CN107230751A - 车载新能源电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种车载新能源电池组，包括电池箱和放置在该电池箱内的多个电池本体，电池箱包括封闭式箱体，该封闭式箱体内竖直设有空间分隔板，该空间分隔板将电池箱分隔为电池放置区和散热区，电池放置区上方的电池箱顶板上设有风扇，电池放置区内设有温度检测器，电池放置区内的电池固定架上设有多个通气孔，通气孔与散热区连通形成空气循环通道，该空气循环通道中设置有空气冷却装置。与现有技术相比，本发明提供的车载新能源电池组在结构上将电池组设置在密闭的箱体内起到隔热、防水的作用，分区设置可以于改善电池箱内温度场的分布；电池本体提高了锂电池高倍率放电性能，具有优异的电子电导率和离子电导率，具有良好的高倍率充放电性能。

Description

车载新能源电池组
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种车载新能源电池组。
背景技术
随着人们对环境保护要求的提高，新能源车辆的研究和应用越来越受到重视，锂离子动力汽车是新能源汽车的代表之一。而锂离子动力汽车的关键技术是锂离子电池，其设计需要考虑许多因素，一方面保证电池性能满足汽车的需求，另一方面，保证电池具有足够的安全性、可靠性。而软包电池是一种由正极、负极、电解液以及包装膜等组成的高性能电池，可以大倍率充放电，具有较长的使用寿命，所以广泛应用与新能源汽车领域。
现有技术的缺陷：单体电池尚不能满足电动汽车的动力需求，电动汽车的动力是由装有多个电池的电池箱提供，为保证锂离子动力汽车能在各种环境下安全和正常地工作，电池箱通常需要具有防水，防震，防撞击，散热并能保温的功能等诸多问题，显然，这些功能要求之间具有矛盾性，因而给软包电池的使用带来安全隐患的同时也大大限制了软包电池的应用。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种车载新能源电池组，以解决单个电池不能满足电动汽车的动力需求，以及软包电池在锂离子动力汽车运行过程中能安全和正常工作的问题。
本发明采用的技术方案如下：一种车载新能源电池组，包括电池箱和放置在该电池箱内的多个电池本体，关键在于：所述电池箱包括封闭式箱体，该封闭式箱体内竖直设有空间分隔板，该空间分隔板将所述电池箱分隔为电池放置区和散热区，所述电池放置区内水平设有电池固定架，多个所述电池本体平行放置在该电池固定架上，所述电池放置区上方的电池箱顶板上设有风扇，所述风扇上设有风扇控制器，所述电池放置区内设有温度检测器，所述电池固定架上设有多个通气孔，所述通气孔与所述散热区连通形成空气循环通道，该空气循环通道中设置有空气冷却装置；
所述电池本体包括正极、复合负极和电解质，所述正极和所述复合负极之间设置有隔膜，所述正极、复合负极和所述隔膜均浸没在所述电解液中，所述复合负极包括电极载体，该电极载体上涂覆有纳米复合材料，所述复合纳米材料由纳米复合材料活性物质55-65份，乙炔黑5-10份，纤维素基聚合物粘结剂12-18份组成；
所述纳米复合材料活性物质为物质量之比为0.5-3∶1的石墨烯/钛酸锂复合纳米材料。
优选的，所述纳米复合材料活性物质按照以下步骤制备而成：
步骤一、将重量比为1：1石墨烯和水溶性聚合物的混合物中加入水，搅拌得悬浮液；
步骤二、分别将锂源溶解于水中得到溶液A、钛源溶解于水中得到溶液B，所述锂源和钛源的摩尔比为1：(1～1.5)，然后依次将溶液A和溶液B加入到步骤一得到的悬浮液中，待其完全溶解后，调节pH值为3～6，然后在180℃条件下，搅拌反应2～24小时，冷却至室温，收集沉淀，用水或乙醇洗涤，干燥得石墨烯/钛酸锂复合纳米颗粒；
步骤三、将步骤二得到的石墨烯/钛酸锂复合纳米颗粒在惰性气体保护下，在650℃高温下炭化1～8小时，即可获得石墨烯/钛酸锂复合纳米材料。
优选的，所述锂源为碳酸锂、硝酸锂、草酸锂、氢氧化锂或氧化锂中的一种或多种；所述钛源为钛酸四异丙酯、钛酸甲酯、异丙醇钛、四氯化钛或硝酸钛中的一种或多种；水溶性聚合物是聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚丙烯腈。
