CN104466260A - 锂离子动力型电池及应用其的汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子动力型电池及应用其的汽车，该电池依次包括正极、第一隔膜、负极、第二隔膜，电池中含有电解液，电解液中含有阻燃物质。由于电解液中含有阻燃物质，通过添加阻燃物质，达到电池的阻燃性能，并且这些阻物质不影响锂离子动力型电池正负极的正常反应，在锂离子动力型电池正常充放电时，不影响电池的性能，当锂离子动力型电池被滥用或出现异常时，阻燃物质能够起到阻燃作用，抑制锂离子动力型电池继续放电。从而防止钝化层SEI膜被破坏，防止电池温度持续升高，防止钝化层SEI膜发生分解反应而产生氢自由基和氢氧自由基，使得锂离子动力型电池达不到产生烷氢气体所需的温度，从根本上避免电池发生燃烧或爆炸。

Description

锂离子动力型电池及应用其的汽车
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种锂离子动力型电池及应用其的汽车。
背景技术
锂离子电池是近年来开发成功的新型高能电池。锂离子电池的正负极材料是可以嵌入锂离子的嵌合物，它的研究开始于20世纪80年代，锂离子电池由于其卓越的性能，从1980年阿曼德提出其概念开始，受到了广泛的重视，并得到了迅速的发展。由于锂离子电池性能不断的改善和提高，其应用范围也不断扩大，现如今在新能源汽车领域也得到了广泛的推广和应用。
锂离子动力型电池结构一般包括正极、负极、电解质、隔膜、电池外壳等。其中正极和负极间夹以隔膜，通过卷绕形成电芯或叠形成极群。锂离子动力型电池的性能对新能源汽车发展起着至关重要的作用，锂离子动力型电池具有比能量高、比功率大、自放电少、使用寿命长等优点，被广泛的应用到混合动力汽车和纯电动汽车当中。
锂离子动力型电池首次充放电过程中，电解液会在负极表面发生还原分解反应，从而形成一层电子绝缘、锂离子可逆的钝化层SEI膜(solid electrolyteinterface，固体电解质膜)，简称SEI膜，钝化层SEI膜的特性决定了锂离子动力型电池的动力学稳定性。
但是，锂离子动力型电池很容易出现滥用的情况。当锂离子动力型电池在滥用状态下，钝化层SEI膜被破坏，随着电池温度的升高，钝化层SEI膜发生分解反应，负极和电解液之间直接接触，发生剧烈的化学反应，反应过程中会产生氢自由基和氢氧自由基，所产生的氢自由基和氧自由基进一步发生链式反应，同时放出大量的热量，当锂离子动力型电池的温度达到一定数值，电解液会分解生成烷烃气体，产生的烷烃气体遇到空气或者氧气将产生燃烧，烷氢气体填满锂离子动力型电池的密闭空间后将会发生爆炸。由于锂离子动力型电池在有限的空间内不能将易燃烧的气体释放或排出，很容易导致锂离子动力型电池燃烧或爆炸。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种锂离子动力型电池及应用其的汽车，以解决现有技术中的锂离子动力型电池在滥用情况下容易发生燃烧和爆炸的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种锂离子动力型电池，包括壳体，所述壳体中设有正极、第一隔膜、负极、第二隔膜，所述壳体中还设有电解液，所述电解液中含有阻燃物质和添加剂，所述阻燃物质包括联苯或碳酸亚乙烯酯中的至少一种，所述添加剂包括氯化磷酸酯。
其中，所述正极和第一隔膜之间设有第一阻燃膜。
优选地，所述第一阻燃膜包括联苯膜结构。
其中，所述第一隔膜与负极之间设有第二阻燃膜。
优选地，所述第二阻燃膜包括依次设置的碳酸亚乙烯酯膜结构和氯化磷酸酯膜结构，所述碳酸亚乙烯酯膜结构与所述第一隔膜相邻。
其中，所述负极与第二隔膜之间设有第三阻燃膜。
优选地，所述第三阻燃膜包括依次设置的氯化磷酸酯膜结构和碳酸亚乙烯酯膜结构，所述氯化磷酸酯膜结构与所述负极相邻。
一种汽车，所述汽车中设有上述的锂离子动力型电池。
