CN117175033A - 一种用于锂离子电池的主动式抑爆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于锂离子电池的主动式抑爆装置，涉及锂离子电池抑爆技术领域，包括用于包裹锂离子电池且与锂离子电池贴合的温控裂解抑爆片；温控裂解抑爆片包括外壳和分别设置在外壳内的第一储腔、第二储腔，第一储腔通过中间分隔层与第二储腔相隔；第一储腔中设置有抑爆药剂，第二储腔中设置有生物降解药剂；第一储腔和第二储腔沿温控裂解抑爆片的非厚度方向分布；外壳和中间分隔层均采用温控相变材料制成，且外壳与锂离子电池贴合的一侧和中间分隔层均能够在锂离子电池的温度高于设定值且低于锂离子电池的热失控临界值时自动发生裂解。本发明能够有效防止锂离子电池发生爆炸。

Description

一种用于锂离子电池的主动式抑爆装置

技术领域

本发明涉及锂离子电池抑爆技术领域，特别涉及一种用于锂离子电池的主动式抑爆装置。

背景技术

锂离子电池作为一种能量密度高、循环次数多、使用寿命长、轻便且无污染的化学电源已经成为现代信息技术时代不可缺少的源动力，同时可以降低国家的碳排放量和能源消耗量。

锂离子电池在遇到滥用或者是极端状况时会出现因热稳定性变差而发生的“热失控”现象。热失控现象一旦发生，其散发出的大量热量和有害气体会引起电池着火和爆炸。热失控现象的终止只能是反应物全部燃尽，只有待反应物耗尽，热失控过程才能自然终止。锂离子电池是未来数十年最有发展前景的化学电源，在不断提高能量密度的同时，还应多方面提升锂离子电池的安全性。

现阶段的锂离子电池热失控及爆炸重在预防和监测。锂电池的主动安全技术是从材料和设计方面解决安全问题，而被动安全技术侧重于在电池发生问题后采取控制和减损措施。

被动安全技术对检测手段要求较高，同时电池包内部空间受限，容易出现检测遗漏，不能全面地评估电池单体的潜在热失控风险；主动安全技术通过对爆炸信号的超前探测，主动喷洒抑爆剂，隔绝并熄灭火焰，终止爆炸火焰传播，从而达到在极早期抑制电池包发生事故的效果，实现超前安全管理，尽早发现锂电池热失控及滥用和异常。

现有的锂电池主动安全技术缺点为：对爆炸信号的超前探测准确度低，不能精准感知电池的温度变化，抑爆效果差。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于锂离子电池的主动式抑爆装置，以解决上述现有技术存在的问题，有效防止锂离子电池发生爆炸。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种用于锂离子电池的主动式抑爆装置，包括用于包裹锂离子电池且与所述锂离子电池贴合的温控裂解抑爆片；所述温控裂解抑爆片包括外壳和分别设置在所述外壳内的第一储腔、第二储腔，所述第一储腔通过中间分隔层与所述第二储腔相隔；所述第一储腔中设置有用于防止所述锂离子电池爆炸的抑爆药剂，所述第二储腔中设置有用于吸收降解所述锂离子电池释放的有毒有害气体的生物降解药剂；所述第一储腔和所述第二储腔沿所述温控裂解抑爆片的非厚度方向分布；

所述外壳和所述中间分隔层都采用温控相变材料制成，且所述外壳与所述锂离子电池贴合的一侧和所述中间分隔层都能够在所述锂离子电池的温度高于设定值且低于所述锂离子电池的热失控临界值时自动发生裂解。

优选的，所述温控裂解抑爆片与所述锂离子电池的外壁能够拆卸的连接或粘接。

优选的，所述温控裂解抑爆片的一端能够与所述温控裂解抑爆片的另一端能够拆卸的连接。

优选的，所述温控裂解抑爆片的一端通过若干个弹簧连接有第一连接板，每个所述弹簧都一端与所述温控裂解抑爆片固连、另一端与所述第一连接板固连；所述温控裂解抑爆片的另一端固设有能够与所述第一连接板卡接的第二连接板。

