一种阻燃球及其制备方法和应用、浸没式液冷电池系统技术方案

本发明专利技术公开了一种阻燃球及其制备方法和应用、浸没式液冷电池系统。阻燃球具有内壳和外壳，内壳设于外壳的内部，内壳为阻燃热膨胀性材料，内壳的内部填充惰性气体，外壳为聚合物材料，内壳和外壳之间填充阻燃剂。本发明专利技术中使用阻燃球的系统在正常运行时，阻燃剂被封存于阻燃球中，不影响系统的正常工作。当需要释放阻燃剂进行阻燃时，在温度升高温度区域，阻燃球外壳熔融温度在热失控初期温度范围内，在温度升高时受热融化、破裂，内壳阻燃热膨胀性材料达到玻璃化温度，开始呈现流动态，体积膨胀，增大空腔压力，有助于外壳破裂，内部惰性气体受热膨胀，也有助于外壳破裂，小球破裂后，释放出阻燃剂，自动对热失控区域进行抑制，进行阻燃。阻燃。阻燃。

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃球及其制备方法和应用、浸没式液冷电池系统


[0001]本专利技术涉及电池领域，具体而言，本专利技术涉及一种阻燃球及其制备方法和应用、浸没式液冷电池系统。

技术介绍

[0002]锂离子电池储能作为主要的新型储能技术，近年来装机容量快速增长。锂离子电池储能的循环性能和效率极大程度上取决于电池的热管理系统。浸没式直接液冷作为一种新兴的储能电池热管理技术，散热效率高，温度均匀性好，全生命周期成本较低。
[0003]当前浸没式直接液冷面临主要的主要问题是其安全性难以得到保障，因为电池直接浸没在介电流体中，需要保证液体的高绝缘特性和不可燃性。目前，常用的浸没介质包括电子氟化液、矿物油、硅油以及酯类。其中，只有电子氟化液同时具备高绝缘特性和不可燃性，但是氟化液的价格昂贵且挥发性强，在实际使用过程中损耗严重，对于电池柜的要求也极高，导致采用电子氟化液作为浸没介质的直接液冷体系造价高昂，难以实际大规模应用。其余的浸没介质，包括矿物油、硅油以及酯类等，都属于可燃物，具备闪点和可燃性，在实际应用过程中，存在电池热失控导致浸没介质起火燃烧的隐患，另外液体在着火过程中会形成流淌火，导致消防难度增大。
[0004]目前的电池储能单元消防措施主要是检测电池舱的可燃气体，在触发阈值时启动全氟几酮、七氟丙烷泡沫灭火气瓶，喷射灭火剂灭火。该种灭火方式存在以下缺陷：(1)精度低，无法准确定位起火点；(2)成本昂贵，需配备专门设备，灭火剂也昂贵；(3)启动后可能导致整个储能单元报废，容错率低；(4)可能存在检测失灵，启动不及时的情况。
[0005]因此，亟需开展浸没式液冷电池系统的阻燃研究，提高浸没式液冷电池系统的安全性。

