一种高安全性软包电池及其制备方法与流程

1.本发明涉及到电池技术领域，尤其是涉及一种高安全性软包电池及其制备方法。


背景技术：

2.电池作为储能装置的一种，随着国家新能源战略的推广，在电动汽车、储能等电动化领域的应用日趋广泛，而软包结构的电池以其尺寸灵活、重量轻、厚度薄、易于规模化量产的优势在圆柱、方形、软包三种结构类型电池“三分天下”的市场局面中，占据越来越多的份额，诸多电池企业都积极的布局高安全性软包电池产线。然而由于高安全性软包电池因本身无防爆措施、防护差等安全防护缺陷，应用上受到一定制约。
3.行业内高安全性软包电池的热失控抑制技术，仍然采用圆柱或方形电池的方案，通过热阻隔和通过检测触发喷洒灭火药剂方式，被动地抑制电池的热失控。这种方式主要针对电池已经发生热失控冒烟或明火，甚至爆燃蔓延的情况下，对电池进行被动的抑制和灭火，抑制效果差。


技术实现要素：

4.(一)发明目的
5.本发明提供了一种高安全性软包电池及其制备方法，该高安全性软包电池将设有电芯的电池囊袋和填充有抑制剂的抑制剂囊袋通过具有薄弱点的分隔条连接，能够在高安全性软包电池自发热或胀气时，将电池囊袋和抑制剂囊袋连通，通过抑制剂阻断进一步的电学反应，进而抑制电池热失控。
6.(二)技术方案
7.本发明的第一方面提供了一种高安全性软包电池，包括电芯和软包袋；
8.所述软包袋内设有分隔条，所述分隔条将所述软包袋分为电池囊袋和抑制剂囊袋；
9.所述电芯设置在所述电池囊袋内；
10.所述抑制剂囊袋内填充有热失控抑制剂；
11.所述分隔条上设有薄弱点，所述薄弱点的温度超过预设温度且压强超过预设压强时可形成通道以连通所述电池囊袋和所述抑制剂囊袋。
12.在一些实施例中，当所述电池囊袋和所述抑制剂囊袋连通时，所述热失控抑制剂用于与所述电池囊袋内的电解质混合以阻断所述电池囊袋内的电化学反应。
13.在一些实施例中，当所述电池囊袋和所述抑制剂囊袋连通时，所述热失控抑制剂用于与所述电池囊袋内的电解质混合并汽化以降低所述电池囊袋内的温度。
14.在一些实施例中，所述热失控抑制剂为以下一种或几种：全氟烯烃、全氟醚、氢氟醚、硅油、变压器油、含氟有机化合物、绝缘油。
15.在一些实施例中，所述分隔条为双层铝塑膜热压制成，所述双层铝塑膜之间设有薄弱点。
16.在一些实施例中，所述薄弱点的温度超过预设温度且压强超过预设压强时，所述薄弱点开启。
17.本发明的第二方面提供了一种高安全性软包电池的制备方法，包括：
18.通过软包膜包覆电芯；
19.对所述软包膜进行一次封装以形成具有一个开口端的软包袋；
20.通过所述开口向所述软包袋内注入电解质；
21.对所述软包袋的开口端进行二次封装以形成分隔条，所述分隔条将所述软包袋分为电池囊袋和抑制剂囊袋，所述电芯设置在所述电池囊袋内；
22.向所述抑制剂囊袋内注入热失控抑制剂并密封所述抑制剂囊袋。
23.根据权利要求7所述的高安全性软包电池的制备方法，其特征在于，对所述软包袋进行二次封装前还包括在所述软包袋分隔条上设计薄弱点。
24.在一些实施例中，对所述软包袋进行二次封装时，在双层铝塑膜之间局部填入热熔胶形成薄弱点。
25.在一些实施例中，对所述软包袋进行二次封装时，在热压双层铝塑膜封口形成隔离条时，局部减少热压封口宽度形成薄弱点。
26.(三)有益效果
27.本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