本发明实施例提供的锂离子动力型电池及应用其的汽车中，依次包括正极、第一隔膜、负极、第二隔膜，电池中含有电解液，由于电解液中含有阻燃物质，阻燃物质能够显著改善锂离子动力型电池的性能。通过添加阻燃物质，达到电池的阻燃性能，并且这些阻物质不影响锂离子动力型电池正负极的正常反应，在锂离子动力型电池正常充放电时，不影响电池的性能，当锂离子动力型电池被滥用或出现异常时，阻燃物质能够起到阻燃作用，抑制锂离子动力型电池继续放电。从而防止钝化层SEI膜被破坏，防止电池温度持续升高，防止钝化层SEI膜发生分解反应而产生氢自由基和氢氧自由基，使得锂离子动力型电池达不到产生烷氢气体所需的温度，从根本上避免电池发生燃烧或爆炸。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的锂离子动力型电池的结构示意图。
附图标记说明：
11-正极，12-第一阻燃膜，13-第一隔膜，14-第二阻燃膜，141-碳酸亚乙烯酯膜结构142-氯化磷酸酯膜结构，15-负极，16-第三阻燃膜，161-氯化磷酸酯膜结构，162-碳酸亚乙烯酯膜结构，17-第二隔膜。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1，本发明实施例提供了一种锂离子动力型电池，包括壳体，所述壳体中设有正极11、第一隔膜13、负极15、第二隔膜17，所述壳体中还设有有电解液(图中未示出)，电解液中含有阻燃物质和添加剂，阻燃物质包括联苯或碳酸亚乙烯酯中的至少一种，添加剂包括氯化磷酸酯。
本发明实施例提供的锂离子动力型电池中，依次包括正极11、第一隔膜13、负极15、第二隔膜17，电池中含有电解液，由于电解液中含有阻燃物质，阻燃物质包括联苯或碳酸亚乙烯酯中的至少一种，电解液中还含有添加剂，例如，氯化磷酸酯，阻燃物质能够显著改善锂离子动力型电池的性能。通过添加阻燃物质，达到电池的阻燃性能，并且这些阻物质不影响锂离子动力型电池正负极的正常反应，在锂离子动力型电池正常充放电时，不影响电池的性能，当锂离子动力型电池被滥用或出现异常时，阻燃物质能够起到阻燃作用，抑制锂离子动力型电池继续放电。从而防止钝化层SEI膜被破坏，防止电池温度持续升高，防止钝化层SEI膜发生分解反应而产生氢自由基和氢氧自由基，使得锂离子动力型电池达不到产生烷氢气体所需的温度，从根本上避免电池发生燃烧或爆炸。
阻燃物质可以包括联苯、碳酸亚乙烯酯或氯化磷酸酯中的至少一种。联苯、碳酸亚乙烯酯或氯化磷酸酯都具有较好的阻燃效果，将其中的一种或者集中加入到锂离子动力型电池的电解液中，都能够起到较好的阻燃作用，例如：在电解液中添加6％的联苯就能对电池起到了良好的过充电保护作用。以上几种阻燃物质的价格较低，因此选用以上阻燃物质，成本较低。
仍参见图1，其中，正极11和第一隔膜13之间可以设有第一阻燃膜12。第一阻燃膜12能够进一步地起到阻止或抑制锂离子动力型电池发生燃烧或爆炸。优选地，第一阻燃膜12可以包括联苯膜结构。联苯膜结构在高电压下的氧化聚合反应可以对锂离子动力型电池起到过冲保护的作用，例如联苯在5伏至5.8伏下可发生氧化聚合反应，生成的导电聚合物可使过冲的锂离子动力型电池自动放电至更安全的充电状态。同时，氧化聚合反应所产生的聚合产物可使锂离子动力型电池的内阻升高、内压增大，从而实现锂离子动力型电池的保护功能。并且，锂离子动力型电池在正常的充放电状态下，联苯膜结构不会影响电池的综合电性能。
进一步地，第一隔膜13与负极15之间可以设有第二阻燃膜14，以对锂离子动力型电池起到更好的防止燃烧和爆炸的作用。第二阻燃膜14可包括依次设置的碳酸亚乙烯酯膜结构141和氯化磷酸酯膜结构142，碳酸亚乙烯酯膜结构142与第一隔膜13相邻。碳酸亚乙烯酯薄膜141对锂离子动力型电池的性能起到巨大的作用。由于碳酸亚乙烯酯141薄膜具有高温稳定性，在较高温度下不易分解破裂，因而减少了锂离子动力型电池负极与电解液发生剧烈的放热反应。另一方面碳酸亚乙烯酯膜结构141可以抑制负极15被电解液当中的杂质和添加剂的共同嵌入，降低了锂离子动力型电池不可逆容量的损失，提高了电池的循环性能。并且，在很大的程度上避免了可燃性烷烃气体的产生，从而提高了锂离子动力型电池的安全性。并能够从一定程度上修正锂离子动力型电池的电化学性能。
