锂离子电池的制作方法

本发明涉及锂离子电池。锂离子电池包括正电极、负电极和电解质，该电解质包括锂盐并与电极接触。例如可以从us2012/0082893a1中得知锂离子电池，其通过引用而并入本文中。

背景技术：

锂离子电池如果过热或过冷就会损失性能。在用于车辆中时，冬季天气和冻结温度会有害地影响电池运行。已经尝试了通过冷却流体来加热车辆电池，该冷却流体能将废热从车辆的马达处输送走。这种冷却流体能穿过为此而设置在电池中的通道。然而，在最需要加热的驱动开始的时候，这种冷却流体非常冷。

另一种可能的方案是通过加热器来用电加热电池，该加热器包括由例如为镍铬合金的材料制成的加热元件。这种加热器的缺陷在于成本高、实现有效的热传递存在难题，以及需要对预防过热进行监控。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于车辆的改进的锂离子电池。

该目的可通过具有由ptc聚合物制成的加热层的锂离子电池来实现。这种层可设置成任意形状，甚至能设置在弯曲的表面上。因此，由ptc聚合物制成的加热层可容易地设置在任何形状的电池或电池单元上。例如，ptc聚合物可被印制成或设置成通过粘着剂来固定的片材。另外，ptc聚合物在临界温度下表现出电阻显著增大。ptc聚合物处于低温状态下的电阻和其处于高温状态下的电阻可相差100倍或更多。通过选择具有适当的临界温度的ptc聚合物，可以在不需要复杂的装置的情况下实现对过热的内在保护。

ptc聚合物可以是混合物，其包括炭黑颗粒和聚合物，例如为聚乙烯、聚偏氟乙烯或其它热塑性聚合物。在临界温度之上进行加热时的电阻的显著变化被认为是由聚合物材料的相变所引起的。在低温状态下，该混合物中的聚合物被认为能形成结晶相，其中炭黑颗粒存在于晶粒之间的晶界处。由此，炭黑颗粒能在整个材料中形成导电链，这导致该材料的总电阻相对较低。在高温状态下，晶粒扩大而由此破坏该链，和/或聚合物不再是晶状的而是处于非晶相中，在该非晶相中，炭黑颗粒是可溶的。由此，炭黑颗粒不再形成长度足以在整个材料中形成导电路径的导电链，该ptc聚合物的电阻非常高。

ptc聚合物从低温相过渡到高温相的温度范围取决于聚合物，例如聚乙烯或聚乙二烯。聚合物从晶相过渡到非晶相的温度可通过能溶在其中的添加剂、例如油或酯来调节。

加热层可被设置在包含多个电池单元的电池的壳体上。另一种可能的方案为在锂离子电池的各个电池单元上设置由ptc聚合物制成的加热层。由此，可以非常高效地将热量传递给各个电池单元。

ptc聚合物可以被设置在电池单元的容器的表面上。尤其是，包括液态电解质(例如，处于有机溶剂中的锂盐)的电池单元需要容器，由此为加热层提供了很好的位置。另一种可能的方案为将ptc聚合物设置在电池单元的一个电极上。这对于使用除液态电解质以外的聚合物电解质的聚合物锂离子电池(例如，软包电池单元)来说是尤其有利的。

在本发明的一个实施方案中，ptc聚合物可覆盖电池单元的第一表面，但不覆盖电池单元的第二表面。例如，电池单元的前表面可由ptc聚合物覆盖，而后表面可不设置ptc聚合物。由此，第二表面可用于冷却。

可在加热层的下方设置电绝缘体。然而，例如如果用于使加热层导电的端子被埋设在ptc聚合物内，尤其是如果所埋设的端子与电池单元的电极具有相同的电位、例如地电位，那么就不需要设置这种绝缘体。作为在ptc聚合物内埋设一个或两个端子的替代，ptc聚合物还可通过位于加热层上方和/或下方的端子(例如，金属片或膜)来电接触。

