一种动力电池的散热结构及动力电池的制作方法

1.本发明涉及电池散热技术领域，尤其涉及一种动力电池的散热结构及动力电池。


背景技术：

2.为满足汽车、储能等行业对大容量、高功率的电池技术的需求，现阶段受限于电池单体的小容量和低功率而通常将电池单体通过串、并联组合成电池组成组使用。由于电池本身的电化学属性，电池在工作时会释放出大量热量，导致电池组温度上升。电池长期于高温或较大温差下工作会降低其可用容量和加速寿命衰减，而高效的电池散热技术可以有效的降低电池组工作温度和减少单体之间的温差，对提高电池组可用容量和寿命具有重要意义。
3.目前，电池散热技术的研究主要针对于模块化的电池组进行，主要的散热方式包括风冷、液冷、相变材料冷却和空调冷却等。其中随着研究的深入，采用液态金属进行液冷的方式逐渐受到技术人员的关注。
4.然而采用液态金属进行液冷的方式也只是单纯提高了热量扩散的效率，然而无法从根本上提升电池单体的散热性能，因此仍然会造成电池组内不同部位热扩散效应不一致，以及液冷散热效率较低，成本较高的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提出了一种有效的提升电池单体的散热性能的动力电池的散热结构及动力电池。
6.本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种动力电池的散热结构，包括反应体、壳体和极片，反应体包括以卷绕方式或叠片方式进行包装的正极材料、负极材料和电解质，反应体用于发电反应，壳体紧密包裹于反应体外，极片固定安装于壳体上，极片包括正负极片并分别电性连接于反应体的正极材料和负极材料，还包括散热层，反应体和壳体内壁的接触面为贴覆面，散热层紧密填充于贴覆面和壳体内壁之间，散热层为液态金属；当反应体因为发电反应而温度升高时，散热层随温度升高而熔化并能够在贴覆面和壳体内壁之间流动，且散热层在液态金属的表面张力作用下始终位于贴覆面和壳体内壁之间。
7.在以上技术方案的基础上，优选的，散热层采用喷雾或涂抹的方式紧密贴敷于壳体内壁并紧密接触贴覆面。
8.在以上技术方案的基础上，优选的，当反应体以卷绕方式进行包装时，贴覆面为围绕反应体卷绕轴线的整个反应体外表面。
9.在以上技术方案的基础上，优选的，当反应体以叠片方式进行包装时，贴覆面为平行于叠片平面的两个反应体外表面端面。
10.更进一步优选的，散热层的覆盖壳体内壁的面积不超过贴覆面的面积。
11.在以上技术方案的基础上，优选的，液态金属为镓基常温液态金属。
12.更进一步优选的，液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。
13.在以上技术方案的基础上，优选的，散热层的厚度为300nm至500nm。
14.第二方面，本发明提供了一种动力电池，动力电池采用上述的散热结构。
15.本发明的一种动力电池的散热结构及动力电池相对于现有技术具有以下有益效果：
16.(1)本发明在贴覆面和壳体内壁之间设置散热层，而散热层为液态金属，利用液态金属的热传导性能，能够提高将反应体的反应发热传导至壳体进行扩散的效率，同时利用液态金属的受热熔化能够流动的特性，使液体金属填充于贴覆面和壳体内壁的凹凸不平内，避免空气气泡阻碍热传导的问题。
17.(2)采用涂抹或喷雾的方式将散热层贴敷于壳体内壁并压覆于贴覆面上，同时设置散热层的覆盖面积不超过贴覆面，从而使液态金属能够在壳体内壁与贴覆面之间的空隙内自由流动，同时又不会溢出空隙。
18.(3)限制散热层厚度，从而使液态金属能够通过自身的表面张力作用，避免溢流出壳体内壁与贴覆面之间的空隙。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
