IT201900010149A1

IT201900010149A1 - Li-ion battery

Info

Publication number: IT201900010149A1
Application number: IT102019000010149A
Authority: IT
Inventors: Marco Venturini; Paolo Piccardo
Original assignee: Phase Motion Control S P A
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2020-12-26

Description

DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale dal titolo: “Batteria agli ioni di litio” DESCRIPTION of the Industrial Invention entitled: "Lithium-ion battery"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione ha per oggetto una batteria agli ioni di litio avente un corpo principale comprendente una cella elettrolitica ed un elemento di contenimento di un liquido, il quale elemento di contenimento di un liquido è provvisto di almeno una parete di contatto con la cella elettrolitica. The present invention relates to a lithium ion battery having a main body comprising an electrolytic cell and an element for containing a liquid, which element for containing a liquid is provided with at least one contact wall with the electrolytic cell.

Le batterie basate sul litio, tanto primarie quanto secondarie, sono caratterizzate da una alta densità di energia accumulata, che ne consente l’impiego in innumerevoli applicazioni di alta energia e potenza, quali veicoli e velivoli elettrici, attrezzi a batteria, e simili. L’elevata densità di energia, tuttavia, rende le batterie stesse anche suscettibili di incendio con liberazione di fiamma e di composti chimicamente aggressivi in caso di guasto o danneggiamento della batteria. Questo comportamento è in certa misura intrinseco; se infatti l’energia contenuta nella batteria viene liberata improvvisamente, per esempio da un incidente che danneggia fisicamente la batteria, la stessa elevata quantità di energia necessariamente produce calore in misura importante. Lithium-based batteries, both primary and secondary, are characterized by a high density of stored energy, which allows them to be used in countless high energy and power applications, such as electric vehicles and aircraft, battery operated tools, and the like. The high energy density, however, also makes the batteries themselves susceptible to fire with release of flame and chemically aggressive compounds in the event of battery failure or damage. This behavior is to some extent intrinsic; in fact, if the energy contained in the battery is suddenly released, for example by an accident that physically damages the battery, the same high amount of energy necessarily produces heat to an important extent.

È infatti noto che le batterie a ioni di litio, in caso di danneggiamento meccanico che metta in corto circuito i current carriers positivi e negativi, rilasciano una ingente quantità di energia che porta ad un rapido surriscaldamento degli elettrodi. Quando ciò si verifica, vengono raggiunte temperature superiori ai 200° C, generalmente in frazioni di secondo. In queste condizioni gli elementi costituenti gassificano provocando l’esplosione della batteria e l’incendio delle sue parti metalliche. Poiché la degenerazione termica della batteria produce ossigeno, tale incendio è di particolarmente difficile controllo. Allo stesso tempo tra i prodotti della combustione si trova generalmente acido fluoridrico, altamente corrosivo e tossico. It is in fact known that lithium-ion batteries, in the event of mechanical damage that short-circuits the positive and negative current carriers, release a large amount of energy which leads to rapid overheating of the electrodes. When this occurs, temperatures above 200 ° C are reached, usually in fractions of a second. Under these conditions, the constituent elements gasify causing the battery to explode and fire its metal parts. Since the thermal degeneration of the battery produces oxygen, such a fire is particularly difficult to control. At the same time, hydrofluoric acid, which is highly corrosive and toxic, is generally found among the products of combustion.

Allo stesso tempo, in applicazioni di elevata potenza, si rende spesso necessario raffreddare la batteria quando essa è sottoposta ad una scarica rapida, per evitarne il surriscaldamento conseguente ad un elevato passaggio di corrente. Nella situazione opposta, può essere necessario preriscaldare rapidamente una batteria conservata a temperature inferiori allo 0° C, perché alle basse temperature il processo di ricarica è inefficace e pericoloso. At the same time, in high power applications, it is often necessary to cool the battery when it is subjected to a rapid discharge, to avoid overheating resulting from a high flow of current. In the opposite situation, it may be necessary to quickly preheat a battery stored at temperatures below 0 ° C, because at low temperatures the charging process is ineffective and dangerous.

