一种具有内部加热/散热结构的圆柱形锂离子电池
阅读说明：本技术 一种具有内部加热/散热结构的圆柱形锂离子电池 (Cylindrical lithium ion battery with internal heating/heat dissipation structure ) 是由 张忠波 侯俊伟 李洪金 于 2021-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明专利公开了一种具有内部加热/散热结构的圆柱形锂离子电池,包括电池体、外壳、加热/散热器、正负极组件；所述电池体位于所述外壳内部,是锂离子电池的主体结构,用于充放电反应；所述外壳用于对所述电池体提供支撑、保护以及密封,并用于安装所述加热/散热器；所述加热/散热器安装于所述外壳外部中间位置,用于锂离子电池的内部加热/散热；所述正负极组件位于所述电池体的上部,用于锂离子电池单体的密封并形成锂离子电池单体的正负极。本发明将锂离子电池设计成具有内部加热/散热的结构,可以通过内部加热/散热结构对锂离子电池内部进行加热/散热,实现锂离子电池单体温度的控制,有利于提高锂离子电池的安全性以及高低温性能等。(The invention discloses a cylindrical lithium ion battery with an internal heating/heat dissipation structure, which comprises a battery body, a shell, a heating/heat dissipation device and positive and negative electrode assemblies, wherein the shell is arranged on the battery body; the battery body is positioned in the shell, is a main body structure of the lithium ion battery and is used for charge-discharge reaction; the housing is used for providing support, protection and sealing for the battery body and for mounting the heating/heat sink; the heating/radiating device is arranged in the middle of the outer part of the shell and used for internal heating/radiating of the lithium ion battery; the positive and negative electrode assembly is positioned on the upper part of the battery body and used for sealing the lithium ion battery monomer and forming the positive and negative electrodes of the lithium ion battery monomer. According to the invention, the lithium ion battery is designed to have an internal heating/heat dissipation structure, and the internal heating/heat dissipation of the lithium ion battery can be carried out through the internal heating/heat dissipation structure, so that the control of the temperature of the single lithium ion battery is realized, and the safety, the high-temperature performance and the low-temperature performance of the lithium ion battery are improved.)
技术领域
本发明属于锂离子电池领域,特别是涉及一种具有内部加热/散热结构的圆柱形锂离子电池。
技术背景
锂离子电池具有能量密度高、无记忆性、循环寿命长等特点而广泛用于电子产品、电动汽车等领域。但是，锂离子电池在使用过程中会产生热量，尤其在大倍率充放电工况下。热量的集聚会导致锂离子电池性能的下降，会极大缩短锂离子电池的寿命，极端情况下甚至会引起起火、爆炸等锂离子电池安全事故。目前对于锂离子电池的散热主要依赖电池外部热管理系统，并未关注锂离子电池单体自身散热能力的设计，并且对锂离子电池的散热主要集中在电池外部，其内部热量难以快速散出。锂离子电池内部热量的积累会导致锂离子电池内部温度不断升高，导致锂离子电池内外温差加剧，这将极大的影响锂离子电池的使用性能和安全性。此外，由于在低温环境下电解液黏度增加等原因，锂离子电池在低温环境中使用存在容量下降、衰减严重、循环倍率性能差等问题，随着锂离子电池应用领域的不断拓展，锂离子电池的低温性能问题也越发突出。