技术实现思路

[0006]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：目前，还未有针对浸没式液冷的将阻燃剂封存于电池簇内的阻燃方法。在间接液冷的电池包中，存在一些利用间接液冷管道作为封装装置，冷却液作为阻燃介质的阻燃方法，但该种方法不适用于浸没式直接液冷，且只有管道布置到的地方才能精确阻燃，第三冷却液的选择受限，常规的水乙二醇冷却液释放时会导致其余正常电芯短路。
[0007]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种阻燃球及其制备方法和应用、浸没式液冷电池系统，使用阻燃球的系统在正常运行时，阻燃剂被封存于阻燃球中，不影响系统的正常工作。当需要释放阻燃剂进行阻燃时，温度升高后，在温度升高的区域，阻燃球外壳熔融温度在热失控初期温度范围内，在温度升高时受热融化、破裂，内壳阻燃热膨胀性材料达到玻璃化温度，开始呈现一定的流动态，内壳阻燃热膨胀性材料在高温情况下体积膨胀，增大空腔压力，有助于外壳破裂，同时内部惰性气体受热膨胀，也有助于外壳破裂，小球破裂后，释放出阻燃剂，自动对热失控区
域进行抑制，实现阻燃。
[0008]本专利技术实施例的一种阻燃球，所述阻燃球具有内壳和外壳，所述内壳设于所述外壳的内部，所述内壳为阻燃热膨胀性材料，所述内壳的内部填充惰性气体，所述外壳为聚合物材料，所述内壳和外壳之间填充阻燃剂。
[0009]本专利技术实施例的阻燃球带来的优点和技术效果：阻燃球为双层封装结构，外壳是聚合物材料，内壳是阻燃热膨胀性微球，且内壳内部充满惰性气体，在内外层之间填充阻燃剂。使用阻燃球的系统在正常运行时，阻燃剂被封存于阻燃球中，不影响系统的正常工作。当需要释放阻燃剂进行阻燃时，温度升高后，在温度升高区域，内壳阻燃热膨胀性材料达到玻璃化温度，开始呈现一定的流动态，内壳阻燃热膨胀性材料在高温情况下体积膨胀，增大空腔压力，有助于外壳破裂，同时内部惰性气体受热膨胀，也有助于外壳破裂，小球破裂后，释放出阻燃剂，自动对热失控区域进行抑制，进行阻燃。
[0010]在一些实施例中，所述聚合物材料包括聚己内酯、聚环氧乙烷，环糊精、热塑性聚氨酯、聚乙烯蜡、聚α
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甲基苯乙烯、聚醚、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、羧甲基纤维素、聚乙烯或乳胶中的至少一种；
[0011]和/或，所述外壳的熔融温度为60
‑
100℃。
[0012]在一些实施例中，所述阻燃热膨胀性材料包括腈类聚合物、酰胺类聚合物、三元聚羧酸或聚丙烯酸酯类聚合物中的至少一种；所述腈类聚合物包括聚丙烯腈；所述酰胺类聚合物包括聚丙烯酰胺、尼龙中的至少一种；所述聚丙烯酸酯类聚合物包括聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸乙酯中的至少一种；
[0013]和/或，所述阻燃热膨胀性材料中包含阻燃材料；
[0014]和/或，所述惰性气体包括氮气、氩气、氦气中的至少一种；
[0015]和/或，所述阻燃剂包括磷酸酯类阻燃剂、卤代磷酸酯类阻燃剂、聚磷酸铵、三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化硅、二氧化钛中的至少一种。
[0016]在一些实施例中，所述内壳和外壳之间还填充惰性气体；
[0017]和/或，所述阻燃球中阻燃剂的质量百分含量为80
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95％；
[0018]和/或，所述外壳和内壳的质量比为1:2
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2:1。
[0019]在一些实施例中，所述阻燃球的直径为1
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20cm；
[0020]和/或，所述外壳的厚度为0.2
‑
1cm；
[0021]和/或，所述内壳的厚度为0.2
‑
1.5cm。
[0022]本专利技术实施例提供一种阻燃球的制备方法，包括以下步骤：
[0023](1)将阻燃热膨胀性材料的聚合物单体、发泡剂、阻燃材料加入溶剂中，进行聚合反应，得到聚合物颗粒；将所述聚合物颗粒挤出吹膜得到薄膜，在高压惰性气体氛围下，将所述薄膜经热封处理加工成封闭的空心微球，得到填充有惰性气体的内壳；
[0024](2)将所述填充有惰性气体的内壳和阻燃剂在高压惰性气氛下利用所述聚合物材料进行热封处理，将所述填充有惰性气体的内壳和阻燃剂包覆在外壳内，得到阻燃球。
[0025]本专利技术实施例中，通过将阻燃热膨胀性材料挤出吹膜，然后利用聚合物薄膜热塑性经热封处理加工成封闭有惰性气体的空心微球，在常压环境中自然鼓起；利用聚合物材料的热封性，形成外壳，将所述填充有惰性气体的内壳和阻燃剂包覆在外壳内，所述内壳和外壳之间也填充惰性气体，得到阻燃球。
[0026]在一些实施例中，所述溶剂包括N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、六氟乙酸中的至少一种；
[0027]和/或，所述聚合物单体包括丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、苯二烯中的至少一种；
[0028]和/或，所述发泡剂包括二氯甲烷、氟氯烷、丁烷、四甲基硅烷中的至少一种；
[0029]和/或，所述阻燃材料包括二氧化硅颗粒、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、氢氧化镁中的至少一种；
[0030]和/或，所述聚合物单体、发泡剂和阻燃材料的质量比为50
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80：5
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25：1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻燃球，其特征在于，所述阻燃球具有内壳和外壳，所述内壳设于所述外壳的内部，所述内壳为阻燃热膨胀性材料，所述内壳的内部填充惰性气体，所述外壳为聚合物材料，所述内壳和外壳之间填充阻燃剂。2.根据权利要求1所述的阻燃球，其特征在于，所述聚合物材料包括聚己内酯、聚环氧乙烷，环糊精、热塑性聚氨酯、聚乙烯蜡、聚α
‑
甲基苯乙烯、聚醚、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、羧甲基纤维素、聚乙烯或乳胶中的至少一种；和/或，所述外壳的熔融温度为60
‑
100℃。3.根据权利要求1所述的阻燃球，其特征在于，所述阻燃热膨胀性材料包括腈类聚合物、酰胺类聚合物、三元聚羧酸或聚丙烯酸酯类聚合物中的至少一种；所述腈类聚合物包括聚丙烯腈；所述酰胺类聚合物包括聚丙烯酰胺、尼龙中的至少一种；所述聚丙烯酸酯类聚合物包括聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸乙酯中的至少一种；和/或，所述阻燃热膨胀性材料中包含阻燃材料；和/或，所述惰性气体包括氮气、氩气、氦气中的至少一种；和/或，所述阻燃剂包括磷酸酯类阻燃剂、卤代磷酸酯类阻燃剂、聚磷酸铵、三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、二氧化硅、二氧化钛中的至少一种。4.根据权利要求1所述的阻燃球，其特征在于，所述内壳和外壳之间还填充惰性气体；和/或，所述阻燃球中阻燃剂的质量百分含量为80
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95％；和/或，所述外壳和内壳的质量比为1:2
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2:1。5.根据权利要求1所述的阻燃球，其特征在于，所述阻燃球的直径为1
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20cm；和/或，所述外壳的厚度为0.2
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1cm；和/或，所述内壳的厚度为0.2
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1.5cm。6.一种权利要求1
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5中任一项所述的阻燃球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将阻燃热膨胀性材料的聚合物单...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超然，刘明义，林伟杰，宋太纪，杨印廷，郭敬禹，裴杰，曹曦，景小华，曹琛，张建府，张鹏，陆泽宇，雷浩东，平小凡，成前，
申请(专利权)人：中国华能集团香港有限公司华能国际工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：