CN108736104A - 一种耐高温电池 - Google Patents

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Abstract

本申请属于电源的技术领域，尤其涉及一种耐高温电池。本申请提供了一种耐高温电池，包括：电池、相变材料层和绝热层；所述相变材料层包裹所述电池的外壁，且所述相变材料层不包裹所述电池的正极和负极；所述绝热层包裹在所述相变材料层的外部。本申请提供了一种耐高温电池，能有效解决电池在高温环境下其热量容易积累导致的寿命短、容易发生热失控起火的技术缺陷。

Description

一种耐高温电池
技术领域
本申请属于电源的技术领域，尤其涉及一种耐高温电池。
背景技术
近年来，随着智能电网的发展，电网自动化程度不断提高，很多电网自动化设备都具备了遥测、遥信、遥控功能，这些设备里大多装设有后备电源，以保证停电时故障的快速处理。以配网自动化站所终端为例，其主供电源一般取自电压互感器，当主供电源停电时，后备电源需要满足配网自动化站所终端和通信装置一段时间的正常工作，并确保开关若干次可靠分合闸操作，保证故障信息可靠地上传到主站供故障判断之用，同时在恢复区域供电前将故障隔离到最小范围，缩短停电时间。
目前，国内配网自动化站所终端的后备电源主要采用铅酸蓄电池，部分选用锂离子电池，少部分采用超级电容器。由于这些自动化设备的工作环境恶劣(温度范围宽，湿度变化大)，导致配网自动化站所终端后备电源可靠性较差、寿命短。特别是在我国南方地区夏天的高温天气，且配网自动化站所终端多为密闭设备，热量容易积累，其内部温度可达70℃以上；高温使得铅酸蓄电池寿命大幅度缩短，实际使用寿命仅为1～2年。如果选用锂离子电池，则在这样的高温下，寿命也同样衰减严重，仅为3年左右，同时电池发生热失控的风险大大增加，国内已有DTU锂离子电池后备电源起火的报道。这样的高温环境下，后备电源使用寿命与自动化设备的使用寿命是严重不对等的，但由于配网自动化设备的数量大、分布范围广，更换维护需要大量人力物力，难以实施，这也导致部分配网自动化设备没有发挥出其应有的作用，严重影响其功能的实现。
如何避免电池在高温环境下其热量容易积累导致的寿命短、容易发生热失控起火的现象，进而保证电池使用的安全，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
申请内容
有鉴于此，本申请提供了一种耐高温电池，能有效解决电池在高温环境下其热量容易积累导致的寿命短、容易发生热失控起火的技术缺陷。
本申请提供了一种耐高温电池，包括：电池、相变材料层和绝热层；
所述相变材料层包裹所述电池的外壁，且所述相变材料层不包裹所述电池的正极和负极；
所述绝热层包裹在所述相变材料层的外部。
其中，绝热层可以完全包裹住相变材料层和电池，也可以是不只包裹全部或部分相变材料层。
作为优选，所述相变材料层的制备方法为：将石蜡、导热材料、高分子材料、阻燃材料和稳定剂加热混合后倒入模具，冷却制得。
作为优选，所述相变材料层的相变温度为35℃～55℃。
更为优选的，所述相变材料层的相变温度为40℃-55℃。
作为优选，所述绝热层的导热系数小于或等于0.1W/m·K。
作为优选，所述电池为电池组，所述电池组为相互并联或串联的多个电池单体的组合。
作为优选，所述电池单体为锂离子电池、钠离子电池或铅酸蓄电池。
作为优选，所述绝热层为真空绝热板、气凝胶毡、石棉、岩棉、泡沫玻璃、陶瓷纤维、热反射玻璃、中空玻璃或气凝胶。
作为优选，所述绝热层为真空绝热板、气凝胶毡、石棉、岩棉、泡沫玻璃、陶瓷纤维、热反射玻璃或中空玻璃，所述绝热层通过粘合剂粘合在所述相变材料层的外部。
作为优选，所述绝热层为气凝胶，所述气凝胶制作成浆料后涂覆在所述相变材料层的外部，形成绝热层。
其中，所述气凝胶为氧化物气凝胶或/和硅酸盐气凝胶，硅酸盐气凝胶指的是硅、氧与其它化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的气凝胶。
优选的，所述氧化物气凝胶为二氧化硅气凝胶或/和氧化铝气凝胶。
作为优选，还包括壳体，所述壳体***述相变材料层和所述绝热层从内到外依次包裹的所述电池。
