻液34在管路32中循環的液體泵38。如此，在操作時冷卻系統30可持續由散熱片22除去熱量，確保鋰電池芯10不致於過熱。冷卻系統30的風扇40則可造成一股有力的風通過熱交換器36，以將冷卻液34散發到熱交換器36上的熱量強制驅散到空氣中，提高散熱效率。

當然，上述實施例可在不脫離本發明的範圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的全部事項應視為例示性，而非用以限制本發明的申請專利範圍。

10．．．鋰電池芯

12．．．封裝袋

12a．．．內層

12b．．．中層

12c．．．外層

14．．．芯室

16．．．正極

16a．．．正極板

16b．．．正極極耳

18．．．負極

18a．．．負極板

18b．．．負極極耳

20．．．隔離膜

22．．．散熱片

30．．．冷卻系統

32．．．管路

34．．．冷卻液

36．．．熱交換器

38．．．液體泵

40．．．風扇

第一圖為本發明的第一實施例正面圖。

第二圖為沿第一圖中2-2線的放大剖面圖。

第三圖為第一圖的部分元件外觀圖。

第四圖為本發明的第二實施例正面圖。

第五圖為本發明的第三實施例正面圖。

第六圖為本發明配合冷卻系統操作的平面圖。

10．．．鋰電池芯

12．．．封裝袋

12a．．．內層

12b．．．中層

12c．．．外層

14．．．芯室

16．．．正極

16a．．．正極板

18．．．負極

18a．．．負極板

20．．．隔離膜

22．．．散熱片

Claims (7)

1. 一種可從內部直接導熱到外部進行散熱的鋰電池芯，包含一封裝袋，在該封裝袋內收納有正極、負極、分隔該正負極的隔離膜及電解液；其特徵在於，該封裝袋內還設有至少一散熱片，該散熱片至少有一邊從該封裝袋的一側突出，該正負極產生的熱經由該電解液傳遞至該散熱片而散發到該封裝袋外。
2. 如申請專利範圍第1項所述的鋰電池芯，其中該正極由複數正極板組成，該負極由複數負極板組成，該散熱片用以置換其中一正極板或負極板。
3. 如申請專利範圍第1項所述的鋰電池芯，其中該正極由複數正極板組成，該負極由複數負極板組成，該散熱片重疊在其中一正極板或負極板上。
4. 如申請專利範圍第2或第3項所述的鋰電池芯，其中該負極板的數目較正極板的數目多一片。
5. 如申請專利範圍第1至第3項中任一項所述的鋰電池芯，其中散發到該散熱片的熱量被一風扇強制驅散到空氣中。
6. 如申請專利範圍第1至第3項中任一項所述的鋰電池芯，其中該散熱片又配合一冷卻系統操作，該冷卻系統包含一圍繞該散熱片的管路、一圍繞該管路的熱交換器，及一使冷卻液在該管路中循環而吸熱的液體泵。
7. 如申請專利範圍第6項所述的鋰電池芯，其中該冷卻系統又包含一將該冷卻液散發到該熱交換器上的熱量強制驅散到空氣中的風扇。