[发明专利]锂离子电池热失控抑制剂组合物、锂离子电池热失控抑制剂及制备方法和应用、锂离子电池

说明书

本发明涉及电力系统技术领域，公开了一种锂离子电池热失控抑制剂组合物、锂离子电池热失控抑制剂及制备方法和应用、锂离子电池。该组合物中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：第一组分、第二组分、分散剂和驱动气体；以所述组合物的总重量为基准，第一组分的含量为10‑35重量％，第二组分的含量为15‑35重量％，分散剂的含量为10‑35重量％，驱动气体的含量为1‑25重量％。本发明将特定量的第一组分、第二组分、分散剂和驱动气体协同复配，形成的组合物用于锂离子电池中，不但能够扑灭电池可燃物的明火，还能防止发生复燃。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种锂离子电池热失控抑制剂组合物、锂离子电池热失控抑制剂及制备方法和应用、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由隔膜、电解液、正负极材料等部分组成。锂离子电池在内外部短路、过充、热滥用、机械滥用等电、热、机械故障下易发生热失控，释放大量热量和易爆气体，引发起火和爆炸。

近年国内外锂电储能火灾爆炸事故频发。2017年至今，韩国发生30余起锂电储能电站火灾；2019年7月美国McMicken锂电储能站起火爆炸，4名消防员受伤；2021年4月北京某锂电储能站起火爆炸，牺牲2名消防员；2021年8月，澳大利亚Victorian Big Battery储能站失火；2021年11月，北京某品牌电动车发生电池自燃。因此，锂离子电池起火安全问题是锂电池行业迫切需要解决的技术难题。

已有的关于提高锂子电池本体安全性的措施主要有两种方式，包括在电池电解液中直接添加第二组分，以及在热敏胶囊中加入第二组分，然后将热敏胶囊放置到电池内部，一旦电池超温，热敏胶囊中的第二组分释放出来，起到阻燃作用。

CN112876505A公开了一种应用于电解液的第二组分、制备方法及应用，该方法是将氟代烷基磷酸酯类物质用于锂离子电池电解液中，起到阻燃作用。但是添加的第二组分用量大，且会明显降低电池的电学性能，如电池的循环次数、能量密度、库伦效率等。

CN110433419A公开了一种锂电热失控火灾抑制胶囊及锂离子电池，锂电热失控火灾抑制胶囊将热失控火灾复合抑制剂用胶囊容器包裹起来，避免热失控火灾复合抑制剂和外界的直接接触，阻止热失控火灾复合抑制剂对电解液等导电性的影响。热敏胶囊的优点在于可以将阻燃剂和电解液分开，不会显著影响电池的电学性能。

然而，热敏胶囊中仍然储存的是阻燃剂，阻燃剂用量大，经济性差，并且，目前采用的阻燃剂均只能扑灭热失控引发的电池明火，难以从本质上抑制电池热失控造成的复燃。

发明内容

本发明的目的是为了同时解决现有技术的锂离子电池热失控时存在容易发生明火和复燃的问题。

发明人在研究过程中发现，锂离子电池的火灾风险主要来源于两部分：一部分是在高温下可发生化学反应燃烧的可燃物(如电解液、粘结剂、负极碳材料和正极材料)，另一部分是在空气中可发生自反应的活性锂物质；本发明将特定种类特定量的第一组分、第二组分、分散剂和驱动气体进行复配形成的组合物，不但能够抑制热失控产生的明火，还能防止发生复燃，从而有效阻止锂电池热失控的发展和蔓延，有鉴于此，发明人完成了本发明的方案。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种锂离子电池热失控抑制剂组合物，该组合物中含有各自独立保存或者两者以上混合保存的以下组分：

第一组分、第二组分、分散剂和驱动气体；

所述第一组分选自四氯化钛、四氯化硅、三氯化铝、三氯化铁、二氯化铜、氯化亚铜、氯化锌、二氯化锰、四氯化锡中的至少一种；

所述第二组分为含量重量比为1:1-3:1-3的磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯和四氯化碳的第一组合，或所述第二组分为含量重量比为1:1-3:1-3的四氯化碳、2-溴-3,3,3-三氟丙烯和全氟己酮的第二组合；