发明内容
针对上述问题以及现有技术存在的缺点和不足，本发明提供一种具有内部加热/散热结构的圆柱形锂离子电池，其的目在于，一方面，将锂离子电池内部热量散出，提高锂离子电池单体自身的散热能力，降低锂离子电池使用过程中的温度以及内外温差，提高锂离子电池的使用性能和安全性；另一方面，对锂离子电池进行内部加热，使其快速达到最佳工作温度，提高锂离子电池在低温环境下的使用性能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有内部加热/散热结构的圆柱形锂离子电池，其特征是包括电池体、外壳、加热/散热器、正负极组件；
所述电池体位于所述外壳内部，是锂离子电池的主体结构，用于充放电反应；
所述外壳用于对所述电池体提供支撑、保护以及密封，并用于安装所述加热/散热器；
所述加热/散热器安装于所述外壳外部中间位置，用于锂离子电池的内部加热/散热；
所述正负极组件位于所述电池体的上部，用于锂离子电池单体的密封并形成锂离子电池单体的正负极；
进一步地，所述电池体包括正极片、负极片、隔膜、正极引线、负极引线；
所述正极片、所述负极片、所述隔膜、所述正极引线以及所述负极引线通过卷绕形成具有中空管状结构的圆柱体，并且所述正极引线与所述负极引线位于圆柱体同一端；
进一步地，所述外壳中间具有一端封闭、另一端开孔并且内部具有螺纹的管状结构；
所述外壳中间的管状结构，一方面用于支撑所述电池体，另一方面用于安装所述加热/散热器；
进一步地，所述加热/散热器包括铜座、漆包电热丝、控制电路板；
所述铜座的杆部为具有外螺纹的空心结构；
所述铜座通过其杆部螺纹旋入所述外壳外部中间的管状结构，紧密贴合；
所述铜座底部与锂离子电池单体底部紧密贴合，用于锂离子电池的内部散热；
所述漆包电热丝位于所述铜座杆部的内部，通过对所述漆包电热丝通电可以加热所述铜座的杆部用于锂离子电池的内部加热；
所述铜座杆部的内部由导热硅胶填充；
所述控制电路板安装位于所述铜座的底部，连接所述漆包电热丝，并具有温度传感器，用于控制漆包电热丝的工作，使锂离子电池单体工作在最佳工作温度；
所述控制电路板同时作为锂离子电池单体的负极；
进一步地，所述正负极组件包括负极孔板、绝缘垫片、正极孔板、安全阀、正极盖、绝缘片、密封圈；
所述负极孔板位于所述电池体上部，用于隔离所述电池体与所述负极引线；
所述绝缘垫片位于所述电池体与所述外壳底部之间、所述正极孔板与所述负极孔板之间，用于绝缘；
所述正极孔板位于所述绝缘垫片与所述密封圈之间；
所述安全阀位于所述密封圈与所述正极盖之间，用于防止锂离子电池内部压力过大；
所述正极盖位于锂离子电池单体顶端，用于形成锂离子电池单体的正极；
所述绝缘片位于所述正极盖与所述外壳上方之间，用于绝缘所述正极盖与所述外壳；
所述密封圈位于所述正极盖与所述外壳侧面之间，用于锂离子电池单体的密封；
进一步地，所述负极孔板两侧各有一矩形孔状结构；
所述负极引线与所述正极引线可以分别通过所述负极孔板两侧的第一矩形孔状结构；
所述负极引线通过所述负极孔板的第一矩形孔状结构后通过点焊接连接到所述外壳中间的管状结构的封闭端，使所述外壳成为锂离子电池单体的负极；
进一步地，所述正极孔板一侧具有第二矩形孔状结构；
所述正极引线通过所述负极孔板的第一矩形孔状结构与所述正极孔板的第二矩形孔状结构后通过点焊接连接到所述安全阀上；
与现有电池相比，本发明的锂离子电池具有如下优点和有益效果：本发明提供了一种新型锂离子电池，一方面，具有内部散热结构，充分提高了锂离子电池单体自身的散热能力，同时降低了锂离子电池单体的内外温差，从而有利于提高锂离子电池的使用性能和安全性；另一方面，具有内部加热结构，在低温环境下可以将锂离子电池快速提升至其最佳工作温度，从而有利于提高锂离子电池在低温环境下的使用性能。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
图1为本发明具有内部加热/散热结构的圆柱形锂离子电池的结构示意图；
图2为图1中电池体的结构示意图；
图3为图1中外壳的结构示意图；
图4为图1中加热/散热器的结构示意图；
图5为图1中正负极组件的结构示意图；
图6为图5中负极孔板的结构示意图；
图7为图5中正极孔板的结构示意图；
图8为0.3C充电工况下电池A与电池B的热特性对比图；
图9为0.5C充电工况下电池A与电池B的热特性对比图；
图10为1C充电工况下电池A与电池B的热特性对比图；
图11为1C放电工况下电池A与电池B的电性能与热特性对比图；
图12为1.5C放电工况下电池A与电池B的电性能与热特性对比图；
图13为在1C充工况下低温环境（0℃）中电池A与电池B的热特性对比图；
图14为在1C放工况下低温环境（0℃）中电池A与电池B的热特性对比图；