Per la gestione di questi aspetti termici delle batterie in uso, sono noti allo stato dell’arte sistemi di raffreddamento/riscaldamento comprendenti scambiatori di calore posti in contatto con l’esterno delle batterie e provvisti al proprio interno di canalizzazioni per la circolazione di un fluido di raffreddamento/riscaldamento. Tali sistemi presentano tuttavia alcuni svantaggi, in particolare aumentano sensibilmente il peso del pacco batterie, contravvenendo alla richiesta da parte della mobilità elettrica di pesi sempre più ridotti. In secondo luogo, il trattamento termico del centro delle batterie può essere non soddisfacente se effettuato dall’esterno delle stesse, e ciò impone limiti piuttosto restrittivi alle dimensioni delle singole batterie. For the management of these thermal aspects of the batteries in use, cooling / heating systems are known at the state of the art, comprising heat exchangers placed in contact with the outside of the batteries and provided internally with ducts for the circulation of a fluid. cooling / heating. However, these systems have some disadvantages, in particular they significantly increase the weight of the battery pack, contravening the request by the electric mobility for increasingly reduced weights. Secondly, the heat treatment of the core of the batteries may be unsatisfactory if carried out from the outside of the same, and this imposes rather restrictive limits on the size of the individual batteries.

Il documento US6114059A descrive una batteria cilindrica con un tubo passante per il centro, ossia lungo l’asse del cilindro, in cui viene fatto scorrere un fluido refrigerante per la dissipazione del calore generato nelle condizioni di utilizzo più severe. Sebbene questa configurazione consenta una migliore gestione termica, la batteria rimane comunque soggetta al rischio di incendio con liberazione di fiamma e di composti chimicamente aggressivi in caso di guasto o danneggiamento. Document US6114059A describes a cylindrical battery with a tube passing through the center, ie along the axis of the cylinder, in which a refrigerant fluid is made to dissipate the heat generated in the most severe conditions of use. Although this configuration allows for better thermal management, the battery still remains subject to the risk of fire with release of flame and chemically aggressive compounds in the event of failure or damage.

È quindi scopo della presente invenzione la realizzazione di una batteria secondaria agli ioni di litio che integri nella propria struttura un dispositivo in grado di facilitarne il controllo termico. Allo stesso tempo, è scopo della presente invenzione la realizzazione di una batteria come sopra descritta in cui il controllo termico integri anche la capacità di controllare l’eventuale incendio o esplosione della batteria in caso di danneggiamento fisico. It is therefore an object of the present invention to provide a secondary lithium-ion battery which integrates in its structure a device capable of facilitating its thermal control. At the same time, the purpose of the present invention is to create a battery as described above in which the thermal control also integrates the ability to control any fire or explosion of the battery in the event of physical damage.

La presente invenzione consegue gli scopi suddetti con una batteria agli ioni di litio avente un corpo principale comprendente una cella elettrolitica ed un elemento di contenimento di un liquido, il quale elemento di contenimento di un liquido è provvisto di almeno una parete di contatto con la cella elettrolitica. La parete di contatto è di materiale atto ad essere fratturato e/o liquefatto se sottoposto a temperatura e/o pressione al di sopra di valori di soglia di temperatura e/o pressione indicativi di un rischio di incendio e/o esplosione della batteria. The present invention achieves the aforementioned purposes with a lithium-ion battery having a main body comprising an electrolytic cell and an element for containing a liquid, which element for containing a liquid is provided with at least one wall in contact with the cell electrolytic. The contact wall is made of material capable of being fractured and / or liquefied if subjected to temperature and / or pressure above threshold values of temperature and / or pressure indicative of a risk of fire and / or explosion of the battery.

In questo modo è possibile prevedere all’interno del corpo della batteria un liquido di prevenzione di incendio e/o esplosione. Nel caso la batteria subisca un danneggiamento fisico e/o sviluppi un surriscaldamento che possono essere indicativi di un possibile incendio e/o esplosione, la parete dell’elemento di contenimento del liquido a contatto con la cella elettrolitica va incontro ad una rottura programmata causando l’allagamento della batteria ed impedendo in questo modo lo sviluppo dell’incendio e/o dell’esplosione. In this way it is possible to provide a fire and / or explosion prevention liquid inside the battery body. If the battery suffers physical damage and / or develops overheating which may be indicative of a possible fire and / or explosion, the wall of the liquid containment element in contact with the electrolytic cell undergoes a programmed break, causing the flooding of the battery and thus preventing the development of fire and / or explosion.

