一种电池吸热涂层的制作方法

1.本技术涉及一种电池吸热涂层，属于电化学电池技术领域。


背景技术：

2.电池在充放电过程中会产生热量，使电池温度上升。为追求较高的能量密度，电池成组化过程中，电池间距越来越小，大量电池聚集在一起同时工作，电池组内部的热量将很难疏散，过高的电池温度会对电池的寿命造成损伤，极端情况下甚至导致热失控。
3.电池热管理的目的是确保电池在一定的温度范围内运行使用，防止因电池温度过高而损坏电池或降低电池的使用寿命。如何对电池进行降温，防止热失控，是电池热管理亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.鉴于上述技术问题，本技术提供一种电池吸热涂层，能够有效地对电池进行降温，防止热失控。
5.第一方面，本技术提供一种电池，所述电池的壳体内壁或电池的电芯表面涂覆有涂层，所述涂层具有不易氧化的吸热材料，所述吸热材料在一定温度下升华。
6.由于升华的吸热材料能够从固相直接转变为气相，快速带走热量，因此，这种电池在到达一定温度时，能借助涂层中吸热材料的升华作用均匀地降低电池的温度，避免热失控；同时，由于吸热材料不易氧化，能稳定地存在于电池的壳体内壁或电池的电芯表面，使电池的温度长期处于稳定可控的状态。
7.在一些实施方式中，吸热材料具有不同的升华温度。
8.采用不同升华温度的吸热材料可以在电池升温的不同阶段起作用，从而能够逐步地、持续地降低电池温度。
9.在一些实施方式中，吸热材料包括对苯二甲酸，三氯化铁，苯甲酸，碘化钾中一种或多种的组合。
10.对苯二甲酸、三氯化铁的升华温度为300℃左右、苯甲酸的升华温度为100℃左右、碘化钾的升华温度为45℃左右，且它们均不易被氧化。当电芯表面或电池壳体内壁到达这些吸热材料的升华温度时，吸热涂层开始升华，从固态直接转变为气态，并快速带走电芯表面或电池壳体内壁的热量，从而降低电芯或电池的温升。
11.在一些实施方式中，涂层的厚度为0.3mm～2mm。
12.这样的厚度能够保证良好的降温效果，同时不显著占用电池内部空间。
13.在一些实施方式中，涂层的厚度为0.3mm～0.5mm、0.5mm～1mm、或1mm～1.5mm。
14.这是更优选的厚度，即除了依然能保证良好的降温效果外，对电池的群裕度影响较小。
15.在一些实施方式中，涂层包括吸热材料与载体形成的复合材料。
16.与单纯的吸热材料相比，吸热材料与载体形成的复合材料能更加均匀、稳定地分
布于物体表面，因而降温效果也更加均匀、稳定。
17.在一些实施方式中，载体包括有机硅树脂，环氧树脂和pe树脂一种或多种的组合。
18.这些树脂是人们熟知的载体，它们各有优势，因此，能够适用于在多种情形下与各种吸热材料形成复合材料，从而对电池进行均匀、稳定地降温。
19.在一些实施方式中，除了极耳端的所有侧面均被所述涂层所涂覆。
20.这种涂覆方式能最大程度地降低电池温升。
21.第二方面，本技术还提供一种降低电芯温度的方法，包括在电池的壳体内壁或电池的电芯表面涂覆涂层，所述涂层具有不易氧化的吸热材料，所述吸热材料在一定温度下升华。
22.这种方法的原理是当电芯到达一定温度时，电芯表面或电池壳体内壁上的吸热涂层开始升华，快速带走热量，使电池快速降温；同时，由于吸热材料不易氧化，能稳定地存在于电池的壳体内壁或电池的电芯表面，使电池的温度处于长期稳定可控的状态。
23.在一些实施方式中，吸热材料具有不同的升华温度。
24.采用不同升华温度的吸热材料可以在电池升温的不同阶段起作用，从而有效降低电池温度。
25.在一些实施方式中，吸热材料为对苯二甲酸，三氯化铁，苯甲酸，碘化钾中一种或多种的组合。
26.对苯二甲酸、三氯化铁的升华温度为300℃左右、苯甲酸的升华温度为100℃左右、碘化钾的升华温度为45℃左右，且它们均不易被氧化。当电芯表面或电池壳体内壁到达这些吸热材料的升华温度时，吸热涂层开始升华，从固态直接转变为气态，并快速带走电芯表面或电池壳体内壁的热量，从而降低电芯或电池的温升。
27.在一些实施方式中，涂层的厚度为0.3mm～2mm。
