具有防止燃烧的改善安全性的Li离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种与氟化材料结合的Li离子电池，所述氟化材料被定位有效减少所述电池的燃烧，所述氟化材料通常是非气态且非液态的，并且其本身有效提供所述电池的燃烧的减少，这种氟化材料的形式如容纳电池的电池壳体的构造材料、包裹所述电池的膜和/或至少邻近所述电池的半固体材料，诸如通过形成所述电池上的涂层或所述电池上的所述膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有防止燃烧的改善安全性的Li离子电池
本专利技术涉及与Li离子电池一起使用以减少其燃烧的材料。
技术介绍
锂离子电池(Li离子电池)是其中锂离子在带有相反电荷的电极之间移动以产生电力的电池。已知Li离子电池(诸如通过电池中的短路)的损坏(发生故障)能够产生失控的热反应，其使电池中、特别是来自将电池的各阳极与各阴极隔开的电解质的易燃组分气化。电池的燃烧涉及易燃蒸气的着火，特别是在接触到与易燃蒸气发生接触的空气中存在的氧时，所述易燃蒸气要么在将电池容纳于其中的电池组壳体中，要么在易燃蒸气从其中逸出的电池组的外部。为了阻止电力流向受损的电池，已使电池组配备了熔断，其阻止因电池内失控的热反应引起温度过度上升后的电力流。因为电方法并不总是有效减少燃烧，所以已经尝试了各种其它技术。U.S.2011/0177366公开了将电池组的壳体形成为以下物质的层合体，(i)具有高热导率的金属或树脂的导热层，诸如工程塑料，和(ii)树脂材料、陶瓷材料或无机材料的吸热层。层(i)形成壳体的外侧且层(ii)形成壳体的内侧，使得由层(ii)吸收的热通过层(i)自电池组壳体的内部导出。公开了氟碳树脂作为用于层(ii)的可能的材料，并且公开了聚四氟乙烯(PTFE)作为具有优异的耐热性的树脂的例子。公开了PTFE吸热层含有分散于其中的20至70重量份的称为材料B的颗粒材料，并且公开了PTFE具有优良的粘结特性。层(ii)中的颗粒材料B的功能是经历热分解反应，该反应吸收热量并使层(ii)膨胀以形成绝缘层，以保护电池组壳体外部的电子装置。公开了碳酸氢钠和氢氧化铝作为材料B的例子。由于加热后绝缘层(ii)的绝缘效果的明显补偿，电池组还具有正弦曲线形导管25(图2)，用于允许热气体自电池组壳体的内部逸出并且在此气体沿导管的长度流动时对其进行空气冷却。此专利公开的方法是试图通过限制电池组内的温度升高并冷却自电池组逸出的气体的方式来避免自电池组的内部排出高温易燃气体。U.S.2009/0176148公开了将电池浸入填充有热传递流体并容纳至少部分地填充有该传热流体的换热器的容器，其中该流体是液体或气体，诸如水、二醇、全氟化碳、全氟聚醚、全氟胺、全氟醚、硅油和烃油，并且换热器有助于从浸没电池中除热。在另一个实施例中，热传递流体是具有低沸腾温度(例如低于80℃或甚至低于50℃)的氢氟醚，此流体的蒸发有助于从浸没电池中除热。这种提高电池安全性(即，减少燃烧)的方法的缺点是依赖气体和/或液体作为热传递流体。在壳体中形成任何开口(如通过使壳体经受碰撞)时，电池组壳体内的气体或液体易于逸出。U.S.2010/0047673公开了用不易燃的填充材料来填充电池组壳体与容纳于壳体中的电池之间的空间，以便自壳体的内部排除空气。在一个实施例中，液体或气体被用作填充材料，并且容纳于聚丙烯袋中或者吸收到高聚合物中以提供凝胶样材料。实例12公开了通过如下方式制备填充材料，即在研钵中捏合90重量％的碳酸氢镁粉末(当过热时其释放二氧化碳)与10重量％的PTFE(其具有粘合效果)，然后将所得到的混合物模制成粒，于是成为电池壳体内的填充材料。本领域的技术人员已知的是，要使PTFE具有粘合效果的话，PTFE必须是细粉型的，其通过含水分散体的聚合、之后进行分散的PTFE颗粒的凝聚制成，所得到的凝聚物被称为细粉型的PTFE。在进行烧结之前，这种PTFE细粉在受到(如在研钵中进行混合所发生的)剪切时原纤化。构成原纤化PTFE的原纤维充当用于颗粒材料(诸如实例12中所使用的碳酸氢镁)的粘合剂。显然在本申请中，PTFE所利用的是其粘合能力，碳酸氢镁是填充材料中的灭火剂。仍然需要以有效的方式来减少Li离子电池的燃烧。
技术实现思路