Il liquido può essere acqua o un altro liquido adatto. Vantaggiosamente lo stesso può essere un liquido non conduttivo a bassa temperatura di ebollizione. The liquid can be water or another suitable liquid. Advantageously, the same can be a non-conductive liquid with a low boiling temperature.

A titolo di esempio, una batteria 18650, rappresentante uno dei migliori standard attuali, contiene una energia accumulata pari a 3.3 Ah x 3.7 V = 12.2 Wh ovvero 43,000 J circa. Questa energia è più che sufficiente a causare una esplosione se confinata in un volume ristretto, ma se la stessa viene canalizzata a causare il riscaldamento e l’ebollizione dell’acqua, la stessa energia viene dissipata da 17 g di acqua portata a 100° C e vaporizzata. As an example, a 18650 battery, representing one of the best current standards, contains an accumulated energy equal to 3.3 Ah x 3.7 V = 12.2 Wh or approximately 43,000 J. This energy is more than enough to cause an explosion if confined to a small volume, but if it is channeled to cause the water to heat and boil, the same energy is dissipated by 17 g of water brought to 100 ° C. and vaporized.

Secondo un esempio esecutivo, il materiale della parete di contatto è termolabile ad una temperatura compresa tra 100° C e 180° C. According to an executive example, the material of the contact wall is thermolabile at a temperature between 100 ° C and 180 ° C.

In questo modo la parete di contatto rimane integra a temperatura ambiente o a temperature operative normali per la batteria, mentre va incontro a rottura quando la temperatura sale pericolosamente. In this way the contact wall remains intact at room temperature or at normal operating temperatures for the battery, while it undergoes breakage when the temperature rises dangerously.

Secondo un esempio esecutivo, il materiale della parete di contatto è atto ad essere fratturato e/o liquefatto se sottoposto ad una pressione superiore a 2 bar. According to an embodiment, the material of the contact wall is able to be fractured and / or liquefied if subjected to a pressure higher than 2 bar.

Un aumento della pressione all’interno della batteria è di per sé un fatto anomalo, ma potrebbe non avere conseguenze. A pressioni di 2 bar o superiori, tuttavia, il rischio di incendio o esplosione aumenta significativamente, e la rottura o la fusione della parete di contatto ed il conseguente allagamento della batteria mitiga in modo drastico questo rischio. An increase in pressure inside the battery is in itself an anomalous fact, but it may not have consequences. At pressures of 2 bar or higher, however, the risk of fire or explosion increases significantly, and the rupture or melting of the contact wall and the consequent flooding of the battery drastically mitigates this risk.

In un esempio esecutivo, il materiale della parete di contatto è un polimero. In one embodiment, the contact wall material is a polymer.

In un esempio esecutivo preferito, il materiale della parete di contatto è polietilentereftalato. In a preferred embodiment, the contact wall material is polyethylene terephthalate.

In una forma esecutiva preferita, il corpo principale della batteria è cilindrico e l’elemento di contenimento del liquido è posto lungo l’asse del cilindro. In a preferred embodiment, the main body of the battery is cylindrical and the liquid containment element is placed along the axis of the cylinder.

Questo tipo di batterie a geometria cilindrica rappresenta il miglior compromesso tra densità di energia e mitigazione del pericolo di esplosioni, in quanto la suddivisione in moduli può mantenere circoscritta un’eventuale deflagrazione. È tuttavia possibile prevedere altre geometrie, e ricavare una o più sedi di alloggiamento per l’elemento di contenimento del liquido in posizioni centrali e/o periferiche del corpo principale della batteria. This type of cylindrical geometry batteries represents the best compromise between energy density and mitigation of the danger of explosions, as the division into modules can keep any deflagration limited. However, it is possible to provide other geometries, and to obtain one or more housing seats for the liquid containment element in central and / or peripheral positions of the main body of the battery.

In un esempio esecutivo, l’elemento di contenimento del liquido è collegato ad un circuito idraulico di circolazione del detto liquido, il quale liquido è atto ad effettuare una regolazione termica. In an executive example, the liquid containment element is connected to a hydraulic circulation circuit of said liquid, which liquid is able to perform a thermal regulation.

