一种各向异性导热绝缘套和配置该导热套的圆柱形电池的制作方法

本申请涉及一种各向异性导热绝缘套和配置该导热套的圆柱形电池。

背景技术：

得益于3c消费类电子产品消费量的快速增长，以及新能源汽车的不断普及，全球锂电池行业发展迅猛。其中，新能源电动汽车已经成为解决城市交通、能源、环境等问题的一个主流趋势，也是未来汽车产业发展的一个重要方向，与此同时新能源汽车的安全性也越来越受到大家的关注。而作为新能源汽车主要动力的锂离子电池具有一定的内阻，且在实际使用过程中存在电解液分解、正极分解、负极与电解液反应、sei膜反应等一系列放热反应。正常使用过程中如果不能及时将部分热量散发出去，会加速电解液分解，降低电池使用寿命，甚至引起电池过热燃烧及热失控，因此如何进行电池组的有效散热对电池的安全性能至关重要。

三种结构的电池中，方形电池成组时只需要在电池外侧壁的平面上添加散热组件便能起到很好的散热效果，而圆柱形锂离子电池在成组过程中，由于圆柱电池的曲面结构导致电池与电池之间必然存在一定的间隙，间隙中填充的空气具有很大的热阻，对电池散热及其不利。

现有技术中多采用在电池组中圆柱电池间隙间填充导热灌封胶的方法，该方法虽然可以起到一定的散热作用和温度均衡作用，但在电池组中填充大量的导热胶会大大增加电池系统的重量，降低能量密度，进而缩短电动车的续航里程，此外大幅增加了电池系统的成本。除了填充导热胶以外，现有技术中还有在圆柱电池间隙中插入高导热金属组件，通过二者之间的直接接触将电池热量传递到高导热金属组件上，达到电池组内部电池的散热效果，但是该方法所述的金属组件为电的良导体，很容易引起短路，且金属组件的重量较重，不利于电池系统的轻量化。

技术实现要素：

本申请目的是：针对上述问题，提出一种各向异性导热绝缘套和配置该导热套的圆柱形电池，该导热绝缘套可以直接套在单体圆柱电池裸露的金属壳外面，电池金属外壳表面不需要再套绝缘膜，并能够快速将电池产生的热量快速散发出去。

本申请的技术方案是：

一种各向异性导热绝缘套，其形状为圆筒形，所述各向异性导热绝缘套由：

其上密布设置若干孔洞、且为圆筒形结构的金属箔，

涂覆于所述金属箔内外两侧的二维导热材料层，以及

复合于所述金属箔内外两侧、且将所述二维导热材料层覆盖于其内的聚酰亚胺膜构成。

本申请在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述金属箔为铜箔、铝箔或镍箔。

所述金属箔为多孔金属箔。

所述二维导热材料层为石墨、石墨烯、氮化硼、硅烯或锡烯。

所述二维导热材料层将所述金属箔的内外表面完全覆盖。

所述聚酰亚胺膜将所述二维导热材料层完全覆盖。

一种圆柱形电池，包括圆柱形的电池本体，所述电池本体外贴靠套设有上述的各向异性导热绝缘套。

本申请的优点是：

1、本申请在圆柱形电池外贴靠套设圆筒形的导热绝缘套，可将充放电过程中电池产生的热量沿轴向快速传递出去，加快电池的散热速度。并且聚酰亚胺具有良好的介电性能，又因为聚酰亚胺的分子结构存在大量的羰基与氨基，相邻的基团与醚键之间的共轭大大降低了分子的极性，因此聚酰亚胺是很好的绝缘材料，可以直接套在单体圆柱电池裸露的金属壳外面，电池金属外壳表面不需要再套绝缘保护膜，简化电池制作工艺，节约成本。

2、多孔金属箔在聚酰亚胺基体中提供三维导热网络，同时减轻绝缘导热套的重量。

3、多孔金属箔两面涂覆一层二维导热材料，增加导热套某一方向的导热性能，便于导热套各向异性导热性能的表现。

4、聚酰亚胺复合膜通过将涂覆有二维导热材料的多孔金属箔放入聚酰胺酸和n,n-二甲基乙酰胺溶液中，通过热亚胺化处理得到的，聚酰亚胺膜与导热材料间具有很强的界面结合力，避免长期使用过程中导热材料和聚酰亚胺膜界面结合处剥离开裂，降低两种材料的界面热阻，提高导热复合材料的导热性能。

5、聚酰亚胺具有很好的化学稳定性，一般不会溶解在有机溶剂，并且在稀酸、各种氧化剂和还原剂中也能够维持稳定的结构和性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中圆柱形电池的轴向侧视结构示意图；

图2为图1的c-c向剖面图；

图3为本申请实施例中各向异性导热绝缘套展平后的截面结构示意图；

图4为图3的b-b向剖面图；

其中：100-各向异性导热绝缘套，101-金属箔，101a-孔洞，102-二维导热材料层，103-聚酰亚胺膜，200-电池单体。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

图1至图4示出了本申请这种圆柱形电池的一个优选实施例，该电池为锂离子电池，其包括圆柱形的电池本体200，电池本体200主要由电池壳、收容于电池壳内的卷芯、封闭固定于电池壳开口部的电池盖帽构成。

本实施例的关键改进在于，上述电池本体200外还套设有一个圆筒形的各向异性导热绝缘套100，前述各向异性导热绝缘套100的内周表面与电池本体200的外周表面贴靠布置。

上述的各向异性导热绝缘套100由金属箔101、二维导热材料层102和聚酰亚胺膜103构成。其中：

金属箔101为多孔金属箔，其上密布设置众多孔洞101a，而且该金属箔为圆筒形结构。

二维导热材料层102共设置两层，分别涂覆于前述圆筒形金属箔101的内外两侧。

聚酰亚胺膜103也一共设置两层，分别复合于前述金属箔101内外两侧，并且这两层聚酰亚胺膜103分别将前述两层二维导热材料层102覆盖于其内。

本实施例中，上述金属箔101为铜箔，当然也可以采用铝箔、镍箔等其他高导热的金属材料。

本实施例中，上述二维导热材料层102为石墨，当然也可以选用石墨烯、氮化硼、硅烯或锡烯等其他材料。

上述二维导热材料层102将金属箔101的内外表面完全覆盖，而聚酰亚胺膜103将二维导热材料层102完全覆盖。

上述的各向异性导热绝缘套100展开后为复合膜结构(聚酰亚胺导热复合膜)，该复合膜在制备时，首先将20％～30％的聚酰胺酸与n,n-二甲基乙酰胺按1:1～1.5:1的质量比混合得到混合溶液。再将前述混合溶液缓慢滴入表面涂覆有石墨层的多孔金属箔内，并将其放入干燥器中用真空泵反复抽气和放气，除去混合溶液中少量的气泡。之后将前面的样品置于鼓风干燥箱中，按照一定的升温程序对样品进行热亚胺化处理，得到各向异性的聚酰亚胺导热复合膜。将复合模卷绕成筒，得到上述各向异性导热绝缘套100。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。