自热电池集流体、自热电芯及自热电池的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，尤其是涉及自热电池集流体、自热电芯及自热电池。


背景技术：

2.动力电池的安全性能成为用户购买电动汽车的重要考量；可以说，能否持续保持均衡的电池电化学反应温度，已成为固态电池商业化应用的拦路虎。
3.目前，所采用的电池加热方法多数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，部分内加热方法是用石墨烯发热膜在电池外壳内部包裹电芯通电后发热，在液态电池采用效果明显，因为液态电池只需要在充电时维持温度在40℃以下。如果长期维持80℃左右温度，发热膜面积过小而需要发热膜比功率特别高，维持加热的电压也需要更高。如果现有比功率发热膜以3.7伏电压供电加热需要耗时54小时，也就是说低压供电无法将电池从-20℃低温环境加热到 40℃，更加无法维持固态电池80℃；如果调高小面积发热膜比功率则容易导致局部过热，工程实现难度大；而专用发热膜面积过大则会降低电池的体积能量密度和质量能量密度，影响电池性能。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出了自热电池集流体、自热电芯及自热电池。
5.根据本实用新型第一方面实施例的自热电池集流体，包括：
6.基材；
7.石墨烯发热层，其涂覆于所述基材上；
8.第一导电带和第二导电带，所述第一导电带和所述第二导电带相对分设于基材表面两侧并与所述石墨烯发热层接触；
9.封装层，其覆盖在所述基材上，与所述基材形成一个封闭夹层，所述封闭夹层完全包裹所述第一导电带、所述第二导电带以及所述石墨烯发热层；
10.集流导体层，其涂覆于远离所述石墨烯发热层的基材外表面。
11.根据本实用新型实施例的自热电池集流体，通过将集流导体层涂覆于石墨烯发热层的基材外表面，与石墨烯发热层配合加热，使其在加热空间小的条件下能达到发热片面积大的技术效果，使其发热膜发热比功率小，可以在低电压小电流状态下长时间发热，有利于长期维持固态电池所需最佳均衡温度，有利于固态电池从实验室走向商业化量产。
12.根据本实用新型第二方面实施例的自热电池集流体，包括上述实施例的部分自热电池集流体，具体为将集流导体层涂覆于远离所述石墨烯发热层的封装层外表面，使其与石墨烯发热层配合加热，使其在加热空间小的条件下能达到发热片面积大的技术效果，使其发热膜发热比功率小，可以在低电压小电流状态下长时间发热，有利于长期维持固态电池所需最佳均衡温度。
13.根据本实用新型第三方面实施例的自热电池集流体，包括远离所述石墨烯发热层的基材外表面和远离所述石墨烯发热层的封装层外表面均涂覆有集流导体层，使其与石墨烯发热层配合加热，使其在加热空间小的条件下能达到发热片面积大的技术效果，使其发热膜发热比功率小，可以在低电压小电流状态下长时间发热，有利于长期维持固态电池所需最佳均衡温度；可以在双面集流导体层上同时涂覆正极活性材料或负极活性材料，以便减少电池集流体、隔膜和固态电解质用量，提高电池能量密度，降低电池成本。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述集流导体层厚度为50～800nm，在保证整体体积小的情况下搭配石墨烯发热层协同加热维持一个较好的发热效果和集电流效果。
15.根据本实用新型的一些实施例，所述石墨烯发热层呈扶梯状，包括若干根条纹部以及平行分布在若干根条纹部两侧的边缘部，若干根所述条纹部之间间隔范围为0～5mm，所述石墨烯发热层厚度为5～500nm，以满足自热电池集流体整体达到发热膜发热比功率小，可以在低电压小电流状态下长时间发热，有利于长期维持固态电池所需最佳均衡温度的效果。
16.根据本实用新型的一些实施例，所述第一导电带上连接有第一供电线，所述第二导电带上连接有第二供电线，便于连接外部供电进行加热。
17.根据本实用新型第四方面实施例的自热电芯，其中包括采用上述的自热电池集流体对电芯进行加热。
18.根据本实用新型第五方面实施例的自热电池，其中包括采用上述的自热电芯对电池内部进行加热。
19.根据本实用新型第六方面实施例一种自热电池集流体制备方法，其中，包括：
20.切割自热电池集流体的第一基材；
