CN116130799A - 电池、用电装置以及俘获剂的提供方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电池、用电装置以及俘获剂的提供方法。电池包括电池单体和俘获剂提供系统。电池单体包括壳体和容纳于壳体内部的电解液，电解液包含锂离子。俘获剂提供系统以受控方式与壳体内部流体连通，以向电解液提供用于俘获锂离子的俘获剂。本申请实施例的电池能够有效改善电池的安全性能。

Description

电池、用电装置以及俘获剂的提供方法

技术领域

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种电池、用电装置以及俘获剂的提供方法。

背景技术

电池广泛用于电子设备，例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等等。

电池在使用过程中，如果电池内部的温度或压力持续升高可能会导致电池发生爆炸、起火等，引发安全风险。

发明内容

本申请提供一种电池、用电装置以及俘获剂的提供方法，以提高电池的安全性能。

第一方面，本申请实施例提供一种电池，包括电池单体和俘获剂提供系统。电池单体包括壳体和容纳于壳体内部的电解液，电解液包含锂离子。俘获剂提供系统以受控方式与壳体内部流体连通，以向电解液提供用于俘获锂离子的俘获剂。

在本申请实施例中，在电池单体内部的温度或压力超过阈值时，俘获剂提供系统能够向壳体内部的电解液提供俘获剂，俘获剂俘获锂离子，以使电解液失去导锂能力，进而电池单体失效无法继续充放电，能够在一定程度上缓解电池单体内部能量的进一步释放，从而改善电池单体的安全性能。在电池单体正常充放电过程中，俘获剂提供系统不会向壳体内部引入其它化学成分，能够保证电池单体的内阻、倍率性能和循环寿命。

在一些实施例中，俘获剂提供系统包括存储装置、检测装置和控制装置。存储装置设于壳体外并用于存储俘获剂。检测装置设于壳体，用于检测壳体的环境参数，环境参数包括温度和/或气压。控制装置用于从检测装置获取的环境参数，并根据环境参数和阈值的比较结果控制存储装置和壳体内部的通断。本申请实施例能够根据检测装置检测到的环境参数，由控制装置控制俘获剂输入壳体内部，控制过程反应迅速，能够快速控制电池温度或压力的进一步上升，避免热失控的发生，进一步改善电池单体的安全性能。

在一些实施例中，检测装置包括第一检测装置和/或第二检测装置。第一检测装置用于检测温度；可选地，第一检测装置的检测阈值上限为60℃～120℃。第二检测装置用于检测气压；可选地，第二检测装置的检测阈值上限为0.1MPa～1.0MPa。控制装置可以根据温度和/或压力进行判断，能够进一步增加控制的准确性。

在一些实施例中，俘获剂提供系统还包括第一开关，第一开关位于存储装置与壳体之间，控制装置用于控制第一开关的开或关，以此控制存储装置与壳体之间的通断。

在一些实施例中，俘获剂提供系统包括输送装置，输送装置设置于第一开关和壳体之间，其中，控制装置用于控制输送装置的开或关，以此控制第一开关和壳体的通断。

在一些实施例中，俘获剂包括溶质和溶剂，溶质选自碱金属盐、铵盐和季铵盐中的至少一种，且溶质包含卤素离子；溶剂选自C1～C4的醇类、丙酮、吡啶、碳酸酯类、氮甲基吡咯烷酮、二甲亚砜和磷酸酯类中的至少一种。俘获剂中的卤素离子能够与锂离子发生沉淀反应，起到快速阻断电化学反应的进行，使得电解液失去导锂能力，能够在一定程度上阻止电池单体内部的能量的进一步释放，从而改善电池单体的安全性能。

在一些实施例中，卤素离子选自氟离子和氯离子中的至少一种。氟离子、氯离子均能够迅速与锂离子结合，生成难以在电解液的溶剂中溶解或解离的氟化锂或氯化锂，使锂离子以氟化锂、氯化锂的形式析出。

