[发明专利]一种热敏电芯及其制备方法

说明书

本发明公开了一种热敏电芯，所述热敏电芯包括热敏材料包裹的热引发剂和电解液，所述电解液包括锂盐、溶剂、聚合单体和交联剂，所述热敏材料包裹的热引发剂设置在所述热敏电芯的底托板上、壳体内壁上或顶盖下。当温度低于70～120℃时，电芯的电性能几乎无影响；当温度高于70～120℃时，包埋于电芯内部的包裹热引发剂的热敏材料破裂释放引发剂，引发剂分解活化并诱导电解液中的聚合单体发生聚合反应生成聚合网络结构产物，使电解液从液态转变为凝胶态或固态，降低锂离子的导电率，抑制体系中锂化反应的进行，提高锂离子电池的安全性能。

技术领域

本发明属于电化学储能器件领域，具体地涉及一种热敏电芯及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有低成本、高能量密度、自放电效应弱、长寿命以及对环境友好、小巧轻便等优点，被广泛应用于笔记本电脑、移动手机以及电动汽车等设备中，已成为当前储能领域最具前景的储能设备。然而，锂离子电池特别是高能量密度的动力型锂离子电池的安全问题也日益变得严峻。通常，当锂离子电池处在过热条件下时，电池内部将会发生一系列的链化学反应，包括高于90℃高温下SEI膜、电解液以及电极分解，隔膜软化甚至熔化，同时释放大量热量，致使电池发生热失控冒烟、起火甚至爆炸，对人们的生命财产安全造成巨大的威胁，因此提升锂离子电池的过热安全性能刻不容缓。

为提升锂离子电池过热性能，目前的应对策略包括1)添加阻燃剂；2)采用不可燃电解液、合成半固态或固态电解质；3)添加热敏聚合物等。尽管以上策略在提升锂离子电池过热性能起到了一定的效果，然而也存在着较为明显的缺陷，例如，1)在电解液中添加阻燃剂或过充剂在一定程度上会降低锂离子电导率，从而影响电池的性能；2)采用不可燃溶剂作为电解液面临着生产成本上升或循环寿命急剧下降的问题，而使用半固态或固态电解质其机械性能差以及离子导电率低；3)目前电解液添加热敏聚合物提升电池过热性能的诸多方法中，除了热诱导聚合单体发生聚合反应生成网状聚合物来抑制或阻断锂化反应外，其他的方法大多停留在实验室层面，无法应用于实际商用。CN107331891A公开了一种当电池温度大于80℃时电解液中的引发剂分解诱导聚合单体发生自由基聚合从而使电解液固化的锂离子电池制备方法，然而该专利忽略了在温度高于35℃，引发剂也会活化分解，诱导聚合反应发生，从而达不到提高电池过热性能的目的，同时损害了电池正常温度下的性能。CN114639874A公开了一种预先使锂离子电池热固化的方法，这种方法虽然提升了电池在温度高于90℃时的过热性能，然而其电性能大幅降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备方法简单、安全、对温度过热敏感但常温时性能不变的电芯。

本发明的第一方面，提供了一种热敏电芯，所述热敏电芯包括热敏材料包裹的热引发剂和电解液，所述电解液包括锂盐、溶剂、聚合单体和交联剂，所述热敏材料包裹的热引发剂设置在所述热敏电芯的底托板上、壳体内壁上或顶盖下。

在一个或多个实施方案中，所述热引发剂选自过氧化二苯甲酰、偶氮异丁氰基甲酰胺、偶氮二环己基甲氰、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异庚氰和偶氮二异丁氰中的一种或多种。

在一个或多个实施方案中，所述热引发剂的质量为电解液质量的0.05％～0.1％。

在一个或多个实施方案中，所述热敏材料选自石蜡、三羟甲基丙烷和聚偏氟乙烯-六氟环氧丙烷中的一种或多种。

在一个或多个实施方案中，所述热敏材料的质量为电解液质量的0.07％～0.12％。

在一个或多个实施方案中，所述锂盐选自LiPF₆、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。

在一个或多个实施方案中，所述电解液中所述锂盐的浓度为1～1.5mol/L。

在一个或多个实施方案中，所述溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸甲乙酯中的一种或多种。