CN116073031A - 一种高安全性能的新结构电芯及其工作方法 - Google Patents

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侯月丹
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高宏伟
徐斌
刘莉
宋来振
时启伟
赵晴
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Abstract

本发明公开了一种高安全性能的新结构电芯及其工作方法。包括电池单体和储存袋，电池单体与储存袋通过装有温控阀门的管路连接；所述储存袋内存有钝化剂；所述管路的出液口被封入电池单体的夹层，电池单体的夹层为真空状态。本发明所述电芯将电池始终维持在电芯热失控的“第一、二阶段”，防止电池发生起火爆炸；当某一单体电池温度超过120℃时，与电池连接的储存袋内的钝化剂迅速进入电池内部，冷却剂瞬间降低发热电池的温度，阻燃剂阻断电池继续进行化学反应，起到降温和阻燃的作用，阻止电池发生起火事故。

Description

一种高安全性能的新结构电芯及其工作方法
技术领域
本发明具体涉及一种高安全性能的新结构电芯及其工作方法，属于锂离子电池安全控制的技术领域。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度高、工作电压平台高、无记忆效应、自放电率低以及使用寿命长等优势，已广泛应用到各类电动工具领域。为了追求更高能量密度，人们普遍将单体电池进行串并联后组成模组，应用到实际生产中。而电池事故主要是由于电池组中的某一个电池单体发生热失控后，导致周围电池单体受热产生热失控。因此，控制电池模组安全更重要的是保护其单体电池不发生热失控。
锂电池热失控可分为三个过程：积累阶段、放热阶段和热失控阶段。首先是积累阶段，该阶段没有明显的放热现象，电池发生缓慢的自放电；该阶段的电池是比较安全的。但如果热量持续累积，无法及时排出，当达到一定温度时，电池内部发生短路，电压迅速下降，并且伴随着放热。如果此时采取及时有效的降温阻燃措施，就不会发生起火事故。但如果温度持续上升，就会进入热失控阶段。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种高安全性能的新结构电芯。
本发明还提供一种上述新结构电芯的工作方法。
本发明的技术方案为：
一种高安全性能的新结构电芯，包括电池单体和储存袋，电池单体与储存袋通过装有温控阀门的管路连接；所述储存袋内存有钝化剂；所述管路的出液口被封入电池单体的夹层，所述夹层是电池表面隔膜与铝塑膜之间的夹层；所述温控阀门处于关闭状态，电池单体的夹层为真空状态；所述温控阀门由分布在电池单体表面的温度传感器控制开启。
优选的，所述管路的出液口设置在远离极耳一侧的位置。
优选的，所述钝化剂由冷却剂和阻燃剂按照一定重量比混合而成；其中冷却剂由水、芳香族物质、硅酸酯、脂肪族化合物、有机硅类物质和碳氟类化合物中的一种或几种组成，重量占比为60％-90％；阻燃剂由有机磷系阻燃剂、含氮化合物阻燃剂、卤代碳酸脂类阻燃剂及硅系阻燃剂中的一种或几种组成，重量占比10％-40％。
优选的，一个储存袋对应多个电池单体。
一种上述新结构电芯的工作方法，包括步骤如下：
当电池内部温度不断升高达到120℃，温度传感器将热信号传导至相应的温控阀门，温控阀门打开；管路的出液口为真空状态，储存袋内处于常压状态的钝化剂进入相应的电池单体内部进行降温、阻燃。
本发明的有益效果为：
1、本发明所述新结构电芯将电池始终维持在“第一、二阶段”；当某一单体电池温度超过120℃时，与电池连接的储存袋内的钝化剂迅速进入电池内部，冷却剂瞬间降低发热电池的温度，阻燃剂阻断电池继续进行化学反应，起到降温和阻燃的作用，阻止电池发生起火事故；
2、本发明通过设计储存袋，能够有针对性的阻止单个电池热失控，使即将发生热失控的电池单体处于钝化状态，保证整个模组的安全性能；利用温控阀门出液口的真空状态，在阀门打开后主动将储存袋内的钝化剂泵入电池单体内部，不需外力，无附加能源消耗。
附图说明
图1为本发明所述新结构电芯的结构示意图；
图2为实施例2所述新结构电芯的结构示意图；
其中，1.储存袋；2.温控阀门；3.电池单体。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。
实施例1
如图1所示。
一种高安全性能的新结构电芯，包括电池单体3和储存袋1，电池单体3与储存袋1通过装有温控阀门2的管路连接；所述储存袋1内存有钝化剂；所述管路的出液口被封入电池单体3的夹层，所述夹层是电池表面隔膜与铝塑膜之间的夹层；所述温控阀门2处于关闭状态，电池单体3的夹层为真空状态；所述温控阀门2由分布在电池单体3表面的温度传感器控制开启。温控阀门2通过导热线与温度传感器连接。
通过抽真空封装，使封入电池夹层的管道为真空状态；温控阀门2打开时，储存袋1内的钝化剂因压力差迅速泵入电池内部。
实施例2
如实施例1高安全性能的新结构电芯，所述管路的出液口设置在远离极耳一侧的位置。避免封装不紧密造成漏液。
实施例3
如实施例1高安全性能的新结构电芯，所述钝化剂由冷却剂和阻燃剂按照一定重量比混合而成；其中冷却剂是水和硅酸酯的混合物，重量占比为65％；阻燃剂是有机磷系阻燃剂，重量占比35％。
实施例4
如图2所示。
如实施例1高安全性能的新结构电芯，一个储存袋1对应四个电池单体3。当一个储存袋对应一个以上电池单体时，温控阀门同样由电池单体的温度控制，当其中某一电池单体温度升高，对应的温控阀门打开，在压力差的催动下，钝化剂泵入该电池单体内部。一个储存袋对应多个电池单体，能够提高空间和资源的利用率，为未来产业化发展提供理论基础。
实施例5
一种实施例1-4所示新结构电芯的工作方法，包括步骤如下：
当电池内部温度不断升高达到120℃，温度传感器将热信号传导至相应的温控阀门2，温控阀门2打开；管路的出液口为真空状态，储存袋1内处于常压状态的钝化剂进入相应的电池单体3内部，冷却剂迅速吸收电池内部热量，电芯温度快速降低，同时阻燃剂中含卤阻燃剂会不断消灭产生的HO·与H·自由基，阻止连锁反应发生抑制燃烧。经研究，当电池温度超过120℃时，电池内部的隔膜开始破裂，造成正负极接触短路而放出大量的热，同时活性物质分解产生的氧气与电解液发生放热反应，热量不断积累到达180℃后，电芯即发生热失控。