在一些实施例中，碱金属盐选自钠盐和钾盐中的至少一种；季铵盐的阳离子选自以下结构式中的至少一种：

其中，R1、R2、R3、R4各自独立的选自氢原子、烷基或苄基；可选地，烷基选自甲基、乙基或异丙基。该类盐在溶剂中的解离，能够获得高浓度、高效的俘获剂。

在一些实施例中，C1～C4醇类选自甲醇和乙醇中的至少一种；碳酸酯类选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯中的至少一种；磷酸酯类选自磷酸三丁酯、磷酸三(2-乙基己基)酯、磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(2，3-二氯丙基)酯和磷酸三(2，3-二溴丙基)酯中的至少一种。溶剂的介电常数相对较高，有利于俘获剂中盐在溶剂中的溶解。

在一些实施例中，溶质的摩尔浓度为0.2mol/L～20mol/L；可选地，溶质的摩尔浓度为2mol/L～10mol/L。溶质的摩尔浓度满足上述范围时，在溶剂中的溶解度较高，能够获得高浓度的俘获剂。

第二方面，本申请实施例提供了一种用电装置，包括本申请第一方面任一实施例提供的电池，电池用于提供电能。

第三方面，本申请实施例提供了一种向电池单体提供用于俘获锂离子的俘获剂的方法，包括：获取电池单体的环境参数；响应于环境参数与阈值的比较结果，将俘获剂输送至电池单体内的电解液，以使俘获剂俘获锂离子。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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，还可以根据附图获得其他的附图。

图1为是本申请一实施例的车辆的结构示意图；

图2是本申请一些实施例提供的电池的爆炸示意图；

图3是本申请一些实施例提供的电池模块的结构示意图；

图4是本申请一些实施例提供的电池的爆炸示意图；

图5是本申请一些实施例提供的电池的示意性框图；

图6是本申请一些实施例提供的电池的结构示意图；

图7是本申请一些实施例提供的向电池单体提供用于俘获锂离子的俘获剂的流程示意图。

在附图中，附图未必按照实际的比例绘制。

其中，图中各附图标记：

F、俘获剂；

1、车辆；2、电池；3、控制器；4、马达；5、箱体；51、第一箱体部；52、第二箱体部；53、容纳空间；6、电池模块；7、电池单体；20、外壳组件；21、壳体；22、端盖组件；

30、俘获剂提供系统；31、存储装置；32、检测装置；33、控制装置；321、第一检测装置；322、第二检测装置；34、第一开关；35、输送装置。

具体实施方式

使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本申请中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“附接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本申请中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。

本申请中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)。

本申请中，电池单体可以包括锂离子二次电池单体、锂离子一次电池单体、锂硫电池单体或锂钠离子电池单体等锂离子电池单体，本申请实施例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种：柱形电池单体、方体方形电池单体和软包电池单体，本申请实施例对此也不限定。

电池单体包括电极组件和电解质，电极组件包括正极极片、负极极片和隔离件。电池单体主要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作。正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面；正极集流体包括正极集流部和凸出于正极集流部的正极极耳，正极集流部涂覆有正极活性物质层，正极极耳的至少部分未涂覆正极活性物质层。以锂离子电池单体为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质层包括正极活性物质，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面；负极集流体包括负极集流部和凸出于负极集流部的负极极耳，负极集流部涂覆有负极活性物质层，负极极耳的至少部分未涂覆负极活性物质层。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质层包括负极活性物质，负极活性物质可以为碳或硅等。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。隔离件的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。此外，电极组件可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本申请实施例并不限于此。

电池单体还可以包括外壳组件，外壳组件内部具有容纳腔，该容纳腔是外壳组件为电极组件和电解质提供的密闭空间。外壳组件包括壳体和端盖组件，壳体为一侧开口或两侧开口的空心结构，端盖组件盖合于壳体的开口处并形成密封连接，以形成用于容纳电极组件和电解质的容纳腔。

