CN101369640B - 阻燃电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃电池，涉及电池阻燃技术，为解决现有电池阻燃效果不佳而提出，所采用的技术方案是：阻燃电池，包括有电芯，所述电芯中充有电解液，所述电芯中置有盛放阻燃剂的密闭容器。本发明实现简单，正常情况下不影响电池性能也能保证电池的安全性。当电池出现安全事故之前，密闭容器能够瞬时打开，阻燃剂流入电芯的内部，从而保证电池的安全性能。

Description

阻燃电池

技术领域

本发明涉及电池阻燃技术，尤其涉及一种使用了阻燃剂的阻燃电池。

背景技术

电池的应用范围非常广泛，手电筒、收音机、汽车、电子手表、CD唱机、移动电话、MP3、照相机、摄影机等都需要使用到电池。电池已经成为人类社会必不可少的便捷能源。

目前，随着人们环保意识的目益增加，铅、镍、镉等有损于环境的电池正日益受到限制，而更环保、电容量更大的锂离子电池已成为当前应用最广泛的电池。由于锂是一种化学性质非常活跃的元素，在受外力破坏瞬间易起火、爆炸，而锂离子电池的电解液也不稳定，锂离子电池在内部短路或过充电时会发生燃烧或爆炸，因此，锂离子电池加工过程中一般需进行防爆炸处理。例如采用在高压下可以打开的盖帽结构，电池内部压强达到一定值后，电芯盖帽即会脱落而防止电池爆炸；锂离子电池电路中使用正温度系数电阻，从而阻止电流过大引起爆炸；也可以采用热熔保险丝来防止电池的电流过大来保护电池。但是，一旦由于温度过高或其它原因导致电池内部电解液和电极材料发生化学反应，将会在瞬间放出大量热量，其反应速率是非常高的，上述的外部响应措施并不能真正解决电池的安全问题。

针对电池的安全问题，目前很多人提出在电解液中添加阻燃剂的方法来防止电解液燃烧，以此提高电池的安全性。如公开号为CN1667864A的中国发明专利申请公开了一种用于液态或凝胶态锂离子电池的含磷阻燃添加剂，可溶解于锂离子电池专用的有机电解液或凝胶态电解质中，极大地降低了电解液的燃烧性，提高生产和使用的安全性。公开号为CN1343647A的中国发明专利申请公开了一种锂离子电池电解液用联苯的精制方法，联苯用于非水电解液后，电解液不变色，电导率无明显变化，能够延长锂离子电池过充电的耐受时间，起到安全保护作用。就目前而言，无论是在电解液中添加哪种阻燃剂，在电解液与阻燃剂长期接触过程中均会发生副反应，从而降低了电池中电解液的离子电导性，使电池寿命减少，降低了电池的综合性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种阻燃电池，既能防止电池爆炸又不会影响电池性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种阻燃电池，包括有电芯，所述电芯中充有电解液，所述电芯中置有盛放阻燃剂的密闭容器。

其中，所述密闭容器的壳体由绝缘材料制成。

其中，所述密闭容器壳体材料的熔点或熔融温度为50℃～150℃；所述密闭容器的制作材料包括但不限于：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、含氟的聚合物及其衍生物。

其中，所述密闭容器的最大承压值为0.2Mpa～200Mpa；所述密闭容器壳体材料的最大承压值为0.2Mpa～200Mpa。

其中，所述密闭容器为一个或一个以上。

其中，所述密闭容器的形状包括但不限于：方形、球形、圆柱形。

本发明在电池电芯中设置盛放阻燃剂的密闭容器，该密闭容器由熔点较低的材料制成，在电芯内部温度升高到一定温度而又未致使电芯爆炸时，密闭容器即熔化掉，密闭容器中的阻燃剂流入到电芯内的电解液中，阻止电解液反应，从而阻止电池爆炸。或者，设计密闭容器的结构承压能力在0.2Mpa～200Mpa，在电芯内部压强升高到一定程度而又未致使电芯爆炸时，密闭容器即破裂而使其内的阻燃剂流入到电芯内的电解液中，阻止电解液反应，从而阻止电池爆炸。本发明实现简单，正常情况下不影响电池性能也能保证电池的安全性。当电池出现安全事故之前，密闭容器能够瞬时打开，阻燃剂流入电芯的内部，从而保证电池的安全性能。

