本发明属于锂电池领域，具体涉及一种具有控温功能的高镍三元锂电池。
背景技术：
锂电池是一种以锂金属或锂合金为负极极片，使用非水电解质溶液的一次电池，与可充电电池锂离子电池跟锂离子聚合物电池是不一样的。锂电池的发明者是爱迪生。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着二十世纪末微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。锂电池通常分两大类：锂金属电池：锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极极片、金属锂或其合金金属为负极极片、使用非水电解质溶液的电池。锂离子电池：锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极极片、石墨为负极极片、使用非水电解质的电池。虽然锂金属电池的能量密度高，理论上能达到3860瓦/公斤。但是由于其性质不够稳定而且不能充电，所以无法作为反复使用的动力电池。而锂离子电池由于具有反复充电的能力，被作为主要的动力电池发展。但因为其配合不同的元素，组成的正极极片在各方面性能差异很大，导致业内对正极极片路线的纷争加大。通常我们说得最多的动力电池主要有磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池以及三元锂电池（三元镍钴锰）。
锂离子电池和传统的蓄电池比较起来，不但能量更高，放电能力更强，循环寿命更长，而且其储能效率能够超过90%,以上特点决定了锂离子电池在电动汽车、存储电源等方面极具发展前景。决定锂离子动力电池成本和性能的关键在于材料，锂离子动力电池的材料决定了电动汽车的发展路线和运行模式。因此，突破锂离子动力电池的瓶颈问题，关键在于材料问题的解决。
三元材料提高镍的含量能大大提升材料的比容量，因此高镍三元材料必然是将来大型电池的一种理想材料。但随着镍含量的提高，正极极片的ni增加电池性能下降：氧化还原峰极化增大，是由h2向h3结构转变导致体积收缩，容量衰减，循环性能变差；随着循环的进行放电电压降低，ni含量增加内阻也有增加的趋势；热分解温度降低，放热量增加，即材料热稳定性变差；ni4+含量高，ni4+有很强的还原倾向，容易发生ni4+—ni3+的反应，从而氧化电解液，使得热稳定性变差；存在大比例的ni2+，导致材料呈氧化性，进而电极材料可以缓慢地分解液体电解质，电池胀气、过充等安全问题更加突出。
为了满足更高的电池能量密度要求，三元材料必然往高镍、高电压方向发展，在电解液领域需要开发相适应添加剂以解决动力电池电解液分解问题。
但是，随着三元材料向高镍方向发展，材料吸水性增强、稳定性降低，特别是在高温条件下，镍元素的催化作用会加速常规电解液的分解，使得电池整体性能急剧下降。同时锂电池在低温下，锂电池性能下降，放电能力降低，而在实际使用过程中难免遇到极端环境。存在加热丝改善电解液低温性能的技术，但未解决高温问题。为此希望寻找一种控制锂电池内部的办法。
技术实现要素：
针对现有高镍三元锂电池电解液高温分解低温性能降低问题，本发明的目的是提供一种具有控温功能的高镍三元锂电池，由电极、电解液、隔膜、外壳、u形管、冷却液及其管道、加热电阻丝、循环泵、温度检测装置及控制芯片。所述u形管两端插入电解液，u形端插入冷却液管道；u形管为防腐蚀材料，且内壁为防粘涂层；u形管内部装有对温度较为敏感（相对于电解液）的有机物且液面超过冷凝管道高度。所述加热电阻丝在冷却液里且在u形管上方。所述循环泵连接冷却液管道。所述温度检测装置能将锂电池实时发送给芯片。所述芯片能接连接循环泵和电阻丝。
本发明涉及的具体技术方案如下：
一种具有控温功能的高镍三元锂电池，该电池包括正极极片、负极极片、隔膜、电解液、u形管、冷却管、加热电阻丝、循环泵以及外壳、温度检测装置和控制芯片，所述正极极片、负极极片、隔膜、电解液、外壳组装形成电池，所述u形管两端插入电解液中，u形端插入冷却管，所述冷却管内装有冷却液并与循环泵连接，所述u形管内部装有相对于电解液对温度更敏感的有机溶液且液面超过冷却管高度，所述加热电阻丝在冷却液里且位于u形管上方，所述温度检测装置能将锂电池温度实时发送给控制芯片，所述控制芯片用于控制加热电阻丝和循环泵。
所述温度检测装置能将锂电池温度实时发送给控制芯片，属于常规的温度检测和控制装置,可以通过红外探测、直接接触电解液等检测温度。
值得说明的是，上述正极极片、负极极片、隔膜、电解液、外壳组装形成的电池与传统的锂电池结构无异，即在外壳里装上电解液两边分置正极极片和负极极片然后使用隔膜隔开，同时在正负极之间加入电阻材料维护电池的安全性能。
优选的，所述u形管为防腐蚀材料，由于u形管需要在电解液中长期工作，而电解液具有较强的腐蚀能力，为了提高其使用寿命，本发明中的u形管为防腐蚀材料，具体的可以选用玻璃管或陶瓷材料等。
优选的，所述u形管内壁为防粘涂层，由于本发明中是通过u形管内的有机溶液进行温度交换，其具体原理是低温时，u形管内部有机溶液先于电解液凝固，加热电阻丝加热时，上层融化成液体，固体浮起，再被加热，完成热交换，加热电池内部；因此必须要求u形管内部的光滑度，防止未融化的有机物固体粘黏在管壁上无法漂浮，从而影响热交换的效率。
