[發明專利]一種透氣防爆膜片及應用

在審

• 申請號: 202210829765.0
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115000615A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 張鵬;左鷗;吳柱;陳宇翔;曾維楚
• 申請（專利權）人: 株洲宏大高分子材料有限公司
• 主分類號: H01M50/30
• 分類號: H01M50/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

針對電芯防爆安全問題，本發明提出了一種透氣防爆膜片及其應用的解決方案：在電芯封蓋上表面安裝透氣防爆膜片，隔離電芯外部的水分及水汽，減少異常反應發生的機率；在電芯異常反應的初始以及快充的過程中，緩慢的濾出過多的氣體，不斷降低異常反應時電芯內部的壓強，避免電池包內外部壓力的失衡。

技術領域

本發明涉及一種電池單體（或稱電芯）用透氣防爆膜片，屬于透氣膜技術領域。

背景技術

在電芯生產工藝過程中，電池首次充電，電解液發生氧化還原反應，形成固體電解質膜（SEI）的同時伴隨著化成產氣，這時產生的氣體可以儲存于氣袋后續排出，不會對電芯產生明顯影響。

當電芯封裝完成后，電芯會成為了一個相對意義上的熱力學封閉系統，如果電芯內部發生異常反應會造成氣體量過多，氣體緩慢累積無法排除，氣體積壓過多會引起電芯鼓脹，導致電芯性能下降。特別是隨著現在快充電芯技術不斷提升，電芯中的電解液在快充時更容易產生氣體，使得氣體積壓，電芯內部壓力增高，容易撐開外包裝鋁箔，出現漏液和腐蝕現象，因此電芯需要釋放其內部壓力。

另一方面，造成電芯異常反應的主要原因在于電芯體系對于水分的敏感性，水含量異常會導致電芯發生異常反應，因此電芯需要隔絕水分，不僅僅是隔絕液態水，更需要隔絕水汽（即使電芯處于潮濕的環境中也不會有水分或者水汽進入電芯內部），因此需要一種材質可以透出氣體但是不透水汽，這樣才能提高電芯的使用壽命和安全性能。

同時，當電芯出現巨大異常現象，電芯內部壓力突然暴增，如果電芯內部的壓力不能及時排放，很容易會出現電池爆炸的安全事故，因此需要設置電芯的安全壓力限值，在電芯出現內部壓力劇增的時候，能有一個穩定的泄壓開關，保證電芯不會出現爆炸的安全事故。

關于電池包防爆解決方案，相關技術提出在電池包上設置防爆閥。中國專利文獻CN211629199U公開了一種電池包的防爆閥，該專利文獻指出現有的防爆閥多采用頂針式爆破和彈簧式爆破兩種方式，這兩種防爆閥的成本較高，且防爆壓力存在局限性。該專利文獻公開的電池包的防爆閥具有防爆透氣膜，該文獻第0005段記載了“所述防爆透氣膜設于防護蓋與主體支架之間，防爆透氣膜與所述防護蓋之間具有緩沖空間，所述防爆透氣膜遮擋所述第一開口，所述氣流通道的流體透過防爆透氣膜”。該文獻中并未記載有所述防爆透氣膜的水蒸氣透過量、氣體透過量、孔隙率以及安全爆破壓力的技術特征。基于該文獻的發明意圖其創造性之處在于防爆閥的結構特征，防爆透氣膜作為隔膜具有緩沖作用。

目前動力電池防爆閥體中防爆膜有透氣型防爆膜和非透氣型防爆膜兩類，透氣型防爆膜為膨體聚四氟乙烯膜（ePTFE），非透氣型防爆膜為PE膜、PET膜、PP膜等。CN111864152A公開了一種動力電池防爆閥用透氣型防爆膜及其制備方法，在其權利要求1中記載了“，該防爆膜為多孔防水透氣聚四氟乙烯PTFE膜，其結構是用每個微米級聚四氟乙烯懸浮樹脂微球表面熔融相互連接，堆積成具有多透氣孔道的微孔膜，通過控制防爆膜的孔徑大小和孔隙率來調節透氣量，達到平衡電池包內外壓力的目的”。

在其據權利要求5中記載了“所述的動力電池防爆閥用透氣型防爆膜，其特征在于，所述透氣型防爆膜孔徑大小為0 .3~20μm，孔隙率≥90%”。

在其權利要求6中記載了“所述的動力電池防爆閥用透氣型防爆膜，其特征在于，所述透氣型防爆膜透氣量≥200ml/min/cm2@1kPa，耐水壓≥15 kPa”。

關于透氣膜的相關文獻中，中國專利文獻CN113881096A公開了適用于氣體傳感器的具有良好透氣性和疏水特性的一種聚四氟乙烯防水透氣膜及其制備方法，文獻0007段記載了“所述防水透氣膜由聚四氟乙烯乳液基材、造孔劑填料氧化鋅和氧化鋁、交聯分散劑無水硫酸鈉和氯化鈉，均勻混合后模壓燒結和車削加工制成得到膜片基材。該文獻記載的發明的意圖是要求防水透氣膜的透氣量盡可能的低，避免透氣量過高導致氣體傳感器的靈敏度過高，致使氣體傳感器的測量結果不精準。同時要求防水透氣膜強度盡可能的高，能夠在各個方向具有延展特性。該文獻中并未記載有所述防爆透氣膜的水蒸氣透過量、氣體透過量、孔隙率的技術特征。