附图说明

图1为本发明电池的电芯组成结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：在电池电芯中设置盛放阻燃剂的密闭容器，该密闭容器由熔点较低的材料制成，或者，将密闭容器的结构承压能力设计得较低，在电芯内部温度升高到密闭容器材料熔点或压强升高到密闭容器结构设计压力时，密闭容器中阻燃剂流入到电芯内的电解液中，从而降低电芯中电解液的反应速度或阻止电解液的反应，从而达到防止电芯爆炸的目的。正常情况下，本发明的电池性能与正常的电池性能完全相同，且可防止爆炸。而当阻燃剂流入到电芯的电解液后，形成阻燃电解液，从而彻底避免电池燃烧或爆炸。以下结合附图对本发明进行详细描述。

电池一般包括电池外壳和电芯，其中，电芯是电池的核心部件，电池外壳包覆住电芯并保护电芯，使电芯正常工作。电芯中盛装有电解液，可以是液体或是胶凝体，不管是液体或是胶凝体的电解液，均是为插入到电解液中的正负电极提供反应源，在正负电极导通时电解液与正负电极发生离子置换反应，形成电流通路，提供电流。这就是著名的原电池原理，所有的电池都遵从这一原理。

图1为本发明电池的电芯组成结构示意图，如图1所示，本发明的电芯10内盛装有电解液(图中未示出)，正电极引脚12和负电极引脚13设置于电芯10上，正电极引脚12和负电极引脚13分别与插入到电解液中的正负电极(图中未示出)连接，当正电极引脚12和负电极引脚13接入到负荷电路时即向负载提供工作电流。如图1所示，本发明电芯10的电解液中还置有盛有阻燃剂的密闭容器11。以下结合具体实施例详细描述本发明。

实施例一

密闭容器11的材料为绝缘材料，该材料若为晶体，则其熔点为50℃～150℃，若为非晶体，其熔融温度为50℃～150℃，即在电芯10中电解液温度升高达到爆炸之前，密闭容器11熔化掉而使其内的阻燃剂流到电解液中，从而阻止电解液化学反应，阻止电芯爆炸。不同电池的电解液性能不同，电解液化学反应的临界温度也不同，上述密闭容器11的材料熔点或熔融温度是考虑到目前的电池的不同电解液的特性而提出的一个范围值，本领域技术人员应当理解，根据具体的电池中的电解液的特性，密闭容器11的材料熔点或熔融温度也是不同的。以锂离子电池为例，所选用的电解液的活性也不完全相同，一般选择密闭容器11的材料熔点或熔融温度在82℃～120℃之间。对于一般的锂离子电池，选用熔点或熔融温度为90℃的材料制作密闭容器11比较合适。本领域普通技术人员应当理解，在低熔点或熔融温度材料制成密闭容器11中盛放阻燃剂、并置放于电池电芯的方法同样适合于其他电池的防爆炸，如同样适用于铅、镍、镉等电池中，只不过制作密闭容器11的材料的熔点或熔融温度与这些电池电解液的反应温度适配，在发生爆炸前密闭容器11能熔掉即可，并且，密闭容器11中盛放阻燃剂与锂离子电池不同而已。

本发明中，密闭容器11的制作材料可选用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、含氟的聚合物及其衍生物等。之所以选用这些材料，因为这些材料的熔融温度不高，且可通过其分子量的大小来控制其熔融温度，因此比较适合用作本发明的密闭容器11的材料。当然，满足本发明熔融温度要求的其他绝缘材料也可应用，上述材料示例并不是对本发明密闭容器11制作材料的限制。

密闭容器11内盛装的阻燃剂一般占电池电解液体积比0.5％～8％，具体与阻燃剂的性能以及电解液的化学活性有关，关于这一点，可参见本发明背景技术部分所引的几篇专利文献，由于该部分并不是本发明的重点，这里不再赘述。以普通手机用锂离子电池以及一般的含磷阻燃剂为例，阻燃剂一般占电池电解液体积比2％即可达到防止电池爆炸的目的。