优选的，所述第一连接板上设置有若干个凹形卡槽，所述第二连接板上对应每个所述凹形卡槽设置有凸型卡扣，所述凸型卡扣能够与对应的所述凹形卡槽卡接。

优选的，所述外壳内还设置有柔性防护网，所述第一储腔和所述第二储腔位于所述柔性防护网的同一侧，且所述第一储腔和所述第二储腔分别与所述柔性防护网之间具有间隔。

优选的，所述抑爆药剂采用气溶胶、盐类活化水雾、纳米SiO₂、天然纳米孔结构材料硅藻土或超细粉体无机盐类抑制剂。

优选的，所述生物降解药剂采用有机油类物质、同时含有亲水基团和疏水基团的物质或液态离子化合物；

所述有机油类物质为废机油、生物柴油、聚二甲基硅氧烷或己二酸二辛酯；所述同时含有亲水基团和疏水基团的物质为氟碳、糖脂、脂肽、十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯辛基苯酚醚或十六烷基三甲基溴化铵；所述液态离子化合物为十二烷基咪唑氯盐或十二烷基咪唑双氢胺盐。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明用于锂离子电池的主动式抑爆装置能够有效防止锂离子电池发生爆炸。

具体的，温控裂解抑爆片中的外壳和中间分隔层采用温控相变材料制成，在锂离子电池出现热失控趋势及爆炸倾向时，外壳和中间分隔层会在高温作用下自动发生裂解，从而将第一储腔中的抑爆药剂和第二储腔中的生物降解药剂释放，起到抑制爆炸和吸附降解有毒有害气体的作用。

相对现有技术中通过外界检测设备探测锂离子电池整体温度变化的方案，本发明可以在锂离子电池达到热失控临界温度前做出反应并释放药剂，有效消除锂离子电池爆炸隐患，避免危险事故的发生；

另外，本发明用于锂离子电池的主动式抑爆装置不需要提前准备和搭建检测设备，且温控裂解抑爆片体积小，占用空间少，可根据锂离子电池本体进行灵活设计，节约资源的同时又降低了成本，且有效预防锂离子电池热失控爆炸的发生。

本发明用于锂离子电池的主动式抑爆装置能够主动释放生物降解药剂吸附降解有毒有害气体，能够避免有毒有害气体的扩散，从而保证了锂离子电池附近人员的生命安全，安全性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明用于锂离子电池的主动式抑爆装置的结构示意图；

图2为使用本发明用于锂离子电池的主动式抑爆装置包裹锂离子电池的一个视角的示意图；

图3为使用本发明用于锂离子电池的主动式抑爆装置包裹锂离子电池的另一视角的示意图；

图4为本发明用于锂离子电池的主动式抑爆装置的结构示意图；

其中，1、外壳；2、中间分隔层；3、弹簧；4、第一连接板；5、第二连接板；6、凹形卡槽；7、凸型卡扣；8、抑爆药剂；9、生物降解药剂；10、锂离子电池；11、第一储腔；12、第二储腔；13、柔性防护网。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于锂离子电池的主动式抑爆装置，以解决上述现有技术存在的问题，防止锂离子电池发生爆炸。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图4所示，本实施例提供一种用于锂离子电池的主动式抑爆装置，包括用于包裹锂离子电池10且与锂离子电池10贴合的温控裂解抑爆片；温控裂解抑爆片包括外壳1和分别设置在外壳1内的第一储腔11、第二储腔12，第一储腔11通过中间分隔层2与第二储腔12相隔；第一储腔11中设置有用于防止锂离子电池10爆炸的抑爆药剂8，第二储腔12中设置有用于吸收降解锂离子电池10释放的有毒有害气体的生物降解药剂9；第一储腔11和第二储腔12沿温控裂解抑爆片的非厚度方向分布，这样第一储腔11和第二储腔12都能够仅通过外壳与锂离子电池10相隔，有利于第一储腔11和第二储腔12中药剂的快速释放。