碳酸亚乙烯酯膜结构141在电解液中具有电化学稳定性，碳酸亚乙烯酯膜结构141具有较好的热稳定性和化学稳定性，且不易吸湿不溶于任何有机溶剂，碳酸亚乙烯酯膜结构141不仅薄而且致密，是保护碳负极最优良的钝化薄膜，可以有效的改善负15极的可逆容量、循环效率、自放电率等性能、有效的使负极15循环效率提高、抑制枝晶的生成。
进一步地，负极15与第二隔膜17之间可以设有第三阻燃膜16。以对锂离子动力型电池起到更好的防止燃烧和爆炸的作用。第三阻燃膜16可包括依次设置的氯化磷酸酯膜结构161和碳酸亚乙烯酯膜162结构，氯化磷酸酯膜结构161与负极15相邻。
由于氯化磷酸酯含有双键结构，使其还原产物能形成良好的SEI膜，提高SEI膜的耐高温性能，使被消耗和分解的SEI膜得以重新的修复，并且缓释了SEI膜的分解速度。从而改善锂离子动力型电池的安全性能，使锂离子动力型电池的负面影响降低。氯化磷酸酯受热时分解，与电解液混合比例为3％，随着氯化磷酸酯的浓度增加，SEI膜在高温下分解的速率也逐渐降低，特别是在氯化磷酸酯低浓度的状态下，随着氯化磷酸酯浓度逐渐增加，SEI膜的分解速度明显降低，缓释效率可达95％。氯化磷酸酯膜结构(142、161)与联苯、碳酸亚乙烯酯膜结构(141、162)配合使用，可使锂离子动力型电池具有阻燃性。
本发明实施例还提供了一种汽车，该汽车中设有上述的锂离子动力型电池。由于锂离子动力型电池的电解液中含有阻燃物质，阻燃物质能够显著改善锂离子动力型电池的性能。通过添加阻燃物质，达到电池的阻燃性能，并且这些阻物质不影响锂离子动力型电池正负极的正常反应，在锂离子动力型电池正常充放电时，不影响电池的性能，当锂离子动力型电池被滥用或出现异常时，阻燃物质能够起到阻燃作用，抑制锂离子动力型电池继续放电。从而防止钝化层SEI膜被破坏，防止电池温度持续升高，防止钝化层SEI膜发生分解反应而产生氢自由基和氢氧自由基，使得锂离子动力型电池达不到产生烷氢气体所需的温度，从根本上避免电池发生燃烧或爆炸。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子动力型电池，包括壳体，所述壳体中设有正极(11)、第一隔膜(13)、负极(15)、第二隔膜(17)，所述壳体中还设有电解液，其特征在于，所述电解液中含有阻燃物质和添加剂，所述阻燃物质包括联苯或碳酸亚乙烯酯中的至少一种，所述添加剂包括氯化磷酸酯。
2.根据权利要求1所述的锂离子动力型电池，其特征在于，所述正极(11)和第一隔膜(13)之间设有第一阻燃膜(12)。
3.根据权利要求2所述的锂离子动力型电池，其特征在于，所述第一阻燃膜(12)包括联苯膜结构。
4.根据权利要求1所述的锂离子动力型电池，其特征在于，所述第一隔膜(13)与负极(15)之间设有第二阻燃膜(14)。
5.根据权利要求4所述的锂离子动力型电池，其特征在于，所述第二阻燃膜(14)包括依次设置的碳酸亚乙烯酯膜结构(141)和氯化磷酸酯膜结构(142)，所述碳酸亚乙烯酯膜结构(141)与所述第一隔膜(13)相邻。
6.根据权利要求1所述的锂离子动力型电池，其特征在于，所述负极(15)与第二隔膜(17)之间设有第三阻燃膜(16)。
7.根据权利要求6所述的锂离子动力型电池，其特征在于，所述第三阻燃膜(16)包括依次设置的氯化磷酸酯膜结构(161)和碳酸亚乙烯酯膜结构(162)，所述氯化磷酸酯膜结构(161)与所述负极(15)相邻。
8.一种汽车，其特征在于，所述汽车中设有权利要求1-7任一项所述的锂离子动力型电池。
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