优选的，所述电极载体为冲压金属、泡沫状金属或网状金属纤维煅烧体；隔膜为高孔率聚丙烯微孔膜；所述纤维素基聚合物粘结剂选自羧甲基纤维素(CMC)，甲基纤维素，乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素或羟丙基乙基纤维素中的一种或两种组合。
优选的，所述电解液包括含有环状碳酸酯和内酯类化合物的有机溶剂以及锂盐；所述有机溶剂由质量百分含量为2～18％的环状碳酸酯、质量百分含量为6～48％的内酯类化合物和质量百分含量为34～92％的低粘度溶剂组成。
优选的，所述环状碳酸酯为碳酸亚乙基酯、碳酸亚丙基酯、碳酸亚乙烯基酯、碳酸亚丁基酯；所述内酯类化合物为β-丁内酯、γ-戊内酯、γ-己内酯、γ-庚内酯或γ-辛内酯中的一种；所述低粘度溶剂为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲基丙基酯(MPC)、碳酸乙基丙基酯(EPC)或碳酸甲基乙基酯(MEC)中的一种；所述锂盐为LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4或LiCF3SO3中的一种。
优选的，所述空气冷却装置包括散热套筒和套筒固定座，该套筒固定座位于所述空间分隔板的下方，该散热套筒固定设置在所述电池箱的箱底和套筒固定座之间，所述套筒固定座与所述空间分隔板之间设有第一闸门，所述套筒固定座与所述封闭式箱体正对的箱壁之间分别设有第二闸门和第三闸门，所述第二闸门位于电池放置区下方，所述第三闸门位于所述散热区下方，所述第一闸门，第二闸门和第三闸门上均设有闸门控制器。
优选的，所述电池固定架包括水平支撑板，该水平支撑板的侧边分别与相应的所述电池箱的内壁和空间分隔板抵紧，多个所述电池本体放置在所述水平支撑板上，相邻两个所述电池本体之间设有电池隔板，所述电池隔板的下端与所述水平支撑板的上表面固定连接。
优选的，所述散热套筒为网孔材质，该散热套筒内设有蛇形冷凝管，该蛇形冷凝管的两端均穿出所述电池箱的箱壁。
优选的，所述空间分隔板的上端与所述电池箱顶板固定连接，所述空间分隔板的下端面与所述水平支撑板同一水平面，所述空间分隔板开设有进风口，该进风口位于所述电池隔板的上端和所述风扇之间。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的车载新能源电池组在结构上将电池组设置在密闭的箱体内可以起到隔热、防水的作用，分区设置有电池放置区和散热区电池放置区，可以于改善电池箱内温度场的分布。当电池放置区的温度过高，可以关闭第一闸门，并启动风扇及第二闸门和第三闸门，使热空气通过蛇形冷凝管进行换热，从而达到降低电池箱内的温度，实现对对箱体空间内的电池散热的功能；电池本体提高了锂电池高倍率放电性能；采用石墨烯/钛酸锂复合纳米负极材料具有比钛酸锂高得多的电子电导率和离子电导率，从而使其具有良好的高倍率充放电性能，具有相纯度高的特点，具有良好的循环稳定性；电解液中的内酯类化合物在负电极表面上形成钝化薄膜，防止有机溶剂的分解，并改进锂电池的循环寿命特性，具有良好的耐久性，并且在高温下不分解，从而防止气体产生，电解液的可燃性被降低，从而改进了电池的安全性能，具有优异的高温贮存性能；本发明提供的车载新能源电池组，可极大提高电动汽车电池***的可靠性，实用性，并可延长其使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
实施例1