优选的，所述冷却液为煤油或机油，作为冷却液其最大的衡量指标应该是对温度的吸收效果，在已知的所有液体中水的比热容是最大的，也就是相同体积小水吸收的热量最大，因此通常情况下都选用水作为冷却液，然而发明中未选用水作为冷却液，其原因是水随着时间的推移容易蒸发减少，从而使得本发明的寿命降低，为此本发明选用煤油或机油作为冷却液，可以减少蒸发带来的影响，从而使得使用寿命延长。
优选的，所述有机溶液是比热容比电解液小的有机溶液。所谓的温度更为敏感也就是指对温度变化所带来的状态影响最大，因此本发明中采用比热容作为对比指标，比热容是单位质量的某种物质升高单位温度所需的热量。其国际单位制中的单位是焦耳每千克摄氏度(j/(kg·k)或j/(kg·℃)，j是指焦耳，k是指热力学温标，与摄氏度℃相等)，即令1千克的物质的温度上升(或下降)1摄氏度所需的能量。根据此定理，最基本便可得出以下公式:c=δe/mδt（t末-t初）(中学教科书上是c=q/m⊿t)，δe为吸收的热量，中学的教科书里为q;m是物体的质量，⊿t是吸热(放热)后温度所上升(下降)值，初中的教材里把δt写成δt，其实这是很不规范的(我们生活中常用℃作为温度的单位，很少用k，而且δt=δt因此中学阶段都用⊿t，但国际上或者更高等的科学领域，还是使用⊿t)。物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常用的有定压比热容cp、定容比热容cv和饱和状态比热容三种。定压比热容cp:是单位质量的物质在压力不变的条件下，温度升高或下降1℃或1k所吸收或放出的能量。定容比热容cv:是单位质量的物质在容积(体积)不变的条件下，温度升高或下降1℃或1k吸收或放出的内能。饱和状态比热容:是单位质量的物质在某饱和状态时，温度升高或下降1℃或1k所吸收或放出的热量。
优选的，所述有机溶液是醇类有机溶液。在已知的液态有机物中，醇类的比热容较小，也就使得其对温度的敏感程度高于电解液，因此在温度变化相同的情况下，醇类有机物必然先于电解质凝固或液化、气化，从而有利于温度控制。高温时，u形管内部有机溶液气化，循环泵工作带动冷却液将热量带走，有机溶液冷凝成液滴，流入u形管两端，完成热交换，锂电池内部降温。当温度过低时，芯片控制加热电阻丝加热；当温度过高时，芯片控制循环泵工作。
本发明与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：低温时，u形管内部有机物凝固，加热电阻丝加热时，上层融化成液体，由于不粘管壁，固体浮起，再被加热，完成热交换，加热电池内部；高温时，u形管内部有机物气化，循环泵工作带动冷却液将热量带走，有机物冷凝成液滴，流入u形管两端，完成热交换，锂电池内部降温。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式和附图1对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。其中附图1并非电池的实际结构示意图，其仅仅是用于展示本发明中各部件之间的连接关系。
实施例1
一种具有控温功能的高镍三元锂电池，该电池包括正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、防腐蚀材料制成的u形管500、冷却管600、加热电阻丝700、循环泵800以及外壳、温度检测装置和控制芯片，所述正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、外壳组装形成电池，u形管500内壁为防粘涂层，所述u形管500两端插入电解液400中，u形端插入冷却管600，所述冷却管600内装有冷却液并与循环泵800连接，所述u形管500内部装有相对于电解液对温度更敏感的有机溶液且液面超过冷却管600高度5毫米，所述加热电阻丝700在冷却液里且位于u形管500上方，所述温度检测装置能将锂电池温度实时发送给控制芯片，所述控制芯片用于控制加热电阻丝700和循环泵800。如附图1所示。作为本实施例的进一步优化上述冷却液为煤油，有机溶液是甲醇。
经实验测得，本方案制备得到的锂电池，在连续工作100小时下，其温度波动最高为9.3℃。
实施例2
一种具有控温功能的高镍三元锂电池，该电池包括正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、防腐蚀材料制成的u形管500、冷却管600、加热电阻丝700、循环泵800以及外壳、温度检测装置和控制芯片，所述正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、外壳组装形成电池，u形管500内壁为防粘涂层，所述u形管500两端插入电解液400中，u形端插入冷却管600，所述冷却管600内装有冷却液并与循环泵800连接，所述u形管500内部装有相对于电解液对温度更敏感的有机溶液且液面超过冷却管600高度3毫米，所述加热电阻丝700在冷却液里且位于u形管500上方，所述温度检测装置能将锂电池温度实时发送给控制芯片，所述控制芯片用于控制加热电阻丝700和循环泵800。作为本实施例的进一步优化上述冷却液为煤油，有机溶液是乙醇。
经实验测得，本方案制备得到的锂电池，在连续工作100小时下，其温度波动最高为10.2℃。
实施例3