28.本发明实施方式提供的高安全性软包电池将设有电芯的电池囊袋和填充有抑制剂的抑制剂囊袋通过具有薄弱点的分隔条连接，能够在高安全性软包电池进入失效时，利用电池自发热或胀气内部压强增大的特点，将电池囊袋和抑制剂囊袋连通，使得抑制剂进入电池本体内，通过抑制剂阻断电池内部发生进一步的电学反应，或抑制阻断进一步电学反应的同时吸热降温，从电池本身出发主动抑制电池热失控，进而解决电池易燃易爆问题，实现软包电池的高安全和高防护性能。
附图说明
29.图1是本发明第一实施例提供的高安全性软包电池的结构示意图；
30.图2是本发明第二实施例提供的高安全性软包电池的结构示意图；
31.图3是本发明第三实施例提供的高安全性软包电池的结构示意图；
32.图4是本发明第四实施例提供的高安全性软包电池的结构示意图；
33.图5是本发明第五实施例提供的高安全性软包电池的结构示意图；
34.图6是本发明一实施方式提供的高安全性软包电池的制备方法的流程图。
35.图中，
36.正极极耳，11；负极极耳，12；
37.软包袋，2；电池囊袋，21；抑制剂囊袋，22；分隔条，23；薄弱点，231；主薄弱点，2311；从薄弱点，2312；电池囊袋封边，24，抑制剂囊袋封边，25。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发
明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
41.图1是本发明第一实施例提供的高安全性软包电池的结构示意图。
42.如图1所示，本发明第一实施例提供了一种高安全性软包电池，本实施例中的高安全性软包电池为锂电池，也适用于其他依靠内部离子迁移实现电化学储能功能的离子类电池，如钠离子电池和铝离子电池等，包括电芯和软包袋2。本实施例中，软包袋2为铝塑膜塑封制成，铝塑膜的熔点在180℃～220℃之间。软包袋2内设有分隔条23，分隔条23将软包袋2分为电池囊袋21和抑制剂囊袋22。分隔条23上设有薄弱点231，薄弱点231的温度超过预设温度且压强超过预设压强时可形成通道以连通电池囊袋21和抑制剂囊袋22。本实施例中，分隔条23为双层铝塑膜热压制成，双层铝塑膜之间设有热熔胶以形成薄弱点231。抑制剂囊袋可根据抑制剂效果调整容积和尺寸，多种抑制效果的抑制剂囊袋容积需要比电池囊袋容积小，单一和较少抑制效果的抑制剂囊袋容积需要比电池囊袋容积大；抑制剂为含氟化合物时，抑制剂囊袋22的容积小于或等于电池囊袋21的容积。抑制剂为绝缘油时，抑制剂囊袋22的容积大于电池囊袋21的容积。抑制剂可以充满抑制剂囊袋22。本实施例中，薄弱点231的长度为分隔条23长度的十分之一，薄弱点231的数量为两个，两个薄弱点231分别设置在分隔条23的两端，在一些实施例中，可选通过减少分隔条23的局部宽度形成薄弱点231。本实施例通过在双层铝塑膜之间添加热熔胶以形成薄弱点231，薄弱点231的温度超过预设温度且压强超过预设压强时，热熔胶剥离以形成通道。热熔胶的厚度为0.08mm。热熔胶的熔点大于70℃小于220℃。本实施例中，热熔胶为黑色极耳胶，由熔点103℃的聚丙烯pe和熔点137℃的聚乙烯pp复合而成，热熔胶的熔点可以为130℃，热熔胶的粘度随着温度的升高逐渐降低，薄弱点231同时满足预设温度和预设压强时形成通道。预设温度越大，预设压强越小。预设温度和预设压强可以为90℃和0.8mpa，预设温度和预设压强也可以为100℃和0.6mpa，预设温度和预设压强也可以为110℃和0.4mpa，预设温度和预设压强也可以为0℃和1mpa，预设温度和预设压强也可以为130℃和0mpa。电芯设置在电池囊袋21内。