In questo modo il liquido non è racchiuso staticamente nell’elemento di contenimento, ma scorre in esso grazie al circuito idraulico, effettuando di conseguenza una termoregolazione della batteria. In this way the liquid is not statically enclosed in the containment element, but flows in it thanks to the hydraulic circuit, consequently carrying out a thermoregulation of the battery.

Secondo un perfezionamento, il corpo principale è provvisto di un foro passante e l’elemento di contenimento del liquido è costituito da un elemento tubolare posto all’interno del detto foro passante, essendo le estremità dell’elemento tubolare collegate al detto circuito idraulico. According to an improvement, the main body is provided with a through hole and the liquid containment element consists of a tubular element placed inside the said through hole, the ends of the tubular element being connected to the said hydraulic circuit.

Ciò consente di effettuare una termoregolazione in modo molto efficiente, perché tale termoregolazione agisce dall’interno della batteria piuttosto che dal suo esterno. This allows you to perform thermoregulation very efficiently, because this thermoregulation acts from inside the battery rather than from outside.

In una forma esecutiva il liquido comprende uno o più additivi per il sequestro dell’ossigeno. È presente quindi almeno una sostanza nel liquido che interviene per limitare i danni da combustione e/o esplosione. Di tutte le reazioni esotermiche che avvengono all’interno della batteria nella fase di combustione, la prima ad avvenire è l’ossidazione del litio causata dalla presenza di ossigeno. Il calore che viene generato innesca la decomposizione dei composti organici che costituiscono l’elettrolita, facendoli passare in fase gassosa. Ciò in assenza di ossigeno può limitarsi a causare il rigonfiamento irreversibile della batteria, ma in presenza di ossigeno può generare un’esplosione. Il sequestro dell’ossigeno può quindi essere determinante per impedire un incendio o un’esplosione. In one embodiment, the liquid comprises one or more additives for oxygen sequestration. There is therefore at least one substance in the liquid which intervenes to limit damage from combustion and / or explosion. Of all the exothermic reactions that occur inside the battery during the combustion phase, the first to occur is the oxidation of lithium caused by the presence of oxygen. The heat that is generated triggers the decomposition of the organic compounds that make up the electrolyte, making them pass into the gaseous phase. This in the absence of oxygen can be limited to causing irreversible swelling of the battery, but in the presence of oxygen it can generate an explosion. The sequestration of oxygen can therefore be decisive in preventing a fire or explosion.

Come additivi per il sequestro dell’ossigeno è possibile utilizzare potassio e/o calcio e/o bario, di preferenza opportunamente incapsulati all’interno di un carrier organico, in modo da essere rilasciati e reagire con l’ossigeno formando ossidi. Tutti questi elementi, tuttavia, presentano minor affinità con l’ossigeno rispetto al litio e possono risultare poco efficaci. As additives for oxygen sequestration, it is possible to use potassium and / or calcium and / or barium, preferably appropriately encapsulated within an organic carrier, in order to be released and react with oxygen forming oxides. All these elements, however, have less affinity with oxygen than lithium and may be ineffective.

In una forma esecutiva preferita, quindi, gli additivi per il sequestro dell’ossigeno comprendono molecole per la formazione di complessi con l’ossigeno. In a preferred embodiment, therefore, the additives for oxygen sequestration include molecules for the formation of complexes with oxygen.

In una prima variante esecutiva gli additivi comprendono emoglobina. L’emoglobina forma complessi con l’ossigeno in modo molto veloce ed efficace, senza rilascio di calore. In a first embodiment variant the additives comprise hemoglobin. Hemoglobin forms complexes with oxygen very quickly and effectively, without releasing heat.

In una seconda variante esecutiva gli additivi comprendono silice mesoporosa. In a second embodiment variant the additives comprise mesoporous silica.

In una terza variante esecutiva gli additivi comprendono complessi ciclometallati a base di trifenilammina. In a third embodiment variant the additives comprise triphenylamine-based cyclometalate complexes.

