电池系统热失效扩散的抑制结构及其确定方法、电池系统技术方案

本申请涉及一种电池系统热失效扩散的抑制结构及其确定方法、电池系统。所述电池系统热失效扩散的抑制结构包括壳体、化学抑制剂和引线。所述化学抑制剂用于抑制电池热失效时的氧化还原反应，从根源上减弱电池单体热失效的释热量，避免其热失效引发其他电池单体的热失效。所述引线露出所述壳体之外，可以最先接触到已经发生热失效的所述电池单体。当所述引线被触发之后，与所述引线连接的所述化学抑制剂被触发，用于抑制电池热失效时的氧化还原反应。所述电池系统热失效扩散的抑制结构中的所述化学抑制剂和所述引线共同作用，提高了所述电池系统的安全性。所述电池系统热失效扩散的抑制结构对于高比能量动力电池的安全性设计具有重要的价值。

【技术实现步骤摘要】
电池系统热失效扩散的抑制结构及其确定方法、电池系统
本申请涉及电池
，特别是涉及一种电池系统热失效扩散的抑制结构及其确定方法、电池系统。
技术介绍
动力电池的安全性是目前电池
最关注的问题之一。一般动力电池的安全性包括电池单体层级的安全性和电池系统层级的安全性。在电池单体层面上，电池单体的热稳定性愈发下降并贴近常规使用条件下的安全边界。传统安全评估测试对新型电池单体的要求越来越严苛，行业正在寻求在电池系统层级的安全解决方案。在电池系统层级，主要面临的安全问题是，如果有电池单体失效，其可能会扩散到周围电池单体，并引发周围电池单体的热失效。电池单体失效所释放出的能量毕竟有限，造成的危害也较小。但是，如果扩散速度过快，将会使得整个电池系统中储存的电能都通过热化学能的形式释放出来，造成巨大的危害。因此，需要在电池系统层级进行热失效扩散防护设计。传统的，在电池单体失效后的扩散防护方面，比较直观易得的技术方案是在电池单体之间增加隔热层。所述隔热层可以是隔热棉或者可膨胀石墨板。所述隔热层放置的相邻电池中间，用于阻隔电池模组的热失效扩散过程。但是设置隔热层会存在以下的技术问题：第一，隔热层和电池热管理系统的温控均一性目标相背离；第二，对于更高比能量的电芯而言，实验中发现隔热层的材料已经不能满足热扩散的抑制要求，主要是隔热层在高温热失效条件下，物质的状态不能保持，造成高温隔热的效果下降。因此，目前动力电池的安全性问题，仍然是电池领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
基于此，有必要针对如何提高动力电池的安全性问题，提供一种电池系统热失效扩散的抑制结构及其确定方法、电池系统。一种电池系统热失效扩散的抑制结构，包括：壳体，围构形成第一空间；化学抑制剂，收纳于所述第一空间，所述化学抑制剂用于抑制电池热失效时的氧化还原反应，所述化学抑制剂的气化温度低于电池热失效的触发温度；引线，与所述化学抑制剂连接，所述引线的燃点温度低于电池热失效的触发温度。在其中一个实施例中，所述化学抑制剂包括：毒化剂，所述毒化剂包括使碳酸酯类电解液聚合的基团。在其中一个实施例中，所述毒化剂包括使电池负极惰性化的基团或者与活性氧或自由基结合的基团。在其中一个实施例中，所述毒化剂至少包括胺类毒化剂或碳酸盐类毒化剂中的一种。在其中一个实施例中，所述化学抑制剂还包括：弥散剂，所述弥散剂的气化温度低于所述壳体的崩溃温度；所述弥散剂至少包括硝酸胍、碳酸氢铵、二茂铁或硝酸铵中的一种。在其中一个实施例中，还包括：隔板，设置于所述第一空间，所述隔板从所述第一空间中分隔出第二空间，所述毒化剂收纳于所述第一空间，所述弥散剂收纳于所述第二空间。一种电池系统热失效扩散的抑制结构的确定方法，包括：在电池系统中确定典型区域，并对所述典型区域进行热失效扩散测试及评估；对所述典型区域内的电池单体和电池模组进行热失效扩散测试，确定所述典型区域内，所述电池单体的热失效特征温度，并建立仿真模型；将所述电池单体和所述电池模组的参数输入至所述仿真模型，确定电池系统热失效扩散的抑制结构的特征参数，所述特征参数包括：自放电速率、毒化剂导电率、抑制作用的位置、以及抑制作用的时机；所述自放电速率包括化学自放电速率或物理自放电速率中的至少一种；根据所述特征参数确定所述电池系统热失效扩散的抑制结构。在其中一个实施例中，所述根据所述特征参数确定所述电池系统热失效扩散的抑制结构的步骤包括：根据所述自放电速率和所述毒化剂导电率，确定化学抑制剂的材料及结构；根据所述抑制作用的位置，确定引线的结构及位置；根据所述抑制作用的时机，确定壳体在所述电池系统的位置。在其中一个实施例中，在所述根据所述特征参数确定所述电池系统热失效扩散的抑制结构的步骤之后，还包括：对所述电池系统热失效扩散的抑制结构进行效果测试，所述效果测试包括进行电池单体级自毁装置验证试验、进行电池模组级自毁装置验证试验以及进行电池系统级自毁装置验证试验。一种电池系统，包括：多个电池模组，每一个所述电池模组包括多个电池单体；如上述的电池系统热失效扩散的抑制结构；所述电池系统热失效扩散的抑制结构设置于所述电池单体的顶盖中、所述电池单体的侧封边处或者所述电池单体的内核卷芯的中间。本申请提供一种电池系统热失效扩散的抑制结构及其确定方法、电池系统。所述电池系统热失效扩散的抑制结构包括壳体、化学抑制剂和引线。所述化学抑制剂用于抑制电池热失效时的氧化还原反应，从根源上减弱电池热失效的释热量，避免其热失效引发其他电池单体的热失效。所述引线露出所述壳体之外，可以最先接触到已经发生热失效的所述电池单体。当所述引线被触发之后，与所述引线连接的所述化学抑制剂被触发，用于抑制电池热失效时的氧化还原反应。所述电池系统热失效扩散的抑制结构中的所述化学抑制剂和所述引线共同作用，提高了所述电池系统的安全性。所述电池系统热失效扩散的抑制结构对于高比能量动力电池的安全性设计具有重要的价值。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请一个实施例中提供的所述电池系统热失效扩散的抑制结构的示意图；图2为本申请另一个实施例中提供的所述电池系统热失效扩散的抑制结构的示意图；图3为本申请一个实施例中提供的在电池单体的顶盖/侧封边处设置所述电池系统热失效扩散的抑制结构的示意图；图4为本申请另一个实施例中提供的在电池单体的内部多个卷芯中设置所述电池系统热失效扩散的抑制结构的示意图；图5为本申请一个实施例中提供的所述电池系统热失效扩散的抑制结构起作用时的示意图；图6为本申请一个实施例中提供的电池系统平面图案示意图；图7为本申请一个实施例中提供的电池系统热失效扩散的抑制结构的确定方法步骤流程图；图8为本申请一个实施例中提供的电池系统中锂离子电池热失效特征温度；图9为本申请一个实施例中提供的对电池系统典型区域内的不同电池单体的温度随时间的变化曲线；图10为本申请一个实施例中提供的对电池系统典型区域内的不同电池单体的温度随时间的变化曲线；图11为本申请一个实施例中提供的对电池系统典型区域内的不同电池单体的温度随时间的变化曲线。附图标号：电池系统热失效扩散的抑制结构10壳体20第一空间201化学抑制剂30毒化剂310弥散剂320引线40隔板50第二空间202电池系统100电池模组110电池单体111电池壳体101电池单体111a电池单体111b第三空间203电池单体内核204正极120正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池系统热失效扩散的抑制结构，其特征在于，包括：/n壳体(20)，围构形成第一空间(201)；/n化学抑制剂(30)，收纳于所述第一空间(201)，所述化学抑制剂(30)用于抑制电池热失效时的氧化还原反应，所述化学抑制剂(30)的气化温度低于电池热失效的触发温度；/n引线(40)，与所述化学抑制剂(30)连接，所述引线(40)的燃点温度低于电池热失效的触发温度。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池系统热失效扩散的抑制结构，其特征在于，包括：
壳体(20)，围构形成第一空间(201)；
化学抑制剂(30)，收纳于所述第一空间(201)，所述化学抑制剂(30)用于抑制电池热失效时的氧化还原反应，所述化学抑制剂(30)的气化温度低于电池热失效的触发温度；
引线(40)，与所述化学抑制剂(30)连接，所述引线(40)的燃点温度低于电池热失效的触发温度。


