CN114024062A - 一种大容量电池的安全保护结构 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种大容量电池的安全保护结构，包括壳体、与所述壳体连接的前盖板和后盖板，所述壳体内部包括填充有冷却材料的冷却腔和吸附材料的吸附腔，所述冷却腔和吸附腔的两端均设有多孔隔板；所述冷却腔左侧的隔板和前盖板形成前缓冲腔，所述冷却腔右侧的隔板和所述吸附腔左侧的隔板形成中缓冲腔，所述吸附腔右侧的隔板和后盖板形成后缓冲腔；所述前盖板上的进气孔通过第一管道与电池的泄爆口连接，所述后盖板上的出气孔通过第二管道将吸附腔处理后的气体排出。本申请的安全结构和冷却、吸附材料可对锂电池热失控时产生的高温可燃气体及液体实现冷却和逐级吸附，经处理后的混合气体可燃性大大降低，可安全排放。

Description

一种大容量电池的安全保护结构
技术领域
本申请实施例属于电池技术领域，具体涉及一种大容量电池的安全保护结构。
背景技术
锂电池是以锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的电池，在存储或循环过程中，电解液会不可避免地与正极活性物质反应并产生气体。同时电池的过充、过放、短路、高温等其它使用不当的原因，使得电池内部会积聚大量的热量，有机类电解液被高温分解，产生大量气体，如：CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、H2等，电池内压便会急剧增加，导致电池壳体变形甚至破裂，大量高温液体和可燃气体与空气接触，导致电池着火爆炸。
目前采用多种方式来控制电池的自身温度以避免电池热失控，如在电池壳体上设置散热装置、设置可循环降温的循环水冷装置、在电池内部设置可吸附电解液高温分解的气体的吸附材料、采用相变材料散热、采用特定添加剂的电解液等，这些技术措施可在一定范围内为锂电池提供安全保障，但均不能从本质上解决电池起火爆炸的安全问题。如CN108417757A提供了一种设置与电池壳体内部的耐高温耐腐蚀物料袋，其中设有气体吸附体为活性炭、分子筛或活性炭与分子筛的混合物，在电池热失控时，可吸附高温产生的混合气体。由于物料袋设置在电池壳体内部，其吸附气体的量有限，不使用于大容量电池。
有研究表明，当吸附物质温度越高，吸附剂的吸附效果越差。如活性炭对气体物质的吸附温度在50℃以下，而电池热失控时喷出气体的温度一般均高于300℃，而这一温度下活性炭将失去对气体物质的吸附功能，反而对已经吸附的物质有脱附功能，降低了吸附效果。虽然这一温度下吸附剂能吸收气化的电解液，但无法吸附电池热失控时产生的氢气、一氧化碳、甲烷等易燃气体物质，这些物质仍然会在电池热失控时发生爆炸的危险，因此很有必要对吸附前需要电池喷出的各种物质进行降温处理。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请采用的技术方案为：
本申请提供一种大容量电池的安全保护结构，包括壳体、与所述壳体连接的前盖板和后盖板，所述壳体内部包括填充有冷却材料的冷却腔和吸附材料的吸附腔，所述冷却腔和吸附腔的两端均设有多孔隔板；所述冷却腔左侧的隔板和前盖板形成前缓冲腔，所述冷却腔右侧的隔板和所述吸附腔左侧的隔板形成中缓冲腔，所述吸附腔右侧的隔板和后盖板形成后缓冲腔；所述前盖板上的进气孔通过第一管道与电池的泄爆口连接，所述后盖板上的出气孔通过第二管道将吸附腔处理后的气体排出。
进一步地，所述前盖板、后盖板以及隔板的中心均设有中心孔；定位杆依次穿过所述前盖板、隔板、后盖板，通过螺母将前盖板和后盖板与所述壳体紧固密封。所述定位杆为不锈钢通丝螺杆。
进一步地，所述吸附腔包括至少两个次吸附腔，所述次吸附腔之间形成次缓冲腔，所述次吸附腔之间的间隔不小于5毫米；所述次吸附腔的两端设有隔板。所述次吸附腔内的吸附材料可以相同，也可以不同。
进一步地，所述吸附材料为活性炭、水合硅酸铝钠、多孔二氧化硅、分子筛、吸附树脂中的一种或多种。所述活性炭孔径不大于2μm，粒径不大于3毫米。
冷却材料为陶瓷球、蜂窝陶瓷+无机水合盐、蜂窝陶瓷+聚苯乙烯中的一种。所述陶瓷球或蜂窝陶瓷的成分为碳化硅，其中陶瓷球的粒径为3～5毫米。所述的无机水合盐为带结晶水的无机盐，包括CaCl2·6H2O、Na2SO4·10H2O、CaBr2·6H2O、 CH3COONa·3H2O、KAlSO4﹒12H2O、(NH4)2SO4﹒12H2O、Na2CO3·10H2O。所述的蜂窝陶瓷的空腔内填充无机水合盐或聚苯乙烯。
进一步地，所述壳体的横截面为矩形，所述隔板、前盖板、后盖板的横截面与所述壳体的横截面相同。
进一步地，所述隔板朝向冷却腔或吸附腔的一侧均设有隔离层。所述隔离层的厚度不小于五毫米。所述隔离层为透气耐高温的玻璃纤维棉或硅酸铝棉。
