CN105047985A - 一种锂电池安全防护方法、装置及锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锂电池安全防护方法、装置及锂电池，解决现有技术中锂电池着火破裂后如何控制燃烧，使燃烧不迅速蔓延，并且如何隔离燃烧的锂电池并降低爆炸带给外部环境的影响，进而提高锂电池的使用安全性的技术问题。所述方法包括：将锂电池置于具有气密性的封闭壳体中；以及，在所述封闭壳体上设置安全阀；所述装置包括：具有气密性的封闭壳体；以及，设置在所述封闭壳体上的安全阀；所述锂电池采用如前所述的方法防护或进一步包括如前所述的锂电池安全防护装置。本发明能够有效的提升锂电池的使用安全性，减少锂电池因爆燃而引发的危害。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池安应用安全技术领域，具体涉及一种锂电池安全防护方法、装置及锂电池。
背景技术
锂电池作为一种新兴技术，与传统电池相比有着诸多优势：1)比能量高，即在放出尽可能多的能量的同时有着尽可能少的自身消耗。锂元素有着最小的密度和最大的电负性，消耗相同质量的电池材料，锂电池放出的能量明显高于同类传统电池的值。2)放电电压稳定：许多电子线路要求电池提供相对稳定的放电电压，锂电池(特别是一次锂电池)就具备这种特性。某些锂电池在电量用尽前的电压可接近稳压电源的水平。3)没有记忆效应，可随时补充充电。这样就使锂电池效能得到充分发挥。4)锂电池不含汞、镉、铅等有毒元素，是绿色环保电池。现有技术中，锂电池已经广泛的应用于各行各业，最突出的代表为手机采用单块锂电池作为动力源，而新能源电动汽车基本采用锂电池组作为动力源。国内外基于锂电池自身的优点，近年来在理论与工程方面重点研究并不断突破，基本掌握了该电池的应用特性。锂电池组虽然可以很好的满足电动产品的发展需求，却一直潜藏着不安全的因素。现有技术中的锂电池在发生短路、燃烧进而导致爆炸的几率远高于其它传统电池。可以说，锂电池的安全问题属于世界难题。
锂电池爆炸的原因可归纳为电池芯外部短路与电池芯内部短路两方面。电池芯外部发生短路，电子组件又未能切断回路时，电芯内部会产生高热，造成部分电解液汽化，将电池外壳撑大。当电池内部温度高达135℃时，质量好的隔膜纸会将细孔关闭，电化学反应终止或近乎终止，电流骤降，温度也慢慢下降，进而避免爆炸的发生。但是细孔关闭率太差，或是细孔根本不会关闭的隔膜纸，会让电池温度继续升高，更多的电解液汽化，最后将电池外壳撑破，甚至将电池温度提高到使材料燃烧并爆炸。电池芯内部短路主要是因为铜箔与铝箔的毛刺、或电解质中的杂质穿破隔膜，或是锂原子的树枝状结晶穿破隔膜所造成。这些细小的针状金属，会造成微短路。铜铝箔毛刺系在生产过程造成，因其漏电太快易观察，多数可被电芯厂或是组装厂筛检出来。而且，由于毛刺细小，有时会被烧断，使得电池又恢复正常。因此，因毛刺微短路引发爆炸的几率不高。这样的说法，可以从各电芯厂内部都常有充电后不久，电压就偏低的不良电池，但是却鲜少发生爆炸事件，得到统计上的支持。因此，内部短路引发的爆炸，主要还是因为过度充电造成的。过度充电后极片上到处都是针状锂金属结晶和刺穿点，到处都在发生微短路。因此，电池温度会逐渐升高，最后高温将电解液气化。这种情形，不论是温度过高使材料燃烧爆炸，还是外壳先被撑破，使空气进去与锂金属发生激烈氧化，都是爆炸收场。
现有技术中针对电池芯外部和内部短路的保障防护措施，从理论来说确实提高了锂电池的安全性；但大多数研究方向都倾向于针对锂电池单体的安全研究，以及针对安全材料方面的研究，对于针对组装后的锂电池成品的安全性防护的研究却少之又少，甚至缺乏一套完整的防护方案。此外，由于锂电池情况比较复杂，随着充电操作、环境、具体使用和储存等因素的影响，现有针对电池芯内外部的防护措施不可能100％阻止燃烧并导致爆炸的现象发生，当电池芯因不可预见的因素出现燃烧(爆炸)时，当前国内外还没有一种有效方式阻燃并控制燃烧(爆炸)带来的危害。
