一种高安全电池的制备方法及电池技术

本发明专利技术属于电池技术领域，公开一种高安全电池的制备方法及电池，每个电芯模块的裸电芯上均设置有高安全结构，高安全结构的壳体内储存有抑制剂、阻燃剂以及灭火剂三种互不混溶的液体，且高安全结构的壳体的熔点低于电池的热失控引发温度T

【技术实现步骤摘要】
一种高安全电池的制备方法及电池


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种高安全电池的制备方法及电池。

技术介绍

[0002]锂电池由于具有能量密度高、自放电低、无记忆效应等突出优点，已经广泛应用于消费类数码产品、储能电站、电动自行车以及电动汽车等领域。锂电池常见的故障为热失控，锂电池的热失控的起因主要有对电芯过充电或者过放电、电芯内部存在导电颗粒、固体
‑
电解质隔膜存在缺陷以及电芯温度过高。近年来，电动汽车由于锂电池的热失控引发的爆炸或者火灾等事故层出不穷，严重威胁用户的生命和财产安全。
[0003]因此，在提高锂电池的能量密度、保证锂电池单位体积具有高储存电量的同时，需要尽量避免锂电池热失控故障的发生。现有提高锂电池能量密度的做法是不断增加锂电池中Ni元素含量、同时降低Co元素含量，其主要缺陷是：随着Ni元素含量的提升，Co元素含量的降低，电芯正极材料稳定性下降，目前常用的正极材料热分解的温度顺序如下：NCM811(175℃)＜NCM622(178℃)＜NCM523(183℃)＜NCM111(199℃)＜LiCoO2(200℃)＜LiMn2O4(220℃)＜LiFePO4(250℃)，也就是说，现有提高锂电池能量密度的方法可能会降低电芯的热失控引发温度，安全性下降。
[0004]现有降低锂电池热失控概率的做法是在电池电解液中添加阻燃剂。锂电池中常用的电解液是基于锂盐溶于环状或线性的碳酸酯中，例如碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)，这些酯类电解液具有高度挥发性和可燃性、以及接近室温的闪火点。在电池热失控状态下，会引发电解液的燃烧甚至引发电池爆炸。在电解液中添加阻燃剂能够提高电解液的氧指数，降低电解液的可燃性，但会影响电芯的倍率、循环等性能，降低电池的放电比容量，电池单次充电后的耐用度较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高安全电池的制备方法及电池，在不影响电芯模块的倍率、循环等性能前提下，能够有效减少电芯模块内产生的热量，抑制电芯模块热失控，提升安全性。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一方面，提供一种高安全电池的制备方法，包括以下步骤：
[0008]制作高安全结构的壳体：所述高安全结构的壳体的熔点低于电池的热失控引发温度T
h1
；
[0009]注入抑制剂、阻燃剂以及灭火剂于所述高安全结构的壳体内：所述抑制剂用于阻碍电解液中锂离子的移动，所述阻燃剂用于清除电解液中电化学反应产生的易燃自由基，所述灭火剂用于吸收电化学反应产生的热量，所述抑制剂、所述阻燃剂以及所述灭火剂互不混溶；
[0010]组装电芯模块：将裸电芯安装于所述电芯模块的壳体内，并将所述高安全结构安
装于所述裸电芯，在所述电芯模块的壳体内注入电解液并封装所述电芯模块；
[0011]组装电路板与多个电芯模块，以形成高安全电池。
[0012]作为本专利技术提供的高安全电池的制备方法的优选方案，所述高安全结构的壳体具有第一熔融状态、第二熔融状态以及第三熔融状态，设电池的自放热起始温度为T
h0
；
[0013]所述电解液的温度达到T1时，所述高安全结构的壳体熔化至第一熔融状态，所述抑制剂从所述高安全结构的壳体内释放出；
[0014]所述电解液的温度达到T2时，所述高安全结构的壳体熔化至第二熔融状态，所述阻燃剂从所述高安全结构的壳体内释放出；
[0015]所述电解液的温度达到T3时，所述高安全结构的壳体熔化至第三熔融状态，所述灭火剂从所述高安全结构的壳体内释放出；
[0016]T
h0
＜T1＜T2＜T3＜T
h1
。
[0017]作为本专利技术提供的高安全电池的制备方法的优选方案，所述抑制剂包括二苄胺(DBA)、苄胺(BA)以及三己胺(THA)，所述阻燃剂包括磷酸三甲酯(TMP)和/或磷酸三苯酯(TPP)，所述灭火剂包括全氟己酮。
[0018]作为本专利技术提供的高安全电池的制备方法的优选方案，所述高安全结构的壳体包括聚乙烯蜡、聚乙烯、聚氨酯、聚酰胺树脂、聚硫橡胶、酚醛树脂、环氧树脂、乙烯树脂、硅树脂中的一种或多种。
[0019]作为本专利技术提供的高安全电池的制备方法的优选方案，所述抑制剂中二苄胺的占比为50％
‑
70％、苄胺的占比为15％
‑
25％、以及三己胺的占比为15％
‑
25％，所述阻燃剂采用磷酸三甲酯，所述抑制剂、所述阻燃剂以及所述灭火剂的比例为0.6：0.2：0.2。