2.如权利要求1所述的电池系统热失效扩散的抑制结构，其特征在于，所述化学抑制剂(30)包括：
毒化剂(310)，所述毒化剂(310)包括使碳酸酯类电解液聚合的基团。


3.如权利要求2所述的电池系统热失效扩散的抑制结构，其特征在于，所述毒化剂(310)包括使电池负极惰性化的基团或者与活性氧或自由基结合的基团。


4.如权利要求2所述的电池系统热失效扩散的抑制结构，其特征在于，所述毒化剂(310)至少包括胺类毒化剂(310)或碳酸盐类毒化剂(310)中的一种。


5.如权利要求2所述的电池系统热失效扩散的抑制结构，其特征在于，所述化学抑制剂(30)还包括：
弥散剂(320)，所述弥散剂(320)的气化温度低于所述壳体(20)的崩溃温度；所述弥散剂(320)至少包括硝酸胍、碳酸氢铵、二茂铁或硝酸铵中的一种。


6.如权利要求5所述的电池系统热失效扩散的抑制结构，其特征在于，还包括：
隔板(50)，设置于所述第一空间(201)，所述隔板(50)从所述第一空间(201)中分隔出第二空间(202)，所述毒化剂(310)收纳于所述第一空间(201)，所述弥散剂(320)收纳于所述第二空间(202)。


7.一种电池系统热失效扩散的抑制结构的确定方法，其特征在于，包括：
在电池系统中确...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯旭宁，徐成善，王贺武，欧阳明高，卢兰光，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11