进一步地，所述第二管道设有单向泄放阀。
本申请的有益效果：
1.本申请的安全保护结构，在吸附腔之前加入冷却腔，可有效降低电池热失控喷放的可燃气体的温度，同时将部分随气体一同喷出的电解液及正负极材料隔离在吸附仓外部，提高了吸附效率。
2.本申请的吸附仓被分隔设置为多个次吸附腔，且次吸附腔之间间隔一定的距离，可实现对可燃气体梯次吸附的效果，同时不同性质的吸附材料依次填充在不同次吸附腔，实现了吸附的多元化。
3.本申请的保护结构设有多个气体缓冲仓，可有效降低可燃气体的喷放速率，增大了其与冷却材料和吸附材料的接触时间，提高吸附效率。
本申请的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本申请的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为一种单吸附仓安全结构的整体视图。
图2为一种单吸附仓安全结构的剖面图。
图3为一种多吸附单元的安全结构剖面图。
图4为多孔金属隔板示意图。
图5为盖板示意图。
图6为壳体示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。
本申请实施例的说明书和权利要求书中的术语“左”、“右”是便于理解根据附图进行说明的，不是为位置的限定。
下面结合附图对本申请的技术方案进行详细的说明。
如图1至6所示，本申请提供一种大容量电池的安全保护结构，包括壳体1、与所述壳体1连接的前盖板3和后盖板4，所述壳体1内部包括填充有冷却材料的冷却腔8和吸附材料的吸附腔9，所述冷却腔8和吸附腔9的两端均设有多孔隔板14；
所述冷却腔8左侧的隔板和前盖板形成前缓冲腔7，所述冷却腔8右侧的隔板和所述吸附腔9左侧的隔板形成中缓冲腔11，所述吸附腔9右侧的隔板和后盖板形成后缓冲腔10；
所述前盖板3上的进气孔32通过第一管道2与电池的泄爆口连接，所述后盖板4上的出气孔42通过第二管道5将吸附腔处理后的气体排出。
进一步地，所述的壳体1为矩形铝合金中孔结构，内壁中部上设有环状凸台，用以分隔冷却腔和吸附腔，形成中缓冲腔。
进一步地，所述前盖板3、后盖板4以及隔板14的中心均设有中心孔41；定位杆12依次穿过所述前盖板3、隔板14、后盖板4，通过螺母121将前盖板3和后盖板4与所述壳体1紧固密封。
即，所述冷却腔左端的多孔金属板可通过螺母和与定位杆旋转将设置在冷却仓的冷却材料紧密压实。所述吸附腔右端的多孔金属板可通过螺母和与定位杆旋转将设置在吸附仓的吸附材料紧密压实。
进一步地，所述定位杆12为不锈钢通丝螺杆。
进一步地，所述吸附腔9包括至少两个次吸附腔，所述次吸附腔之间形成次缓冲腔，所述次吸附腔之间的间隔不小于5毫米；所述次吸附腔的两端设有隔板，形成逐级吸附的效果。
即，冷却材料均通过隔板紧密压实。
进一步地，所述次吸附腔内的吸附材料可以相同，也可以不同。
进一步地，所述吸附材料为活性炭、水合硅酸铝钠、多孔二氧化硅、分子筛、吸附树脂中的一种或多种。
优选的，活性炭与水合硅酸钠的质量比为2:1。
进一步地，所述活性炭孔径不大于2μm，粒径不大于3毫米。
进一步地，冷却材料为陶瓷球、蜂窝陶瓷+无机水合盐、蜂窝陶瓷+聚苯乙烯中的一种。
进一步地，所述陶瓷球或蜂窝陶瓷的成分为碳化硅，其中陶瓷球的粒径为3～5毫米。
进一步地，所述的无机水合盐为带结晶水的无机盐，包括CaCl2·6H2O、 Na2SO4·10H2O、CaBr2·6H2O、CH3COONa·3H2O、KAlSO4﹒12H2O、(NH4)2SO4 ﹒12H2O、Na2CO3·10H2O。
进一步地，所述的蜂窝陶瓷的空腔内填充无机水合盐或聚苯乙烯。
进一步地，所述壳体的横截面为矩形，所述隔板、前盖板、后盖板的横截面与所述壳体的横截面相同。
进一步地，所述隔板朝向冷却腔或吸附腔的一侧均设有隔离层13。
进一步地，所述隔离层13的厚度不小于五毫米。所
进一步地，所述隔离层13为透气耐高温的玻璃纤维棉或硅酸铝棉。
进一步地，所述第二管道5设有单向泄放阀6，避免气体回流。
实施例1
如图1和2所示，一个单吸附仓的安全保护结构，该结构具有前缓冲腔7，冷却腔8、中缓冲仓11、吸附腔9和后缓冲腔10，混合气体由进气管2依次通过上述腔室，缓冲腔可减缓混合气体的通过速度，增大其在冷却腔和吸附腔的接触时间，经冷却、吸附处理的气体，除去大量可燃成分后由气体单向阀排空。
实施例2
如图1和3所示，在实施例1的基础上，将吸附腔分为三个次吸附腔：第一次吸附腔91、第二次吸附腔92、第三次吸附腔93。吸附材料为活性炭、分子筛、吸附树脂。所述的吸附材料依次填充字第一次吸附腔、第二次吸附腔和第三次吸附腔。