[0020]作为本专利技术提供的高安全电池的制备方法的优选方案，制作两个所述高安全结构，并将两个所述高安全结构均安装于同一裸电芯，其中一个所述高安全结构的壳体为合金安全壳体，另一个所述高安全结构的壳体为聚合物安全壳体，所述合金安全壳体包括铋元素、铅元素、锡元素和镉元素中的一种或多种，所述聚合物安全壳体包括聚乙烯蜡、聚乙烯、聚氨酯、聚酰胺树脂、聚硫橡胶、酚醛树脂、环氧树脂、乙烯树脂、硅树脂中的一种或多种。
[0021]作为本专利技术提供的高安全电池的制备方法的优选方案，所述合金安全壳体的熔点为M1，所述聚合物安全壳体的熔点为M2，M1≠M2，所述抑制剂中二苄胺的占比为10％
‑
15％、苄胺的占比为10％
‑
15％、以及三己胺的占比为70％
‑
80％，所述阻燃剂采用磷酸三苯酯，所述抑制剂、所述阻燃剂以及所述灭火剂的比例为0.5：0.4：0.1。
[0022]作为本专利技术提供的高安全电池的制备方法的优选方案，所述合金安全壳体的熔点为M3，所述聚合物安全壳体的熔点为M4，M3≠M4，所述抑制剂中二苄胺的占比为10％
‑
15％、苄胺的占比为10％
‑
15％、以及三己胺的占比为70％
‑
80％，所述阻燃剂采用磷酸三苯酯，所述抑制剂、所述阻燃剂以及所述灭火剂的比例为0.3：0.3：0.4。
[0023]作为本专利技术提供的高安全电池的制备方法的优选方案，所述合金安全壳体包括所述电芯模块内的转接片，所述聚合物安全壳体包括所述电芯模块内的下塑胶件。
[0024]另一方面，提供一种电池，采用如上所述的高安全电池的制备方法制成，包括：
[0025]多个电芯模块，每个所述电芯模块的壳体内均设置有裸电芯，并填充有电解液；
[0026]高安全结构，安装于所述裸电芯，并浸泡于所述电解液中，所述高安全结构的壳体
限定出储液腔，所述储液腔内储存有抑制剂、阻燃剂以及灭火剂，所述高安全结构的壳体的熔点低于电池的热失控引发温度T
h1
，所述抑制剂、所述阻燃剂以及所述灭火剂随着所述电芯模块内温度的升高而依次释放于所述电解液中。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028]本专利技术提供的高安全电池的制备方法，在电芯模块的裸电芯上安装高安全结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高安全电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制作高安全结构的壳体：所述高安全结构的壳体的熔点低于电池的热失控引发温度T
h1
；注入抑制剂、阻燃剂以及灭火剂于所述高安全结构的壳体内：所述抑制剂用于阻碍电解液中锂离子的移动，所述阻燃剂用于清除电解液中电化学反应产生的易燃自由基，所述灭火剂用于吸收电化学反应产生的热量，所述抑制剂、所述阻燃剂以及所述灭火剂互不混溶；组装电芯模块：将裸电芯安装于所述电芯模块的壳体内，并将所述高安全结构安装于所述裸电芯，在所述电芯模块的壳体内注入电解液并封装所述电芯模块；组装电路板与多个电芯模块，以形成高安全电池。2.根据权利要求1所述的高安全电池的制备方法，其特征在于，所述高安全结构的壳体具有第一熔融状态、第二熔融状态以及第三熔融状态，设电池的自放热起始温度为T
h0
；所述电解液的温度达到T1时，所述高安全结构的壳体熔化至第一熔融状态，所述抑制剂从所述高安全结构的壳体内释放出；所述电解液的温度达到T2时，所述高安全结构的壳体熔化至第二熔融状态，所述阻燃剂从所述高安全结构的壳体内释放出；所述电解液的温度达到T3时，所述高安全结构的壳体熔化至第三熔融状态，所述灭火剂从所述高安全结构的壳体内释放出；T
h0
＜T1＜T2＜T3＜T
h1
。3.根据权利要求1所述的高安全电池的制备方法，其特征在于，所述抑制剂包括二苄胺(DBA)、苄胺(BA)以及三己胺(THA)，所述阻燃剂包括磷酸三甲酯(TMP)和/或磷酸三苯酯(TPP)，所述灭火剂包括全氟己酮。4.根据权利要求3所述的高安全电池的制备方法，其特征在于，所述高安全结构的壳体包括聚乙烯蜡、聚乙烯、聚氨酯、聚酰胺树脂、聚硫橡胶、酚醛树脂、环氧树脂、乙烯树脂、硅树脂中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的高安全电池的制备方法，其特征在于，所述抑制剂中二苄胺的占比为50％
‑
70％、苄胺的占比为15％
‑
25％、以及三己胺的占比为15％
‑
25％，所述阻燃剂采用磷酸三甲酯，所述抑制剂、所述阻燃剂以及所述灭火剂的比例为0.6：0.2：...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫晟睿，姜涛，刘晓蕾，孙焕丽，翟喜民，陈慧明，胡景博，赵光宇，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：