CN212848528U - 一种阻燃性锂离子电池组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种阻燃性锂离子电池组件，包括电芯、阻燃箱，阻燃箱的前侧壁与所述电芯连接，阻燃箱的顶部、底部均开有容电芯的极耳穿过的穿槽，阻燃箱为硅胶垫制成的中空立体结构，阻燃箱的外壁向内开有多个孔洞，阻燃箱前侧壁的孔洞内均填充有功能性材料层A，阻燃箱除前侧壁孔洞之外的其他孔洞内均填充有功能性材料层B。本实用新型所述的阻燃性锂离子电池组件通过在锂电池电芯边缘放置阻燃箱，一方面便于锂电池正常工作时及时散热，减少膨胀，另一方面设置的功能性材料层能一定程度阻止电池燃烧，同时能迅速释放灭火单元，快速灭火，可以让失控燃烧的电芯及时进行灭火，阻燃性好，锂电池安全性能大大提高。

Description

一种阻燃性锂离子电池组件

技术领域

本实用新型属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种阻燃性锂离子电池组件。

背景技术

随着动力电池能量密度的逐步提高，电芯安全性能大幅度下降，市场上新能源电动汽车起火事故屡见不鲜。这就对电池的热管理技术提出了更高的要求。热管理技术常见的措施分为两类：一类是在正常工作时，解决散热问题，维持电芯正常工作温度；另一类是电芯“非正常工作”时，增添热失控预警，阻止电芯起火，以及电芯之间的热蔓延，防止火灾爆炸等进一步热失控发生的风险。因此，兼顾两者特性必不可少，产品电芯，不仅要满足供电充分，还要保证足够的安全，不对用户的生命安全造成不好影响。因此，如果电池在正常工作时可以满足恒温状态的需求，在热失控不能及时避免时，可以采取阻燃措施，降低连锁反应发生的风险，这对电动汽车安全性能的提升将会有重大的意义。

现有技术中，针对阻止电芯爆燃，提出了一些新的方法，主要分为两类，一类是设计安全组件，在模组上侧，增添阻燃构建，防爆阀等，释放电芯中产生的气体；另一类是在电池中增加阻燃材料，当电芯温度升高时，释放阻燃材料，覆盖可燃物或者稀释助燃气体。专利CN110265746A提供了一种应用于锂电池的功能性隔热材料，其设置于锂电池的侧面和/或顶面，利用功能性隔热材料吸热降温功能和灭火功能，有效防止锂离子单体电池间的热传递现象，但是该专利中功能性隔热材料使用量多，不仅浪费，且在电芯正常使用过程中，不利于散热；专利CN1074530001A公开了一种锂电池阻燃装置，在电池箱中的锂电池的一侧安装有阻燃盒，阻燃盒的内部安装有气囊，气囊的内部填充有二氧化碳气体，温度传感器与电磁阀电控，当锂电池温度过高时能释放CO2气体，不仅可以让电芯降温，且二氧化碳气体具有灭火灭火的作用，能防止锂电池因温度过高而燃烧或爆炸，能对锂电池进行防护，增加其使用寿命，并降低锂电池使用时的安全隐患。但是此专利需要在模组包内中放置一个巨大的气体存储罐，不仅浪费空间，且气体罐高压，具有一定的风险。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种阻燃性锂离子电池组件，通过在锂电池电芯边缘放置阻燃箱，一方面便于锂电池正常工作时及时散热，减少膨胀，另一方面设置的功能性材料层能一定程度阻止电池燃烧，同时能迅速释放灭火单元，快速灭火，可以让失控燃烧的电芯及时进行灭火，阻燃性好，锂电池安全性能大大提高。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种阻燃性锂离子电池组件，包括电芯、阻燃箱，阻燃箱的前侧壁与所述电芯连接，阻燃箱的顶部、底部均开有容电芯的极耳穿过的穿槽，阻燃箱为硅胶垫制成的中空立体结构，阻燃箱的外壁向内开有多个孔洞，阻燃箱前侧壁的孔洞内均填充有功能性材料层A，阻燃箱除前侧壁孔洞之外的其他孔洞内均填充有功能性材料层B。

阻燃箱的顶部、底部均开有容电芯的极耳穿过的穿槽，极耳穿过穿槽后进行后续操作，使得电芯与阻燃箱的连接更加紧密。

通过在锂电池电芯边缘放置阻燃箱，一方面便于锂电池正常工作时及时散热，减少膨胀，另一方面设置的功能性材料层能一定程度阻止电池燃烧，同时能迅速释放灭火单元，快速灭火，可以让失控燃烧的电芯及时进行灭火，阻燃性好，锂电池安全性能大大提高。