本申请的实施例所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本申请中所提到的电池可以包括电池模块或电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。

发明人发现，电池在受到外部冲击力时，可能会导致电池单体内部发生短路，电池单体内部的压力或温度上升，将会加速电池单体内部发生放热副反应等，从而可能会导致电池单体发生热失控造成爆炸、起火等，引发安全风险。并且该电池单体的热失控可能会引发相邻电池单体的热失控，从而引发层级热失控，进一步增加了安全风险。

鉴于此，本申请实施例提供了一种技术方案，在该技术方案中，电池包括电池单体和俘获剂提供系统。电池单体包括壳体和容纳于壳体内部的电解液，电解液包含锂离子。俘获剂提供系统以受控方式与壳体内部流体连通，以向电解液提供用于俘获锂离子的俘获剂。在该电池中，俘获剂提供系统能够向壳体内部的电解液提供俘获剂，俘获剂俘获锂离子，以使电解液失去导锂能力，进而该电池单体失效无法继续充放电，能够在一定程度上缓解电池单体内部能量的进一步释放，从而改善电池的安全性能；并且能够在一定程度上避免对相邻电池单体的影响，进一步改善电池的安全性能。

本申请实施例描述的技术方案适用于使用电池的用电装置。

用电装置可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。车辆可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。本申请实施例对上述用电装置不做特殊限制。

以下实施例为了方便说明，以用电装置为车辆为例进行说明。

图1是本申请一些实施例提供的车辆的结构示意图。如图1所示，车辆1的内部设置有电池2，电池2可以设置在车辆1的底部或头部或尾部。电池2可以用于车辆1的供电，例如，电池2可以作为车辆1的操作电源。

车辆1还可以包括控制器3和马达4，控制器3用来控制电池2为马达4供电，例如，用于车辆1的启动、导航和行驶时的工作用电需求。

在本申请一些实施例中，电池2不仅仅可以作为车辆1的操作电源，还可以作为车辆1的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆1提供驱动动力。

图2是本申请一些实施例提供的电池的爆炸示意图。如图2所示，电池2包括箱体5和电池单体(图2未示出)，电池单体容纳于箱体5内。

箱体5用于容纳电池单体，箱体5可以是多种结构。在一些实施例中，箱体5可以包括第一箱体部51和第二箱体部52，第一箱体部51与第二箱体部52相互盖合，第一箱体部51和第二箱体部52共同限定出用于容纳电池单体的容纳空间53。第二箱体部52可以是一端开口的空心结构，第一箱体部51为板状结构，第一箱体部51盖合于第二箱体部52的开口侧，以形成具有容纳空间53的箱体5；第一箱体部51和第二箱体部52也均可以是一侧开口的空心结构，第一箱体部51的开口侧盖合于第二箱体部52的开口侧，以形成具有容纳空间53的箱体5。当然，第一箱体部51和第二箱体部52可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。

为提高第一箱体部51与第二箱体部52连接后的密封性，第一箱体部51与第二箱体部52之间也可以设置密封件，比如，密封胶、密封圈等。

假设第一箱体部51盖合于第二箱体部52的顶部，第一箱体部51亦可称之为上箱盖，第二箱体部52亦可称之为下箱体。

在电池2中，电池单体可以是一个，也可以是多个。若电池单体为多个，多个电池单体之间可串联或并联或混联，混联是指多个电池单体中既有串联又有并联。多个电池单体之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个电池单体构成的整体容纳于箱体5内；当然，也可以是多个电池单体先串联或并联或混联组成电池模块6，多个电池模块6再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体5内。

图3是本申请一些实施例提供的电池模块的结构示意图。

如图3所示，在一些实施例中，电池单体7为多个，多个电池单体7先串联或并联或混联组成电池模块6。多个电池模块6再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体内。