Alla luce di quanto descritto, l’elemento di contenimento del liquido può essere previsto in una apposita sede di alloggiamento all’interno del corpo principale della batteria e può essere costituito da una capsula contenente un liquido di spegnimento, preferibilmente acqua contenente additivi di sequestro dell’ossigeno. In alternativa, l’elemento di contenimento del liquido può essere un elemento di scorrimento di tale liquido di spegnimento, preferibilmente un elemento tubolare, che effettua quindi contestualmente un’azione di regolazione termica. In light of what has been described, the liquid containment element can be provided in a suitable housing seat inside the main body of the battery and can consist of a capsule containing an extinguishing liquid, preferably water containing sequestration additives. 'oxygen. Alternatively, the liquid containment element can be a flowing element of this extinguishing liquid, preferably a tubular element, which therefore simultaneously performs a thermal regulation action.

In una forma esecutiva preferita, pertanto, l’invenzione consiste nel posizionare, preferibilmente al centro e quindi nel punto più caldo della batteria, un elemento tubolare collegato ad un circuito idraulico e a frattura prestabilita, che ad un innalzamento di temperatura e/o pressione oltre i limiti di sicurezza, cede allagando la batteria con un liquido caratterizzato da elevata affinità per l’ossigeno, riducendo quindi la capacità della batteria di sostenere la combustione, e allo stesso tempo sottraendo calore al sistema con un cambiamento di stato controllato. Lo stesso liquido può inoltre essere predisposto per combinarsi con l’acido fluoridrico emesso dalla batteria danneggiata producendo sali non aggressivi. In a preferred embodiment, therefore, the invention consists in positioning, preferably in the center and therefore in the hottest point of the battery, a tubular element connected to a hydraulic circuit and with a predetermined fracture, which at an increase in temperature and / or pressure beyond safety limits, gives in by flooding the battery with a liquid characterized by a high affinity for oxygen, thus reducing the battery's ability to sustain combustion, and at the same time subtracting heat from the system with a controlled change of state. The same liquid can also be designed to combine with the hydrofluoric acid emitted by the damaged battery, producing non-aggressive salts.

Allo stesso tempo, il pompaggio del liquido attraverso la batteria non solo rende il condizionamento termico della stessa semplice, efficace ed economico, ma consente anche la realizzazione di batterie cilindriche di volume maggiore rispetto all’attuale, poiché uno dei fattori limitanti il diametro delle attuali batterie è determinato dalla impedenza termica tra il punto più caldo della batteria, ossia solitamente il centro, e la superficie raffreddata. Il raffreddamento centrale consente quindi un maggiore dimensionamento dell’elemento avvolto. At the same time, the pumping of the liquid through the coil not only makes the thermal conditioning of the same simple, effective and economical, but also allows the realization of cylindrical batteries of greater volume than the current one, since one of the factors limiting the diameter of the current batteries is determined by the thermal impedance between the hottest point of the battery, usually the center, and the cooled surface. Central cooling therefore allows a greater sizing of the wrapped element.

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla seguente descrizione di alcuni esempi esecutivi non limitativi illustrati nei disegni allegati in cui: la fig. 1 illustra una vista parzialmente assemblata di una batteria secondo la presente invenzione a geometria cilindrica; These and other characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the following description of some non-limiting embodiments illustrated in the attached drawings in which: fig. 1 illustrates a partially assembled view of a battery according to the present invention with cylindrical geometry;

la fig. 2 illustra una vista in sezione della medesima batteria in condizione assemblata; fig. 2 shows a sectional view of the same battery in assembled condition;

la fig. 3 illustra uno schema di un pacco batterie collegato ad un circuito idraulico di circolazione di un fluido di raffreddamento/riscaldamento. fig. 3 shows a diagram of a battery pack connected to a hydraulic circuit for circulating a cooling / heating fluid.