28.这样的厚度能够保证吸热材料通过升华作用对电池产生良好的降温效果，同时不显著占用电池内部空间。
29.在一些实施方式中，0.3mm～0.5mm、0.5mm～1mm、或1mm～1.5mm。
30.优选的厚度除了保证良好的降温效果外，对电池的群裕度影响较小。
31.在一些实施方式中，涂层包括吸热材料与载体形成的复合材料。
32.与单纯的吸热材料相比，吸热材料与载体形成的复合材料能更加均匀、稳定地分布于物体表面，因而降温效果也更加均匀、稳定。
33.在一些实施方式中，载体包括机硅树脂，环氧树脂和pe树脂中一种或多种的组合。
34.这些树脂是人们熟知的载体，它们各有优势，因此，能够适用于在多种情形下与各种吸热材料形成复合材料，从而对电池进行均匀、稳定地降温。
35.在一些实施方式中，涂覆的方式为在除了极耳端的所有侧面进行涂覆。
36.这种涂覆方式能最大程度地降低电池温升。
37.第三方面，本技术还提供一种电池模块，包括上述的电池。
38.本技术的电池能够借助电芯表面或电池壳体内壁上的吸热涂层在一定温度下升华而快速降温；而且，由于该吸热涂层能稳定存在，从而使包括该电池的电池模块一直处于温度稳定可控的状态。
39.第四方面，本技术还提供一种电池包，包括上述的电池模块。
40.本技术的电池包含有温度可控的电池模块，因而也能一直处于温度稳定可控的状态。
41.第五方面，本技术还提供一种用电装置，包括上述的电池包。
42.本技术的电池包因电池中具有能升华但不易氧化的吸热涂层而保持温度稳定，有利于含有该电池包的用电装置安全工作，避免热失控。
43.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
44.通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。
45.图1为本技术一些实施例的电池单体的分解结构示意图。
46.图2是本技术一实施方式的电池模块的示意图。
47.图3是本技术一实施方式的电池包的示意图。
48.图4是图3所示的本技术一实施方式的电池包的分解图。
49.图5是本技术一实施方式的电池用作电源的用电装置的示意图。
50.其中：1电池包；10电芯大面；2上箱体；20电池单体；21壳体；22端盖；3下箱体；30正极端子；4电池模块；40负极端子；5电池；50防爆阀。
具体实施方式
51.下面将结合附图对本技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
52.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
53.在本文中提及“一种或多种”表示存在该要素的至少一个；可以存在多个这样的要素，除非另有明确具体的限定。
54.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
55.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
56.电池热管理中，如何对电池进行降温，防止热失控，是人们十分重视的问题。已有的解决方法包括采用吸热件/缓冲腔的热管理形式，但这种方式首先可能存在分布不均匀
的问题，例如只能对电池包的局部或者模组的局部实现冷却，最终致使部分电池衰减加速。其次，其吸热材料采用相变复合材料或导热油，而这些材料在自然环境下或者在电池发热后的高温条件下，自身容易出现氧化。
57.为了对电池进行有效降温，申请人采用一种新的电池吸热材料，这些材料能在一定温度下升华，由固态变为气态，快速带走热量，达到对电池降温的效果。
58.为了解决冷却不均匀的问题，申请人在电池的壳体内壁或电池的电芯表面涂覆涂层，并使该涂层包含吸热升华的材料。
59.为了避免吸热材料自身出现氧化，申请人采用不易氧化的性质稳定的吸热材料。
60.基于以上考虑，为了解决电池在使用过程中温度升高的问题、以及现有的降温手段冷却不均、吸热材料自身易被氧化问题，发明人经过深入研究，设计了一种电池，所述电池的壳体内壁或电池的电芯表面涂覆有涂层，所述涂层具有不易氧化的吸热材料，所述吸热材料在一定温度下升华。