如图1和图2中所示，一种车载新能源电池组，包括电池箱1和放置在该电池箱1内的多个电池本体2，所述电池箱1包括封闭式箱体11，该封闭式箱体11内竖直设有空间分隔板12，该空间分隔板12将所述电池箱1分隔为电池放置区a和散热区b，所述电池放置区a内水平设有电池固定架3，所述电池固定架3包括水平支撑板3a，所述水平支撑板3a上开设有所述通气孔8，该水平支撑板3a的侧边分别与相应的所述电池箱1的内壁和空间分隔板12抵紧，多个所述电池本体2平行放置在所述水平支撑板3a上，相邻两个所述电池本体2之间设有电池隔板3b，所述电池隔板3b的下端与所述水平支撑板3a的上表面固定连接，所述空间分隔板12的上端与所述电池箱1顶板固定连接，所述空间分隔板12的下端面与所述水平支撑板3a同一水平面，所述空间分隔板12开设有进风口9，该进风口9位于所述电池隔板3b的上端和所述风扇7之间；所述电池放置区a上方的电池箱1顶板上设有风扇7，所述风扇7上设有风扇控制器，所述电池放置区a内设有温度检测器，所述电池固定架3上设有多个通气孔8，所述通气孔8与所述散热区b连通形成空气循环通道，该空气循环通道中设置有空气冷却装置4；
所述空气冷却装置4包括散热套筒4a和套筒固定座4b，该套筒固定座4b位于所述空间分隔板12的下方，该散热套筒4a固定设置在所述电池箱1的箱底和套筒固定座4b之间，所述散热套筒4a为网孔材质，该散热套筒4a内设有蛇形冷凝管4c，该蛇形冷凝管4c的两端均穿出所述电池箱1的箱壁，所述套筒固定座4b与所述空间分隔板12之间设有第一闸门5，所述套筒固定座4b与所述封闭式箱体11正对的箱壁之间分别设有第二闸门6和第三闸门7，所述第二闸门6位于电池放置区a下方，所述第三闸门7位于所述散热区b下方，所述第一闸门5，第二闸门6和第三闸门7上均设有闸门控制器；
所述电池本体包括正极、复合负极和电解质，所述正极和所述复合负极之间设置有高孔率聚丙烯微孔膜，所述正极、复合负极和所述高孔率聚丙烯微孔膜均浸没在所述电解液中，所述复合负极包括冲压金属，该冲压金属上涂覆有纳米复合材料，所述复合纳米材料由纳米复合材料活性物质55份，乙炔黑5份，羧甲基纤维素(CMC)12份组成，所述羧甲基纤维素(CMC)的分子量250000；
所述纳米复合材料活性物质为物质量之比为0.5∶1的石墨烯/钛酸锂复合纳米材料。
所述电解液包括含有由质量百分含量为18％的碳酸亚乙基酯、质量百分含量为48％的β-丁内酯和质量百分含量为34％的碳酸二甲酯(DMC)组成的有机溶剂以及LiPF6。
所述纳米复合材料活性物质按照以下步骤制备而成：
步骤一、将重量比为1：1石墨烯和聚丙烯酰胺的混合物中加入水，搅拌得悬浮液；
步骤二、分别将碳酸锂溶解于水中得到溶液A、钛酸四异丙酯溶解于水中得到溶液B，所述碳酸锂和钛酸四异丙酯的摩尔比为1：1，然后依次将溶液A和溶液B加入到步骤一得到的悬浮液中，待其完全溶解后，调节pH值为3，然后在180℃条件下，搅拌反应2小时，冷却至室温，收集沉淀，用水洗涤，干燥得石墨烯/钛酸锂复合纳米颗粒；
步骤三、将步骤二得到的石墨烯/钛酸锂复合纳米颗粒在N2保护下，在650℃高温下炭化1小时，即可获得石墨烯/钛酸锂复合纳米材料。
本实施例制备的车载新能源电池组在1C倍率下比容量为150mAh/g，充放电循环100次后，比容量保持率约100％，10C倍率下比容量为100mAh/g，充放电循环100次后，比容量保持率约100％，50C充放电比容量达90mAh/g，100C充放电比容量达75mAh/g。
实施例2
如图1和图2中所示，一种车载新能源电池组，包括电池箱1和放置在该电池箱1内的多个电池本体2，所述电池箱1包括封闭式箱体11，该封闭式箱体11内竖直设有空间分隔板12，该空间分隔板12将所述电池箱1分隔为电池放置区a和散热区b，所述电池放置区a内水平设有电池固定架3，所述电池固定架3包括水平支撑板3a，所述水平支撑板3a上开设有所述通气孔8，该水平支撑板3a的侧边分别与相应的所述电池箱1的内壁和空间分隔板12抵紧，多个所述电池本体2平行放置在所述水平支撑板3a上，相邻两个所述电池本体2之间设有电池隔板3b，所述电池隔板3b的下端与所述水平支撑板3a的上表面固定连接，所述空间分隔板12的上端与所述电池箱1顶板固定连接，所述空间分隔板12的下端面与所述水平支撑板3a同一水平面，所述空间分隔板12开设有进风口9，该进风口9位于所述电池隔板3b的上端和所述风扇7之间；所述电池放置区a上方的电池箱1顶板上设有风扇7，所述风扇7上设有风扇控制器，所述电池放置区a内设有温度检测器，所述电池固定架3上设有多个通气孔8，所述通气孔8与所述散热区b连通形成空气循环通道，该空气循环通道中设置有空气冷却装置4；