本申请的安全保护结构在吸附腔前加入冷却腔可将可燃气体的温度有效降低，有利于提升吸附材料对吸附效果，同时在气体的流通路径上加入缓冲腔可增大可燃气体的驻留时间，使得被吸附气体与吸附材料的接触时间增大，提升了吸附效率。
将吸附腔分隔为多单元结构，形成逐级吸附，不同性质的吸附材料可分单元填充，有利于提升吸附的针对性。
尽管本申请的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本申请的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本申请并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (16)

1.一种大容量电池的安全保护结构，包括壳体、与所述壳体连接的前盖板和后盖板，其特征在于，所述壳体内部包括填充有冷却材料的冷却腔和吸附材料的吸附腔，所述冷却腔和吸附腔的两端均设有多孔隔板；
所述冷却腔左侧的隔板和前盖板形成前缓冲腔，所述冷却腔右侧的隔板和所述吸附腔左侧的隔板形成中缓冲腔，所述吸附腔右侧的隔板和后盖板形成后缓冲腔；
所述前盖板上的进气孔通过第一管道与电池的泄爆口连接，所述后盖板上的出气孔通过第二管道将吸附腔处理后的气体排出。
2.如权利要求1所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述前盖板、后盖板以及隔板的中心均设有中心孔；
所述定位杆依次穿过所述前盖板、隔板、后盖板，通过螺母将前盖板和后盖板与所述壳体紧固密封。
3.如权利要求2所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述定位杆为不锈钢通丝螺杆。
4.如权利要求1所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述吸附腔包括至少两个次吸附腔，所述次吸附腔之间形成次缓冲腔，所述次吸附腔之间的间隔不小于5毫米；
所述次吸附腔的两端设有隔板。
5.如权利要求4所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述次吸附腔内的吸附材料可以相同，也可以不同。
6.如权利要求1或4或5所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述吸附材料为活性炭、水合硅酸铝钠、多孔二氧化硅、分子筛、吸附树脂中的一种或多种。
7.如权利要求6所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述活性炭孔径不大于2μm，粒径不大于3毫米。
8.如权利要求1所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，冷却材料为陶瓷球、蜂窝陶瓷+无机水合盐、蜂窝陶瓷+聚苯乙烯中的一种。
9.如权利要求8所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述陶瓷球或蜂窝陶瓷的成分为碳化硅，其中陶瓷球的粒径为3～5毫米。
10.如权利要求8所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述的无机水合盐为带结晶水的无机盐，包括CaCl2·6H2O、Na2SO4·10H2O、CaBr2·6H2O、CH3COONa·3H2O、KAlSO4﹒12H2O、(NH4)2SO4﹒12H2O、Na2CO3·10H2O。
11.如权利要求8所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述的蜂窝陶瓷的空腔内填充无机水合盐或聚苯乙烯。
12.如权利要求1所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述壳体的横截面为矩形，所述隔板、前盖板、后盖板的横截面与所述壳体的横截面相同。
13.如权利要求1所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述隔板朝向冷却腔或吸附腔的一侧均设有隔离层。
14.如权利要求13所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述隔离层的厚度不小于五毫米。
15.如权利要求14所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述隔离层为透气耐高温的玻璃纤维棉或硅酸铝棉。
16.如权利要求1所述的一种大容量电池的安全保护结构，其特征在于，所述第二管道设有单向泄放阀。
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