一种新型自热电芯电池的制作方法

1.本实用新型涉及动力电池及其内加热电芯，尤其是一种新型自热电芯电池。


背景技术：

2.根据国家政策和节能减排的要求，新能源汽车发展迅速，电动汽车作为新能源汽车的主力得到了较快发展，动力电池及其电芯产业也有较快发展。随着动力电池的广泛应用，其低温性能缺陷逐步显现出来。在低温环境下，大部分电池，特别是常用的锂离子电池，均出现电池容量衰减、放电倍率下降、行车里程缩水。有的甚至因为环境温度过低，出现锂离子析出为锂金属结晶，形成锂枝晶刺破隔膜，导致动力电池内部短路，酿成自燃或爆炸事故。因此，在低温环境下，动力电池使用或充电之前需要预先加热，即使是在使用过程中也需要加热控温，以保持动力电池的各项性能。
3.目前，对电池所采用的加热方法全部是电芯外加热，即在电芯外壳外面对电芯加热，或者，在电池包外面对电池包加热，或者是上述两种加热方法的组合。上述电芯称之为外加热电芯。外加热电芯及其外加热方法的缺陷是，加热空间范围大，热辐射和热对流导热途径被电芯外壳和电池包外壳阻挡，热量有效利用效率低，能耗高；真正需要加热的电芯活性材料物质升温慢，电芯内部和电芯之间受热不均匀，动力电池的低温性能改善受影响。并且，因为加热路径长，不可控因素多，电池管理难度大。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是克服现有技术的不足，本实用新型提供一种采用内加热方式的自热电芯电池解决上述问题。
5.本实用新型的技术方案：一种新型自热电芯电池，包括：
6.外壳、电芯内芯和封盖，外壳和封盖配合内部形成一个用于放置电芯内芯的封腔，其中还包括：
7.石墨烯加热膜，包裹所述电芯内芯，所述石墨烯加热膜通电后发热用于给所述电芯内芯加热。
8.作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述石墨烯加热膜包括基材、第一供电线、第二供电线、导电带和石墨烯发热材料，所述基材上涂布有石墨烯发热材料，所述基材印制导电带，第一供电线和第二供电线均与所述导电带连接。
9.作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述电芯内芯是电芯卷和片状电芯中的一种。
10.作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述自热电芯电池包括含电芯卷的卷筒圆柱自热电芯电池和含片状电芯的叠片方形自热电芯电池。
11.一种卷筒圆柱自热电芯电池，包括第一电芯外壳、所述电芯卷和第一封盖，其中还包括包裹所述电芯卷的石墨烯加热膜；所述电芯卷包括正极材料、隔膜和负极材料，所述正极材料、隔膜、负极材料和隔膜依次叠加，卷绕成涡状，所述电芯卷置于第一电芯外壳内，所
述第一电芯外壳与第一封盖连接，所述第一电芯外壳、正极材料、隔膜及负极材料之间的间隙形成第一电解液槽，用于注入电解液；
12.所述第一封盖包括第一线孔、第二线孔和正极，所述第一封盖上开设有第一线孔和第二线孔，用于第一供电线和第二供电线穿出所述第一封盖并延伸至外部，所述第一封盖中部设置有安全阀，用于电芯内部过热产生气体的泄压，防止爆炸，所述第一封盖上表面设有凸起的正极；
13.所述正极材料与正极耳连接，所述正极耳与连接正极的金属件焊接；所述负极材料与负极耳连接，所述负极耳与负极焊接。
14.作为本实用新型技术方案的进一步改进，靠近第一电芯外壳开口处端部设置有外壳颈槽，外壳颈槽向内形成颈圈，用于托住封盖。
15.作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述负极材料比正极材料宽0.5～1.5mm；所述负极材料比正极材料长5～10mm，防止析锂产出。
16.作为本实用新型技术方案的进一步改进，石墨烯加热膜的长度尺寸比电芯卷的周长尺寸小3～10mm，防止导电带重叠漏电短路；石墨烯加热膜的宽度尺寸比电芯卷的高度尺寸小0.5～2.0mm，便于固定石墨烯加热膜。
17.一种叠片方形自热电芯电池，包括第二电芯外壳、所述片状电芯和第二封盖，其中还包括包裹所述片状电芯的石墨烯加热膜；所述片状电芯包括叠片正极材料、叠片隔膜、叠片负极材料和第二电解液槽，所述叠片隔膜、叠片正极材料、叠片隔膜和叠片负极材料依次叠加，所述片状电芯上部设置有电极盖，用于将叠片正极材料的首端连接至叠片正极将叠片负极材料的末端连接至叠片负极，所述叠片正极材料与叠片负极材料依次串联，所述片状电芯置于第二电芯外壳内，所述第二电芯外壳与第二封盖连接；
18.所述第二封盖包括第三线孔、第四线孔和注液孔，所述第三线孔和第四线孔设置于第二封盖上，用于第一供电线和第二供电线穿出所述第二封盖并延伸至外部，所述第二封盖设置有注液孔。
19.本实用新型的优点在于：
20.1.在电芯外壳内部进行加热，发热体与受热体之间距离短，导热方式完全充分，因此电芯活性材料升温快，预热时间短，有利于快速提高动力电池容量和放电倍率，从而根本改善动力电池的低温性能，进一步提高电动汽车的整车性能。
21.2.由于在电芯外壳内部进行加热，加热空间小，加热效率高，加热能耗低，可大幅度降低非动力能耗，有利于长期维持动力电池所需最佳温度。
22.3.通过引出石墨烯加热膜的供电线可以对电芯限温加热，即使电池管理系统出现故障，动力电池也不会因为加热而产生过热现象，加热安全性好。