所述空气冷却装置4包括散热套筒4a和套筒固定座4b，该套筒固定座4b位于所述空间分隔板12的下方，该散热套筒4a固定设置在所述电池箱1的箱底和套筒固定座4b之间，所述散热套筒4a为网孔材质，该散热套筒4a内设有蛇形冷凝管4c，该蛇形冷凝管4c的两端均穿出所述电池箱1的箱壁，所述套筒固定座4b与所述空间分隔板12之间设有第一闸门5，所述套筒固定座4b与所述封闭式箱体11正对的箱壁之间分别设有第二闸门6和第三闸门7，所述第二闸门6位于电池放置区a下方，所述第三闸门7位于所述散热区b下方，所述第一闸门5，第二闸门6和第三闸门7上均设有闸门控制器；
所述电池本体包括正极、复合负极和电解质，所述正极和所述复合负极之间设置有高孔率聚丙烯微孔膜，所述正极、复合负极和所述高孔率聚丙烯微孔膜均浸没在所述电解液中，关键在于：所述复合负极包括泡沫状金属，该泡沫状金属上涂覆有纳米复合材料，所述复合纳米材料由纳米复合材料活性物质65份，乙炔黑10份，乙基纤维素18份组成，所述乙基纤维素的分子量100000；
所述纳米复合材料活性物质为物质量之比为3∶1的石墨烯/钛酸锂复合纳米材料。
所述电解液包括含有由质量百分含量为2％的碳酸亚丙基酯、质量百分含量为6％的γ-戊内酯和质量百分含量为92％的碳酸甲基丙基酯(MPC)组成的有机溶剂以及LiBF4。
所述纳米复合材料活性物质按照以下步骤制备而成：
步骤一、将重量比为1：1石墨烯和聚乙烯醇的混合物中加入水，搅拌得悬浮液；
步骤二、分别将草酸锂溶解于水中得到溶液A、钛酸甲酯溶解于水中得到溶液B，所述草酸锂和钛酸甲酯的摩尔比为1：1.5，然后依次将溶液A和溶液B加入到步骤一得到的悬浮液中，待其完全溶解后，调节pH值为6，然后在180℃条件下，搅拌反应24小时，冷却至室温，收集沉淀，用水洗涤，干燥得石墨烯/钛酸锂复合纳米颗粒；
步骤三、将步骤二得到的石墨烯/钛酸锂复合纳米颗粒在N2保护下，在650℃高温下炭化8小时，即可获得石墨烯/钛酸锂复合纳米材料。
本实施例制备的新能源电池在1C倍率下比容量为160mAh/g，充放电循环100次后，比容量保持率约100％，10C倍率下比容量为130mAh/g，充放电循环100次后，比容量保持率约100％，50C充放电比容量达100mAh/g，100C充放电比容量达85mAh/g。
最后需要说明，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载新能源电池组，包括电池箱(1)和放置在该电池箱(1)内的多个电池本体(2)，其特征在于：所述电池箱(1)包括封闭式箱体(11)，该封闭式箱体(11)内竖直设有空间分隔板(12)，该空间分隔板(12)将所述电池箱(1)分隔为电池放置区(a)和散热区(b)，所述电池放置区(a)内水平设有电池固定架(3)，多个所述电池本体(2)平行放置在该电池固定架(3)上，所述电池放置区(a)上方的电池箱(1)顶板上设有风扇(7)，所述风扇(7)上设有风扇控制器，所述电池放置区(a)内设有温度检测器，所述电池固定架(3)上设有多个通气孔(8)，所述通气孔(8)与所述散热区(b)连通形成空气循环通道，该空气循环通道中设置有空气冷却装置(4)；
所述电池本体包括正极、复合负极和电解质，所述正极和所述复合负极之间设置有隔膜，所述正极、复合负极和所述隔膜均浸没在所述电解液中，所述复合负极包括电极载体，该电极载体上涂覆有纳米复合材料，所述复合纳米材料由纳米复合材料活性物质55-65份，乙炔黑5-10份，纤维素基聚合物粘结剂12-18份组成；
所述纳米复合材料活性物质为物质量之比为0.5-3∶1的石墨烯/钛酸锂复合纳米材料。
2.根据权利要求1所述的车载新能源电池组，其特征在于所述纳米复合材料活性物质按照以下步骤制备而成：
步骤一、将重量比为1：1石墨烯和水溶性聚合物的混合物中加入水，搅拌得悬浮液；