因此，研发一种锂电池安全防护方法、装置及锂电池，以在锂电池着火破裂后控制燃烧，使燃烧不迅速蔓延，并且能够隔离燃烧的锂电池并降低爆炸带给外部环境的影响，进而提高锂电池的使用安全性成为一种必需。
发明内容
为此，本发明提供一种锂电池安全防护方法，解决现有技术中锂电池着火破裂后如何控制燃烧，使燃烧不迅速蔓延，并且如何隔离燃烧的锂电池并降低爆炸带给外部环境的影响，进而提高锂电池的使用安全性的技术问题。
为此，本发明提供一种锂电池安全防护方法，包括：将锂电池置于具有气密性的封闭壳体中；以及，在所述封闭壳体上设置安全阀。
根据本发明的一个实施方式，其中，还包括：将所述封闭壳体内抽真空。
根据本发明的一个实施方式，其中，向所述封闭壳体内部填充阻燃性气体。
根据本发明的一个实施方式，其中，还包括：在所述封闭壳体上设置烟雾报警系统，所述烟雾报警系统的烟雾传感器设置在所述封闭壳体的内部。
为此，本发明还提供一种锂电池安全防护装置，为现有技术中的锂电池提供更进一步的安全防护；其中，所述装置包括：具有气密性的封闭壳体；以及，设置在所述封闭壳体上的安全阀。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述锂电池包括：锂离子电池和/或锂亚电池；以及，由锂离子电池和/或锂亚电池制成的电池组。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述封闭壳体的截面形状为圆形、椭圆形或多边形中的一种。
根据本发明的一个实施方式，其中，所述封闭壳体还设置有充放电接口、电池性能检测接口和电器连接接口中的至少一种接口。
为此，本发明还进一步提供一种锂电池，其中，所述锂电池的防护措施采用如前所述的方法。
为此，本发明还进一步提供一种锂电池，其中，所述锂电池包括如前所述的锂电池安全防护装置。
本发明提出了一种锂电池安全防护方法，使锂电池或锂电池组中单一电池失控燃烧时，其破坏性仅仅局限于电池本身，不会蔓延到周围或其它锂电池。此外，本发明在此基础上还提供出一种锂电池安全防护装置，用于为上述方法提供有力的结构支持。进一步的，本发明为了缓冲因锂电池爆燃而产生的冲击力，在封闭壳体上还设置有安全阀，以释放因爆燃产生的能量，迅速膨胀的气体会通过安全阀得到有效释放，使锂电池爆炸产生的能量冲击得到充分的吸收，进而对壳外形成有效的保护。此外，本发明还提供一种锂电池，采用上述方法防护或配置有上述锂电池安全防护装置，为本发明提供有力的结构支持。
本发明通过对锂电池的燃烧和/或爆炸的成因进行充分的分析与研究，找到了致使锂电池使用安全隐患的关键因素，并基于该因素提出了锂电池安全防护方法，通过破坏锂电池的燃烧条件，遏止锂电池在过大范围内发生剧烈燃烧或使其不燃烧，使锂电池这一优秀的电能载体在发生意外燃烧时能够尽可能将损害降至最低，进而在各个技术领域得以安全的运用。
进一步的，本发明通过将锂电池置于封闭环境中，为锂电池构造出一个安全的运行环境，即使位于封闭环境内的锂电池发生自燃，燃烧中的锂电池也会因耗尽位于封闭环境内的氧气而主动熄灭，进而无法殃及周围环境或进一步影响周围的锂电池。
进一步的，本发明通过将封闭壳体内抽真空，使锂电池置于隔绝空气的封闭环境中，为阻燃提供了更进一步的技术支持。
进一步的，本发明还可以通过向封闭环境中填充阻燃性气体，从燃烧的基本条件上遏止锂电池燃烧现象的发生。
进一步的，本发明通过在封闭壳体上设置烟雾报警系统，能够提前感知危险的发生，为进一步提高锂电池的运行安全性提供有力的结构支持。