图中：1、电池体；2、外壳；3、加热/散热器；4、正负极组件；11、正极片；12、负极片；13、隔膜；14、正极引线；15、负极引线；21、管状结构；31、铜座；32、漆包电热丝；33、控制电路板；41、负极孔板；42、绝缘垫片；43、正极孔板；44、安全阀；45、正极盖；46、绝缘片；47、密封圈；411、第一矩形孔状结构；431、第二矩形孔状结构
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
实施例1
如图1所示，一种具有内部加热/散热结构的圆柱形锂离子电池，其特征是包括电池体1、外壳2、加热/散热器3、正负极组件4。
具体而言，所述电池体1位于所述外壳2内部，是锂离子电池的主体结构，用于充放电反应；所述外壳2用于对所述电池体1提供支撑、保护以及密封，并用于安装所述加热/散热器3；所述加热/散热器3安装于所述外壳2外部中间位置，用于锂离子电池的内部加热/散热；所述正负极组件4位于所述电池体的上部，用于锂离子电池单体的密封并形成锂离子电池单体的正负极。
如图2所示，所述电池体1包括正极片11、负极片12、隔膜13、正极引线14、负极引线15。
具体而言，所述正极片11、所述负极片12、所述隔膜13、所述正极引线14以及所述负极引线15通过卷绕形成具有中空管状结构的圆柱体，并且所述正极引线14与所述负极引线15位于圆柱体同一端。
如图3所示，所述外壳2中间具有一端封闭、另一端开孔并且内部具有螺纹的管状结构21。
具体而言，所述外壳中间的管状结构21，一方面用于支撑所述电池体1，另一方面用于安装所述加热/散热器3。
如图4所示，所述加热/散热器3包括铜座31、漆包电热丝32、控制电路板33。
具体而言，所述铜座31的杆部为具有外螺纹的空心结构；所述铜座31通过其杆部螺纹旋入所述外壳2外部中间的管状结构21，紧密贴合；所述铜座31底部与锂离子电池单体底部紧密贴合，用于锂离子电池的内部散热；所述漆包电热丝32位于所述铜座31杆部的内部，通过对所述漆包电热丝32通电可以加热所述铜座31的杆部用于锂离子电池的内部加热；所述铜座31杆部的内部由导热硅胶填充；所述控制电路板33安装位于所述铜座31的底部，连接所述漆包电热丝32，并具有温度传感器，用于控制所述漆包电热丝32的工作，使锂离子电池单体工作在最佳工作温度；所述控制电路板33同时作为锂离子电池单体的负极。
如图5所示，所述正负极组件4包括负极孔板41、绝缘垫片42、正极孔板43、安全阀44、正极盖45、绝缘片46、密封圈47。
具体而言，所述负极孔板41位于所述电池体1上部，用于隔离所述电池体1与所述负极引线15；所述绝缘垫片42位于所述电池体1与所述外壳2底部之间、所述正极孔板43与所述负极孔板41之间，用于绝缘；所述正极孔板43位于所述绝缘垫片42与所述密封圈47之间；所述安全阀44位于所述密封圈47与所述正极盖45之间，用于防止锂离子电池内部压力过大；所述正极盖45位于锂离子电池单体顶端，用于形成锂离子电池单体的正极；所述绝缘片46位于所述正极盖45与所述外壳2上方之间，用于绝缘所述正极盖45与所述外壳2；所述密封圈47位于所述正极盖45与所述外壳2侧面之间，用于锂离子电池单体的密封。
如图6所示，所述负极孔板两侧各有一矩形孔状结构。
具体而言，所述负极引线15与所述正极引线14可以分别通过所述负极孔板41两侧的第一矩形孔状结构411；所述负极引线15通过所述负极孔板41的第一矩形孔状结构411后通过点焊接连接到所述外壳2中间的管状结构21的封闭端。
如图7所示，所述正极孔板43一侧具有第二矩形孔状结构431；所述正极引线14通过所述负极孔板41的第一矩形孔状结构411与所述正极孔板43的第二矩形孔状结构431后通过点焊接连接到所述安全阀44上。
实施例2
图8-10为不同充电工况下电池A（具有具有内部加热-散热结构的圆柱形锂离子电池）与电池B（普通圆柱形锂离子电池）的热特性对比。电池A和电池B均放置在恒温箱内，两块电池所处的散热环境相同。在不同充电工况下，电池A与电池B的热特性对比如图1所示。在0.3C、0.5C以及1C充电工况下，相比电池B，电池A的最高外部温度分别下降0.4℃（1.4%）、1.4℃（4.4%）以及2.7℃（6.5%）。
图11-12为不同放电工况下电池A（具有具有内部加热-散热结构的圆柱形锂离子电池）与电池B（普通圆柱形锂离子电池）的电性能与热特性。在不同放电工况下，电池A与电池B的热特性对比如图2所示。在1C和1.5C倍率放电工况下，相比电池B，电池A最高外部温度分别下降2.3℃（5.2%）和3.7℃（6.8%）。
图13-14为在1C充1C放电工况下，低温环境（0℃）中电池A（具有具有内部加热-散热结构的圆柱形锂离子电池）与电池B（普通圆柱形锂离子电池）的热特性对比图。由图可见，在低温环境中，在1C充1C放电工况下电池A进行了内部加热，并通过内部加热快速提升了电池A的温度。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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