61.由于升华的吸热材料能够从固相直接转变为气相，快速带走热量，因此，这种电池在到达一定温度时，能借助涂层中吸热材料的升华作用均匀地降低电池的温度，避免热失控；同时，由于吸热材料不易氧化，能稳定地存在于电池的壳体内壁或电池的电芯表面，使电池的温度长期处于稳定可控的状态。
62.本技术实施例公开的吸热材料可以但不限用于锂电池，镍镉电池，镍氢电池等电池的降温。
63.根据一些实施例，本技术提供一种电池，所述电池的壳体内壁或电池的电芯表面涂覆有涂层，所述涂层具有不易氧化的吸热材料，所述吸热材料在一定温度下升华。
[0064]“涂覆”是在物体表面上形成一种膜层的技术，如浸渍、喷涂或旋涂等方法。
[0065]“涂层”是一道涂覆所得到的一层连续膜，经过特殊处理后用来保护产品的薄层。
[0066]“不易氧化”是指物质不易发生失电子的氧化反应。
[0067]“吸热材料”是指可以吸收热量或者将热量集中起来的材料。
[0068]“升华”指物质从固态不经过液态直接变成气态的相变过程。升华是吸热过程，可以用来冷却物体，使物体保持低温。升华可分为常压升华、常温升华、真空升华和低温升华。
[0069]
由于升华的吸热材料能够从固相直接转变为气相，快速带走热量，因此，这种电池在到达一定温度时，能借助涂层中吸热材料的升华作用均匀地降低电池的温度，避免热失控；同时，由于吸热材料不易氧化，能稳定地存在于电池的壳体内壁或电池的电芯表面，使电池的温度长期处于稳定可控的状态。
[0070]
在一些实施方式中，吸热材料具有不同的升华温度。
[0071]
采用不同升华温度的吸热材料可以在电池升温的不同阶段起作用，从而能够逐步地、持续地降低电池温度。
[0072]
在一些实施方式中，吸热材料包括对苯二甲酸，三氯化铁，苯甲酸，碘化钾中一种或多种的组合。
[0073]
对苯二甲酸、三氯化铁的升华温度为300℃左右、苯甲酸的升华温度为100℃左右、碘化钾的升华温度为45℃左右，且它们均不易被氧化。当电芯表面或电池壳体内壁到达这些吸热材料的升华温度时，吸热涂层开始升华，从固态直接转变为气态，并快速带走电芯表面或电池壳体内壁的热量，从而降低电芯或电池的温升。
[0074]
在一些实施方式中，涂层的厚度为0.3mm～2mm。
[0075]
这样的厚度能够保证良好的降温效果，同时不显著占用电池内部空间。
[0076]
在一些实施方式中，涂层的厚度为0.3mm～0.5mm、0.5mm～1mm、或1mm～1.5mm。
[0077]
这是更优选的厚度，即除了依然能保证良好的降温效果外，对电池的群裕度影响较小。
[0078]
在一些实施方式中，涂层包括吸热材料与载体形成的复合材料。
[0079]“载体”起到粘接其他物质成为一个整体的作用。载体的种类很多，例如高聚物(树脂)等。
[0080]“复合材料”是由两种或两种以上化学、物理性质不同的材料组分，以所设计的形式、比例、分布组合而成。复合材料不仅保持各组分材料性能的优点，而且通过各组分性能的互补和关联可以获得单一组成材料所不能达到的综合性能。
[0081]
与单纯的吸热材料相比，吸热材料与载体形成的复合材料能更加均匀、稳定地分布于物体表面，因而降温效果也更加均匀、稳定。
[0082]
在一些实施方式中，载体包括有机硅树脂，环氧树脂和pe树脂一种或多种的组合。
[0083]
这些树脂是人们熟知的载体，它们各有优势，因此，能够适用于在多种情形下与各种吸热材料形成复合材料，从而对电池进行均匀、稳定地降温。
[0084]
在一些实施方式中，除了极耳端的所有侧面均被所述涂层所涂覆。
[0085]
这种涂覆方式能最大程度地降低电池温升。
[0086]
根据一些实施例，本技术还提供一种降低电芯温度的方法，包括在电池的壳体内壁或电池的电芯表面涂覆涂层，所述涂层具有不易氧化的吸热材料，所述吸热材料在一定温度下升华。
[0087]
这种方法的原理是当电芯到达一定温度时，电芯表面或电池壳体内壁上的吸热涂层开始升华，快速带走热量，使电池快速降温；同时，由于吸热材料不易氧化，能稳定地存在于电池的壳体内壁或池的电芯表面，使电池的温度处于长期稳定可控的状态。
