[發明專利]適用于鋰離子電池的熱響應核殼結構滅火劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201910536308.0
• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN110215642B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 吳磊;左春檉;左雨欣;張仲昊;于影;劉浩
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: A62D1/00
• 分類號: A62D1/00
• 代理公司: 北京翔甌知識產權代理有限公司 11480
• 代理人: 韓立通

本發明涉及一種適用于鋰離子電池的熱響應核殼結構滅火劑及其制備方法，其包括包含熱響應聚合物的外殼以及包含滅火劑或阻燃劑的內核，所述內核被所述外殼包裹并形成微膠囊，所述外殼具有在外部達到設定溫度時，其構象會由塌縮轉變為伸展，并釋放內部滅火劑或阻燃劑的狀態。本發明提出用熱響應聚合物作為外殼材料包覆內核滅火材料。熱響應聚合物本身可以感知環境溫度并且產生有效的響應行為，在LCST處，其構象會發生變化。調節熱響應聚合物的LCST，使其約等于安全窗口溫度上限，當電解液溫度高于LCST時，熱響應共聚物會由塌縮變為伸展狀態，釋放內核滅火材料。

技術領域

本發明涉及火災消防領域，具體涉及一種適用于鋰離子電池的熱響應核殼結構滅火劑及其制備方法。

背景技術

鋰電池作為新能源汽車的核心部件，在我國車用鋰電池產業取得了良好的成績，但是，鋰電池電動車的安全性問題也十分突出。近期，連續的新能源電動車起火事件，再度引爆電動車安全隱患話題。新能源電動車鋰離子電池安全問題已經成為制約新能源汽車發展的重要影響因素。

熱失控是鋰電池安全研究中的關鍵性問題，電池出現熱失控現象會引發火災甚至爆炸。目前，電池熱失控及電池安全已經成為世界各國亟待解決的共性基礎科學問題。機械濫用（如針刺、擠壓）、電濫用（如短路、過沖）、熱濫用（如過熱沖擊）等都會引起電池過熱。常規的預防熱失控方法一般是在電池外部安裝PTC元件等外部熱管理系統，在溫度過高情況下起到限流作用。但是這種外部器件存在溫度響應慢的問題，并不能起到很好的預防效果。應用較多的添加劑是含磷元素的有機阻燃劑，其作用機理是捕捉電解液中高反應活性的自由基，以阻斷電池熱失控的鏈式反應。添加阻燃劑可以提高電解液的工作安全性，但是降低了電解液的導電率，使電池電化學性能降低，特別是循環壽命和倍率性能。因此，研究人員又提出“滅火劑膠囊”，即通過膠囊外殼將滅火劑材料包覆在膠囊內，將滅火劑和電解液、正極、負極有效隔離（如：中國專利CN103877691A公開了一種核殼結構復合粉體滅火劑及其制備方法；中國專利CN108815787A公開了一種用于金屬鈉火的核殼結構滅火劑及其制備方法）。但是，鋰離子電池的安全窗口一般在0-100℃之間，目前常用作包覆滅火劑的材料融化溫度在180℃以上（如聚偏氟乙烯-六氟丙烯），這種外殼材料熔化溫度不可調，滅火劑膠囊內核材料介入較晚，響應時間較長。如果可以使滅火劑材料在100℃左右釋放，及時介入，將有效降低響應時間。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種適用于鋰離子電池的熱響應核殼結構滅火劑及其制備方法。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：一種適用于鋰離子電池的熱響應核殼結構滅火劑，其包括包含熱響應共聚物的外殼以及包含滅火劑或阻燃劑的內核，所述內核被所述外殼包裹并形成微膠囊，所述外殼具有在外部達到設定溫度時，其構象會由塌縮變為伸展，并釋放內部滅火劑或阻燃劑的狀態。

所述熱響應共聚物由熱響應聚合物以及LCST調節聚合物通過化學方式制成。

所述熱響應聚合物為聚N-異丙基丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯或聚乙烯基膦酸二乙酯中的任意一種。

所述LCST調節聚合物為聚乳酸、乙基纖維素、聚甲基丙烯酸正丁酯、聚乙烯基磷酸二甲酯中的任意一種。

所述外殼還包含導電聚合物。

所述導電聚合物為聚苯胺以及3，4-乙烯二氧噻吩單體的聚合物中的任意一種。

所述阻燃劑為磷酸三甲酯、磷酸三乙酯或磷酸三丁酯中的任意一種。

一種用于上述的適用于鋰離子電池的熱響應核殼結構滅火劑的制備方法，其包括以下步驟：

1）制備外殼打印溶液，根據所需的最低臨界溶解溫度值，混合熱響應聚合物和LCST調節聚合物，通過化學合成方法制成熱響應共聚物，并將制成的熱響應共聚物和導電聚合物混合加入到有機溶劑中，充分混合攪拌，作為外殼打印溶液；