CN115537115A - 一种快速识别锂离子电池早期热失控故障的涂料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速识别锂离子电池早期热失控故障的涂料及其应用，该涂料由显色填料、辅助填料、树脂和分散剂组成，显色填料由CoBr2·2C6H12N4·10H2O、CoI2·2C6H12N4·10H2O和CoSO4·C6H12N4·9H2O中的两种混合而成，辅助填料由高岭土、沸石粉、钛白粉、滑石粉、氧化锌和三氧化二铝中的三种或四种混合而成，树脂由丙烯酸聚氨酯与三聚氰胺甲醛、乙基纤维素和脲醛树脂中的一种混合而成，分散剂为乙二醇、氯乙烷和醋酸乙酯中的一种。该涂料可应用于快速识别锂离子电池早期热失控故障，识别速度快、涂料与铝壳附着力大，高温不脱落，涂料可重复使用，且环保无污染。

Description

一种快速识别锂离子电池早期热失控故障的涂料及其应用
技术领域
本发明涉及锂离子电池热失控故障识别技术领域，具体涉及一种快速识别方型铝壳锂离子电池早期热失控故障的涂料及其应用。
背景技术
随着电动汽车、电化学储能的大力发展，锂离子电池的装机量在与日俱增，但电动汽车和储能电站的事故频发，使得锂离子电池的安全问题备受关注，其中最危险的因素就是热失控。目前应用最广的锂离子电池为方形铝壳，容量大、能量密度高，其电解液组分挥发性高、闪点低、非常容易燃烧。当机械滥用如对电池进行冲撞、电滥用如对电池进行大倍率充放电、热滥用如直接加热电池，这些滥用时电池内部就会产生大量的热量，导致电池表面温度上升，其中正极极柱、负极极柱、正负极柱中间位置温度最高。正常运行电池表面温度为室温20-30℃，当发生上述滥用时，电池表面温度逐渐升高到60-70℃，此为热失控早期，如果及时采取停止滥用的措施，电池是安全的；如果继续滥用，电池表面温度将快速升高到200℃以上，电池内部的隔膜将融化破裂，导致内部短路，产生大电流，进一步促使电解液分解产生大量的可燃气体，遇到空气中的氧气就会导致起火爆炸事故，即电池发生热失控。因此，尽早发现和识别热失控，在热失控早期(电池表面温度60-70℃)就采取相应的安全措施，就可以避免电池起火爆炸。目前防止热失控的措施一种是利用热电偶实时测量电池表面温度，此方法精度高，可以准确掌握电池表面温度，但是成本高，目前单个储能站电池数量达10余万只，采用串并联方式组合而成，如果每个电池都设置热电偶，成本极高，为了节省成本，商业上都是以电池组为单位设置热电偶，不会监测单个电池温度；另一种防止热失控的措施是运行人员巡视的时候，用红外测温仪逐个测量电池表面温度，由于电池数量庞大，此方法寻找热失控电池耗时长，效率低。可见，目前识别锂离子电池热失控的方法成本高、耗时长、效率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种快速识别方型铝壳锂离子电池早期热失控故障的涂料及其应用，解决方型铝壳锂离子电池早期热失控故障识别困难的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种快速识别锂离子电池早期热失控故障的涂料，所述涂料采用以下质量分数的原料混合组成：显色填料25％～35％，辅助填料20％～25％，树脂30％～35％，分散剂5％～25％；
所述显色填料由CoBr2·2C6H12N4·10H2O、CoI2·2C6H12N4·10H2O和CoSO4·C6H12N4·9H2O中的两种按质量比1∶1混合而成；
所述辅助填料由高岭土、沸石粉、钛白粉、滑石粉、氧化锌和三氧化二铝中的三种按质量比1∶1∶1或四种按质量比1∶1∶1∶1混合而成，所述辅助填料为粉末状，粒径为300目～1000目；
所述树脂由丙烯酸聚氨酯与其他树脂按质量比1∶0.5～0.8混合而成，所述其他树脂为三聚氰胺甲醛、乙基纤维素和脲醛树脂中的一种；
所述分散剂为乙二醇、氯乙烷和醋酸乙酯中的一种。
上述的快速识别锂离子电池早期热失控故障的涂料，优选的，所述显色填料为化学纯，初始为粉红色。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的涂料在快速识别锂离子电池早期热失控故障中的应用。
上述的应用，优选的，所述锂离子电池为方型铝壳锂离子电池。
上述的应用，优选的，所述应用包括以下步骤：