电池模块6中的多个电池单体7之间可通过汇流部件实现电连接，以实现电池模块6中的多个电池单体7的并联或串联或混联。

图4是本申请一些实施例提供的电池单体的结构示意图；图5是本申请一些实施例提供的电池的示意性框图。

如图4和图5所示，本申请实施例提供的电池2包括电池单体7和俘获剂提供系统30。电池单体7包括壳体21和容纳于壳体21内部的电解液。电解液包括锂离子。俘获剂提供系统30以受控方式与壳体21内部流体连通，以向电解液提供用于俘获锂离子的俘获剂。

电池单体7包括外壳组件20，外壳组件20包括壳体21和端盖组件22。壳体21为具有开口的空心结构，壳体21用于容纳电极组件10和电解质。在电池单体7中，电极组件10是电池单体7实现充放电功能的核心部分，容纳于壳体21的电极组件10可以是一个，也可以是多个。示例性的，在图4中，电极组件10为四个。电极组件10包括正极极片、负极极片和隔离件。电极组件10可以是卷绕式电极组件、叠片式电极组件或其它形式的电极组件。例如，电极组件10为卷绕式电极组件。正极极片、负极极片和隔离件均为带状结构，可以将正极极片、隔离件以及负极极片依次层叠并卷绕两圈以上形成电极组件。又例如，电极组件10为叠片式电极组件。具体地，电极组件10包括多个正极极片和多个负极极片，正极极片和负极极片交替层叠，层叠的方向平行于正极极片的厚度方向和负极极片的厚度方向。

电解液通常包括电解质盐和溶剂。电解质盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟二草酸磷酸锂及四氟草酸磷酸锂中的至少一种。电解质盐包括锂离子。

溶剂可选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、1,4-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜及二乙砜中的至少一种。

俘获剂提供系统30以受控方式提供俘获剂，俘获剂能够俘获锂离子。俘获是指俘获剂能够与锂离子发生化学反应例如沉淀反应、或者俘获剂能够吸附锂离子，可采用本领域常用的俘获剂实现上述反应。受控方式是指俘获剂需要在其他设备例如控制装置33的控制下，执行向壳体21内输送俘获剂的动作。

在本申请实施例中，在电池单体7内部的温度或压力超过阈值时，俘获剂提供系统30能够向壳体21内部的电解液提供俘获剂，俘获剂俘获锂离子，以使电解液失去导锂能力，进而电池单体7失效无法继续充放电，能够在一定程度上缓解电池单体7内部能量的进一步释放，从而改善电池单体7的安全性能。在电池单体7正常充放电过程中，俘获剂提供系统30不会向壳体21内部引入其它化学成分，能够保证电池单体7的内阻、倍率性能和循环寿命。

当电池2包含多个电池单体7时，如果多个电池单体7内部的温度或压力超过阈值，俘获剂提供系统30能够向多个电池单体7内输送俘获剂，以此改善电池2的安全性能。

图6是本申请一些实施例提供的电池的结构示意性。

如图6所示，在一些实施例中，俘获剂提供系统30包括存储装置31、检测装置32和控制装置33。存储装置31设于壳体外并用于存储俘获剂F。检测装置32设于壳体，并用于检测壳体内的环境参数，环境参数包括温度和/或气压。控制装置33可以与检测装置32通信连接，控制装置33用于从检测装置32获取环境参数，并根据环境参数和阈值的比较结果控制存储装置31和壳体内部的通断。

存储装置31可以由柔性材质制成，或者刚性材质制成。柔性材质是指受到外力后能够变形，作用力失去之后较难恢复原来形状的材质。存储装置31采用柔性材质，能够根据设置位置进行相应变形，能够在一定程度上节省占用空间。刚性材质是指受到外力后不容易发生变形的材质。存储装置31采用刚性材质，其强度较高，不容易发生变形，从而能够对俘获剂进行防护，能够在一定程度上防止俘获剂泄露等。

