專利名稱：動力鋰離子二次電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鋰離子二次電池組，更具體地說是涉及一種使用在電動車輛、大中型通訊設(shè)備等方面的動力鋰離子二次電池組。
背景技術(shù)：
近年來，由于環(huán)保以及節(jié)能的要求，人們迫切需要尋找高效率而又潔凈的動力源，而動力電池則是一種比較好的選擇。
目前，已經(jīng)有多種動力電池正在研制和開發(fā)當中，例如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鈉硫電池、鋅空氣電池、飛輪電池、燃料電池、鋰離子電池等等。其中，鋅空氣電池、飛輪電池、燃料電池、鋰離子電池都被認為是作為動力電池發(fā)展的最佳選擇。
鋰離子二次電池中所使用的正極活性材料必須能夠提供大量的可以自由脫嵌和嵌入的鋰離子，目前研究較多的是富鋰的過渡金屬氧化物——鈷酸鋰(LiCoO2)、鎳酸鋰(LiNiO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)等。其中，目前已經(jīng)商品化的鈷酸鋰顯示出較穩(wěn)定的放電電壓和較高的比容量，但在商品化生產(chǎn)中存在著很多缺陷首先是鈷資源的短缺問題，目前世界上可采鈷資源含量僅為830萬噸；其次是價格問題，鈷的價格昂貴，是鎳的價格的20倍，是錳價格的40倍；另外，鈷酸鋰在安全性能上要比錳酸鋰差很多，其充電后產(chǎn)物的分解溫度要低于錳酸鋰充電后產(chǎn)物的分解溫度，尤其是用在動力電池這種大功率電池上，其安全隱患更加令人擔憂。鎳酸鋰正極材料的合成相當困難，在高容量化方面還存在許多亟待解決的問題，而且鎳酸鋰充電后產(chǎn)物分解溫度最低，基本無法應(yīng)用到大功率動力電池上。作為動力鋰離子二次電池正極活性材料的最佳選擇，錳酸鋰具有比能量較高、制備容易、成本低、安全性能、無污染等優(yōu)點。
錳酸鋰正極材料的缺點是高溫性能差，在溫度超過60℃時，對以錳酸鋰為正極材料的電池進行重放循環(huán)，其容量會迅速下降，在超過50次充放電循環(huán)后，其放電容量就會下降到初始放電容量的80％以下。為了解決這個問題，人們采用了多種方法，例如，改變錳酸鋰合成方法、對錳酸鋰進行陽離子和/或陰離子摻雜以及對錳酸鋰顆粒進行表面包覆等處理。這些處理方法對錳酸鋰材料的高溫性能有所改善，但沒有徹底解決此問題，并且這些方法或者因為制備過程繁瑣、要求嚴格等原因無法應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，或者是以降低材料的放電比容量為代價的。
既然錳酸鋰正極材料在高溫下壽命很差，可以讓以錳酸鋰為正極活性材料的電池脫離高溫環(huán)境，從而越過此問題。而動力鋰離子二次電池的最大問題正是充放電過程中產(chǎn)生的熱量過多。目前在電動自行車、混和動力汽車和電動汽車上，只使用風機對動力電池組進行風冷。利用風冷降溫，至多能將溫度降低至環(huán)境溫度附近，還必須有足夠大的功率。另外，由于缺少控制系統(tǒng)，不管動力電池組溫度是不是過高，目前使用的方法中風機一直運行，造成能源浪費。因此，目前對動力電池組進行風冷降溫的方法不僅消耗了大量的能量，還達不到令人滿意的效果。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種動力鋰離子二次電池組，其可以有效穩(wěn)定動力電池組在充放電過程中的溫度，以保證電極材料的活性，進而具有低能耗、高能量、價格便宜、安全性能好、使用壽命長、無污染等優(yōu)點。
本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種動力鋰離子二次電池組，包括由單體電池構(gòu)成的電池組和封裝的外殼，其特征在于在電池組外圍設(shè)置有一冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括一半導(dǎo)體制冷器和與其相連的一控制電路，其中，半導(dǎo)體制冷器靠向電池組的一面為制冷面，而另一面為散熱面。
