[发明专利]锂离子电池热失控抑制剂、包含其的电解液及锂离子电池

说明书

本发明涉及一种锂离子电池热失控抑制剂，所述抑制剂为具有壳核结构的微球，包括外壳、包裹在内核中的毒化剂和弥散剂；所述外壳由断裂拉伸强度为25MPa～85MPa的有机聚合物形成；所述毒化剂通过与电池电解液或正负极中的化学物质反应以抑制电池热失控；所述弥散剂具有在外部达到设定温度时，快速气化和膨胀并使得所述外壳被爆裂成碎片以释放分散所述毒化剂的功能，且所述设定温度低于所述锂离子电池热失控的触发温度。本发明还涉及一种含有所述锂离子电池热失控抑制剂的电解液和锂离子电池。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池热失控抑制剂、包含其的电解液及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池在新能源汽车领域的应用日趋广泛，但是锂离子电池的安全性问题也十分突出，成为制约其发展的重要因素。热失控是锂电池安全研究中的关键性问题，电池出现热失控现象会引发火灾甚至爆炸。常规的预防热失控方法可以分为三类：第一，防止滥用。例如安装电路熔断装置、改善机械挤压冲击性能力学涂层、抗过充设计以及具有脆弱部能够发生解体的集流体设计，但是，防止滥用方面，所采用的措施通常针对某一种滥用形式所设定，在发生其他滥用行为时，所述方法将不再适用。第二，阻止电池内短路以阻止热失控发生。例如利用特殊的正负极结构设计，使得电池在受到挤压时，正负极先发生短路，放掉部分能量，防止出现热失控；热失控阻断装置与电池壳体接触，用于传递电池壳体上的热量，当其上的温度上升到预设温度值时，使得电池外部发生短路；使用额外的连接片在电池热失控前形成正负极之间的短路连接；在电池最外部设置多一圈的集流体以使得短路优先发生在壳体和卷芯之间；以及将集流体上增加自溃散结构，在电池受到撞击时自动破裂成碎片结构，阻止进一步地短路。仅仅阻止内短路，并不能从根本上阻止热失控的发生，这些阻止内短路的装置或设计，并不能有效的阻止热失控。第三，添加阻燃剂和灭火剂。一类是阻燃剂和灭火剂添加在电池外部，这样不仅无法抑制电池内部的热失控化学反应，而且也较难对电池降温。较高的温度和持续的热失控化学反应可能引发更多电池失效。另一类是阻燃剂和灭火剂添加在电池内部，虽然可以有效抑制电池内部热失效，但同时阻燃剂和灭火剂还会对电解液的性能产生影响。因此，研究人员又提出“胶囊型阻燃剂”，即通过胶囊外壳将阻燃剂材料包覆在胶囊内，将灭火剂和电解液、正极、负极有效隔离，通过胶囊外壳材料的熔化释放阻燃剂材料来抑制热失控。但是，一方面胶囊外壳材料先熔化，胶囊外壳材料会阻挡阻燃剂的释放以及与化学反应物的充分接触，另一方面阻燃剂的释放速度太慢，远远慢于热失控的反应速度，因此导致无法有效控制热失控。

发明内容

基于此，有必要提供一种锂离子电池热失控抑制剂、包含其的电解液及锂离子电池。

本发明提供一种锂离子电池热失控抑制剂，所述抑制剂为具有壳核结构的微球，包括外壳、包裹在内核中的毒化剂和弥散剂；所述外壳由断裂拉伸强度为25MPa～85MPa的有机聚合物形成；所述毒化剂通过与电池电解液或正负极中的化学物质反应以抑制电池热失控；所述弥散剂具有在外部达到设定温度时，快速气化和膨胀并使得所述外壳被爆裂成碎片以释放分散所述毒化剂的功能，且所述设定温度低于所述锂离子电池热失控的触发温度。

在其中一个实施例中，所述毒化剂和弥散剂均匀混合或者所述毒化剂和所述弥散剂中间通过隔膜分开。

在其中一个实施例中，所述外壳有机聚合物的熔点大于所述弥散剂气化温度和所述设定温度。优选为200℃～300℃。

在其中一个实施例中，所述有机聚合物包括氟树脂、聚酰胺、聚丙烯和聚乙烯中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述毒化剂具有先于氧气与所述锂离子电池的负极材料发生反应的性质。

在其中一个实施例中，所述毒化剂为水凝胶或稀硫酸。

在其中一个实施例中，所述毒化剂具有阻断C、H自由基并结合锂离子的性质。

在其中一个实施例中，所述毒化剂为NaHCO₃或KHCO₃。