一种具有控温功能的高镍三元锂电池，该电池包括正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、防腐蚀材料制成的u形管500、冷却管600、加热电阻丝700、循环泵800以及外壳、温度检测装置和控制芯片，所述正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、外壳组装形成电池，u形管500内壁为防粘涂层，所述u形管500两端插入电解液400中，u形端插入冷却管600，所述冷却管600内装有冷却液并与循环泵800连接，所述u形管500内部装有相对于电解液对温度更敏感的有机溶液且液面超过冷却管600高度2毫米，所述加热电阻丝700在冷却液里且位于u形管500上方，所述温度检测装置能将锂电池温度实时发送给控制芯片，所述控制芯片用于控制加热电阻丝700和循环泵800。作为本实施例的进一步优化上述冷却液为机油，有机溶液是乙二醇。
经实验测得，本方案制备得到的锂电池，在连续工作1000小时下，其温度波动最高为13.4℃。
实施例4
一种具有控温功能的高镍三元锂电池，该电池包括正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、防腐蚀材料制成的u形管500、冷却管600、加热电阻丝700、循环泵800以及外壳、温度检测装置和控制芯片，所述正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、外壳组装形成电池，u形管500内壁为防粘涂层，所述u形管500两端插入电解液400中，u形端插入冷却管600，所述冷却管600内装有冷却液并与循环泵800连接，所述u形管500内部装有相对于电解液对温度更敏感的有机溶液且液面超过冷却管600高度10毫米，所述加热电阻丝700在冷却液里且位于u形管500上方，所述温度检测装置能将锂电池实时发送给控制芯片，所述控制芯片用于控制加热电阻丝700和循环泵800。作为本实施例的进一步优化上述冷却液为机油，有机溶液是甲醇。
经实验测得，本方案制备得到的锂电池，在连续工作100小时下，其温度波动最高为8.7℃。
对比例1
一种具有控温功能的高镍三元锂电池，该电池包括正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、防腐蚀材料制成的u形管500、冷却管600、加热电阻丝700、循环泵800以及外壳、温度检测装置和控制芯片，所述正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、外壳组装形成电池，u形管500内壁为防粘涂层，所述u形管500两端插入电解液400中，u形端插入冷却管600，所述冷却管600内装有冷却液并与循环泵800连接，所述u形管500内部装有相对于电解液对温度更敏感的有机溶液且液面与冷却管600高度相同，所述加热电阻丝700在冷却液里且位于u形管500上方，所述温度检测装置能将锂电池实时发送给控制芯片，所述控制芯片用于控制加热电阻丝700和循环泵800。作为本实施例的进一步优化上述冷却液为煤油，有机溶液是甲醇。
与实施例1相比，本方案的区别在于u形管内的溶液高度与冷却管相同，经实验测得，本方案制备得到的锂电池，在连续工作100小时下，其温度波动最高为18℃。
对比例2
一种具有控温功能的高镍三元锂电池，该电池包括正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、防腐蚀材料制成的u形管500、冷却管600、加热电阻丝700、循环泵800以及外壳、温度检测装置和控制芯片，所述正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、外壳组装形成电池，u形管500内壁为防粘涂层，所述u形管500两端插入电解液400中，u形端插入冷却管600，所述冷却管600内装有冷却液并与循环泵800连接，所述u形管500内部装去离子水且液面超过冷却管600高度3毫米，所述加热电阻丝700在冷却液里且位于u形管500上方，所述温度检测装置能将锂电池实时发送给控制芯片，所述控制芯片用于控制加热电阻丝700和循环泵800。作为本实施例的进一步优化上述冷却液为煤油。
与实施例2相比，本方案的区别在于u形管内装的是比热容最大的水，经实验测得，本方案制备得到的锂电池，在连续工作100小时下，其温度波动最高为30.5℃。
对比例3
一种具有控温功能的高镍三元锂电池，该电池包括正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、防腐蚀材料制成的u形管500、冷却管600、加热电阻丝700、循环泵800以及外壳、温度检测装置和控制芯片，所述正极极片100、负极极片200、隔膜300、电解液400、外壳组装形成电池，u形管500内壁为防粘涂层，所述u形管500两端插入电解液400中，u形端插入冷却管600，所述冷却管600内装有冷却液并与循环泵800连接，所述u形管500内部装有相对于电解液对温度更敏感的有机溶液且液面超过冷却管600高度2毫米，所述加热电阻丝700在冷却液里且位于u形管500上方，所述温度检测装置能将锂电池温度实时发送给控制芯片，所述控制芯片用于控制加热电阻丝700和循环泵800。作为本实施例的进一步优化上述冷却液为水，有机溶液是乙二醇。
与实施例3相比，本方案的区别在于冷却液为水，经实验测得，本方案制备得到的锂电池，在连续工作1000小时下，其温度波动最高为17.4℃。