上述設(shè)計中的冷卻系統(tǒng)進一步改進為所述冷卻系統(tǒng)還包括一導(dǎo)冷塊，所述半導(dǎo)體制冷器的制冷面涂上導(dǎo)熱硅膠后緊貼連接在導(dǎo)冷塊上。
所述冷卻系統(tǒng)還包括一風機，其與控制電路連接，且出風口朝向?qū)Ю鋲K。
所述的冷卻系統(tǒng)還包括一散熱塊，所述半導(dǎo)體制冷器的散熱面涂上導(dǎo)熱硅膠后緊貼連接在散熱塊上。
所述的冷卻系統(tǒng)還包括一熱敏電阻，其安裝在單體電池表面，并與控制電路連接。
所述的單體電池、動力電池組外殼、風機與導(dǎo)冷塊的相互之間留有空隙，空隙的大小控制在5mm～20mm之間。
本實用新型的優(yōu)點在于通過采用半導(dǎo)體制冷的方式來迅速降低動力電池組溫度，并且能夠?qū)囟冉档偷江h(huán)境溫度以下，另外，控制電路能夠根據(jù)動力電池組溫度的高低來控制半導(dǎo)體制冷器和風機是否運轉(zhuǎn)，有效穩(wěn)定動力電池組在充放電過程中的溫度，以保證電極材料的活性，進而使該動力電池組具有低能耗、高能量、價格便宜、安全性能好、使用壽命長、無污染等優(yōu)點。

圖1是本實用新型動力鋰離子二次電池組示意圖。
具體實施方式下面對本實用新型作出進一步的說明。
附圖符號說明1-半導(dǎo)體制冷器；2-導(dǎo)冷塊；3-散熱塊；4-控制電路；5-風機；6-熱敏電阻；7-單體電池；8-氣流方向。
這里的單體電池7是采用以錳酸鋰(LiMn2O4)為正極活性材料，人造石墨為負極活性材料，按照通用的方法制備而成的鋰離子二次電池，并將多個單體電池7組合成為動力電池組。
當然，所述的單體電池還可以采用以含有能嵌入及脫出鋰離子的鋰與過渡金屬的復(fù)合氧化物為正極活性物質(zhì)，更好的選擇是含有錳酸鋰或其派生物的材料，以化學(xué)式表示為LiMn2O4或LiMn2-xMxO4、LiMnO2或LiMn1-yMyO2，其中0≤x或y≤0.5。
采用以含有能嵌入及脫出鋰離子的碳材料為負極活性物質(zhì)，更好的選擇為天然石墨、人造石墨或這些石墨經(jīng)表面覆蓋有不定形碳改性后的產(chǎn)物。
下面詳細描述本實用新型的一種實施例。
請參閱圖1，本實用新型動力鋰離子二次電池組，包括由單體電池構(gòu)成的電池組和封裝的外殼，且其電池組外圍設(shè)置有一套冷卻系統(tǒng)，其中，該冷卻系統(tǒng)包括半導(dǎo)體制冷器1、導(dǎo)冷塊2、散熱塊3、控制電路4、風機5和熱敏電阻6。
半導(dǎo)體制冷器1與控制電路4連接，并由后者進行開啟關(guān)閉的控制。在安裝過程中，其靠向電池組的一面為制冷面，而另一面為散熱面，半導(dǎo)體制冷器1的制冷面是在涂上導(dǎo)熱硅膠后緊貼到導(dǎo)冷塊2上，而將熱面涂上導(dǎo)熱硅膠后緊貼到散熱塊3上，從而使導(dǎo)冷塊2、半導(dǎo)體制冷器1和散熱器塊3連接固定為一體。這樣，當其正常工作時，即有電池組直流電通過的時候，可以在制冷面吸熱，而在散熱面放熱。
導(dǎo)冷塊2可以使用導(dǎo)熱良好的金屬塊，如銅塊、鋁塊等等，其作用在于增大降溫面積的同時，防止空氣冷凝水的出現(xiàn)。
散熱塊3可以使用導(dǎo)熱性良好的金屬，并盡量增大其與空氣的接觸面積，其作用在于將半導(dǎo)體制冷器1產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，從而保證其正常運行。
風機5連接在控制電路4上，其作用在于將冷空氣分散到整個動力電池組中，因此要將風機5出風的方向?qū)蕦?dǎo)冷塊2。另外，圖1中8為氣流方向。
熱敏電阻6用于測定電池組溫度。為保證測定準確性，熱敏電阻6安放于遠離風機5的電池單體表面，并連接在控制電路4上，以傳遞采集到的電池溫度信號。
