一种锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子二次电池，包括电池外壳、极芯、电解液和一个或多个阻燃器，极芯、电解液和阻燃器共同封装在电池外壳中，其中，阻燃器包括密封容器及密封在容器中的阻燃剂，且该阻燃器在外力作用下或在高温时可释放阻燃剂，该阻燃剂与电解液混合后会形成难燃或不燃的混合物。采用本发明专利技术的锂离子二次电池，在常规状态下，阻燃剂与电解液隔离，不影响电池常规电性能。而在异常状态下，例如在外力作用下，或者高温时，阻燃器会释放阻燃剂，阻燃剂可使电解液由易燃物变为难燃/不燃物，从根本上阻止了电池冒烟、起火、爆炸的可能，保证电池安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子二次电池，属于电化学

技术介绍
目前，锂离子二次电池由于高能量、长寿命等优点，被作为各种便携式电器的电源得到广泛的应用。近年来，随着环境污染和能源匮乏的压力，电动汽车等动力用锂离子二次电池得到了极大的关注和研究。但是，锂离子二次电池包含高反应活性的电极材料和易燃的可燃性电解液，在具有更高的能量密度的同时，也就意味着存在更大的安全隐患。当电池在一定的滥用条件下，如过充、短路、高温、碰撞等，电池内部材料之间可能会发生化学放热反应，放出大量热，并产生氧气，从而引起易燃的可燃性电解液的燃烧，继而导致起火爆炸等安全事故。锂离子二次电池的安全问题已经成为制约其在动力电池中应用的重要因素。为了解决锂离子电池起火的安全隐患，已经存在多种改善安全性能的方法。众所周知，燃烧通常需要同时满足四个要素：可燃物、助燃物、热量和链式反应。很多研究和专利技术专利开发了多种阻燃剂作为电解液添加剂，通过在电解液中添加阻燃剂，在高温下终止自由基链式反应，可将电解液由易燃可燃转变为难燃不燃。如专利文献US6589697、US6924061、US6589697以磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯和三氟乙基磷酸酯等磷酸酯做为电解液添加剂，以降低电解液的可燃性。如专利文献CN101079505A以亚磷酸酯为电解液组分，从而使电解液成为不燃的电解液。如HuifengLi等人在RSCAdv.DOI：10.1039/C3RA40275D的论文中报道使用N-甲基-N-丙基哌啶二(三氟甲基磺酰)亚胺的离子液体为电解液组分，从而使电解液成为不燃的电解液。如Yamaki等人在J.PowerSources.DOI：10.1016/S0378-7753(01)00805-9的论文中报道了多种氟代碳酸酯作为电解液组分，并使电解液成为难燃的电解液。但是，这些阻燃剂在电解液添加后，不可避免地会使电池的循环、倍率、高/低温等常规电性能有所下降。在授权公告号为CN202678422U的技术专利中，提出在电池壳外，包装一层含有阻燃剂的包装层，从而可以避免阻燃剂对电池常规电性能的影响。但是，这一方法的阻燃剂在电池异常状态下无法很好地与电解液接触，阻燃效果有限。而且，随着电池尺寸增大，在很多异常状态时，电池中心的温度要远远高于电池外壳温度，仅仅在电池外部增加阻燃剂不能对电池内部的热失控进行快速响应。在专利文献CN102437370A中，提出在电池内部加装制冷器，当电池处于异常状态时，制冷器通过安全阀释放阻燃气体，以阻隔可燃物与助燃物(即氧气)，同时气体起到了散热的作用，提高电池安全性能。该专利文献主要从阻隔燃烧反应的助燃物并快速散热两个方面防止电池的燃烧。但是，在电动汽车应用中，电池组由大量的电池组成，当一只电池通过安全阀释放出大量气体时，高速喷射的气体和飞出的安全阀有可能会击打到附近电池，从而造成安全隐患。
技术实现思路
鉴于在现有的锂离子二次电池中，电解液是一种高度易燃的组分，而各种电解液的阻燃添加剂都会对电解液的循环、倍率、高/低温等常规电性能有着较大的影响。本专利技术的目的在于提供一种新型的锂离子二次电池，在常规状态下，阻燃剂密封在阻燃器中，不与电解液接触，因此不会影响电池的常规电性能；当电池处于异常状态时，阻燃器释放阻燃剂，使电解液变为难燃/不燃物，有效提高电池的安全性能，从而满足锂离子二次电池尤其是动力电池的安全需要。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种锂离子二次电池，包括电池外壳、极芯、电解液和一个或多个阻燃器，极芯、电解液和阻燃器共同封装在电池外壳中，其中，阻燃器包括密封容器及密封在容器中的阻燃剂，且该阻燃器在外力作用下或在高温时可释放阻燃剂，该阻燃剂与电解液混合后会形成难燃或不燃的混合物。