[0088]
在一些实施方式中，吸热材料具有不同的升华温度。
[0089]
采用不同升华温度的吸热材料可以在电池升温的不同阶段起作用，从而有效降低电池温度。
[0090]
在一些实施方式中，吸热材料为对苯二甲酸，三氯化铁，苯甲酸，碘化钾中一种或多种的组合。
[0091]
对苯二甲酸、三氯化铁的升华温度为300℃左右、苯甲酸的升华温度为100℃左右、碘化钾的升华温度为45℃左右，且它们均不易被氧化。当电芯表面或电池壳体内壁到达这些吸热材料的升华温度时，吸热涂层开始升华，从固态直接转变为气态，并快速带走电芯表面或电池壳体内壁的热量，从而降低电芯或电池的温升。
[0092]
在一些实施方式中，涂层的厚度为0.3mm～2mm。
[0093]
这样的厚度能够保证吸热材料通过升华作用对电池产生良好的降温效果，同时不显著占用电池内部空间。
[0094]
在一些实施方式中，0.3mm～0.5mm、0.5mm～1mm、或1mm～1.5mm。
[0095]
优选的厚度除了保证良好的降温效果外，对电池的群裕度影响较小。
[0096]
在一些实施方式中，涂层包括吸热材料与载体形成的复合材料。
[0097]
与单纯的吸热材料相比，吸热材料与载体形成的复合材料能更加均匀、稳定地分布于物体表面，因而降温效果也更加均匀、稳定。
[0098]
在一些实施方式中，载体包括有机硅树脂，环氧树脂和pe树脂中一种或多种的组合。
[0099]
这些树脂是人们熟知的载体，它们各有优势，因此，能够适用于在多种情形下与各种吸热材料形成复合材料，从而对电池进行均匀、稳定地降温。
[0100]
在一些实施方式中，涂覆的方式为在除了极耳端的所有侧面进行涂覆。
[0101]
这种涂覆方式能最大程度地降低电池温升。
[0102]
根据一些实施例，本技术还提供一种电池模块，包括上述的电池。
[0103]
本技术的电池能够借助电芯表面或电池壳体内壁上的吸热涂层在一定温度下升华而快速降温；而且，由于该吸热涂层能稳定存在，从而使包括该电池的电池模块一直处于温度稳定可控的状态。
[0104]
根据一些实施例，本技术还提供一种电池包，包括上述的电池模块。
[0105]
本技术的电池包含有温度可控的电池模块，因而也能一直处于温度稳定可控的状态。
[0106]
根据一些实施例，本技术还提供一种用电装置，包括上述的电池包。
[0107]
本技术的电池包因电池中具有能升华但不易氧化的吸热涂层而保持温度稳定，有利于含有该电池包的用电装置安全工作，避免热失控。
[0108]
在一些实施方式中，图1作为一个示例的电池单体。参照图1，其中包括：电芯大面10，电池单体20，壳体21，端盖22，正极端子30，负极端子40，防爆阀50。
[0109]
在一些实施方式中，电池可以组装成电池模块，电池模块所含电池的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池模块的应用和容量进行选择。
[0110]
图2是作为一个示例的电池模块4。参照图2，在电池模块4中，多个电池5可以是沿电池模块4的长度方向依次排列设置。当然，也可以按照其他任意的方式进行排布。进一步可以通过紧固件将该多个电池5进行固定。
[0111]
可选地，电池模块4还可以包括具有容纳空间的外壳，多个电池5容纳于该容纳空间。
[0112]
在一些实施方式中，上述电池模块还可以组装成电池包，电池包所含电池模块的数量可以为一个或多个，具体数量本领域技术人员可根据电池包的应用和容量进行选择。
[0113]
图3和图4是作为一个示例的电池包1。参照图3和图4，在电池包1中可以包括电池箱和设置于电池箱中的多个电池模块4。电池箱包括上箱体2和下箱体3，上箱体2能够盖设于下箱体3，并形成用于容纳电池模块4的封闭空间。多个电池模块4可以按照任意的方式排布于电池箱中。
[0114]