Claims (5)

1.一种高安全性能的新结构电芯，其特征在于，包括电池单体和储存袋，电池单体与储存袋通过装有温控阀门的管路连接；所述储存袋内存有钝化剂；所述管路的出液口被封入电池单体的夹层，所述夹层是电池表面隔膜与铝塑膜之间的夹层；所述温控阀门处于关闭状态，电池单体的夹层为真空状态；所述温控阀门由分布在电池单体表面的温度传感器控制开启。
2.根据权利要求1所述的高安全性能的新结构电芯，其特征在于，所述管路的出液口设置在远离极耳一侧的位置。
3.根据权利要求1所述的高安全性能的新结构电芯，其特征在于，所述钝化剂由冷却剂和阻燃剂按照一定重量比混合而成；其中冷却剂由水、芳香族物质、硅酸酯、脂肪族化合物、有机硅类物质和碳氟类化合物中的一种或几种组成，重量占比为60％-90％；阻燃剂由有机磷系阻燃剂、含氮化合物阻燃剂、卤代碳酸脂类阻燃剂及硅系阻燃剂中的一种或几种组成，重量占比10％-40％。
4.根据权利要求1所述的高安全性能的新结构电芯，其特征在于，一个储存袋对应1个或多个电池单体。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述新结构电芯的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：
当电池内部温度不断升高达到120℃，温度传感器将热信号传导至相应的温控阀门，温控阀门打开；管路的出液口为真空状态，储存袋内处于常压状态的钝化剂进入相应的电池单体内部进行降温、阻燃。
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