阻燃箱前侧壁是与电芯连接的，与常规的搁置于电芯间的阻燃组件相比，本结构具有针对性高，阻燃效果精确，阻燃材料使用量少，节省空间的优点。

电芯在热失控时，两个极耳位置以及中间封印位置往往会发生喷列开口、燃烧，因此本发明针对性的在阻燃箱的顶部、底部、左侧壁、右侧壁、后侧壁的孔洞中均填充有功能性材料层B，在电芯发生失控时，功能材料B可以及时分解产气，阻断燃烧。

在阻燃箱前侧壁的孔洞内填充有功能性材料层A，这样在电芯正常工作时，与电芯连接的阻燃箱前侧壁中的功能材料A可以及时带走充放电产生的热量。

功能材料A与功能材料B不同的工作温度，使得两种功能材料在不同的阶段起到不同的作用。功能材料A在工作温度高于30-80℃时，是一个相变点，可以吸热融化，吸收电芯热量，有效保证电芯正常工作；当电芯温度高于90℃时，功能材料B可以分解吸热，捕获氧气自由基，产生的不可燃气体可以稀释电池环境中的可燃气体，分解出的小颗粒物质可以覆盖在电池表面，阻止电池燃烧。

硅胶垫具有一定的张力、柔韧性，优良的绝缘性、耐压，耐高温，具有很好的隔热效果，可以有效阻止电芯的热蔓延。

将中空交错结构的硅胶垫与功能性材料和阻燃材料相互结合，利用相变吸热，调节电芯温度，可以有效应对电芯的膨胀，隔热。有效调控了热管理，保证了电芯的安全。

进一步的，所述功能性材料层A的厚度为1-10mm。

进一步的，所述功能性材料层A由重量比为2：2：6的粘结剂：膨胀石墨：功能材料A混合得到的。

进一步的，所述粘结剂为聚偏氟乙烯，CMC，SBR中的一种或者或者几种混合。

进一步的，所述功能材料A的工作温度为30-80℃，完全满足电池正常的充放电放热温度区间要求。

进一步的，所述功能材料A为固体材料，其相变是两种固态形式的转变，利用膨胀石墨来缓冲其形变；

进一步的，所述功能材料A可以为有机相变材料，优选为石蜡、醋酸；也可以为复合相变材料，优选为SiO₂/Na₂SO₄复合定型相变储能材料、二氧化硅(SiO₂)/聚乙二醇(PEG)无机-有机复合相变材料。

进一步的，所述功能材料A与硅胶垫的用量比优选为7：3-8：2。

进一步的，所述功能性材料层B的厚度为1-10mm。

进一步的，所述功能性材料层B是由重量比为3：7的粘结剂：功能材料B混合得到的。

进一步的，所述粘结剂为聚偏氟乙烯，CMC，SBR中的一种或者或者几种混合。

进一步的，所述功能材料B的工作温度为90℃-120℃，低于电芯热失控起火时温度；

进一步的，所述功能材料B优选为聚合磷酸酯、氢氧化铝、氢氧化镁，磷酸烷基酯类、多聚磷酸酯、三聚氰胺、季戊四醇，气凝胶中的一种或集中的复合物。

进一步的，所述功能材料B与硅胶的用量比优选为6：4-9：1。

进一步的，所述气溶胶类功能材料B的工作原理简述如下：

K+·OH→KOH

K+O·→KO

K₂O+2·H→2KOH

KO+·H→KOH

KOH+·OH→KO+H₂O

KOH+H·→K+H₂O

K₂CO₃+2·H→2KHCO₃

所述阻燃箱前侧壁与所述电芯通过胶粘连接。

相对于现有技术，本实用新型所述的阻燃性锂离子电池组件具有以下优势：

(1)本实用新型所述的阻燃性锂离子电池组件，通过在锂电池电芯边缘放置阻燃箱，一方面便于锂电池正常工作时及时散热，减少膨胀，另一方面设置的功能性材料层能一定程度阻止电池燃烧，同时能迅速释放灭火单元，快速灭火，可以让失控燃烧的电芯及时进行灭火，阻燃性好，锂电池安全性能大大提高。