20.图1为本发明的采用缠卷方式包装的电池的冷却结构的侧剖图；
21.图2为本发明的采用叠片方式包装的电池的冷却结构的侧剖图。
22.图中：1、反应体；11、贴覆面；2、壳体；3、散热层；4、极片。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
24.本发明的一种动力电池的散热结构，包括反应体1、壳体2和极片4，反应体1包括以卷绕方式或叠片方式进行包装的正极材料、负极材料和电解质，反应体1用于发电反应，壳体2紧密包裹于反应体1外，极片4固定安装于壳体2上，极片4包括正负极片并分别电性连接于反应体1的正极材料和负极材料，还包括散热层3。
25.其中，反应体1和壳体2内壁的接触面为贴覆面11，散热层3紧密填充于贴覆面11和壳体2内壁之间，散热层3为液态金属。其中，液态金属为镓基常温液态金属，相比于现有的电池的壳体2所常见的铝壳或铝塑膜，镓基合金具有更好的热传导性能，从而提高了热传导的效率。
26.采用上述技术方案时，当反应体1因为发电反应而温度升高时，散热层3随温度升高而熔化并能够在贴覆面11和壳体2内壁之间流动，且散热层3在液态金属的表面张力作用下始终位于贴覆面11和壳体2内壁之间，从而提高了电池单体内部的散热效率；同时，当设
置散热层3于壳体2内壁与贴覆面11之间，液态金属会受热熔化，从而流动并填充于壳体2内壁与贴覆面11的表面坑洼内，排除空气气泡或将空气气泡禁锢于液态金属内，从而消除阻碍热传导的不良因素，提高了热传导的效率，进而从根本上提高了电池单体的散热性能。
27.如图1所示，当反应体1以卷绕方式进行包装时，贴覆面11为围绕反应体1卷绕轴线的整个反应体1外表面。
28.如图1所示，当反应体1以叠片方式进行包装时，贴覆面11为平行于叠片平面的两个反应体1外表面端面。
29.其中，散热层3的覆盖壳体2内壁的面积不超过贴覆面11的面积，以避免液态金属受热熔化后，因为热胀冷缩导致体积增大，造成溢出的问题。
30.作为本发明进一步的改进，限制散热层3的厚度为300nm至500nm，从而使液态金属能够通过自身的表面张力作用，避免溢流出壳体2内壁与贴覆面11之间的空隙。
31.作为可选实施例的，散热层3采用喷雾或涂抹的方式紧密贴敷于壳体2内壁并紧密接触贴覆面11，适用于规模化和标准化的工业生产。
32.作为可选实施例的，液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金或镓铟锡锌合金，具体的可以为ga
68
in
20
sn
12
或ga
67
in
20.5
sn
12.5
。
33.另一方面，一种动力电池，动力电池采用上述的散热结构。
34.工作原理：
35.反应体1进行放电反应而发热升温，通过散热层3将热量传导至壳体2，进行热扩散实现散热冷却。
36.在这个过程中，由于散热层3为液态金属，尤其是镓基合金，相比于现有的电池的壳体2所常见的铝壳或铝塑膜，镓基合金具有更好的热传导性能，因此提高了热传导的效率。
37.另外，电池的壳体2内壁和贴覆面11在理想中均为平面，然而在实际生产中，由于技术的限制，二者的表面在微观层面必然存在很多肉眼不可见的坑洼或是呈现为凹凸不平的表面，因此当壳体2内壁和贴覆面11彼此贴覆时，在二者之间必然会存在空气气泡，空气气泡具有一定的隔热效应，阻碍热传导的进行。
38.当设置液态金属的散热层3于壳体2内壁与贴覆面11之间，液态金属会受热熔化，从而流动并填充于壳体2内壁与贴覆面11的表面坑洼内，排除空气气泡或将空气气泡禁锢于液态金属内，从而消除阻碍热传导的不良因素，提高了热传导的效率，进而从根本上提高了电池单体的散热性能。
39.以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。