进一步的，本发明通过在封闭壳体上设置充放电接口、电池性能检测接口和电器连接接口中的至少一种接口，为丰富锂电池的功能提供了结构支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
图1为本发明锂电池安全防护方法操作流程图；
图2为本发明实施例1中锂电池安全防护装置结构示意图；
图3为本发明实施例2中锂电池安全防护装置的壳体端盖处接口分布示意图；
图4为本发明实施例3中锂电池安全防护装置的壳体端盖处接口分布优选结构示意图；
图5为图4的轴向结构剖视图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
需要说明的是，由于本发明的发明构思基于防护有现有技术中锂电池自身技术缺陷带来的安全隐患，故本发明中所述锂电池包括一切以锂为原料的电池的总称，以及由以锂为原料的电池形成的电池组。
如图1所示，本发明提供一种锂电池安全防护方法，其中，包括：
S1：将锂电池置于具有气密性的封闭壳体中；以及，
S2：在所述封闭壳体上设置安全阀。
本发明通过将锂电池置于具有气密性的封闭壳体中；以及，在所述封闭壳体上设置安全阀，解决现有技术中锂电池着火破裂后如何控制燃烧，使燃烧不迅速蔓延，并且如何隔离燃烧的锂电池并降低爆炸带给外部环境的影响，进而提高锂电池的使用安全性的技术问题。采用本发明上述方法能达到使锂电池或锂电池组中单一电池失控燃烧时，其破坏性仅仅局限于电池本身，不会蔓延到周围或其它锂电池。进一步的，本发明为了缓冲因锂电池爆燃而产生的冲击力，在封闭壳体上还设置有安全阀，以释放因爆燃产生的能量，迅速膨胀的气体会通过安全阀得到有效释放，使锂电池爆炸产生的能量冲击得到充分的吸收，进而对壳外形成有效的保护。本发明通过对锂电池的燃烧和/或爆炸的成因进行充分的分析与研究，找到了致使锂电池使用安全隐患的关键因素，并基于该因素提出了锂电池安全防护方法，通过破坏锂电池的燃烧条件，遏止锂电池在过大范围内发生剧烈燃烧或使其不燃烧，使锂电池这一优秀的电能载体在发生意外燃烧时能够尽可能将损害降至最低，进而在各个技术领域得以安全的运用。
进一步的，根据本发明的上述实施例的一个优选技术方案，还包括：将所述封闭壳体内抽真空。在真空状态下，能起到完美阻燃的技术效果，但以现有技术，或考虑制作成本需要，难以实现将上述壳体抽至完全真空的状态；但即使这样，由于壳体内空气稀薄，氧气含量得到很大程度的降低，也能起到一定的阻燃效果。因此，以阻燃为目的，即使未将封闭壳体内的气体抽至完全真空状态，也应落入本发明的保护范围。
进一步的，根据本发明的上述实施例的一个优选技术方案，还包括：向所述封闭壳体内部填充阻燃性气体。相比将封闭壳体内抽真空，该技术方案的实施难度相对小很多，但由于现有技术中的封闭壳体密封性有限，被填充的阻燃性气体需要定期补充。需要说明的是，本发明所述阻燃性气体不限于本领域技术人员公知的如二氧化碳及惰性气体等阻燃性气体，在客观世界中凡能够达到阻燃效果，适用于本发明的气体均应落入本发明的保护范围。
进一步的，根据本发明的上述实施例的一个优选技术方案，还包括：在所述封闭壳体上设置烟雾报警系统，所述烟雾报警系统的烟雾传感器设置在所述封闭壳体的内部。退一步考虑，上述技术方案在使用中均存在防护失效的可能，本发明通过在封闭壳体上设置烟雾报警系统能够提前预知锂电池自燃事件的发生，为保护使用者及锂电池周围环境的安全增添一份保障，为及时处理危险情况赢得更进一步的处理时间。
实施例1：
不失一般性，如图2所示，本发明提供一种锂电池安全防护装置，包括：具有气密性的封闭壳体001；以及，设置在所述封闭壳体上的安全阀002。在本实施例中，通过采用固定支架003实现将锂电池或锂电池组固定在具有气密性的封闭壳体001中。
优选的，本实施例采用机械密封来为封闭壳体001的气密性提供结构支持，机械密封具有结构简单，易于加工实现的优点。需要说明的是安全阀002的结构不限于图2中所示结构，现有技术中凡适合应用在本发明中的安全阀均落入本发明的保护范围。