外壳1和中间分隔层2都采用温控相变材料制成，且外壳1与锂离子电池10贴合的一侧和中间分隔层2都能够在锂离子电池10的温度高于设定值且低于锂离子电池10的热失控临界值时自动发生裂解。温控相变材料为现有成熟材料，温控相变材料可分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料三种。无机相变材料主要是无极水合盐相变材料：CaCl₂·6H₂O、Na₂SO₄·10H₂O、CaBr₂·6H₂O、CH₃COONa·3H₂O等；有机相变材料主要是多种有机物的混合体，不同晶型与不同高分子支链结构的组合：脂肪烃类、脂肪酸类、多元醇类、高分子类等；复合相变材料是将无机材料与有机材料复合在一起使用，主要是以无机材料为骨架起到支撑形状和维持力学性能的作用，有机材料作为填充物附着在骨架上。

于本实施例中，温控裂解抑爆片的一端能够与温控裂解抑爆片的另一端能够拆卸的连接。具体的，温控裂解抑爆片的一端通过若干个弹簧3连接有第一连接板4，每个弹簧3都一端与温控裂解抑爆片固连、另一端与第一连接板4固连；温控裂解抑爆片的另一端固设有能够与第一连接板4卡接的第二连接板5，第一连接板4上设置有若干个凹形卡槽6，第二连接板5上对应每个凹形卡槽6设置有凸型卡扣7，凸型卡扣7能够与对应的凹形卡槽6卡接，凸型卡扣7插入对应的凹形卡槽6之后，第一连接板4与第二连接板5连接在一起，而在弹簧3弹力的作用下，温控裂解抑爆片将锂离子电池10包裹紧密。

需要说明的是，在实际应用中，不一定需要设置本实施例中的第一连接板4和第二连接板5来将温控裂解抑爆片的两端连接，只要能够实现用温控裂解抑爆片将锂离子电池10包裹并与锂离子电池10外壁贴合即可，例如可以使温控裂解抑爆片与锂离子电池10的外壁能够拆卸的连接或粘接，这些也在本发明的保护范围之内。

于本实施例中，外壳1内还设置有柔性防护网13，第一储腔11和第二储腔12位于柔性防护网13的同一侧，且第一储腔11和第二储腔12分别与柔性防护网13之间具有间隔；柔性防护网13的材料采用蛛网抗冲击复合材料，可以承受一定的外界压力，避免外壳1因受到外界压力带来的损伤。

于本实施例中，抑爆药剂8采用气溶胶、盐类活化水雾、纳米SiO₂、天然纳米孔结构材料硅藻土或超细粉体无机盐类抑制剂。

于本实施例中，生物降解药剂9采用有机油类物质、同时含有亲水基团和疏水基团的物质或液态离子化合物；有机油类物质为废机油、生物柴油、聚二甲基硅氧烷或己二酸二辛酯；同时含有亲水基团和疏水基团的物质为氟碳、糖脂、脂肽、十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯辛基苯酚醚或十六烷基三甲基溴化铵；液态离子化合物为十二烷基咪唑氯盐或十二烷基咪唑双氢胺盐。

本发明用于锂离子电池的主动式抑爆装置的工作原理如下：

首先用本发明用于锂离子电池的主动式抑爆装置中的温控裂解抑爆片包裹锂离子电池10，在使用过程中，在锂离子电池10出现热失控趋势及爆炸倾向时，锂离子电池10的温度会快速升高，当锂离子电池10高于设定值(即外壳1和中间分隔层2采用的温控相变材料产生相变的临界值)且低于锂离子电池10热失控临界温度前，外壳1层与中间分隔层2自动爆裂，释放外壳1内填充的抑爆药剂8和生物降解药剂9，抑爆药剂8和生物降解药剂9能够同时释放并协同作用且互不干扰，抑爆药剂8可用于锂离子电池10各个部位，防止锂离子电池10发生爆炸，生物降解药剂9用于吸收和降解锂离子电池10自热释放的有毒有害气体。