本实施例中，电芯包括正极极耳11和负极极耳12，电池囊袋21内填充有电解质以形成电池本体。本实施例中，正极极耳11设置在电池囊袋21的顶面，负极极耳12设置在电池囊袋21的底面，分隔条23设置在电池囊袋21的右侧面，电池囊袋21的左侧面还包括电池囊袋封边24。抑制剂囊袋22内填充有热失控抑制剂。热失控抑制剂可以为含氟有机化合物，含氟有机化合物化学性能稳定，易挥发，即使被外力刺破，环境温度下也不与电池及pack成组成料反应，属于环境和设计友好型材料。当温度超过预设温度且压强超过预设压强时，电池囊袋21和抑制剂囊袋22连通时，抑制剂进入电芯本体，和电解质混合，阻断电解质混中的离子移动通道，阻断电化学反应，并相变吸热降低高安全性软包电池的温度，从而达到主动抑制电池热失控的效果，该机理适用于通过离子依靠内部离子迁移实现电化学储能功能的离子类电池，如锂离子电池、钠离子电池、铝离子电池等。当电池囊袋21和抑制剂囊袋22连通时，热失控抑制剂用于与电池囊袋内的电解质混合并汽化以降低电池囊袋内的温度。热失控抑制剂可选
为以下一种或几种：全氟烯烃、全氟醚、氢氟醚、硅油、变压器油。热失控抑制剂的沸点可选与电池sei膜分解临界温度的差值小于30℃。热失控抑制剂的沸点可选大于70℃小于90℃。热失控抑制剂的沸点可选为76℃。热失控抑制剂的沸点可选与电池电解质分解临界温度的差值小于30℃。热失控抑制剂的沸点可选大于90℃小于140℃。热失控抑制剂的沸点可选为131℃。如图1所示，电池囊袋21的宽度为w长度为l，w可以为30mm，w也可以为40mm，w也可以为50mm，l可以为50mm，l也可以为70mm，l也可以为100mm。抑制剂囊袋22的宽度为x长度为y，其中，x大于等于10mm小于等于l，y大于等于1mm小于等于w。本实施例中，薄弱点231的长度为1mm。抑制剂囊袋22的数量和尺寸可根据实际需求设计。
43.本实施例按电池热失控阶段划分理论将高安全性软包电池热失控分为三个阶段：t1自发热阶段(50℃～140℃)、t2热失控阶段(140℃-850℃)、t3热失控终止阶段(850℃-常温)。高安全性软包电池在t1自发热阶段，伴随sei膜(固体电解质界面(膜))、电解质等分解，逐步产气膨胀，电池囊袋21内的压强增大，电池囊袋21内的压强达到预设压强时，薄弱点231先形成破口，将电池囊袋21和抑制剂囊袋22连通，抑制剂囊袋22中的含氟有机化合物浸入电池囊袋21，第一方面利用含氟有机化合物的稳定性阻挡锂离子继续传递，第二方面利用含氟有机化合物汽化吸热的物理性质，吸收高安全性软包电池内部的热量，直接降低高安全性软包电池的温度。与相关技术采用的，在热失控发生后，被动采用火焰、气体等一系列传感器探测再触发超细干粉等常规灭火剂扑救锂离子电池火情的方法相比，本实施例提供的高安全性软包电池可以做到在热失控初期阶段介入抑制，更早、更有效、更直接的解决高安全性软包电池无防爆措施的安全性问题。
44.图2是本发明第二实施例提供的高安全性软包电池的结构示意图。如图2所示，本发明第二实施例提供了一种高安全性软包电池，包括电芯和软包袋2。软包袋2内设有分隔条23，分隔条23将软包袋2分为电池囊袋21和抑制剂囊袋22。分隔条23上设有薄弱点231，薄弱点231在预设温度和预设压强下可形成通道以连通电池囊袋21和抑制剂囊袋22。本实施例中，电芯包括正极极耳11和负极极耳12，电池囊袋21内填充有电解质以形成电池本体。本实施例中，正极极耳11和负极极耳12在电池囊袋21的顶面间隔设置，分隔条23设置在电池囊袋21的右侧面，电池囊袋21的左侧面还包括电池囊袋封边24。