Nelle figure 1 e 2 è illustrata una batteria 1 cilindrica in cui gli elettrodi o current collectors anodici 10 e catodici 11 sono costituiti da fogli metallici, preferibilmente in rame ed alluminio, rispettivamente, ricoperti di opportuni composti quali ad esempio diverse combinazioni di grafite e/o grafene e/o silicio per l’anodo e preparazioni a base di litio e/o cobalto e/o manganese e/o alluminio per il catodo, nello spessore opportuno richiesto dalla combinazione di energia e potenza prevista per la batteria 1. Tali fogli vengono avvolti a spirale a costituire la struttura della cella elettrolitica, interponendo tra di essi alternativamente fogli separatori 12 per evitare il libero passaggio di elettroni tra anodo e catodo. I fogli separatori 12 sono tipicamente di materiale polimerico, ad esempio polietilene e/o polipropilene. Figures 1 and 2 illustrate a cylindrical battery 1 in which the anode 10 and cathode 11 electrodes or current collectors consist of metal sheets, preferably copper and aluminum, respectively, covered with suitable compounds such as for example different combinations of graphite and / or graphene and / or silicon for the anode and preparations based on lithium and / or cobalt and / or manganese and / or aluminum for the cathode, in the appropriate thickness required by the combination of energy and power envisaged for the battery 1. Such sheets they are wound in a spiral to form the structure of the electrolytic cell, alternately interposing separator sheets 12 between them to prevent the free passage of electrons between anode and cathode. The separator sheets 12 are typically of polymeric material, for example polyethylene and / or polypropylene.

I current collectors 10 e 11 sono predisposti con opportune lamelle conduttive di collegamento 13. Tali lamelle di collegamento 13 sono utilizzate per connettere i current collectors 10 e 11 rispettivamente agli opposti poli della batteria 1. The current collectors 10 and 11 are arranged with suitable conductive connection blades 13. These connection blades 13 are used to connect the current collectors 10 and 11 respectively to the opposite poles of the battery 1.

Secondo l’invenzione, questo sistema di fogli viene avvolto non su un cilindro metallico come da corrente tecnologia, ma su un elemento tubolare 2 meglio rappresentato nella vista in sezione della batteria 1 in condizione assemblata della figura 2. Il corpo principale 18 della batteria 1 è in questo modo provvisto di una sede di alloggiamento di un elemento di contenimento del liquido, in particolare l’elemento tubolare 2 per il contenimento e la circolazione di un liquido di spegnimento e/o di regolazione termica; l’elemento tubolare 2 è posto lungo l’asse longitudinale del corpo principale 18. According to the invention, this system of sheets is wound not on a metal cylinder as per current technology, but on a tubular element 2 better represented in the sectional view of the battery 1 in the assembled condition of Figure 2. The main body 18 of the battery 1 in this way it is provided with a seat for housing an element for containing the liquid, in particular the tubular element 2 for containing and circulating an extinguishing and / or thermal regulation liquid; the tubular element 2 is placed along the longitudinal axis of the main body 18.

Il sistema degli elettrodi 10 e 11 e dei fogli separatori 12 costituisce la struttura della cella elettrolitica 19 e viene avvolto sull’elemento tubolare 2. L’elemento tubolare 2 presenta una parete di contatto 20 con la cella elettrolitica 19 stessa. Tale parete di contatto 20 è costituita da un materiale termolabile a temperatura superiore a 100° C ma inferiore a 180° C e atto ad essere fratturato e/o liquefatto se sottoposto ad una pressione superiore a 2 bar. In un esempio esecutivo preferito relativo ad una batteria del tipo 18650, l’elemento tubolare 2 è di polietilentereftalato e presenta uno spessore assai ridotto, quale ad esempio 0,2-0,3 mm. The system of electrodes 10 and 11 and separator sheets 12 constitutes the structure of the electrolytic cell 19 and is wound on the tubular element 2. The tubular element 2 has a contact wall 20 with the electrolytic cell 19 itself. This contact wall 20 is constituted by a thermolabile material at a temperature higher than 100 ° C but lower than 180 ° C and able to be fractured and / or liquefied if subjected to a pressure higher than 2 bar. In a preferred executive example relating to a battery of the 18650 type, the tubular element 2 is made of polyethylene terephthalate and has a very reduced thickness, such as 0.2-0.3 mm.

La batteria 1 viene quindi terminata secondo le tecnologie correnti: i current collectors 10 e 11 vengono collegati ai terminali elettrici 14 e 15 agli opposti poli della batteria 1; il tutto viene racchiuso in un involucro 16; la formazione della batteria 1 viene infine completata con l’introduzione dell’elettrolita. The battery 1 is then terminated according to current technologies: the current collectors 10 and 11 are connected to the electrical terminals 14 and 15 to the opposite poles of the battery 1; the whole is enclosed in a casing 16; the formation of the battery 1 is finally completed with the introduction of the electrolyte.