检测装置32用于检测环境参数。根据检测环境参数的类型设置检测仪器，例如，环境参数包括壳体内的温度和/或压力。温度和压力可采用第三检测装置进行同步检测。当然，温度和压力也可以分别采用不同的检测装置进行单独检测，能够避免检测装置之间的干涉，提高各参数检测的准确性。

温度可以采用第一检测装置321检测，并且第一检测装置321和控制装置33可以通信连接，在第一检测装置321检测到温度后，能够将此参数传输至控制装置33，控制装置33可以根据此参数进行判断。第一检测装置321可以设置于壳体的外表面，防止对壳体内部造成干涉。示例性地，第一检测装置321可以为双金属温度传感计、压力式温度传感、电阻温度传感、热敏电阻或温差电偶。

电池单体7正常使用的最高温度通常在60℃以下，设置过低的温度阈值会导致正常使用的电池单体7的失效，影响电池单体7的正常使用；设置过高的阈值会导致锂离子俘获剂不能及时启动注入电池单体7内部，从而引发热失控。设置过高的温度阈值将会导致隔离件熔融，俘获剂较难俘获锂离子，从而仍有热失控的风险。

为了提高电池2的安全性能，在一些实施方式中，第一检测装置321的阈值上限范围可以为60℃～120℃。

压力可以采用第二检测装置322检测，并且第二检测装置322和控制装置33可以通信连接，在第二检测装置322检测到压力后，能够将此参数传输至控制装置33，控制装置33可以根据此参数进行判断。第二检测装置322可以设置于壳体的内部，以此检测内部的气压，并提高检测的准确性。示例性地，第二检测装置322可以为压阻式压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、蓝宝石压力传感器或压电式压力传感器。

电池单体7正常使用情况下随着循环次数的增加，内部压力也会增加，但通常不会超过0.1MPa，设置过低的压力阈值影响电池单体7的正常使用；过高的压力阈值会导致俘获剂启动慢，达不到改善安全的目的。

第二检测装置322的阈值上限可以根据生产实际情况进行调节，例如阈值上限范围为0.1MPa～1.0MPa。

第一检测装置321和第二检测装置322可以单独使用，也可以组合使用。单独使用时，控制装置33分别根据接收的参数进行判断。组合使用时，控制装置33可以根据温度和压力进行判断，能够进一步增加控制的准确性。

控制装置33为具有数据处理功能的处理设备，示例性地，控制装置33为控制芯片，能够将检测装置32传输的环境参数进行计算处理，并根据处理结果下达指令至其他装置例如传输装置、第一开关34等。

本申请实施例能够根据检测装置32检测到的环境参数，由控制装置33控制俘获剂输入壳体内部，控制过程反应迅速，能够快速控制电池2温度或压力的进一步上升，避免热失控的发生，进一步改善电池单体7的安全性能。

请继续参阅图6，在一些实施例中，俘获剂提供系统30还包括第一开关34，第一开关34与控制装置33可以与通信连接，第一开关34位于存储装置31与电池单体7的壳体之间，控制装置33用于控制第一开关34的开或关，以此控制存储装置31与电池单体7的壳体之间的通断。示例性地，第一开关34可以为电磁阀，在电池单体7正常充放电过程中，控制装置33电磁阀关。在电池单体7内的温度或压力大于阈值时，控制装置33控制电磁阀开，将存储装置31内的俘获剂输送至壳体内，以此防止电池单体7热失控的发展。

请继续参阅图6，可选地，俘获剂提供系统30还包括输送装置35，输送装置35可以与控制装置33通信连接，该输送装置35设置于第一开关34与电池单体7的壳体之间，其中，控制装置33用于控制输送装置35的开或关，以此来控制第一开关34与壳体之间的通断。示例性地，输送装置35为输送泵，在电池单体7正常充放电过程中，控制装置33控制输送泵掉电，输送泵处于关状态，此时输送泵不工作。在电池单体7发生内的温度或压力大于阈值时，控制装置33控制第一开关34开，输送泵上电，输送泵工作即处于开状态，输送泵能够将存储装置31内的俘获剂泵送至壳体内，以此防止电池单体7热失控的进一步发展。

