CN113140837A - 一种高安全自毁型锂离子电池安全装置和锂离子电池 - Google Patents

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屈国莹
杨道均
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Abstract

本发明公开了一种高安全自毁型锂离子电池安全装置和锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。所述安全装置包括第一壳体、盖板和膨胀型阻燃剂；其中，所述盖板盖在第一壳体上方，所述第一壳体设有内部空腔，所述膨胀型阻燃剂放置于第一壳体内部空腔中。所述安全装置设置于锂离子电池外壳内部，其中的膨胀型阻燃剂受热膨胀，触发压力感应安全阀打开，在电池内部形成多孔泡沫炭层，使锂离子电池不会发生热蔓延、热扩散、起火和爆炸，能够有效地抑制了电池热失控的发生。

Description

一种高安全自毁型锂离子电池安全装置和锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，更具体地，涉及一种高安全自毁型锂离子电池安全装置和锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有高比能量、寿命长等特点，逐渐成为电动汽车车用动力电池的主流。随着电动汽车的推广应用，安全问题是妨碍锂离子电池在电动汽车中大规模应用的主要障碍。随着锂离子电池能量密度的不断提高，提高其安全性对电动汽车的发展日益迫切。
由机械滥用、电气滥用和热滥用导致的热失控在车用锂离子动力电池安全性事故中时有发生。这些安全事故打击了消费者对电动汽车的信心。热失控发生时，通常伴随着起火、爆炸等现象，对人们的生命财产造成损失。
鉴于此，热失控是锂离子电池应用过程中亟需解决的安全问题。因此为了从源头上控制热失控的发生，有必要在单体电池内部设计一种高安全自毁型锂离子电池安全装置，防止单体锂离子电池发生热失控后发生热蔓延、热扩散以致起火和爆炸，从而达到锂电池高温防护的功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种高安全自毁型锂离子电池安全装置和锂离子电池，所述安全装置设置于锂离子电池外壳内部，其中的膨胀型阻燃剂受热膨胀，触发压力感应安全阀打开，在电池内部形成多孔泡沫炭层，使锂离子电池不会发生热蔓延、热扩散、起火和爆炸，能够有效地抑制了电池热失控的发生。
为了实现上述目的，本发明提供一种高安全自毁型锂离子电池安全装置，包括第一壳体、盖板和膨胀型阻燃剂；其中，所述盖板盖在第一壳体上方，所述第一壳体设有内部空腔，所述膨胀型阻燃剂放置于第一壳体内部空腔中。
优选地，所述盖板上设置压力感应安全阀，当第一壳体内部压力超过设定值时，压力感应安全阀打开。
优选地，所述第一壳体内部由多个隔板分隔形成多个空腔。
优选地，所述空腔与压力感应安全阀的数量一致，每个空腔上方对应设置一个压力感应安全阀。
优选地，所述第一壳体和盖板均采用耐电解液腐蚀的材质。
优选地，所述膨胀型阻燃剂为磷-氮膨胀型阻燃剂。
本发明还提供一种锂离子电池，包括上述的高安全自毁型锂离子电池安全装置，所述安全装置设置于锂离子电池外壳内侧底部、顶部或侧部的预留空间中。
优选地，所述锂离子电池为方形、圆柱或软包锂离子电池。
本发明的有益效果：
1、本发明的高安全自毁型锂离子电池安全装置单独存在，不参与电化学反应，因而不会恶化电池的电化学性能。
2、本发明的高安全自毁型锂离子电池安全装置，内部空腔中的膨胀型阻燃剂具有温度识别和超温触发压力感应安全阀功能，即当单体锂离子电池受热时，膨胀型阻燃剂迅速发泡膨胀产生压力，当第一壳体内部压力超过设定值时，盖板上安全阀立即开启，随后阻燃剂发泡产生的大量多孔泡沫炭快速弥散覆盖整个电池内部，形成多孔泡沫炭层，该多孔泡沫炭层具有隔热、隔氧、难燃、导热性差等特性，从而可以有效地阻止电池发生热失控，保证电池不会发生起火和爆炸。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了高安全自毁型锂离子电池安全装置的结构示意图。
附图标记说明：1—极耳；2—电芯主体；3—盖板；4—第一壳体；5—膨胀性阻燃剂；6—隔板；7—压力感应安全阀。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本发明提供一种高安全自毁型锂离子电池安全装置，如图1所示，包括第一壳体4、盖板3和膨胀型阻燃剂5；其中，所述盖板3盖在第一壳体4上方，所述第一壳体4设有内部空腔，所述膨胀型阻燃剂5放置于第一壳体4内部空腔中。
优选地，所述盖板3上设置压力感应安全阀7，当第一壳体4内部压力超过设定值时，压力感应安全阀7立即打开。