(1)涂覆涂料位置的前处理：将方型铝壳锂离子电池的待涂覆涂料位置进行除油、干燥，待涂覆涂料位置为正极极柱、负极极柱或正负极柱中间；
(2)涂覆涂料：将所述涂料均匀涂刷或喷涂到经前处理后的方型铝壳锂离子电池待涂覆涂料位置，然后干燥；
(3)检测：对涂覆了涂料的方型铝壳锂离子电池进行大电流过充电试验，当涂料颜色由粉红色变为绿色时，判定该电池发生了早期热失控。
上述的应用，优选的，步骤(2)中，涂料厚度控制在20微米～60微米。
本发明的技术原理是：当方型铝壳锂离子电池因电滥用、机械滥用、热滥用即将发生热失控时，电池正极极柱、负极极柱或者正负极柱中间铝壳表面温度最先从室温20-30℃逐渐升高到60-70℃以上，涂覆的涂料因温度升高，导致显色填料发生分解，涂料的颜色从室温时粉红色变为高温时绿色，从颜色变化即可识别出即将发生热失控的方型铝壳锂离子电池。技术人员可以利用本发明技术，快速识别出即将发生热失控的方型铝壳锂离子电池，第一时间采取安全措施，最大程度的避免方型铝壳锂离子电池发生起火爆炸的危险。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明通过涂料颜色变化识别即将发生热失控的锂离子电池，识别速度快。
(2)本发明采用的涂料与铝壳附着力大，高温时不脱离。
(3)本发明的涂料可重复使用，温度升高变色，温度降低复原。
(4)本发明选用的原料成本低，环保无污染。
(5)本发明的方法简单易操作，且方便运行人员巡视，无需维护。
附图说明
图1为本发明实施例1中方型铝壳锂离子电池早期热失控涂料颜色变化的检测结果。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1
一种本发明的快速识别锂离子电池早期热失控故障的涂料，该涂料由以下原料混合组成：显色填料250g，辅助填料200g，树脂300g和分散剂250g。
本实施例中，显色填料由CoBr2·2C6H12N4·10H2O和CoI2·2C6H12N4·10H2O按照质量比1∶1混合而成。
本实施例中，辅助填料由高岭土、沸石粉、钛白粉三者按照质量比1∶1∶1混合而成。辅助填料的粒径为300目。
本实施例中，树脂由丙烯酸聚氨酯树脂和三聚氰胺甲醛树脂按照质量比1∶0.5混合而成。
本实施例中，分散剂为乙二醇。
本实施例是将上述显色填料、辅助填料、树脂和分散剂混合后，搅拌均匀，制备出1000g涂料备用。
一种本发明的快速识别锂离子电池早期热失控故障的涂料的应用，包括以下步骤：
(1)涂覆涂料位置的前处理：将需要涂覆涂料的方型铝壳锂离子电池正极极柱表面除油、干燥。
(2)涂覆涂料：将本实施例配制的涂料均匀喷涂到步骤(1)处理好的方型铝壳锂离子电池正极极柱表面，涂料厚度控制在20微米，然后待涂料干燥即可。
(3)检测：对上述正极极柱表面涂覆了涂料的方型铝壳锂离子电池进行大电流过充电试验，电池正极表面温度由室温25℃左右缓慢升高到60℃，如图1所示正极涂覆的涂料颜色约30秒由粉红色变为绿色，涂料未脱离，判别该电池即将发生热失控，继续充电后电池发生臌胀，电池表面温度瞬间从60℃升高到200℃以上，伴随一声爆炸声电解液瞬间喷出，随即产生大量的烟雾，电池发生热失控，证实了通过涂料颜色变化可以判别电池即将发生热失控的结论。
实施例2
一种本发明的快速识别锂离子电池早期热失控故障的涂料，该涂料由以下原料混合组成：显色填料300g，辅助填料225g，树脂320g和分散剂155g。
本实施例中，显色填料由CoBr2·2C6H12N4·10H2O和CoSO4·C6H12N4·9H2O按照质量比1∶1混合而成。
本实施例中，辅助填料由沸石粉、滑石粉、氧化锌三者按照质量比1∶1∶1混合而成。辅助填料的粒径为600目。
本实施例中，树脂由丙烯酸聚氨酯树脂和乙基纤维素树脂按照质量比1∶0.6混合而成。
本实施例中，分散剂为氯乙烷。
本实施例是将上述显色填料、辅助填料、树脂和分散剂混合后，搅拌均匀，制备出1000g涂料备用。
一种本发明的快速识别锂离子电池早期热失控故障的涂料的应用，包括以下步骤：
(1)涂覆涂料位置的前处理：将需要涂覆涂料的方型铝壳锂离子电池负极极柱表面除油、干燥。
(2)涂覆涂料：将本实施例配制的涂料均匀喷涂到步骤(1)处理好的方型铝壳锂离子电池负极极柱表面，涂料厚度控制在20微米，然后待涂料干燥即可。