当然，如果存储装置31的安装位置高于壳体时，俘获剂在第一开关34开时，能够自动流至壳体内，此时也可不设置输送装置35。

在上述各实施例中，存储装置31、第一开关34、输送装置35和壳体之间可以通过管道连通。

在一些实施例中，俘获剂包括溶质和溶剂。溶质选自碱金属盐、铵盐和季铵盐中的至少一种，且溶质包含卤素离子。溶剂选自C1～C4的醇类、丙酮、吡啶、碳酸酯类、氮甲基吡咯烷酮、二甲亚砜和磷酸酯类中的至少一种。俘获剂中的卤素离子能够与锂离子发生沉淀反应，起到快速阻断电化学反应的进行，使得电解液失去导锂能力，能够在一定程度上阻止电池单体7内部的能量的进一步释放，从而改善电池单体7的安全性能。溶剂的介电常数较高，有利于俘获剂中溶质在溶剂中的溶解，得到高浓度、高效的俘获剂，提高阻断电池单体7热失控的速度，降低俘获剂的使用量，减少俘获剂占用电池2内部空间，提高电池2的体积比能量。

溶质的摩尔浓度为0.2mol/L～20mol/L；可选地，溶质的摩尔浓度为2mol/L～10mol/L。溶质的摩尔浓度满足上述范围时，在溶剂中的溶解度较高，能够获得高浓度的俘获剂。

可选地，卤素离子选自氟离子和氯离子中的至少一种，氟离子、氯离子均能够迅速与锂离子结合，生成难以在电解液的溶剂中溶解或解离的氟化锂或氯化锂，使锂离子以氟化锂、氯化锂的形式析出。

可选地，碱金属盐选自钠盐和钾盐中的至少一种，原料易得，方便制备。

可选地，季铵盐的阳离子选自以下结构式中的至少一种：

其中，R1、R2、R3、R4各自独立的选自氢原子、烷基或苄基；可选地，烷基选自甲基、乙基或异丙基。

季铵盐的阳离子有利于盐在溶剂中的解离，形成游离态的氟离子或氯离子，能够获得高浓度、高效的俘获剂。

可选地，C1～C4醇类选自甲醇和乙醇中的至少一种；

碳酸酯类选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯中的至少一种；

磷酸酯类选自磷酸三丁酯、磷酸三(2-乙基己基)酯、磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(2，3-二氯丙基)酯和磷酸三(2，3-二溴丙基)酯中的至少一种。溶剂的介电常数相对较高，有利于俘获剂中盐在溶剂中的溶解。

本申请实施例的俘获剂提供系统30提供俘获剂的具体操作流程为：

当控制装置33通过设置在电池单体7表面的温度传感器或设置在电池单体7内部的压力传感器探测到电池单体7表面温度或内部压力异常例如等于或大于阈值上限时，控制装置33打开第一开关34、启动输送泵，将存储装置31内的俘获剂通过输送泵注入电池单体7内部，俘获剂中的氟离子和氯离子快速与电池单体7内部电解液中的锂离子结合，生成难以在电解液中溶解和解离的氟化锂和氯化锂，使锂离子以氟化锂、氯化锂的形式析出，从而清除掉电池单体7内部的的锂离子，使电池单体7快速失去电化学活性，从而避免电池单体7内部压力和温度进一步上升，提高电池2的安全性能。