在本专利技术的锂离子二次电池中，所述阻燃器的密封容器在大于5kgf的压力、大于1N的穿刺力、或100N/mm2的拉伸力的作用下，发生破裂，从而释放内部封装的阻燃剂。在本专利技术的锂离子二次电池中，所述阻燃器的密封容器全部或者部分选用熔点在70-170℃的材料制备，例如可以是石蜡、聚乙烯或聚丙烯材料，在温度高于熔点时，密封容器发生破裂，从而释放内部封装的阻燃剂。在本专利技术的锂离子二次电池中，所述阻燃剂在室温、0.5-5MPa压力下为液体或固体。例如，可以是含磷阻燃剂、含卤素的阻燃剂、或者含硫的阻燃剂中的一种或几种的组合。优选地，所述阻燃剂为烷基磷酸酯、氟化磷酸酯、亚磷酸酯、磷腈类化合物、卤代磷酰化合物以及烷基膦酸酯类化合物中的一种或者几种的组合。优选地，所述阻燃剂为氟代环状碳酸酯、氟代链状碳酸酯、全氟代烷基醚、溴代碳酸酯、溴代烷基醚、氯代碳酸酯、氯代烷基醚、碘代碳酸酯、碘代烷基醚和卤代烃中的一种或者几种的组合。优选地，所述阻燃剂为磺酰亚胺类离子液体中的一种或者几种的组合。在本专利技术的锂离子二次电池中，所述阻燃剂质量为电解液质量的5～90％，优选为10～40％。在本专利技术的锂离子二次电池中，所述阻燃器中的液体阻燃剂可以吸附在高吸附性能的载体中。在常规状态下，阻燃剂被密封容器所封装，不与电解液接触，不会影响电池的常规电性能。本专利技术的优点在于：1、在常规状态下，阻燃剂与电解液隔离，不影响电池常规电性能。而在异常状态下，例如在外力作用下，或者高温时，阻燃器会释放阻燃剂，阻燃剂可使电解液由易燃物变为难燃/不燃物，从根本上阻止了电池冒烟、起火、爆炸的可能，保证电池安全。2、可在电池内部设计一个或多个阻燃器，可放置于电芯外侧也可放置于电芯中心，设计灵活，可适用于圆柱形、方形和软包装等多种电池。3、阻燃器位于电池内部，可对电池内部，尤其是体积较大的电池内部的热失控行为快速响应，释放阻燃剂，有效提高电池的安全性能。4、阻燃剂通过与电解液混合，使电解液变为难燃/不燃物，从根本上解决电池冒烟、起火、爆炸的安全问题。附图说明图1为本专利技术实施例1中电池的剖面图。图2为本专利技术实施例2中电池的剖面图。图3为实施例2中阻燃器的剖面图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案以及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种锂离子电池，包括电池外壳、极芯、电解液和阻燃器，其中极芯、电解液和一个或多个阻燃器共同封装在电池外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子二次电池，包括电池外壳、极芯和电解液，其特征在于，还包括一个或多个阻燃器，极芯、电解液和阻燃器共同封装在电池外壳中，其中，阻燃器包括密封容器及密封在容器中的阻燃剂，且该阻燃器在外力作用下或在高温时可释放阻燃剂，该阻燃剂与电解液混合后会形成难燃或不燃的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子二次电池，包括电池外壳、极芯和电解液，其特征在于，还
包括一个或多个阻燃器，极芯、电解液和阻燃器共同封装在电池外壳中，其中，
阻燃器包括密封容器及密封在容器中的阻燃剂，且该阻燃器在外力作用下或在
高温时可释放阻燃剂，该阻燃剂与电解液混合后会形成难燃或不燃的混合物。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述阻燃器的密
封容器在大于5kgf的压力、大于1N的穿刺力、或100N/mm2的拉伸力的作用
下，发生破裂，从而释放内部封装的阻燃剂。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述阻燃器
的密封容器全部或者部分选用熔点在70-170℃的材料制备，在温度高于熔点时，
密封容器发生破裂，从而释放内部封装的阻燃剂。
4.根据权利要求3所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述熔点在
70-170℃的材料为石蜡、聚乙烯或聚丙烯材料。
5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于，所述阻燃剂在室
温、0.5-5MPa压力下为液体或固体。
6.根据权利要求5所述的锂离子二次电池，...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟传鑫，刘宝，李翔，庞静，张海燕，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11