优选地，所述安全装置设置于锂离子电池外壳内侧底部、顶部或侧部的预留空间中。
优选地，所述锂离子电池为方形、圆柱或软包锂离子电池。
优选地，所述第一壳体4内部由多个隔板6分隔形成多个空腔。
优选地，所述空腔与压力感应安全阀7的数量一致，一个空腔上方设置一个压力感应安全阀7。
优选地，所述第一壳体4和盖板3均采用耐电解液腐蚀的材质。
所述膨胀型阻燃剂5优选为磷-氮膨胀型阻燃剂，包括三聚氰胺(气源)、聚磷酸铵(酸源)、季戊四醇(炭源)。
以下实施例1～3中所述安全装置中压力感应安全阀7的设置通过将盖板相应位置的厚度打薄来实现。当第一壳体4内部压力超过设定值时，压力感应安全阀7阀体破裂实现立即打开。除此之外，本领域技术人员也可采用其他方式实现压力感应安全阀7的设置，只要能满足压力感应安全阀7的功能即可。
以下实施例1～3和对比例1中锂离子电池外壳、第一壳体、盖板材质均为铝合金材料，电解液组成为：有机溶剂：碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯的质量比为3：5：2，12.5wt％的六氟磷酸锂，4.0wt％的电解液添加剂。
实施例1
如图1所示，采用本发明所述安全装置的锂离子电池所述锂离子电池包括极耳1、电芯主体2和锂离子电池外壳、安全装置。
其中，锂离子电池外壳、第一壳体、盖板材质均为铝合金材料。
在锂离子电池外壳内侧底部放置本发明所述的安全装置，随后将带有极耳1的电芯主体2放入锂离子电池外壳内安全装置上方，封装电池。制备完成后注入180g电解液，搁置24h后进行预充化成。最后，对锂离子电池进行过充测试，电池恒流充电(0.3C)过充到10V电压，电池胀破，只冒烟，而没有出现起火和爆炸现象。
实施例2
采用本发明所述安全装置的锂离子电池所述锂离子电池包括极耳、电芯主体、锂离子电池外壳和安全装置。
在锂离子电池外壳内侧侧部预留空间放置本发明所述的安全装置，随后将带有极耳的电芯主体放入锂离子电池外壳内，封装电池。制备完成后注入180g电解液，搁置24h后进行预充化成。最后，对锂离子电池进行过充测试，电池恒流充电(0.3C)过充到10V电压，电池胀破，只冒烟，而没有出现起火和爆炸现象。
实施例3
采用本发明所述安全装置的锂离子电池所述锂离子电池包括极耳、电芯主体、锂离子电池外壳和安全装置。
将带有极耳的电芯主体放入锂离子电池外壳中，在电芯顶部两个极耳中间放置本发明所述的安全装置，封装电池。制备完成后注入180g电解液，搁置24h后进行预充化成。最后，对锂离子电池进行过充测试，电池恒流充电(0.3C)过充到10V电压，电池胀破，只冒烟，而没有出现起火和爆炸现象。
对比例1
在锂离子电池外壳中不放置本发明所述的安全装置，只将锂离子电池电芯主体(包括极耳)放入锂离子电池外壳中，封装电池。制备完成后注入180g电解液，搁置24h后进行预充化成。最后，对锂离子电池进行过充测试，电池恒流充电(0.3C)过充到10V电压，电池胀破，同时发生明显起火和爆炸现象。
通过实验验证，本发明一种高安全自毁型锂离子电池安全装置可以有效地提高电池安全性能，使电池发生安全问题时，不发生起火和爆炸现象。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种高安全自毁型锂离子电池安全装置，其特征在于，所述安全装置包括第一壳体、盖板和膨胀型阻燃剂；其中，所述盖板盖在第一壳体上方，所述第一壳体设有内部空腔，所述膨胀型阻燃剂放置于第一壳体内部空腔中。
2.根据权利要求1所述的高安全自毁型锂离子电池安全装置，其特征在于，所述盖板上设置压力感应安全阀，当第一壳体内部压力超过设定值时，压力感应安全阀打开。
3.根据权利要求2所述的高安全自毁型锂离子电池安全装置，其特征在于，所述第一壳体内部由多个隔板分隔形成多个空腔。
4.根据权利要求3所述的高安全自毁型锂离子电池安全装置，其特征在于，所述空腔与压力感应安全阀的数量一致，每个空腔上方对应设置一个压力感应安全阀。
5.根据权利要求1或2所述的高安全自毁型锂离子电池安全装置，其特征在于，所述第一壳体和盖板均采用耐电解液腐蚀的材质。
6.根据权利要求1或2所述的高安全自毁型锂离子电池安全装置，其特征在于，所述膨胀型阻燃剂为磷-氮膨胀型阻燃剂。
7.一种锂离子电池，包括权利要求1～6所述的高安全自毁型锂离子电池安全装置，所述安全装置设置于锂离子电池外壳内侧底部、顶部或侧部的预留空间中。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池为方形、圆柱或软包锂离子电池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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