(3)检测：对上述负极极柱表面涂覆了涂料的方型铝壳锂离子电池进行大电流过充电试验，电池负极表面温度由室温25℃左右缓慢升高到60℃，正极涂覆的涂料颜色约35秒由粉红色变为绿色，判别该电池即将发生热失控，继续充电后电池发生臌胀，电池表面温度瞬间从60℃升高到200℃以上，伴随一声爆炸声电解液瞬间喷出，随即产生大量的烟雾，电池发生热失控，证实了通过涂料颜色变化可以判别电池即将发生热失控的结论。
实施例3
一种本发明的快速识别锂离子电池早期热失控故障的涂料，该涂料由以下原料混合组成：显色填料350g，辅助填料250g，树脂350g和分散剂50g。
本实施例中，显色填料由CoI2·2C6H12N4·10H2O和CoSO4·C6H12N4·9H2O按照质量比1∶1混合而成。
本实施例中，辅助填料由钛白粉、滑石粉、氧化锌、三氧化二铝按照质量比1∶1∶1∶1混合而成。辅助填料的粒径为1000目。
本实施例中，树脂由丙烯酸聚氨酯树脂和脲醛树脂按照质量比1∶0.8混合而成。
本实施例中，分散剂为醋酸乙酯。
本实施例是将上述显色填料、辅助填料、树脂和分散剂混合后，搅拌均匀，制备出1000g涂料备用。
一种本发明的快速识别锂离子电池早期热失控故障的涂料的应用，包括以下步骤：
(1)涂覆涂料位置的前处理：将需要涂覆涂料的方型铝壳锂离子电池正负极柱中间表面除油、干燥。
(2)涂覆涂料：将本实施例配制的涂料均匀喷涂到步骤(1)处理好的方型铝壳锂离子电池正负极极柱中间表面，涂料厚度控制在60微米，然后待涂料干燥即可。
(3)检测：对上述正负极柱中间表面涂覆了涂料的方型铝壳锂离子电池进行大电流过充电试验，电池正负极柱中间表面温度由室温25℃左右缓慢升高到60℃，涂料颜色约25秒由粉红色变为绿色，判别该电池即将发生热失控，继续充电后电池发生臌胀，电池表面温度瞬间从60℃升高到200℃以上，伴随一声爆炸声电解液瞬间喷出，随即产生大量的烟雾，电池发生热失控，证实了通过涂料颜色变化可以判别电池即将发生热失控的结论。
对比例1
采用普通CoCl2·2C6H12N4·10H2O、二氧化硅、醇酸树脂混合涂料，40℃左右即变色，无法准确判断锂电池是否热失控，同时涂料与锂电池铝壳结合力差，温度升高后涂料容易脱落，无法重复使用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种快速识别锂离子电池早期热失控故障的涂料，其特征在于，所述涂料采用以下质量分数的原料混合组成：显色填料25％～35％，辅助填料20％～25％，树脂30％～35％，分散剂5％～25％；
所述显色填料由CoBr2·2C6H12N4·10H2O、CoI2·2C6H12N4·10H2O和CoSO4·C6H12N4·9H2O中的两种按质量比1∶1混合而成；
所述辅助填料由高岭土、沸石粉、钛白粉、滑石粉、氧化锌和三氧化二铝中的三种按质量比1∶1∶1或四种按质量比1∶1∶1∶1混合而成，所述辅助填料为粉末状，粒径为300目～1000目；
所述树脂由丙烯酸聚氨酯与其他树脂按质量比1∶0.5～0.8混合而成，所述其他树脂为三聚氰胺甲醛、乙基纤维素和脲醛树脂中的一种；
所述分散剂为乙二醇、氯乙烷和醋酸乙酯中的一种。
2.根据权利要求1所述的快速识别锂离子电池早期热失控故障的涂料，其特征在于，所述显色填料为化学纯，初始为粉红色。
3.一种如权利要求1或2所述的涂料在快速识别锂离子电池早期热失控故障中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述锂离子电池为方型铝壳锂离子电池。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：
(1)涂覆涂料位置的前处理：将方型铝壳锂离子电池的待涂覆涂料位置进行除油、干燥，待涂覆涂料位置为正极极柱、负极极柱或正负极柱中间；
(2)涂覆涂料：将所述涂料均匀涂刷或喷涂到经前处理后的方型铝壳锂离子电池待涂覆涂料位置，然后干燥；
(3)检测：对涂覆了涂料的方型铝壳锂离子电池进行大电流过充电试验，当涂料颜色由粉红色变为绿色时，判定该电池发生了早期热失控。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤(2)中，涂料厚度控制在20微米～60微米。
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