[發(fā)明專利]鋰離子電池?zé)崾Э匾种苿涞碾娊庖杭颁囯x子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010690345.X
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號(hào): CN112018444B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮旭寧;何龍;褚政宇;歐陽明高
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);北京昇科能源科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M10/0567
• 分類號(hào): H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/42;H01M10/613;H01M10/625;H01M10/654;A62C3/16
• 代理公司: 北京華進(jìn)京聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11606
• 代理人: 魏朋

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池?zé)崾Э匾种苿鲆种苿榫哂袣ず私Y(jié)構(gòu)的微球，包括外殼、包裹在內(nèi)核中的毒化劑和彌散劑；所述外殼由斷裂拉伸強(qiáng)度為25MPa～85MPa的有機(jī)聚合物形成；所述毒化劑通過與電池電解液或正負(fù)極中的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)以抑制電池?zé)崾Э兀凰鰪浬┚哂性谕獠窟_(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，快速氣化和膨脹并使得所述外殼被爆裂成碎片以釋放分散所述毒化劑的功能，且所述設(shè)定溫度低于所述鋰離子電池?zé)崾Э氐挠|發(fā)溫度。本發(fā)明還涉及一種含有所述鋰離子電池?zé)崾Э匾种苿┑碾娊庖汉弯囯x子電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池?zé)崾Э匾种苿涞碾娊庖杭颁囯x子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛，但是鋰離子電池的安全性問題也十分突出，成為制約其發(fā)展的重要因素。熱失控是鋰電池安全研究中的關(guān)鍵性問題，電池出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象會(huì)引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸。常規(guī)的預(yù)防熱失控方法可以分為三類：第一，防止濫用。例如安裝電路熔斷裝置、改善機(jī)械擠壓沖擊性能力學(xué)涂層、抗過充設(shè)計(jì)以及具有脆弱部能夠發(fā)生解體的集流體設(shè)計(jì)，但是，防止濫用方面，所采用的措施通常針對某一種濫用形式所設(shè)定，在發(fā)生其他濫用行為時(shí)，所述方法將不再適用。第二，阻止電池內(nèi)短路以阻止熱失控發(fā)生。例如利用特殊的正負(fù)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得電池在受到擠壓時(shí)，正負(fù)極先發(fā)生短路，放掉部分能量，防止出現(xiàn)熱失控；熱失控阻斷裝置與電池殼體接觸，用于傳遞電池殼體上的熱量，當(dāng)其上的溫度上升到預(yù)設(shè)溫度值時(shí)，使得電池外部發(fā)生短路；使用額外的連接片在電池?zé)崾Э厍靶纬烧?fù)極之間的短路連接；在電池最外部設(shè)置多一圈的集流體以使得短路優(yōu)先發(fā)生在殼體和卷芯之間；以及將集流體上增加自潰散結(jié)構(gòu)，在電池受到撞擊時(shí)自動(dòng)破裂成碎片結(jié)構(gòu)，阻止進(jìn)一步地短路。僅僅阻止內(nèi)短路，并不能從根本上阻止熱失控的發(fā)生，這些阻止內(nèi)短路的裝置或設(shè)計(jì)，并不能有效的阻止熱失控。第三，添加阻燃劑和滅火劑。一類是阻燃劑和滅火劑添加在電池外部，這樣不僅無法抑制電池內(nèi)部的熱失控化學(xué)反應(yīng)，而且也較難對電池降溫。較高的溫度和持續(xù)的熱失控化學(xué)反應(yīng)可能引發(fā)更多電池失效。另一類是阻燃劑和滅火劑添加在電池內(nèi)部，雖然可以有效抑制電池內(nèi)部熱失效，但同時(shí)阻燃劑和滅火劑還會(huì)對電解液的性能產(chǎn)生影響。因此，研究人員又提出“膠囊型阻燃劑”，即通過膠囊外殼將阻燃劑材料包覆在膠囊內(nèi)，將滅火劑和電解液、正極、負(fù)極有效隔離，通過膠囊外殼材料的熔化釋放阻燃劑材料來抑制熱失控。但是，一方面膠囊外殼材料先熔化，膠囊外殼材料會(huì)阻擋阻燃劑的釋放以及與化學(xué)反應(yīng)物的充分接觸，另一方面阻燃劑的釋放速度太慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于熱失控的反應(yīng)速度，因此導(dǎo)致無法有效控制熱失控。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種鋰離子電池?zé)崾Э匾种苿涞碾娊庖杭颁囯x子電池。

本發(fā)明提供一種鋰離子電池?zé)崾Э匾种苿鲆种苿榫哂袣ず私Y(jié)構(gòu)的微球，包括外殼、包裹在內(nèi)核中的毒化劑和彌散劑；所述外殼由斷裂拉伸強(qiáng)度為25MPa～85MPa的有機(jī)聚合物形成；所述毒化劑通過與電池電解液或正負(fù)極中的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)以抑制電池?zé)崾Э兀凰鰪浬┚哂性谕獠窟_(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，快速氣化和膨脹并使得所述外殼被爆裂成碎片以釋放分散所述毒化劑的功能，且所述設(shè)定溫度低于所述鋰離子電池?zé)崾Э氐挠|發(fā)溫度。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述毒化劑和彌散劑均勻混合或者所述毒化劑和所述彌散劑中間通過隔膜分開。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述外殼有機(jī)聚合物的熔點(diǎn)大于所述彌散劑氣化溫度和所述設(shè)定溫度。優(yōu)選為200℃～300℃。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述有機(jī)聚合物包括氟樹脂、聚酰胺、聚丙烯和聚乙烯中的一種或多種。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述毒化劑具有先于氧氣與所述鋰離子電池的負(fù)極材料發(fā)生反應(yīng)的性質(zhì)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述毒化劑為水凝膠或稀硫酸。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述毒化劑具有阻斷C、H自由基并結(jié)合鋰離子的性質(zhì)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述毒化劑為NaHCO₃或KHCO₃。