需要说明的是，抑爆药剂8和生物降解药剂9都可以采用固态、液态和气态的药剂，且固态、液态和气态的药剂各有利弊，可以根据实际需要进行适应性的选择；如果抑爆药剂8和生物降解药剂9都采用固态药剂，则固态的抑爆药剂覆盖在锂电池热失控升温区域使之与空气有效隔绝，固体生物降解药剂吸附有毒有害气体，防止其向外逸散；如果抑爆药剂8和生物降解药剂9都采用液态药剂，液体抑爆药剂使用方便，具有化学抑制和降温双重抑爆性能，液体生物降解药剂可通过雾化与有毒有害气体发生反应，进行吸附和降解并产生环保型生成物；如果抑爆药剂8和生物降解药剂9都采用气态药剂，气体抑爆药剂释放速度快，通过稀释可燃性气体使整体环境无法满足爆炸条件，从而达到抑爆的目的，气体生物降解药剂可与有毒有害气体发生反应，进行吸附和降解并产生环保型生成物，不会污染周围设备。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种用于锂离子电池的主动式抑爆装置，其特征在于，包括用于包裹锂离子电池且与所述锂离子电池贴合的温控裂解抑爆片；所述温控裂解抑爆片包括外壳和分别设置在所述外壳内的第一储腔、第二储腔，所述第一储腔通过中间分隔层与所述第二储腔相隔；所述第一储腔中设置有用于防止所述锂离子电池爆炸的抑爆药剂，所述第二储腔中设置有用于吸收降解所述锂离子电池释放的有毒有害气体的生物降解药剂；所述第一储腔和所述第二储腔沿所述温控裂解抑爆片的非厚度方向分布；

所述外壳和所述中间分隔层均采用温控相变材料制成，且所述外壳与所述锂离子电池贴合的一侧和所述中间分隔层均能够在所述锂离子电池的温度高于设定值且低于所述锂离子电池的热失控临界值时自动发生裂解。

2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的主动式抑爆装置，其特征在于：所述温控裂解抑爆片与所述锂离子电池的外壁能够拆卸的连接或粘接。

3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的主动式抑爆装置，其特征在于：所述温控裂解抑爆片的一端能够与所述温控裂解抑爆片的另一端能够拆卸的连接。

4.根据权利要求3所述的用于锂离子电池的主动式抑爆装置，其特征在于：所述温控裂解抑爆片的一端通过若干个弹簧连接有第一连接板，每个所述弹簧都一端与所述温控裂解抑爆片固连、另一端与所述第一连接板固连；所述温控裂解抑爆片的另一端固设有能够与所述第一连接板卡接的第二连接板。

5.根据权利要求4所述的用于锂离子电池的主动式抑爆装置，其特征在于：所述第一连接板上设置有若干个凹形卡槽，所述第二连接板上对应每个所述凹形卡槽设置有凸型卡扣，所述凸型卡扣能够与对应的所述凹形卡槽卡接。

6.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的主动式抑爆装置，其特征在于：所述外壳内还设置有柔性防护网，所述第一储腔和所述第二储腔位于所述柔性防护网的同一侧，且所述第一储腔和所述第二储腔分别与所述柔性防护网之间具有间隔。

7.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的主动式抑爆装置，其特征在于：所述抑爆药剂采用气溶胶、盐类活化水雾、纳米SiO₂、天然纳米孔结构材料硅藻土或超细粉体无机盐类抑制剂。

8.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的主动式抑爆装置，其特征在于：所述生物降解药剂采用有机油类物质、同时含有亲水基团和疏水基团的物质或液态离子化合物；

所述有机油类物质为废机油、生物柴油、聚二甲基硅氧烷或己二酸二辛酯；所述同时含有亲水基团和疏水基团的物质为氟碳、糖脂、脂肽、十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯辛基苯酚醚或十六烷基三甲基溴化铵；所述液态离子化合物为十二烷基咪唑氯盐或十二烷基咪唑双氢胺盐。