步骤二、分别将锂源溶解于水中得到溶液A、钛源溶解于水中得到溶液B，所述锂源和钛源的摩尔比为1：(1～1.5)，然后依次将溶液A和溶液B加入到步骤一得到的悬浮液中，待其完全溶解后，调节pH值为3～6，然后在180℃条件下，搅拌反应2～24小时，冷却至室温，收集沉淀，用水或乙醇洗涤，干燥得石墨烯/钛酸锂复合纳米颗粒；
步骤三、将步骤二得到的石墨烯/钛酸锂复合纳米颗粒在惰性气体保护下，在650℃高温下炭化1～8小时，即可获得石墨烯/钛酸锂复合纳米材料。
3.根据权利要求2所述的车载新能源电池组，其特征在于：所述锂源为碳酸锂、硝酸锂、草酸锂、氢氧化锂或氧化锂中的一种或多种；所述钛源为钛酸四异丙酯、钛酸甲酯、异丙醇钛、四氯化钛或硝酸钛中的一种或多种；水溶性聚合物是聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚丙烯腈。
4.根据权利要求2或3所述的车载新能源电池组，其特征在于：所述电极载体为冲压金属、泡沫状金属或网状金属纤维煅烧体；隔膜为高孔率聚丙烯微孔膜；所述纤维素基聚合物粘结剂选自羧甲基纤维素(CMC)，甲基纤维素，乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素或羟丙基乙基纤维素中的一种或两种组合。
5.根据权利要求4所述的车载新能源电池组，其特征在于：所述电解液包括含有环状碳酸酯和内酯类化合物的有机溶剂以及锂盐；所述有机溶剂由质量百分含量为2～18％的环状碳酸酯、质量百分含量为6～48％的内酯类化合物和质量百分含量为34～92％的低粘度溶剂组成。
6.根据权利要求5所述的车载新能源电池组，其特征在于：所述环状碳酸酯为碳酸亚乙基酯、碳酸亚丙基酯、碳酸亚乙烯基酯、碳酸亚丁基酯；所述内酯类化合物为β-丁内酯、γ-戊内酯、γ-己内酯、γ-庚内酯或γ-辛内酯中的一种；所述低粘度溶剂为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲基丙基酯(MPC)、碳酸乙基丙基酯(EPC)或碳酸甲基乙基酯(MEC)中的一种；所述锂盐为LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4或LiCF3SO3中的一种。
7.根据权利要求1、2或6任一项所述的车载新能源电池组，其特征在于：所述空气冷却装置(4)包括散热套筒(4a)和套筒固定座(4b)，该套筒固定座(4b)位于所述空间分隔板(12)的下方，该散热套筒(4a)固定设置在所述电池箱(1)的箱底和套筒固定座(4b)之间，所述套筒固定座(4b)与所述空间分隔板(12)之间设有第一闸门(5)，所述套筒固定座(4b)与所述封闭式箱体(11)正对的箱壁之间分别设有第二闸门(6)和第三闸门(7)，所述第二闸门(6)位于电池放置区(a)下方，所述第三闸门(7)位于所述散热区(b)下方，所述第一闸门(5)，第二闸门(6)和第三闸门(7)上均设有闸门控制器。
8.根据权利要求5或6所述的车载新能源电池组，其特征在于：所述电池固定架(3)包括水平支撑板(3a)，所述水平支撑板(3a)上开设有所述通气孔(8)，该水平支撑板(3a)的侧边分别与相应的所述电池箱(1)的内壁和空间分隔板(12)抵紧，多个所述电池本体(2)放置在所述水平支撑板(3a)上，相邻两个所述电池本体(2)之间设有电池隔板(3b)，所述电池隔板(3b)的下端与所述水平支撑板(3a)的上表面固定连接。
9.根据权利要求7所述的车载新能源电池组，其特征在于：所述散热套筒(4a)为网孔材质，该散热套筒(4a)内设有蛇形冷凝管(4c)，该蛇形冷凝管(4c)的两端均穿出所述电池箱(1)的箱壁。
10.根据权利要求8所述的车载新能源电池组，其特征在于：所述空间分隔板(12)的上端与所述电池箱(1)顶板固定连接，所述空间分隔板(12)的下端面与所述水平支撑板(3a)同一水平面，所述空间分隔板(12)上开设有进风口(9)，该进风口(9)位于所述电池隔板(3b)的上端和所述风扇(7)之间。
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