[发明专利]一种温度可调的锂电池

说明书

本发明公开一种温度可调的锂电池及其电池组，包括外壳，所述外壳内设置有至少一个并列电连接的电芯单体，所述外壳和电芯的空隙填充有导热材料，所述电芯单体包括卷针套、导热管、极片、极耳、极柱、隔膜、电解液，所述极片包括正极片和负极片，二者被隔膜隔开卷绕在卷针套上，所述极片包括集流体、电物质和传热通路，所述传热通路和电物质交替涂覆在集流体上，所述传热通路与极耳接触，极耳与极柱接触，极耳与导热管接触，极柱和导热管与电池外部热管理系统管道接触，电池的温度通过热传导调节。本发明提高大容量电池的整体换热效率，减小内外层温差，保证后续电池成组的一致性。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种温度可调的锂电池及其电池组。

背景技术

近年来，作为绿色环保新能源的锂电池得到了快速发展。目前锂电池已应用于各行各业，最明显的实例就是新能源汽车。随着石油化石能源的逐渐枯竭，锂电池作为动力源，被提出更高的要求，即，大电流、高倍率充放电、持久续航能力等。锂电池完成这些要求也就意味着激烈的电化学反应，生产大量的热。如果这些热量得不到有效的释放，就会大量聚积使电池温度升高。当温度超出电池合理工作温度后，造成对电池的损坏，直接影响是，电池容量降低，循环使用寿命降低等，严重的后果是，电池失效或爆炸。所以保证电池工作温度在合理区间内和成组电池温度一致性，是急需解决的重大难题。

电池热管理包括电池外部热管理和电池内部热管理，外部热管理主流方式有风冷散热、液冷散热、相变散热，内部热管理主要在结构设计、尺寸设计、关键部件设计方面的改进。

锂电池外部热管理：日产聆风（Nissan Leaf）、起亚Soul EV采用风冷模式，这种方案的缺点是受外界环境影响比较大。液冷散热是目前许多电动乘用车的散热方案：方形电池液冷系统，大多应用模组级别水冷板，并且一般放置在电池箱底部位置，此种方式的缺点是电池仅有底面与水冷板接触，传热面积小，且水冷板占用空间较大；软包电池液冷，则是模组内部集成小型冷板的形式居多，也有模组中集成铝板，模组外部再设置模组级别液冷板的形式，此种方式的缺点是电池比能量降低，且造价高；圆柱电池，以特斯拉为首的蛇形管是主要液冷散热器形式，此种方式的缺点是散热器与圆柱电池接触不稳定，且散热管路较长，导致七千多节电池温度梯度大，不利于电池模组的一致性。相变散热仍在实验室研究阶段，虽然可以降低电池模组的平均温度和温差，但相变材料开始融化和完全融化指甲你，电池的温差逐渐增大，期间电池的平均温度会保持在相变温度范围内，然而当相变材料完全融化后将失去对电池的温度管理。

锂电池内部热管理：例如，基于圆柱电池一维径向模型，长径比相同但容量不同的电池在不同放电倍率下的径向温度差异；比较体积、容量相同但长厚比不同的方形卷绕电池的温度分布情况；在面积相等情况下，改变方形卷绕电池的横截面积的形状，比较电池的最高温度；改变极耳的个数、位置、宽度，比较电池的温度分布情况。

许多研究人员设计各种实验来收集电池温度分布情况，以此来指导制造电池，但是对集流体的研究并不深入，仅是一块铝箔或铜箔制成的基材。本专利在前人研究关于电池的能量、功率和温度分布的基础上，改变电芯的内部结构，设计出一种异型集流体和极片，此种结构能够有效减小电池内阻、减少不可逆反应中的焦耳热量，增大电池的换热系数，增强电池的力学性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是改变电芯的内部结构，设计出一种异型集流体和极片，有效减小电池内阻、减少不可逆反应中的焦耳热量，增大过流面积、提高电池的换热系数，增强电池的力学性能，提供一种温度恒定的大容量锂电池及电池组，解决电池换热效率低，电池外表面和内部电芯温差大等问题。