21.将石墨烯电热材料进行称重计量；
22.将称量计量好的石墨烯电热材料倒入搅拌罐中，开动搅拌机，搅拌转速3000～5000 转/小时，搅拌2小时；
23.降低搅拌机速度至400～800转/小时，加入消泡剂，搅拌0.5小时得到均匀石墨烯电热浆料；
24.将均匀石墨烯电热浆料装桶出料；
25.利用预置丝网印制板将石墨烯电热浆料丝网印刷至第一基材上得石墨烯发热层，并使其在第一基材上呈等宽爬梯状；
26.在石墨烯发热层两侧的边缘部上印制导电带，得到自热集流体石墨烯加热膜半成品；
27.对自热集流体石墨烯加热膜半成品覆盖封装材料，进行绝缘防腐蚀封装，得到自热集流体石墨烯加热膜；
28.将自热集流体石墨烯加热膜做如下处理可得不同类型自热集流体：
29.(a)将自热集流体石墨烯加热膜作为第二基材，纯铝作为靶材，在磁控溅射设备中镀铝膜，得到单面导体层正极自热集流体；
30.(b)将单面导体层正极自热集流体未镀膜的面作为第三基材，纯铝作为靶材，在磁控溅射设备中镀铝膜，得双面导体层正极自热集流体；
31.(c)将自热集流体石墨烯加热膜作为第二基材，纯铜作为靶材，在磁控溅射设备中
镀铜膜，得到单面导体层负极自热集流体；
32.(d)将单面导体层负极自热集流体未镀膜的面作为第三基材，纯铜作为靶材，在磁控溅射设备中镀铜膜，得双面导体层负极自热集流体。
33.根据本实用新型实施例的自热电池集流体制备方法，通过在均匀制得的自热集流体石墨烯加热膜半成品外表面上选择性的镀好集流导体层，使其与石墨烯发热层配合加热，在加热空间小的条件下具备发热片面积大的优势，从而实现发热膜发热比功率小，可以在低电压小电流状态下长时间发热的效果，有利于长期维持固态电池所需最佳均衡温度。
34.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
35.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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。
36.图1是根据本实用新型实施例1的自热电池集流体的底部剖开结构示意图；
37.图2是根据图1的a部放大示意图；
38.图3是根据本实用新型实施例1的自热电池集流体的内部结构示意图；
39.图4是根据本实用新型实施例1或3的石墨烯发热层结构示意图；
40.图5是根据本实用新型实施例4的自热电池集流体的底部剖开结构示意图；
41.图6是根据本实用新型实施例5的自热电池集流体的底部剖开结构示意图；
42.附图标记：
43.100、基材；200、石墨烯发热层；300、第一导电带；400、第二导电带；500、第一供电线；600、第二供电线；700、封装层；800集流导体层；
44.210、边缘部；220、条纹部。
具体实施方式
45.下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
46.实施例1
47.参阅图1-图3所示，根据本实用新型第一方面实施例的自热电池集流体，包括：
48.基材(5-7um厚超薄聚酰亚胺pi或涤纶树脂pet)100；
49.石墨烯发热层200，其涂覆于所述基材100上；
50.第一导电带300和第二导电带400，所述第一导电带300和所述第二导电带400相对分设于基材100表面两侧并与所述石墨烯发热层200接触；
51.封装层700，其覆盖在所述基材100上，与所述基材100形成一个封闭空腔，所述封闭空腔完全包裹所述第一导电带300、所述第二导电带400以及所述石墨烯发热层200，用于封装所述石墨烯发热层200、第一导电带300和第二导电带400；
52.集流导体层800，其涂覆于远离所述石墨烯发热层200的基材100外表面。
53.根据本实用新型实施例的自热电池集流体，总厚度11-15um，与常用铝集流体的厚度相当，比质量约为1.2mg/cm2,仅为常用铝集流体的三分之一左右，有利于提高电池质量能量密度，通过将集流导体层涂覆于石墨烯发热层200的基材100外表面，与石墨烯发热层200配合加热，使其在加热空间小的条件下能达到发热片面积大的技术效果，使其发热膜发热比功率小，可以在低电压小电流状态下长时间发热，有利于长期维持固态电池所需最佳均衡温度。
