一种大容量锂离子电池的安全结构及使用该安全结构的电池的制作方法

1.本技术涉及电池领域，尤其涉及一种大容量锂离子电池的安全结构及使用该安全结构的大容量锂离子电池。


背景技术：

2.锂电池的热失控是锂电池发生安全事故的主要原因，当电池内部析锂刺破隔膜、电池短路、电池被穿刺等情况发生时，极易导致电池热失控，电池热失控后会引发相邻的电池，甚至整个电池箱及整个电池间发生火灾，电池热失控产生的烟气若弥散到空间内，到达爆炸浓度后也极易引发爆炸，造成不可估量的人员财产损失，随着电动汽车和储能在我国的大力发展，每年因电池热失控所发生的事故也越来越多。
3.cn 102437370 a中提供了一种以中心柱(极芯)为容器电池的制冷器，制冷器在温度或压力下可释放阻燃气体，主要为卤代烷，当电池发生热失控时，对电池进行制冷、消防。本专利中使用的材料为酸、碱和强碱弱酸盐溶液，一旦电池热失控，这些溶液可进入电池内部将电池电解液溶液催化反应，阻断或延缓电池的热失控，在使用的介质和消防原理上有根本的区别。
4.cn206098596 u中对中心柱为灭火芯的结构做了说明，但未具体说明内部所使用的灭火剂介质为何物质。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有设备存在的缺点，本技术提出了一种大容量锂离子电池的安全结构及包括该安全结构的大容量锂离子电池。
6.一种大容量锂离子电池的安全结构，所述安全结构包括设置在电池中心的电池中心柱，所述电池中心柱内部含有使电解液溶剂反应的催化反应材料，当电池将要发生热失控前，在升温过程中所述电池中心柱释放所述催化反应材料到电池内部，对电解液溶剂进行催化反应，阻断或延缓电池的热失控。
7.优选的，所述电池中心柱的材质为金属或非金属空心柱体。
8.优选的，所述电池中心柱内部含有的使电解液溶剂反应的材料为无机碱、有机碱、强碱弱酸盐溶液，或者有机酸、无机酸溶液。
9.优选的，所述无机碱、有机碱、强碱弱酸盐包括：氨基钾、氨基钠、氢化钾、氢化钠、氢氧化钾、氢氧化钠、其它金属的氢氧化物、丁基锂、二异丙基氨锂格氏试剂、烷基铜锂、甲醇钠、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氨水、甲胺、吡啶或其它能催化酯类水解的碱的一种或多种。
10.优选的，所述无机酸、有机酸包括：硫酸、硝酸、高氯酸、氢溴酸、氢碘酸、高溴酸、氯酸、溴酸、氟硅酸、氯铅酸、偏磷酸、锇酸、高锰酸、硒酸、高铁酸、氟硼酸、氟磺酸、氰酸、硫氰酸、偏高碘酸、2，4，6
‑
三硝基苯酚、2，4，6
‑
三硝基苯甲酸、三氟乙酸、三氯乙酸、甲磺酸、苯磺酸、kmd酸、2
‑
氯乙硫醇或其它能催化酯类水解的酸的一种或多种。
11.优选的，所述电池中心柱的材质为熔点度、大于130℃的非金属材料。
12.优选的，所述熔点大于130℃的非金属材料为聚甲醛、、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸脂和聚酯树脂的一种或多种。
13.优选的，所述电池中心柱的材质为金属材料时，金属空心柱体的表面开有出液孔，出液孔被易熔合金密封。
14.优选的，所述易熔合金的熔点大于130℃。
15.优选的，所述电池中心柱的材质为金属材料时，金属空心柱体的表面刻有薄弱槽口，当电池内部压力或中心柱内部压力达到0.2mpa到0.4mpa时，薄弱槽可打开，释放中心柱内部物质。
16.本技术的另一方面提供一种大容量锂离子电池，其包括前述任意一项所述的大容量锂离子电池的安全结构。
17.本技术的大容量锂离子电池的安全结构，通过在锂离子电池中心柱内加催化反应介质，当电池由于内部短路或其它原因将要发生热失控前，在升温过程中中心柱释放催化反应介质到电池内部，使电解液溶剂发生反应，阻断或延缓电池的热失控，提高电池的安全性。
附图说明
18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