上述的半導(dǎo)體制冷器1和風機5的運行是由控制電路4進行控制的。當熱敏電阻6測得電池組的溫度超過設(shè)定溫度后，控制電路4會啟動半導(dǎo)體制冷器1和風機5；當熱敏電阻6測得溫度低于設(shè)定溫度后，控制電路4就會首先終止半導(dǎo)體制冷器1的運行，在30～60秒后終止風機5的運行。先終止半導(dǎo)體制冷器1后再終止風機5可以避免動力電池組內(nèi)部局部過冷，而冷凝出空氣中的水導(dǎo)致動力電池組短路等現(xiàn)象的發(fā)生。只要可以實現(xiàn)上述功能，各種型號的控制電路4都可以在本實用新型中使用，在此不做詳細說明。
另外，根據(jù)電池組型號和大小的不同，可以適當調(diào)整該冷卻系統(tǒng)中半導(dǎo)體制冷器1、風機5的型號和數(shù)量，以保證具有更佳的制冷效果。
而且，該冷卻系統(tǒng)可以由動力電池組自身供電，也可以由另外的二次電池(組)供電。由于環(huán)境溫度的降低會提高動力電池組放電容量，只要選擇合適的半導(dǎo)體制冷器、風機型號和數(shù)量，就可以將所消耗的能量控制在由于溫度降低給動力電池組帶來的額外放電能量以下，也就是說，冷卻系統(tǒng)的增加并不會減少動力電池組能量的輸出。
另外要注意的是，電池單體之間、電池單體與動力電池組外殼之間，風機與導(dǎo)冷塊之間都留有空隙，便于空氣流通。空隙的大小控制在5mm～20mm之間。過大則不利于控制動力電池組的體積，過小則不利于空氣的流通。
權(quán)利要求1.一種動力鋰離子二次電池組，包括由單體電池構(gòu)成的電池組和封裝的外殼，其特征在于在電池組外圍還設(shè)置有一冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括一半導(dǎo)體制冷器和與其相連的一控制電路，其中，半導(dǎo)體制冷器靠向電池組的一面為制冷面，而另一面為散熱面。
2.如權(quán)利要求1所述動力鋰離子二次電池組，其特征在于所述冷卻系統(tǒng)還包括一導(dǎo)冷塊，所述半導(dǎo)體制冷器的制冷面涂上導(dǎo)熱硅膠后緊貼連接在導(dǎo)冷塊上。
3.如權(quán)利要求1所述動力鋰離子二次電池組，其特征在于所述冷卻系統(tǒng)還包括一風機，該風機與控制電路電連接，且出風口朝向?qū)Ю鋲K。
4.如權(quán)利要求1所述動力鋰離子二次電池組，其特征在于所述的冷卻系統(tǒng)還包括一散熱塊，所述半導(dǎo)體制冷器的散熱面涂上導(dǎo)熱硅膠后緊貼連接在散熱塊上。
5.如權(quán)利要求1所述動力鋰離子二次電池組，其特征在于所述的冷卻系統(tǒng)還包括一熱敏電阻，其安裝在單體電池表面，并與控制電路連接。
6.如權(quán)利要求1所述動力鋰離子二次電池組，其特征在于所述的單體電池、動力電池組外殼、風機與導(dǎo)冷塊的相互之間留有空隙，空隙的大小控制在5mm～20mm之間。
專利摘要一種動力鋰離子二次電池組，包括由單體電池構(gòu)成的電池組和封裝的外殼，其特征在于在電池組外圍還設(shè)置有一冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括一半導(dǎo)體制冷器和與其相連的一控制電路，其中，半導(dǎo)體制冷器靠向電池組的一面為制冷面，而另一面為散熱面，通過控制電路控制能夠使制冷面向電池組提供制冷，而散熱面進行散熱。通過采用半導(dǎo)體制冷的方式來迅速降低動力電池組溫度，進而使該動力電池組具有低能耗、高能量、價格便宜、安全性能好、使用壽命長、無污染等優(yōu)點。
文檔編號H01M10/50GK2665947SQ0327431
公開日2004年12月22日 申請日期2003年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者王傳福, 姜占鋒, 董俊卿 申請人:比亞迪股份有限公司