本申请提供了一种基于相变材料和绝热材料的耐高温电池，包括：电池、相变材料层和绝热层；所述相变材料层包裹所述电池的外壁，且所述相变材料层不包裹所述电池的正极和负极；所述绝热层包裹在所述相变材料层的外部。相变材料层为含石蜡的复合相变材料；本申请能够在外部是高温环境下工作，当外部环境的温度高于相变材料层的相变温度时，由于绝热层的阻隔作用，外部热量难以快速、大量地传递至相变材料中，相变材料保持在较低的温度范围内。当内部电池由于工作过程产热，电池的表面温度达到相变材料层的相变温度时，相变材料层吸收电池的热量，使电池保持在合适的工作温度，同时还能使电池组的各电池单体的温差保持在5℃以内，从而提高其温度均匀性，并显著地延长其使用寿命。当外部环境温度低于相变温度后，相变材料层吸收的热量再次逐步向外部环境转移，相变材料层的温度再次恢复至相变温度以下，由于相变材料层的相变温度为35℃～55℃之间，在户外环境中，环境温度高于相变温度的时间较短(主要为白天中午至下午时段)，相变材料层吸收热量后有足够时间逐渐向外部环境再次释放热量。
包裹电池的相变材料层可以吸收电池在充电、放电时释放的热量，相变材料层的特性能够使被包裹的电池的温度控制在其相变温度以下，避免电池在高温情况下运行，延长电池的使用寿命。包裹电池的相变材料层凭借较高的导热和吸热特性能够有效降低各单体电池表面的温差，使电池的表面的温度更加均匀，从而避免电池一致性的劣化，有助于延长电池的使用寿命。
相变材料层外部被绝热层包裹，绝热层减少了电池在高温环境下的外部环境热量传递至相变材料层和电池的内部，使电池处于高温环境下，相变材料层的温度也不容易升高至相变温度以上。
因此，绝热层和相变材料层的配合使用，将电池的工作环境保持在合适的温度，降低了电池发生热失控的风险。使用的相变材料层和绝热层具有良好的结构稳定性，即使温度超过了相变温度，也不会引起漏液或者结构的坍塌。利用相变材料层的吸热作用和绝热层的隔热作用，使电源内的电池保持在合适的温度下工作，防止在高温环境下电池温度过高，可延长电池使用寿命，并降低电池发生热失控的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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。
图1示本申请的发明提供的耐高温电池的结构图；
其中，图中标号：1-相变材料层、2-绝热层、3-连接片、4-电池、5-电池管理电路板、6-连接导线、7-电源箱盖板、8-可容纳电池的外壳。
具体实施方式
本申请提供了一种耐高温电池，用于解决电池在高温环境下其热量容易积累导致的寿命短、容易发生热失控起火的技术缺陷。
下面将对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
其中，以下实施例所用的原料均为自制或市售。
请参阅图1，本申请提供具体的实施方式，为一种后备电池，其组成包括：电池4、相变材料层1、绝热层2、可容纳电池的外壳8；相变材料层1包裹电池4的外壁，且相变材料层1不包裹电池4的正极和负极；绝热层2包裹在相变材料层1的外部，外壳8收容相变材料层1和绝热层2从内到外依次包裹的电池4，多个电池4相互间使用连接片3并联或串联，在后备电池内还设有连接导线6的一端与电池4连接，连接导线6的另一端与电池管理电路板5连接，电池管理电路板5实时监测电池4的性能参数，在外壳8的顶部固定电源箱盖板7。
一部分相互并联或串联的多个电池4与正极导线连接，另一部分相互并联或串联的多个电池4与负极导线连接，在图1中并未体现。
在本实施例中，绝热层2包裹在相变材料层1的侧面，与电池正负极同一面的相变材料层不包覆绝热层，或只包裹其中一面相变材料层，剩下未包裹相变材料层的部分用于散热。
在一些实施例中，相变材料层的制备方法为：将石蜡、导热材料、高分子材料、阻燃材料和稳定剂加热混合后倒入模具，冷却制得。相变材料层可以为自制或市售得到。
为了使得本申请的耐高温电池更耐热，相变材料层的相变温度为40℃～55℃，更优选为45℃～50℃。
同时，为了使得本申请的耐高温电池不受外界的高温影响，绝热层的导热系数小于或等于0.1W/m K，更优选为绝热层的导热系数小于或等于 0.02W/mK。
在一些实施例中，电池4可以为电池组(电池组为相互并联或串联的多个电池单体的组合)或者单个电池，单个电池为锂离子电池、钠离子电池或铅酸蓄电池。
在一些实施例中，绝热层可以为真空绝热板、气凝胶毡、石棉、岩棉、泡沫玻璃、陶瓷纤维、热反射玻璃、中空玻璃或气凝胶，优选为真空绝热板或气凝胶毡。