(2)本实用新型所述的阻燃性锂离子电池组件，阻燃箱前侧壁是与电芯连接的，与常规的搁置于电芯间的阻燃组件相比，本结构具有针对性高，阻燃效果精确，阻燃材料使用量少，节省空间的优点。

(3)本实用新型所述的阻燃性锂离子电池组件，将中空交错结构的硅胶垫与功能性材料和阻燃材料相互结合，利用相变吸热，调节电芯温度，可以有效应对电芯的膨胀，隔热。有效调控了热管理，保证了电芯的安全。

(4)本实用新型所述的阻燃性锂离子电池组件，功能材料A和功能材料B添加量较少，可以针对性的在电芯热失控前期高效到达失控点。

(5)本实用新型所述的阻燃性锂离子电池组件，工作温度满足具有相变特性的功能材料B>功能材料A>硅胶垫，各温度之间存在缓冲区，梯度作用防止各组分之间的功能失效。

(6)本实用新型所述的阻燃性锂离子电池组件，穿槽的设置方便电芯极耳穿出阻燃箱后与电压线连接。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的阻燃箱的示意图；

图2为本实用新型实施例所述的阻燃箱与电芯配合的示意图。

附图标记说明：

1-阻燃箱；11-穿槽；2-电芯；21-极耳。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，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”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；可以是机械连接，也可以是电连接；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。除非另有明确的规定和限定，术语“固定连接”可以是插接、焊接、螺纹连接、螺栓连接等常用的固定连接方式。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例

一种阻燃性锂离子电池组件，包括电芯2、阻燃箱1，阻燃箱1的前侧壁与所述电芯2连接，阻燃箱1的顶部、底部均开有容电芯2的极耳21穿过的穿槽11，阻燃箱1为硅胶垫制成的中空立体结构，阻燃箱1的外壁向内开有多个均匀设置的孔洞，阻燃箱1前侧壁的孔洞内均填充有功能性材料层A，阻燃箱1除前壁的孔洞之外的其他孔洞内均填充有功能性材料层B。

所述功能性材料层A的厚度为1-10mm。

所述功能性材料层B的厚度为1-10mm，所述功能材料B为气凝胶。

所述阻燃箱1前侧壁与所述电芯2通过胶粘连接。

对比例

选用与实施例相同的锂离子电池，不同处在于电芯2没有与阻燃箱1连接。

将上述实施例与对比例的电池组件进行高温夹具循环以及加热实验，结果如下：

(1)实施例的电芯2在45℃循环下，电芯2表面温度基本与环境温度持平；而对比例电芯2温度随着循环充放电有波动，最高温度达到65℃。

(2)实施例中的电芯2循环到80％SOH时，共循环了1500圈，而对比例中的电芯2，仅循环到1000圈电芯2就发生跳水，鼓胀严重。

(3)对电芯2进行加热实验，加热速度2℃/min，从室温升至180℃，恒温30min，实施例1的电芯2没有起火，只有轻微的冒烟，而对比例的电芯2在温度为140℃时，就出现冒烟起火爆炸现象。

上述实验结果说明，阻燃箱1的设置不仅可以确保电芯2的正常运行，可以及时对电芯2表面进行散热，同时，在电芯2发生热失控时，在热的作用下，功能材料B分解产生的气化金属离子或失去电子的阳离子可以与燃烧中的活性基团发生亲和反应，反复大量消耗活性基团，减少燃烧自由基。进而阻止电芯2的热失控的发生。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种阻燃性锂离子电池组件，其特征在于：包括电芯(2)、阻燃箱(1)，阻燃箱(1)的前侧壁与所述电芯(2)连接，阻燃箱(1)的顶部、底部均开有容电芯(2)的极耳(21)穿过的穿槽(11)，阻燃箱(1)为硅胶垫制成的中空立体结构，阻燃箱(1)的外壁向内开有多个孔洞，阻燃箱(1)前侧壁的孔洞内均填充有功能性材料层A，阻燃箱(1)除前侧壁孔洞之外的其他孔洞内均填充有功能性材料层B。

2.根据权利要求1所述的一种阻燃性锂离子电池组件，其特征在于：所述功能性材料层A的厚度为1-10mm。

3.根据权利要求1所述的一种阻燃性锂离子电池组件，其特征在于：所述功能性材料层B的厚度为1-10mm。

4.根据权利要求1所述的一种阻燃性锂离子电池组件，其特征在于：所述阻燃箱(1)前侧壁与所述电芯(2)通过胶粘连接。

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