本申请实施例还提供了一种向电池单体提供用于俘获锂离子的俘获剂的方法。

图7是本申请一些实施例提供的向电池单体提供用于俘获锂离子的俘获剂的流程示意图。

如图7所示，该方法包括：

S100，获取电池单体的环境参数；

S200，响应于环境参数与阈值的比较结果，将俘获剂输送至电池单体内的电解液，以使俘获剂俘获锂离子。

在步骤S200中，该比较结果可以是环境参数等于或大于阈值时，将俘获剂输送至电池单体内的电解液。具体的比较结果的设定可根据检测的环境参数的种类进行灵活调整，在此不作限定。

接下来通过具体实施例对本申请作进一步的说明。

实施例1

俘获剂包括溶剂和氯化1-乙基-3-甲基咪唑(1-Ethyl-3-methylimidazoliumChloride，[EMIM])，溶剂由碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸乙烯酯三种物质组成，碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸乙烯酯的质量比为1：1：1，氯化1-乙基-3-甲基咪唑的摩尔浓度为2mol/L。

电池包括俘获剂提供系统和电池单体。俘获剂提供系统包括存储装置、电磁阀开关、输送泵、热电偶式温度传感器、内置于电池单体内部的陶瓷压力传感器，温度传感器的阈值上限为80℃，压力传感器的阈值上限为0.3Mpa。电池单体为镍钴锰酸锂电池，其中镍钴锰元素的摩尔比为8：1：1，电池单体的额定容量为70Ah，每次泵入俘获剂重量为70g。

实施例2

与实施例1的不同之处在于氯化1-乙基-3-甲基咪唑的浓度为4mol/L。

实施例3

与实施例1的不同之处在于氯化1-乙基-3-甲基咪唑的浓度为8mol/L。

实施例4

与实施例2的不同之处在于所用温度传感器的阈值上限为100℃，压力传感器的阈值上限为1.2Mpa。

实施例5

与实施例4的不同之处在于所用温度传感器的阈值上限为120℃。

实施例6

与实施例4的不同之处在于所用温度传感器的阈值上限为150℃，所用压力传感器的阈值上限为0.8Mpa。

实施例7

与实施例4的不同之处在于所用温度传感器的阈值上限为150℃，所用压力传感器的阈值上限为0.6Mpa。

实施例8

与实施例4的不同之处在于所用温度传感器的阈值上限为150℃，所用压力传感器的阈值上限为0.4Mpa。

对比例1

与实施例1的不同之处在于，电池并未包括俘获剂提供系统。

[锂离子电池单体穿刺测试]

将实施例1～9和对比例1提供的电池单体进行针刺实验，具体按照如下方法进行：将电池单体以40A的电流横流充电至4.2V，然后4.2V恒压充电至电流降低至0.8A，用直径为6mm的耐高温钢针，针尖的圆锥度为50°，钢针以25mm/s的速度垂直于壳体的外表面贯穿，贯穿位置在所刺壳体的外表面的几何中心附近，钢针停留在电池单体中观察1h。测试结果如表1所示。

表1

从表1中可以看出，相较于对比例1，实施例1～3通过温感触发俘获剂中的氯离子与电池单体内的电解液中的锂离子快速结合，快速清除掉电池单体内部游离态的锂离子，使电池单体失去活性，有效的改善电池的安全性能。随着锂离子俘获剂中浓度的增加，电池单体的最高温度和触发温度越接近，当浓度达到4mol/L以上的时候，电池单体的温度几乎不再上升，4mol/L的[EMIm]Cl可以有效的清除电池单体内部的锂离子，从而改善电池的安全性能。

相较于对比例1，实施例4～5将温度传感器的触发阈值上限从100℃上调到120℃，温度触发了俘获剂提供系统，电池单体未发生热失控。当电池单体内部温度超高120℃时，隔离件可能发生融化，锂离子俘获剂无法及时渗入电池单体内部俘获锂离子，导致电池单体进一步热失控。

