用于在热失控的情况下熄灭电化学发生器的方法技术

公开了用于特别地在热失控的情况下熄灭电化学发生器(10)的方法，电化学发生器(10)包括第一电极和第二电极，第一电极连接到第一端子(22)，并且第二电极连接到第二端子(32)或连接到电化学发生器的接地部，该方法包括如下的步骤：在该步骤中，电化学发生器(10)被离子液体溶液(100)覆盖，离子液体溶液(100)从第一端子(22)到第二端子(32)或者从第一端子(22)到接地部连续地覆盖电化学发生器(10)，离子液体溶液包括离子液体以及具有熄灭燃烧性能和/或阻燃性能的活性物质。阻燃性能的活性物质。阻燃性能的活性物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在热失控的情况下熄灭电化学发生器的方法


[0001]本专利技术涉及遭受热失控的电化学发生器(例如锂离子、钠离子或锂金属电池或者蓄能器)的安全熄灭的领域。
[0002]更具体地，本专利技术涉及用于使电化学发生器进入安全状态的方法，在该安全状态下，电化学发生器使用包含离子液体的溶液进行冷却和/或放电。
[0003]进入安全状态可以通过在固定应用中淹没而使电化学发生器自动熄灭来完成。
[0004]例如在消防员介入期间，进入安全状态也可以通过移动设备(例如灭火器)来完成。

技术介绍

[0005]电化学发生器是将化学能转化为电能的发电装置。例如，电化学发生器可能是电池或蓄能器。
[0006]目前，首先是由于所谓的移动应用(智能手机、便携式电动工具等)，其次是由于与移动性相关的新应用(电动和混合动力汽车)以及所谓的固定应用(连接到电力网络)，蓄能器(特别是锂离子类型的锂蓄能器)的市场正在强劲地扩张。
[0007]锂离子类型的锂电化学蓄能器包括至少一个电化学单体电池，该电化学单体电池包括位于浸渍有电解质的分隔板的每一侧的阳极(负电极)和阴极(正电极)、以及集流体。
[0008]金属离子电化学蓄能器是根据金属离子在至少一个电极中的插入或移除(或者换言之，嵌入
‑
脱离)的原理来运行的。在充电期间，锂从阴极的活性物质中脱离，并且阳极的活性物质(例如石墨)被插入。在放电期间过程是相反的。
[0009]当蓄能器被布置在异常条件下(例如暴露于极端温度、超出制造商规范的电气使用、甚至物理完整性的劣化)，可能会发生化学降解反应和/或内部电气短路。这些现象可能导致强烈的内部热量释放、产生气体或火灾甚至充气膨胀。
[0010]当材料遭受高于反应活化温度的温度时，引发了化学机制。典型地，在石墨钝化层(SEI或“固体电解质界面，Solid Electrolyte Interface”)与电解质之间反应的情况下，降解机制的开始温度约为80℃。
[0011]产生的内部热量的释放可能会激活其他放热现象，例如阴极材料与电解质的反应(约160℃至200℃)，或者产生内部短路(在介于约120℃至160℃之间，分隔板的熔化)。这些加热机制中的每一个都可能是其他机制激活的前兆。因此，使用了失控这个术语。
[0012]为了限制或阻止热失控并且防止不期望的现象的发生，必须通过蓄能器的有效冷却和/或通过减少蓄能器中包含的电能的量(放电)来限制温度的升高。在蓄能器放电时，由内部短路和降解反应引起的加热倾向于消失。
[0013]传统上，使用水基熄灭剂的洒水步骤甚至淹没步骤可以用来阻止蓄能器的热失控。水提供了两个优点：
[0014]当水环境是导电的并且在蓄能器的电位之间是连续的时，提供了良好的冷却特性和电能的释放。
[0015]然而，这种熄灭方法具有产生可以点燃的氢气的缺点。此外，如果蓄能器的完整性没有保留，活性物质会与水发生剧烈反应，从而产生大量的热和氢气。
[0016]这个问题目前是主要问题，因为制造商持续地旨在提高其蓄能器的能量，因此制造商越来越多地使用放热材料。