本专利技术已发现，既非气态也非液态的氟化材料可用来减少Li离子电池的燃烧。因此，本专利技术的一个实施例为一种Li离子电池，其具有被定位有效减少所述电池的燃烧的氟化材料，所述氟化材料通常是非气态且非液态的，并且其本身有效提供所述电池的所述燃烧的所述减少。氟化材料的定位与Li离子电池有关。减少燃烧意指即使Li离子电池的损坏达到预期会引起失控放热反应的程度也不会发生燃烧，或者如果开始燃烧的话，其强度会减小或者火会非常迅速地被熄灭。减小的强度意指当电池组的壳体内存在多个Li离子电池时，燃烧倾向只限于受损的电池，于是可以很容易地将其熄灭。非气态且非液态意指在正常条件下，即在环境温度(15-25℃)且在一个大气压(1MPa)的压力下。这些条件和物质状态的组合也可以被表示为正常情况下的非气态且非液态。其本身有效是表示基本上不需要附加的非氟化材料来作用于燃烧(与燃烧相互作用)以减少燃烧。这并不排除其它独立的减少燃烧的措施，诸如熔断。本专利技术的另一实施例为一种电池组，其包括壳体、容纳于所述壳体中的至少一个Li离子电池和被定位有效减少所述电池的燃烧的氟化材料，所述氟化材料在正常情况下为非气态且非液态的，并且其本身有效提供所述电池的所述燃烧的所述减少。优选地，氟化材料是构造电池壳体的材料，或者被定位在电池壳体内，或这两种情况兼而有之。每个实施例都适用于相互连接以提供电力的一个或多个Li离子电池，即对每个存在的电池应用氟化材料的该种定位，诸如可以将其容纳于电池组的壳体中。在这些实施例中的每一个中，以下的优选要求单独地及以任意组合的方式施用：(a)氟化材料优选不是具有减少燃烧功能的非氟化材料的载体材料。因此，氟化材料相对于非氟化材料基本上没有粘结功能。氟化材料的主要功能是减少燃烧。如果氟化材料含有非氟化材料，则氟化材料所含的非氟化材料的量优选不超过氟化材料和非氟化材料的合并重量的15重量％，更优选不超过10重量％，甚至更优选不超过5重量％，并且为简单起见，最优选没有非氟化材料。(b)氟化材料的定位优选至少邻近所述电池。这种邻近也适用于电路中的每个Li离子电池。至少邻近包括使氟化材料与Li离子电池接触，并且当不接触时，则使其接近Li离子电池，或两种情况兼而有之。这种邻近使氟化材料能够提供减少燃烧的效果。虽然被定位有效提供这种效果，但这种定位优选没有任何金属结构介于电池与氟化材料之间，由此使氟化材料直接暴露于由受损电池产生的燃烧条件，以便提供燃烧减少。因此，例如，氟化材料不是带有面向电池的金属层的层合体。至少邻近电池包括将氟化材料定位在电池的罐内部和/或罐外部。当定位在罐内部时，氟化材料及其在罐内部的位置是这样的，与罐内部不存在氟化材料的情况相比，电池的性能不受干扰，即氟化材料对电池的电性能没有明显的不利影响。(c)氟化材料可包含相对于Li离子电池具有不同状态和位置的一种或多种氟化材料。例如，当将Li离子电池容纳于壳体中以形成电池组时，氟化材料可包含含氟聚合物，其至少形成所述壳体的内部表面作为壳体衬里。另选地，壳体可完全由所述含氟聚合物制成，即壳体的构造材料为含氟聚合物。为用作壳体的构造材料，含氟聚合物必须为固体状态，并具有承受对电池组的处理而不会破裂的强度。作为壳体衬里，氟化材料可为半固体或固体状态。应用氟化材料作为电池壳体或其衬里是相对于容纳于壳体中的电池至少邻近氟化材料定位的一个例子。在该示例中，电池的部分可与壳体的内部表面接触，而其它的电池部分将不与壳体的内部表面接触但邻近壳体的内部表面。考虑将氟本文档来自技高网...

【技术保护点】
Li离子电池，所述Li离子电池具有被定位有效减少所述电池的燃烧的氟化材料，所述氟化材料通常是非气态且非液态的，并且其本身有效提供所述电池的所述燃烧的所述减少。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.30 US 61/694891;2012.09.21 US 61/7039421.Li离子电池，所述Li离子电池具有包含固体含氟聚合物和液体含氟聚醚的处于半固态的氟化材料，所述氟化材料被定位有效减少所述电池的燃烧，所述固体含氟聚合物中，每106个碳原子存在总数至少300个选自-COOH、-COF和-CONH2的不稳定的端基，所述氟化材料在正常条件下是非气态且非液态的，并且其本身有效提供所述电池的所述燃烧的所述减少；其中，与可流动性相反，氟化材料的半固态意指其具有刚性，由此其保持其在电池壳体中的位置；混合物的半固态特性有利于氟化材料的这种定位，也就是混合物在压力下具有足够的可流动性，以实现与电池组内的所期望的表面的紧密接触；其中，所述正常条件是指在环境温度15-25℃且在一个大气压1MPa的压力下...

【专利技术属性】
技术研发人员：DJ考恩茨，JR霍维，GM普鲁塞，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：美国;US