L’elemento tubolare 2 riporta opportuni colletti 21 adatti al serraggio stagno dello stesso su un circuito idraulico 4. The tubular element 2 has suitable collars 21 suitable for tightening the same watertight on a hydraulic circuit 4.

La figura 3 illustra un pacco batterie 3 comprendente una pluralità di batterie 1 e collegato ad un circuito idraulico 4 in cui viene messo in circolazione un liquido che svolge la duplice funzione di consentire un efficace controllo termico di ciascuna batteria 1 e allo stesso tempo di controllare l’emissione di energia e prodotti di combustione che si possono generare in caso di danneggiamento della batteria 1. Figure 3 illustrates a battery pack 3 comprising a plurality of batteries 1 and connected to a hydraulic circuit 4 in which a liquid is circulated which performs the dual function of allowing an effective thermal control of each battery 1 and at the same time controlling the emission of energy and combustion products that can be generated in the event of damage to the battery 1.

Il circuito idraulico 4 comprende una pompa di circolazione 40 e una unità di regolazione termica 41 del liquido di lavoro. L’unità di regolazione termica 41 può comprendere ad esempio un radiatore, preferibilmente provvisto di un sistema di aria forzata, e/o una o più resistenze elettriche, oppure un sistema a pompa di calore. È possibile prevedere una centralina elettronica di gestione del circuito elettrico 4, non indicata in figura. La centralina elettronica può essere provvista di sensori di temperatura del liquido di lavoro, in modo da comandare l’unità di regolazione termica 41 con un meccanismo a retroazione. Le batterie 1 sono preferibilmente collegate in parallelo al circuito idraulico 4, come indicato in figura. The hydraulic circuit 4 comprises a circulation pump 40 and a thermal regulation unit 41 of the working liquid. The thermal regulation unit 41 may include, for example, a radiator, preferably equipped with a forced air system, and / or one or more electrical resistances, or a heat pump system. It is possible to provide an electronic control unit for managing the electric circuit 4, not shown in the figure. The electronic control unit can be equipped with temperature sensors of the working liquid, in order to control the thermal regulation unit 41 with a feedback mechanism. The batteries 1 are preferably connected in parallel to the hydraulic circuit 4, as indicated in the figure.

Il liquido è preferibilmente acqua. In alternativa o in combinazione il liquido consiste in un composto inorganico non conduttivo a bassa temperatura di evaporazione, come ad esempio il chetone fluorinato noto con il nome commerciale “Novec 1230” e disponibile in commercio come fluido antincendio, che secondo la presente invenzione viene impiegato anche come fluido di termoregolazione. Tale liquido antincendio presenta una temperatura di ebollizione di 49° C. The liquid is preferably water. Alternatively or in combination, the liquid consists of a non-conductive inorganic compound with a low evaporation temperature, such as the fluorinated ketone known under the trade name "Novec 1230" and commercially available as a fire extinguishing fluid, which according to the present invention is used also as a thermoregulation fluid. This fire extinguishing liquid has a boiling temperature of 49 ° C.

Il liquido contiene preferibilmente additivi di sequestro dell’ossigeno. Tra i composti che si possono utilizzare, si citano in modo non limitativo composti capaci di sequestrare e bloccare l'ossigeno presente all'interno della batteria 1 per introduzione involontaria o decomposizione di uno dei suoi componenti. Si tratta di sostanze organiche e/o inorganiche disperse o solubili nel liquido refrigerante e capaci di assorbire e fissare in modo efficace l'ossigeno formatosi all'interno della batteria 1. A titolo di esempio si riporta l'uso di emoglobina (e molecole affini) capace di un'elevata solubilità in acqua e di un'elevata affinità nei confronti dell'ossigeno. In ambito inorganico è possibile prevedere in alternativa o in combinazione l'uso di nano-particelle di silicio solubili in acqua capaci di assorbire e fissare ossigeno, in particolare silice mesoporosa preferibilmente del tipo SB-15. È possibile infine usare in alternativa o in combinazione materiali già attualmente utilizzati nei sensori di ossigeno come i complessi ciclometallati a base di trifenilammina, in particolare il complesso di triphenylamine-based cyclometalated platinum (II). The liquid preferably contains oxygen sequestration additives. Among the compounds that can be used, compounds capable of sequestering and blocking the oxygen present inside the battery 1 by involuntary introduction or decomposition of one of its components are mentioned in a non-limiting manner. These are organic and / or inorganic substances dispersed or soluble in the coolant and capable of effectively absorbing and fixing the oxygen formed inside the battery 1. As an example, the use of hemoglobin (and similar molecules ) capable of a high solubility in water and a high affinity towards oxygen. In the inorganic field it is possible to provide alternatively or in combination the use of water-soluble silicon nano-particles capable of absorbing and fixing oxygen, in particular mesoporous silica preferably of the SB-15 type. Finally, it is possible to use alternatively or in combination materials already currently used in oxygen sensors such as the triphenylamine-based cyclometalate complexes, in particular the triphenylamine-based cyclometalated platinum (II) complex.