54.具体地，所述第一导电带300上连接有第一供电线500，所述第二导电带400上连接有第二供电线600，便于连接外部供电进行加热。
55.具体地，封装层700为5-7um厚超薄聚酰亚胺pi。
56.具体地，封装层700为5-7um厚涤纶树脂pet。
57.实施例2
58.参阅图1和图2所示，在实施例1的基础上，所述集流导体层800厚度为50～800nm，在保证整体体积小的情况下搭配石墨烯发热层协同加热维持一个较好的发热效果和集电流效果。
59.实施例3
60.参阅图2-图4所示，在实施例1的基础上，所述石墨烯发热层200呈等宽爬梯状，包括若干根条纹部220以及平行分布在若干根条纹部220两侧的边缘部210，若干根所述条纹部220之间间隔范围为0～5mm，所述石墨烯发热层200厚度为5～500nm，以满足自热电池集流体整体达到发热膜发热比功率小，可以在低电压小电流状态下长时间发热，有利于长期维持固态电池所需最佳均衡温度的效果。
61.实施例4
62.参阅图5所示，包括上述实施例1的部分自热电池集流体，具体为将集流导体层800 涂覆于远离所述石墨烯发热层200的封装层700外表面，使其与石墨烯发热层200配合加热，使其在加热空间小的条件下能达到发热片面积大的技术效果，使其发热膜发热比功率小，可以在低电压小电流状态下长时间发热，有利于长期维持固态电池所需最佳均衡温度。
63.实施例5
64.参阅图6所示，包括上述实施例1的部分自热电池集流体，具体为在远离所述石墨烯发热层200的基材100外表面和远离所述石墨烯发热层200的封装层700外表面均涂覆有集流导体层800，使其与石墨烯发热层200配合加热，使其在加热空间小的条件下能达到发热片面积大的技术效果，使其发热膜发热比功率小，可以在低电压小电流状态下长时间发热，有利于长期维持固态电池所需最佳均衡温度；可以在双面集流导体层上同时涂覆正极活性材料或负极活性材料，以便减少电池集流体、隔膜和固态电解质用量，提高电池能量密度，降低电池成本。
65.实施例6
66.本实施例提供一种自热固态电池，其中包括采用上述的自热电池集流体对固态电池内部进行加热。
67.实施例7
68.本实施例提供一种自热液态电池，其中包括采用上述的自热电池集流体对液态电池内部进行加热，可彻底改变电池低温容量缩水问题，提高液态电池的充电速度、使用寿命
500～900nm，得到自热集流体石墨烯加热膜半成品；
91.对自热集流体石墨烯加热膜半成品覆盖封装材料(pi或pet)，厚度5um～7um，进行绝缘防腐蚀封装，得到自热集流体石墨烯加热膜；
92.将自热集流体石墨烯加热膜做如下处理可得单双面两种类型自热集流体：
93.(c)将自热集流体石墨烯加热膜作为第二基材，纯铜作为靶材，在磁控溅射设备中镀铜膜，得到单面导体层负极自热集流体；
94.(d)将单面导体层负极自热集流体未镀膜的面作为第三基材，纯铜作为靶材，在磁控溅射设备中镀铜膜，得双面导体层负极自热集流体。
95.实施例10
96.本实施例在实施例9的基础上，选择镀铝膜厚度为50nm～800nm，在实施例10的基础上，选择镀铜膜厚度50nm～800nm，以保证集电流效果。
97.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对实用新型的限制。
98.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
99.显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性可以包含在本实施例申请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相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或是备选的实施例。本领域技术人员可以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。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
100.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。