技术实现思路

[0017]本专利技术的一个目的是提出克服现有技术的缺点的方法，特别是提出一种通过提供发生器的良好的冷却和/或放电而不产生任何氢气而使电化学发生器进入安全状态的熄灭方法。
[0018]为此，本专利技术公开了用于特别地在热失控的情况下熄灭电化学发生器的方法，电化学发生器包括第一电极和第二电极，第一电极连接到第一端子，并且第二电极连接到第二端子或连接到电化学发生器的接地部，
[0019]该方法包括如下步骤：在该步骤中，电化学发生器被离子液体溶液覆盖，
[0020]离子液体溶液从第一端子到第二端子或者从第一端子到接地部连续地覆盖所述电化学发生器，
[0021]离子液体溶液包括离子液体以及具有熄灭性能和/或阻燃性能的活性物质。
[0022]热失控表示激活发生器内的放热降解反应，这导致内部温度的增加并且激活一系列不期望的化学反应。
[0023]本专利技术与现有技术的根本不同在于，电化学发生器是通过离子液体溶液来熄灭的。
[0024]与使用水溶液的方法不同，该方法防止氧气和氢气的产生，因此没有燃烧或爆炸的风险。
[0025]使用离子液体溶液显著地减少了与使用水相关的限制，因为离子液体不挥发、不可燃并且在温度可能超过200℃(例如，在200℃至400℃之间)下是化学稳定的。
[0026]电化学发生器可能是完整的或损坏的。
[0027]如果包装破裂，离子液体介质将防止空气与电化学发生器的内部组件之间的接触，从而防止形成空气和电解质蒸汽(空气/蒸汽馏分)的特别易爆炸的混合物。
[0028]该方法对蓄能器进行冷却。
[0029]该方法易于实施。
[0030]有利地，活性物质是烷基磷酸酯，可能是氟化烷基磷酸酯。
[0031]有利地，活性物质占离子液体溶液的质量的5％至80％，优选地占离子液体溶液的质量的10％至30％。
[0032]有利地，离子液体溶液包括氧化还原物质，该氧化还原物质在第一端子和第二端子中的至少一个上或者在第一端子和接地部中的至少一个上能够被氧化和/或还原。有利地，氧化还原物质的存在使得能够使发生器放电，而不使离子液体溶剂降解/转变。
[0033]如果电化学发生器是开启的，则离子液体溶剂和/或氧化还原物质可以与活性电极材料(例如锂或钠)进行反应，这使得能够通过对发生器进行放电来使发生器进入安全状态。
[0034]有利地，溶液包括氧化还原物质的对，该氧化还原物质的对包括被称为氧化剂的
氧化还原物质和被称为还原剂的氧化还原物质，氧化剂氧化还原物质可能在第一端子或者第二端子(或接地部)上被还原，并且还原剂氧化还原物质可能在另一个第二端子或者第一端子(或接地部)上被氧化。
[0035]氧化还原对，也被称为氧化还原介体或电化学梭，是指溶液中的氧化/还原(Ox/Red)对，其中，在电化学发生器的多个端子上、或者在端子或接地部上，氧化剂可以被还原，并且还原剂可以被氧化。氧化还原对控制氧化还原反应。
[0036]氧化还原物质通过减少电极(阳极和阴极)之间的电位差能够使电化学发生器显著地或完全地放电。这种放电还有助于通过减少电极的化学能(并因此减小电位差)以及通过减少内部短路的影响而使电化学发生器进入安全状态。由于氧化还原物质可以直接在电极上反应，因此电化学发生器即使在结构劣化的情况下也是安全的。
[0037]因为溶液中的氧化还原对同时控制在电化学发生器的多个端子处的氧化还原反应，使得试剂的消耗为零，因此该方法是经济的；该溶液可以用于相继地和/或混合地使多个电化学发生器进入安全状态。
[0038]有利地，氧化还原物质对是金属对、有机分子对、例如Fc/Fc
+
的茂金属对、或者例如Cl2/Cl
‑
或Cl
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于特别地在热失控的情况下熄灭电化学发生器(10)的方法，所述电化学发生器(10)包括第一电极(20)和第二电极(30)，所述第一电极(20)连接到第一端子(22)，并且所述第二电极(30)连接到第二端子(32)或连接到所述电化学发生器的接地部，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在所述步骤中，所述电化学发生器(10)被离子液体溶液(100)覆盖，所述离子液体溶液(100)包括离子液体以及具有熄灭性能和/或阻燃性能的活性物质，所述离子液体溶液(100)从所述第一端子(22)到所述第二端子(32)或者从所述第一端子(22)到所述接地部连续地覆盖所述电化学发生器，以使所述电化学发生器(10)冷却和/或放电。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性物质可能是氟化烷基磷酸酯。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述活性物质占所述离子液体溶液的质量的5％至80％，优选地占所述离子液体溶液的质量的10％至30％。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述离子液体溶液(100)包括能够被氧化和/或还原的氧化还原物质。5.根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述离子液体溶液(100)包括氧化还原物质的对，所述氧化还原物质的对包括被称为氧化剂的氧化还原物质以及被称为还原剂的氧化还原物质，所述氧化剂氧化还原物质能够被还原，并且所述还原剂氧化还原物质能够被氧化。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氧化还原物质对是金属对、有机分子对、例如Fc/Fc
+
的茂金属对、或者例如Cl2/Cl
‑
或Cl
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/Cl3‑
的卤化分子对，所述金属对优选地选自：Mn
2+
/Mn
3+
、Co
2+
/Co
3+
、Cr
2+
/Cr
3+
、Cr
3+
/C...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊曼纽尔，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：