19.图1为内含酸性催发反应介质的非金属中心柱的示意图。
20.图2为底部有易熔合金封口的含有催化反应介质的碱性金属中心柱的示意图。
21.图3为卷芯与中心柱的组合图。
22.图4为中心柱含有催化反应介质的电池示意图。
23.附图标记说明：
[0024]1‑
内含酸性催化反应介质的非金属中心柱，2
‑
底部有易熔合金封口的含有碱性催化反应介质的金属中心柱，3
‑
卷芯，4
‑
中心柱含有催化反应介质的电池。
具体实施方式
[0025]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0026]
如图1至4中所示，一种大容量锂离子电池的安全结构，所述安全结构包括设置在电池中心的电池中心柱，所述电池中心柱内部中空，该中空部中填充有可与电池电解液溶剂反应的催化反应材料；当电池将要发生热失控前，在升温过程中所述电池中心柱释放所述催化反应材料到电池内部，对电解液溶剂进行催化反应，阻断或延缓电池的热失控。所述电池中心柱为金属空心柱体或非金属空心柱体。所述电池中心柱内部含有的使电解液溶剂反应的材料为无机碱、有机碱、强碱弱酸盐溶液，或者有机酸、无机酸溶液。
[0027]
所述无机碱、有机碱、强碱弱酸盐为：氨基钾、氨基钠、氢化钾、氢化钠、氢氧化钾、氢氧化钠、其它金属的氢氧化物、丁基锂、二异丙基氨锂格氏试剂、烷基铜锂、甲醇钠、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氨水、甲胺、吡啶或其它能催化
酯类水解的碱的一种或多种。
[0028]
所述无机酸、有机酸为：硫酸、硝酸、高氯酸、氢溴酸、氢碘酸、高溴酸、氯酸、溴酸、氟硅酸、氯铅酸、偏磷酸、锇酸、高锰酸、硒酸、高铁酸、氟硼酸、氟磺酸、氰酸、硫氰酸、偏高碘酸、2，4，6
‑
三硝基苯酚、2，4，6
‑
三硝基苯甲酸、三氟乙酸、三氯乙酸、甲磺酸、苯磺酸、kmd酸、2
‑
氯乙硫醇或其它能催化酯类水解的酸的一种或多种。
[0029]
所述非金属空心柱体的材质为熔点大于130℃的非金属材料。所述非金属空心柱体的材质为聚甲醛、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸脂和聚酯树脂的一种或多种。
[0030]
所述金属空心柱体的表面开设有出液孔，所述出液孔通过易熔合金密封。所述易熔合金的熔点大于130℃。
[0031]
所述金属空心柱体的表面刻有薄弱槽口，当电池内部压力或中心柱内部压力达到0.2mpa到0.4mpa时，薄弱槽打开，释放金属空心柱体内部物质。
[0032]
可以理解，本技术的大容量锂离子电池安全结构，将内含有机酸、无机酸溶液的非金属中心柱1放入卷芯3中，与其它电池配件一起组成中心柱含有消防介质的电池4，电池热失控升温过程中，非金属中心柱被熔化，释放出消防介质对电池进行降温或释放出酸催化电解液溶剂水解生成二氧化碳灭火，阻断或延迟电池的热失控。
[0033]
以碳酸二甲酯为例，酸的催化反应机理如下：
[0034][0035]
将底部有易熔合金封口的含有消防介质的或碱(氢氧化钠等)溶液的金属中心柱2放入卷芯3中，与其它电池配件一起组成中心柱含有消防介质的电池4，电池热失控升温过程中，中心柱2底端的易熔合金被溶化，释放出消防介质对电池进行降温或释放出碱(氢氧化钠等)溶液催化电解液中的酯类溶剂先发生水解反应，在水解后碱进一步与酸发生中和反应，整个过程为皂化反应，阻断或延迟电池的热失控。
[0036]
以碳酸二甲酯为例，碱或强碱弱酸盐的反应机理如下：
[0037][0038]
h2co3 2naoh
→
na2co3 2h2o
[0039]
由技术常识可知，本技术可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本技术范围内或在等同于本技术的范围内的改变均被本技术包含。