其中，当绝热层为真空绝热板、气凝胶毡、石棉、岩棉、泡沫玻璃、陶瓷纤维、热反射玻璃或中空玻璃时，绝热层通过粘合剂粘合包裹在相变材料层的外部。当绝热层为气凝胶时，气凝胶制作成浆料后涂覆在相变材料层的外部，形成绝热层。
本申请还提供具体的实施方式的对比例，具体方法如下：
1、制备不使用相变材料层和绝热层包裹电池的对照组1，步骤如下：
通过导电连接片将电池焊接成组并固定在电源箱中，用连接导线将电池管理电路板和导电连接片通过锡焊连接起来，使电池管理电路板可控制电池组中的电流和电压，最后加上电源箱盖板，然后检测电池的温度以及测定电源的额定容量保持率，结果如表1。
2、制备仅使用相变材料层包裹电池的对照组2，步骤如下：
将电池放置在成型的相变材料层(相变材料层可在市场上购买到成熟产品，相变点为48℃)内，相变材料层可在市场上购买到成熟产品，在相变材料层中保留电池相应大小的圆孔，使电池可***相变材料层内并被相变材料层包覆电池侧面，留有正负极；通过导电连接片将电池焊接成组并固定在电源箱中，用连接导线将电池管理电路板和导电连接片通过锡焊连接起来，使电池管理电路板可控制电池组中的电流和电压，最后加上电源箱盖板，然后检测电池的温度以及测定电源的额定容量保持率，结果如表1。
3、制备使用相变材料层和绝热层包裹电池的实验组，步骤如下：
电池放置在成型的相变材料层(相变材料层可在市场上购买到成熟产品，相变点为48℃，与对照组2的相变材料一致)内，在相变材料层中保留电池相应大小的圆孔，使电池可***相变材料层内并被相变材料层包覆电池侧面，留有正负极；在相变材料层的侧面涂布一层氧化铝气凝胶，再在绝缘胶表面粘贴一层保温胶带，保温胶带既可以起到固定绝热气凝胶的作用，同时也具有保温绝热作用。然后，通过导电连接片将电池焊接成组并固定在电源箱中，用连接导线将电池管理电路板和导电连接片通过锡焊连接起来，使电池管理电路板可控制电池组中的电流和电压，最后加上电源箱盖板，然后检测电池的温度以及测定电源的额定容量保持率，结果如表1。
表1
从表1可知，使用本申请的耐高温电池可以在50℃环境搁置1小时后保持电池的温度35℃～40℃，比对照组1和对照组2都低，本申请的耐高温电池在满电状态下的电源在50℃环境下搁置4小时后，再在25℃环境下搁置20 小时，重复以上两个步骤30次后，电源的额定容量保持率大于90％，比对照组1和对照组2的保持率都高。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种耐高温电池，其特征在于，包括：电池、相变材料层和绝热层；
所述相变材料层包裹所述电池的外壁，且所述相变材料层不包裹所述电池的正极和负极；
所述绝热层包裹在所述相变材料层的外部。
2.根据权利要求1所述的耐高温电池，其特征在于，所述相变材料层的制备方法为：将石蜡、导热材料、高分子材料、阻燃材料和稳定剂加热混合后倒入模具，冷却制得。
3.根据权利要求1所述的耐高温电池，其特征在于，所述相变材料层的相变温度为35℃～55℃。
4.根据权利要求1所述的耐高温电池，其特征在于，所述绝热层的导热系数小于或等于0.1W/m·K。
5.根据权利要求1所述的耐高温电池，其特征在于，所述电池为电池组，所述电池组为相互并联或串联的多个电池单体的组合。
6.根据权利要求5所述的耐高温电池，其特征在于，所述电池单体为锂离子电池、钠离子电池或铅酸蓄电池。
7.根据权利要求1所述的耐高温电池，其特征在于，所述绝热层为真空绝热板、气凝胶毡、石棉、岩棉、泡沫玻璃、陶瓷纤维、热反射玻璃、中空玻璃或气凝胶。
8.根据权利要求7所述的耐高温电池，其特征在于，所述绝热层为真空绝热板、气凝胶毡、石棉、岩棉、泡沫玻璃、陶瓷纤维、热反射玻璃或中空玻璃，所述绝热层通过粘合剂粘合在所述相变材料层的外部。
9.根据权利要求7所述的耐高温电池，其特征在于，所述绝热层为气凝胶，所述气凝胶制作成浆料后涂覆在所述相变材料层的外部，形成绝热层。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的耐高温电池，其特征在于，所述耐高温电池还包括壳体，所述壳体***述相变材料层和所述绝热层从内到外依次包裹的所述电池。
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