使用时，只需将锂电池固定在固定支架003内，并将图示中的具有气密性的封闭壳体001紧固密封即可。当锂电池发生意外爆燃时，位于壳体内的少量空气能够达到阻燃的技术效果，因锂电池爆燃而产生的膨胀烟气会通过安全阀002顺利排出。
实施例2：
本实施例在实施例2的基础上，所述封闭壳体还设置有充放电接口、电池性能检测接口和电器连接接口中的至少一种接口。图3所示，本实施例在所述封闭壳体的端盖处还设置有充放电接口004、电池性能检测接口005和电器连接接口006。由于充放电接口004、电池性能检测接口005和电器连接接口006的结构皆为现有技术，故其结构细节在此不再赘述。
需要说明的是，上述接口可根据实际使用需要而进行单独配置，在本发明实施例1的基础上为具有气密性的封闭壳体001设置充放电接口、电池性能检测接口和电器连接接口中的至少一种接口均应落入本发明的保护范围。
优选的，如图4～5所示，所述封闭壳体上还进一步包括充气阀007、抽气阀008和烟雾报警系统009；其中所述烟雾报警系统009的烟雾传感器010设置在所述封闭壳体的内部。充气阀007和抽气阀008的设置为将所述封闭壳体的内部抽真空或填充阻燃性气体提供了结构上的技术支持。
优选的，所述锂电池包括：锂离子电池和/或锂亚电池；以及，由锂离子电池和/或锂亚电池制成的电池组。
优选的，所述封闭壳体的截面形状为圆形、椭圆形或多边形中的一种。
实施例3：
更进一步的，本实施例在上述实施例基础上，提供一种应用如前所述锂电池安全防护方法进行防护的锂电池；以及，应用如前所述锂电池安全防护装置制备的锂电池，为现有技术中的锂电池提供一份安全屏障。
以上发明仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词″包含″不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词″一″或″一个″不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。
Claims (10)
1.一种锂电池安全防护方法，其中，包括：
将锂电池置于具有气密性的封闭壳体中；以及，
在所述封闭壳体上设置安全阀。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括：将所述封闭壳体内抽真空。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括：向所述封闭壳体内部填充阻燃性气体。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括：在所述封闭壳体上设置烟雾报警系统，所述烟雾报警系统的烟雾传感器设置在所述封闭壳体的内部。
5.一种锂电池安全防护装置，其中，所述装置包括：具有气密性的封闭壳体；以及，设置在所述封闭壳体上的安全阀。
6.根据权利要求5所述的锂电池安全防护装置，其中，所述锂电池包括：锂离子电池和/或锂亚电池；以及，由锂离子电池和/或锂亚电池制成的电池组。
7.根据权利要求5所述的锂电池安全防护装置，其中，所述封闭壳体的截面形状为圆形、椭圆形或多边形中的一种。
8.根据权利要求5所述的锂电池安全防护装置，其中，所述封闭壳体还设置有充放电接口、电池性能检测接口和电器连接接口中的至少一种接口。
9.一种锂电池，其中，所述锂电池的防护措施采用权利要求1～4项中任一项所述的方法。
10.一种锂电池，其中，所述锂电池包括权利要求5～8项中任一项所述的锂电池安全防护装置。
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