本实施例中，抑制剂囊袋22的数量为多个，抑制剂囊袋22的数量可以为2个，抑制剂囊袋22的数量也可以为3个，抑制剂囊袋22的数量也可以为4个，相邻的抑制剂囊袋22可以间隔1mm，相邻的抑制剂囊袋22也可以间隔2mm。多个抑制剂囊袋22等间隔设置在电池囊袋21的右侧面，抑制剂囊袋22的宽度x可以为电池囊袋21宽度w的五分之一，抑制剂囊袋22的宽度x也为电池囊袋21宽度w的四分之一，抑制剂囊袋22的长度y可以为电池囊袋21长度l的五分之一，抑制剂囊袋22的长度y也可以为电池囊袋21长度l的四分之一。
45.在一些实施方式中，薄弱点231包括主薄弱点2311和从薄弱点2312，电芯包括正极极耳11和负极极耳12。主薄弱点2311与正极极耳11和负极极耳12的距离之和大于从薄弱点2312与与正极极耳11和负极极耳12的距离之和。例如，主薄弱点2311与正极极耳11的距离为l1，主薄弱点2311与负极极耳12的距离为l2，从薄弱点2312与正极极耳11的距离为l3，从薄弱点2312与负极极耳12的距离为l4，则l1与l2的和大于l3与l4的和。主薄弱点2311的数量为一个或多个。主薄弱点2311可以设置在分隔条23上与正极极耳11和负极极耳12的距离之和最大的点。从薄弱点2312的数量为一个或多个，从薄弱点2312可以设置在分隔条23上
与正极极耳11和负极极耳12的距离之和最小的点。高安全性软包电池失效胀气时，软包袋2上与正极极耳11和负极极耳12的距离之和的最大的位置容易先膨胀，先膨胀的区域易形成局部高压强区，靠近正极极耳11和负极极耳12的位置不易变形，易形成低压强区。高安全性软包电池失效膨胀时，高压强区的主薄弱点2311先形成通道，电池囊袋21通过主薄弱形成的通道向抑制剂囊袋22排放高温气体，高温气体挤压抑制剂囊袋22内的抑制剂，从薄弱点2312受挤压形成通道，抑制剂通过从薄弱点2312形成的通道进入电池囊袋21，抑制剂与电池囊袋21中的电解质混合阻断电化学反应，并降低电池囊袋21内的温度，达到主动抑制高安全性软包电池热失控的效果。
46.图3是本发明第三实施例提供的高安全性软包电池的结构示意图。如图3所示，本发明第三实施例提供了一种高安全性软包电池，包括电芯和软包袋2。软包袋2内设有分隔条23，分隔条23将软包袋2分为电池囊袋21和抑制剂囊袋22，抑制剂囊袋22远离电池包囊袋的一侧设有抑制剂囊袋封边25。其中，电池囊袋21为矩形，电芯包括正极极耳11和负极极耳12，正极极耳11和负极极耳12间隔设置在电池囊袋21的顶面，电池囊袋21的右侧设有电池囊袋封边24。分隔条23为l形，分隔条23包括沿电池囊袋21左侧设置的竖直部和沿电池囊袋21底面设置的水平部。分隔条23上设有薄弱点231，分隔条23上薄弱点231处的宽度小于其它区域的宽度。薄弱点231在预设温度和预设压强下可形成通道以连通电池囊袋21和抑制剂囊袋22。薄弱点231包括从薄弱点2312和主薄弱点2311。主薄弱点2311的数量为一个，主薄弱点2311设置在水平部的中心，主薄弱点2311的温度超过预设温度且压强超过预设压强时可形成通道以连通电池囊袋21和抑制剂囊袋22，主薄弱点2311形成的通道沿远离电池囊袋21的方向直径逐渐减小。从薄弱点2312的数量为两个，从薄弱点2312设置在竖直部靠近电池囊袋21顶面的一端，从薄弱点2312的温度超过预设温度且压强超过预设压强时可形成通道以连通电池囊袋21和抑制剂囊袋22，从薄弱点2312形成的通道沿远离电池囊袋21的方向直径逐渐增大。高安全性软包电池膨胀失效时，抑制剂沿图3中的箭头方向流动以达到主动抑制高安全性软包电池热失控的效果。