23.4.结构简单，可大幅降低电池包的非电芯重量，有利于提高电池包的能量密度。
附图说明
24.图1为本实用新型中实施例2的爆炸示意图；
25.图2为本实用新型实施例2中第一电芯外壳示意图；
26.图3为本实用新型的石墨烯加热膜结构示意图；
27.图4为本实用新型实施例2中电芯卷分层示意图；
28.图5为本实用新型实施例2中卷筒圆柱自热电芯电池封装图；
29.图6为本实用新型实施例3中叠片方形自热电芯电池封装图；
30.图7为本实用新型实施例3中片状电芯结构示意图；
31.附图标记：第一电芯外壳100、外壳颈槽101、负极102、石墨烯加热膜110、第一供电线111、第二供电线112、导电带113、石墨烯发热材料114、电芯卷120、正极材料121、隔膜122、负极材料123、第一电解液槽124、第一封盖130、第一线孔131、安全阀132、正极133、第二线孔134、第二电芯外壳200、片状电芯220、叠片正极材料221、叠片隔膜222、叠片负极材料223、第二电解液槽224、电极盖225、第二封盖230、叠片正极231、叠片负极232、注液孔233、第三线孔234、第四线孔235。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。
33.实施例1、一种新型自热电芯电池，包括外壳、电芯内芯和封盖，外壳和封盖配合内部形成一个用于放置电芯内芯的封腔，其中还包括石墨烯加热膜110，包裹所述电芯内芯，所述石墨烯加热膜110通电后发热用于给所述电芯内芯加热。
34.在本实施例中，所述石墨烯加热膜110包括基材、第一供电线111、第二供电线112、导电带113和石墨烯发热材料114，所述基材上涂布有石墨烯发热材料114，所述基材印制导电带113，第一供电线111和第二供电线112均与所述导电带113连接。
35.在本实施例中，所述电芯内芯可以是电芯卷120和片状电芯220中的一种；自热电芯电池包括含电芯卷的卷筒圆柱自热电芯电池和含片状电芯的叠片方形自热电芯电池。
36.实施例2，请参阅图1-图5，在实施例1基础上提供一种卷筒圆柱自热电芯电池，包括第一电芯外壳100、所述电芯卷120和第一封盖130，其中还包括包裹所述电芯卷120的石墨烯加热膜110；所述电芯卷120包括正极材料121、隔膜122和负极材料123，所述正极材料121、隔膜122、负极材料123和隔膜122依次叠加，卷绕成涡状，所述电芯卷120置于第一电芯外壳100内，所述第一电芯外壳100与第一封盖130连接，所述第一电芯外壳100、正极材料121、隔膜122及负极材料123之间的间隙形成第一电解液槽124，用于注入电解液。
37.在本实施例中，所述第一封盖130包括第一线孔131、第二线孔134和正极133，所述第一封盖130上开设有第一线孔131和第二线孔134，用于第一供电线111和第二供电线112穿出所述第一封盖130并延伸至外部，所述第一封盖130中部设置有安全阀132，所述第一封盖130上表面设有凸起的正极133。
38.在本实施例中，所述正极材料121与正极耳连接，所述正极耳与连接正极133的金属件焊接；所述负极材料123与负极耳连接，所述负极耳与负极102焊接。
39.在本实施例中，靠近第一电芯外壳100开口处端部设置有外壳颈槽101，外壳颈槽101向内形成颈圈，用于托住第一封盖130。
40.具体地，所述负极材料123比正极材料121宽0.5～1.5mm；所述负极材料123比正极材料121长5～10mm，防止析锂产出。
41.具体地，所述隔膜必须将正负极片完全隔开，隔膜122宽度通常比负极材料123要宽0.5～1.0mm，隔膜122长度通常比负极材料123要宽1～2.0mm，防止正负极片接触短路。
42.具体地，石墨烯加热膜110的长度尺寸比电芯卷120的周长尺寸小3～10mm，防止导电带重叠漏电短路；石墨烯加热膜110的宽度尺寸比电芯卷120的高度尺寸小0.5～2.0mm，便于固定石墨烯加热膜。
43.实施例3，请参阅图6和图7，在实施例1基础上提供一种叠片方形自热电芯电池：包括第二电芯外壳200、所述片状电芯220和第二封盖230，其中还包括包裹所述片状电芯220的石墨烯加热膜110，所述片状电芯220包括叠片正极材料221、叠片隔膜222、叠片负极材料223和第二电解液槽224，所述叠片隔膜222、叠片正极材料221、叠片隔膜222和叠片负极材料223依次叠加，所述片状电芯220上部设置有电极盖225，用于将叠片正极材料221的首端连接至叠片正极231，将叠片负极材料223的末端连接至叠片负极232，所述叠片正极材料221与叠片负极材料223依次串联，所述片状电芯220置于第二电芯外壳200内，所述第二电芯外壳200与第二封盖230连接。
44.在本实施例中，所述第二封盖230包括第三线孔234、第四线孔235和注液孔233，所述第三线孔234和第四线孔235设置于第二封盖230上，用于第一供电线111和第二供电线112穿出所述第二封盖230并延伸至外部，所述第二封盖230设置有注液孔233。
45.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
46.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。