为使本发明的阻燃剂使用效果更佳，在一个电池电芯10中可置放多个密闭容器11，这样，阻燃剂在电芯10电解液中的分布将更均匀，达到的阻燃效果更佳。不管所采用的密闭容器11的个数有多少，阻燃剂与电解液的体积比是基本不变的，也就是说，一个电芯10中所置放的阻燃剂总量是基本不变的。

本发明密闭容器11的形状不限，可以是方形、球形、圆柱形等形状。密闭容器11可位于电芯10内的任何位置。

实施例二

设计密闭容器11整体结构的最大承压为0.2Mpa～200Mpa，即在电芯10中压强升高达到爆炸之前，密闭容器11破裂掉而使其内的阻燃剂流到电解液中，从而阻止电解液化学反应，防止电芯爆炸。不同电芯10的最大承压值不同，以普通手机用锂离子电池为例，电芯的承压值一般在75Mpa～150Mpa，而考虑到阻燃剂的性能以及对电解液反应的可控性，一般在电芯10内压强达到2Mpa～25Mpa即须对反应的电解液进行控制，不然其就会发生相当剧烈的反应而不易控制。本领域技术人员应当理解，针对不同的电解液和阻燃剂，设定的临界压强不同。

以普通手机用锂离子电池为例，密闭容器11制作材料可选用最大耐压2Mpa～25Mpa的绝缘材料，当电芯10内压强达到材料的最大承压值时，密闭容器11整体破裂，使其内的阻燃剂流到电解液中。也可以是密闭容器11的某一部分材料选用最大耐压2Mpa～25Mpa的材料，其余部分采用更耐压的材料，当电芯10内压强达到2Mpa～25Mpa时，密闭容器11的一部分将破裂，阻燃剂也会流到电解液中而起到阻燃目的。例如对于方形密闭容器11，其一到两个面使用最大耐压值为2Mpa～25Mpa的材料，其余几面使用耐压值较高的材料，电芯10内压强达到2Mpa～25Mpa时，耐压值较低的一到两个面即会破裂。

本领域普通技术人员应当理解，实施例二中的方法同样适合于其他电池如铅、镍、镉等电池。

密闭容器11内盛装的阻燃剂一般占电池电解液体积比0.5％～8％具体与阻燃剂的性能以及电解液的化学活性有关，关于这一点，可参见本发明背景技术部分所引的几篇专利文献，由于该部分并不是本发明的重点，这里不再赘述。以普通手机用锂离子电池以及一般的含磷阻燃剂为例，阻燃剂一般占电池电解液体积比2％即可达到防止电池爆炸的目的。

为使本发明的阻燃剂使用效果更佳，在一个电池电芯10中可置放多个密闭容器11，这样，阻燃剂在电芯10电解液中的分布将更均匀，达到的阻燃效果更佳。不管所采用的密闭容器11的个数有多少，阻燃剂与电解液的体积比是基本不变的，也就是说，一个电芯10中所置放的阻燃剂总量是基本不变的。

本发明密闭容器11的形状不限，可以是方形、球形、圆柱形等形状。密闭容器11可位于电芯10内的任何位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种阻燃电池，包括有电芯，所述电芯中充有电解液，其特征在于，所述电芯中置有盛放阻燃剂的密闭容器，所述密闭容器的整体结构或者密闭容器的一部分最大承压值在0.2Mpa～200Mpa之间。

2.根据权利要求1所述的阻燃电池，其特征在于，所述密闭容器的壳体由绝缘材料制成。

3.根据权利要求2所述的阻燃电池，其特征在于，所述密闭容器的制作材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、含氟的聚合物及其衍生物。

4.根据权利要求1所述的阻燃电池，其特征在于，所述密闭容器壳体材料的最大承压值为0.2Mpa～200Mpa。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的阻燃电池，其特征在于，所述密闭容器为一个以上。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的阻燃电池，其特征在于，所述密闭容器的形状包括：方形、球形、圆柱形。

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