Benché l’invenzione sia stata descritta per una batteria a forma cilindrica, la stessa è vantaggiosamente applicabile anche ad una cella di forma parallelepipeda (“pouch”) in cui almeno una delle pareti del parallelepipedo, generalmente realizzate con un materiale costituito da un sandwich polimeroalluminio resistente ad alte pressioni e temperature maggiori di 300° C, è rimpiazzata con un separatore termolabile, il quale separatore viene posto a contatto con il liquido di regolazione termica e di prevenzione di incendio e/o esplosione a formare la detta parete di contatto. Although the invention has been described for a cylindrical-shaped battery, it is advantageously applicable also to a parallelepiped-shaped cell ("pouch") in which at least one of the walls of the parallelepiped, generally made of a material consisting of a polymer-aluminum sandwich resistant to high pressures and temperatures greater than 300 ° C, it is replaced with a thermolabile separator, which separator is placed in contact with the thermal regulation and fire and / or explosion prevention liquid to form said contact wall.

È possibile inoltre prevedere una pluralità di celle elettrolitiche di forma cilindrica o parallelepipeda e separate tra loro da elementi di contenimento del liquido, ciascun elemento di contenimento del liquido essendo provvisto di almeno due pareti di contatto con due rispettive celle elettrolitiche. It is also possible to provide a plurality of electrolytic cells having a cylindrical or parallelepiped shape and separated from each other by liquid containment elements, each liquid containment element being provided with at least two contact walls with two respective electrolytic cells.

Claims

CLAIMS 1. Lithium-ion battery (1) having a main body (18) comprising an electrolytic cell (19) and an element for containing a liquid (2), which element for containing a liquid (2) is provided with at least one contact wall (20) with the electrolytic cell (19), characterized by the fact that the contact wall (20) is made of material capable of being fractured and / or liquefied if subjected to temperature and / or pressure above threshold values of temperature and / or pressure indicative of a risk of fire and / or explosion of the battery (1).

Battery according to claim 1, wherein the material of the contact wall (20) is thermolabile at a temperature between 100 ° C and 180 ° C.

Battery according to claim 1 or 2, wherein the material of the contact wall (20) is capable of being fractured if subjected to a pressure higher than 2 bar.

Battery according to one or more of the preceding claims, wherein the material of the contact wall (20) is a polymer.

Battery according to claim 4, wherein the material of the contact wall (20) is polyethylene terephthalate.

6. Battery according to one or more of the preceding claims, in which the main body (18) is cylindrical and the liquid containment element (2) is placed along the longitudinal axis of the main body

7. Battery according to one or more of the preceding claims, in which the liquid containment element (2) is connected to a hydraulic circuit for the circulation of said liquid, which liquid is able to perform a thermal regulation.

8. Battery according to claim 7, wherein the main body (18) is provided with a through hole and the liquid containment element is constituted by a tubular element (2) placed inside said through hole, being the ends of the tubular element (2) connected to said hydraulic circuit.

9. Battery according to one or more of the preceding claims, in which the liquid comprises one or more additives for oxygen sequestration.

Battery according to claim 9, wherein the additives comprise hemoglobin.

The battery according to claim 9, wherein the additives comprise mesoporous silica.

Battery according to claim 9, wherein the additives comprise triphenylamine-based cyclometalate complexes.

13. Battery according to one or more of the preceding claims, wherein the liquid consists of a non-conductive inorganic compound at a low evaporation temperature.