根据本发明的锂离子电池包括：多个电池单元，各个所述电池单元均包括正电极、负电极和电解质，所述电解质包括锂盐，并与所述正电极和所述负电极接触；以及加热层，所述加热层由ptc聚合物制成。

根据本发明的锂离子电池单元包括：电解质，所述电解质包括锂盐；正电极，所述正电极与所述电解质接触；负电极，所述负电极与所述电解质接触；以及加热层，所述加热层由ptc聚合物制成。

附图说明

下面将参照附图对本发明的其他细节和优势进行说明。

图1示意性地显示了具有由ptc聚合物制成的加热层的锂离子电池的一个实施方案；

图2示意性地显示了具有由ptc聚合物制成的加热层的锂离子电池单元的一个实施方案；

图3示意性地显示了具有由ptc聚合物制成的加热层的锂离子电池单元的另一实施方案。

具体实施方式

图1显示了一种锂离子电池，其包括正电极1、负电极2、包含电解质(例如，处于有机溶剂中的锂盐)的壳体3，以及设置为ptc聚合物的加热层4。锂盐例如可以是六氟磷酸锂(lipf6)、六氟砷酸锂水合物(liasf6)、高氯酸锂(liclo4)、四氟硼酸锂(libf4)或三氟甲磺酸锂(licf3so3)。

在所显示的实施方案中，ptc聚合物的加热层4被设置在壳体3的外表面上。另一种可能的方案为ptc聚合物的加热层4被设置在壳体3的内表面上。位于壳体的内表面上的ptc聚合物的加热层可带来改进的热耦合的优势。位于壳体的外表面上的ptc聚合物的加热层可提供使ptc聚合物的加热层的电连接容易的优势。

用于给ptc聚合物的加热层4施加电压的端子可由位于ptc聚合物的加热层4上方和下方的金属片制成。由此，加热电流能在垂直于ptc聚合物的加热层4的方向上流动。另一种可能的方案为将一个或多个导电件埋设在ptc聚合物的导电层4内，以提供端子。由此，加热电流可在ptc聚合物的加热层4内纵向地流动。

还可以在壳体3的相反两侧上设置ptc聚合物的导电层4。由此能增大加热功率。可在壳体3的不同侧上或能包围锂离子电池或电池单元的单侧上设置多个分开的ptc聚合物的加热层。在所显示的实施方案中，ptc聚合物的加热层4仅被设置在壳体3的一侧上，从而该壳体的另一侧能用于使电池或电池单元冷却。

在图1中，壳体3为矩形体，或更普遍地为棱柱体。然而，壳体也可具有其它形状。

图2显示了包括圆柱形主体的锂离子电池。电极1、2为片材。包括锂盐的电解质位于该主体内。电解质可以是被容器包封的液体或聚合物。ptc聚合物的加热层4被设置在电池单元的外侧，但也可被设置在内侧。在所显示的实施方案中，ptc聚合物的加热层4覆盖电池单元的侧表面的大约一半。

图3显示了包括容纳袋(例如，由柔性膜或箔制成的容器)的软包电池，其中设置有电解质和电极。电解质可以是处于溶剂中或处于聚合物中的锂盐。箔片例如通过焊接而与电极连接在一起，并通过充分密封的方式暴露在外。

多个电池单元可连接以形成电池或锂离子蓄电池。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种锂离子电池，其包括多个电池单元，各个电池单元均包括正电极、负电极和电解质，该电解质包括锂盐并与正电极和负电极相接触，各个电池单元还包括由PTC聚合物制成的加热层。本发明还公开了一种锂离子电池单元，该锂离子电池单元包括包含锂盐的电解质、与该电解质接触的正电极、与该电解质接触的负电极，以及由PTC聚合物制成的加热层。

技术研发人员：安迪·邓肯·萨瑟兰;克里斯多夫·约翰·迈斯
受保护的技术使用者：博格华纳路德维希堡有限公司
技术研发日：2017.05.19
技术公布日：2017.11.28