另外，本技术还提供一种用电装置，所述用电装置包括本技术提供的电池、电池模块、或电池包中的至少一种。所述电池、电池模块、或电池包可以用作所述用电装置的电源，也可以用作所述用电装置的能量存储单元。所述用电装置可以包括移动设备(例如手机、笔记本电脑等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)、电气列车、船舶及卫星、储能系统等，但不限于此。
[0115]
作为所述用电装置，可以根据其使用需求来选择电池、电池模块或电池包。
[0116]
图5是作为一个示例的用电装置。该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电装置对电池的高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。
[0117]
作为另一个示例的装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该装置通常要求轻薄化，可以采用电池作为电源。
[0118]
实施例1
[0119]
制备方法：将对苯二甲酸、n-甲基吡咯烷酮(nmp)以重量比30：1搅拌混合均匀，作为吸热材料；加入有机硅树脂(cas67763-03-5)作为载体，吸热材和载体按照质量比80：20混合搅拌制成浆料，将浆料通过ossila狭缝涂布仪涂敷在电芯大面上(图1中10的位置)，之后经过80℃，10min烘干。通过ni-y1机台压制方法成膜，压力7000
±
300kgf,时间70s，即可形成吸热涂层，其厚度为1mm。
[0120]
测试方法：在电芯大面，顶盖，底部布置3根感温线，通过进行热滥用测试：he-rej-72恒温炉中以3℃/min的速率升温至250℃、并在设定温度点保持恒温2h，监测电芯的变化情况。
[0121]
实施例2、采用苯甲酸作为吸热材料
[0122]
制备方法：苯甲酸、n-甲基吡咯烷酮(nmp)以重量比30：1搅拌混合均匀，作为吸热材料；加入有机硅树脂(cas67763-03-5)作为载体，吸热材和载体按照质量比80：20混合搅拌制成浆料，将浆料通过ossila狭缝涂布仪涂敷在电芯大面上(图1中10的位置)，之后经过80℃，10min烘干。通过ni-y1机台压制方法成膜，压力7000
±
300kgf,时间70s，即可形成吸热涂层，其厚度为1mm。
[0123]
测试方法：在电芯大面，顶盖，底部布置3根感温线，通过进行热滥用测试：he-rej-72恒温炉中以3℃/min的速率升温至90℃、并在设定温度点保持恒温2h，监测电芯的变化情况。
[0124]
实施例3、采用复合材料作为吸热材料
[0125]
制备方法：对苯二甲酸、苯甲酸、碘化钾、n-甲基吡咯烷酮(nmp)以重量比30：30:30：1搅拌混合均匀，作为吸热材料；加入有机硅树脂(cas67763-03-5)作为载体，吸热材和载体按照质量比80：20混合搅拌制成浆料，将浆料通过ossila狭缝涂布仪涂敷在电芯大面上(图1中10的位置)，之后经过80℃，10min烘干。通过ni-y1机台压制方法成膜，压力7000
±
300kgf,时间70s，即可形成吸热涂层，其厚度为1.5mm。
[0126]
测试方法：在电芯大面，顶盖，底部布置3根感温线，通过进行热滥用测试：he-rej-72恒温炉中以3℃/min的速率升温至50℃、90℃、250℃、并在每个设定温度点保持恒温2h，监测电芯的变化情况。
[0127]
测试结果：见表1。
[0128]
表1
[0129][0130]
本技术的吸热涂层采用了能升华的吸热材料，从固相直接转变为气相，因此，能够快速带走热量。当电池在到达一定温度时，能借助涂层中吸热材料的升华作用均匀地降低电池的温度，避免热失控；当采用不同升华温度的吸热材料时，可以在电池升温的不同阶段起作用，从而使电池的温度长期处于稳定可控的状态，有效地避免热失控。
[0131]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本技术的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。