相较于对比例1，实施例6～8，保持温度阈值设置150℃失效状态，压力阈值进一步下调到0.8MPa，压力触发俘获剂提供系统，电池单体未发生热失控；压力阈值进一步下调到0.6MPa，压力触发俘获剂提供系统，电池单体未发生热失控，并且电池最高温度进一步降低，可见降低电池的压力阈值同样可以改善使电池的安全性能。

可见，无论是压力传感器还是温度传感器触发俘获剂提供系统，均可以有效改善电池的安全性能，因此设置两种触发机制作为改善电池安全性能的冗余设计，当一种策略失效时，另一种策略可以及时补充，确保电池的安全性能。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种电池，其特征在于，包括：

电池单体(7)，包括壳体(21)和容纳于所述壳体(21)内部的电解液，所述电解液包含锂离子；

俘获剂提供系统(30)，以受控方式与所述壳体(21)内部流体连通，以向所述电解液提供并用于俘获所述锂离子的俘获剂。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，

所述俘获剂提供系统(30)包括：

存储装置(31)，设于所述壳体(21)外并用于存储所述俘获剂；

设于所述壳体(21)的检测装置(32)，用于检测所述壳体(21)内的环境参数，所述环境参数包括温度和/或气压；

控制装置(33)，用于从所述检测装置(32)获取所述环境参数，并根据所述环境参数和阈值的比较结果控制所述存储装置(31)和所述壳体(21)内部的通断。

3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，

所述检测装置(32)包括：

用于检测温度的第一检测装置(321)；可选地，所述第一检测装置(321)的检测阈值上限为60℃～120℃；和/或

用于检测气压的第二检测装置(322)；可选地，所述第二检测装置(322)的检测阈值上限为0.1MPa～1.0MPa。

4.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，

所述俘获剂提供系统(30)还包括第一开关(34)，所述第一开关(34)位于所述存储装置(31)与所述壳体(21)之间，所述控制装置(33)用于控制第一开关(34)的开或关，以此控制所述存储装置(31)与所述壳体(21)之间的通断。

5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，

所述俘获剂提供系统(30)包括输送装置(35)，所述输送装置(35)设置于所述第一开关(34)和所述壳体(21)之间，

其中，所述控制装置(33)用于控制所述输送装置(35)的开或关，以此控制所述第一开关(34)和所述壳体(21)的通断。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电池，其特征在于，

所述俘获剂包括溶质和溶剂，

所述溶质选自碱金属盐、铵盐和季铵盐中的至少一种，且所述溶质包含卤素离子；

所述溶剂选自C1～C4的醇类、丙酮、吡啶、碳酸酯类、氮甲基吡咯烷酮、二甲亚砜和磷酸酯类中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，

所述卤素离子选自氟离子和氯离子中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，

所述碱金属盐选自钠盐和钾盐中的至少一种；

所述季铵盐的阳离子选自以下结构式中的至少一种：

其中，R1、R2、R3、R4各自独立的选自氢原子、烷基或苄基；可选地，所述烷基选自甲基、乙基或异丙基。

9.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，

所述C1～C4醇类选自甲醇和乙醇中的至少一种；

所述碳酸酯类选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯中的至少一种；

所述磷酸酯类选自磷酸三丁酯、磷酸三(2-乙基己基)酯、磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(2，3-二氯丙基)酯和磷酸三(2，3-二溴丙基)酯中的至少一种。

10.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，所述溶质的摩尔浓度为0.2mol/L～20mol/L；可选地，所述溶质的摩尔浓度为2mol/L～10mol/L。

11.一种用电装置，包括如权利要求1至10任一项所述的电池(2)，所述电池(2)用于提供电能。

12.一种向电池单体提供用于俘获锂离子的俘获剂的方法，包括：

获取所述电池单体(7)的环境参数；

响应于所述环境参数与阈值的比较结果，将所述俘获剂输送至所述电池单体(7)内的电解液，以使所述俘获剂俘获锂离子。

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