47.图4是本发明第四实施例提供的高安全性软包电池的结构示意图。如图4所示，本发明第四实施例提供了一种高安全性软包电池，包括电芯和软包袋2。软包袋2内设有分隔条23，分隔条23将软包袋2分为电池囊袋21和抑制剂囊袋22，抑制剂囊袋22远离电池包囊袋的一侧设有抑制剂囊袋封边25。其中，电池囊袋21为矩形，电芯包括正极极耳11和负极极耳12，正极极耳11和负极极耳12间隔设置在电池囊袋21的顶面。分隔条23为u形，分隔条23包括沿电池囊袋21左侧设置的第一竖直部、沿电池囊袋21右侧设置的第二竖直部和沿电池囊袋21底面设置的水平部。分隔条23上设有薄弱点231，分隔条23上薄弱点231处的宽度小于其它区域的宽度。薄弱点231在预设温度和预设压强下可形成通道以连通电池囊袋21和抑制剂囊袋22。薄弱点231包括从薄弱点2312和主薄弱点2311。主薄弱点2311的数量为一个，主薄弱点2311设置在水平部的中心，主薄弱点2311的温度超过预设温度且压强超过预设压强时可形成通道以连通电池囊袋21和抑制剂囊袋22，主薄弱点2311形成的通道沿远离电池囊袋21的方向直径逐渐减小。从薄弱点2312的数量为两个，两个从薄弱点2312分别设置在第一竖直部靠近电池囊袋21顶面的一端和第二竖直部靠近电池囊袋21顶面的一端，从薄弱点2312的温度超过预设温度且压强超过预设压强时可形成通道以连通电池囊袋21和抑制剂囊袋22，从薄弱点2312形成的通道沿远离电池囊袋21的方向直径逐渐增大。高安全性软
包电池膨胀失效时，抑制剂沿图4中的箭头方向流动以达到主动抑制高安全性软包电池热失控的效果。图5是本发明第五实施例提供的高安全性软包电池的结构示意图。如图5所示，本发明第五实施例提供了一种高安全性软包电池，包括电芯和软包袋2。软包袋2内设有分隔条23，分隔条23将软包袋2分为电池囊袋21和抑制剂囊袋22，抑制剂囊袋22远离电池包囊袋的一侧设有抑制剂囊袋封边25。其中，电池囊袋21为矩形，电芯包括正极极耳11和负极极耳12，正极极耳11在电池囊袋21的顶面，负极极耳12设置在电池囊袋21的底面。分隔条23的数量为两个，分隔条23包括沿电池囊袋21左侧设置的第一分隔条23和沿电池囊袋21右侧设置的第二分隔条23。分隔条23上设有薄弱点231，分隔条23上薄弱点231处的宽度小于其它区域的宽度。薄弱点231在预设温度和预设压强下可形成通道以连通电池囊袋21和抑制剂囊袋22。薄弱点231包括从薄弱点2312和主薄弱点2311。主薄弱点2311的数量为两个，两个主薄弱点2311分别设置在第一分隔条23和第二分隔条23的中心，主薄弱点2311的温度超过预设温度且压强超过预设压强时可形成通道以连通电池囊袋21和抑制剂囊袋22，主薄弱点2311形成的通道沿远离电池囊袋21的方向直径逐渐减小。从薄弱点2312的数量为四个，四个从薄弱点2312分别设置在第一分隔条23的两端和第二分隔条23的两端，从薄弱点2312的温度超过预设温度且压强超过预设压强时可形成通道以连通电池囊袋21和抑制剂囊袋22，从薄弱点2312形成的通道沿远离电池囊袋21的方向直径逐渐增大。高安全性软包电池膨胀失效时，抑制剂沿图5中的箭头方向流动以达到主动抑制高安全性软包电池热失控的效果。
48.图6是本发明一实施方式提供的高安全性软包电池的制备方法的流程图。如图6，本发明实施例提供了一种高安全性软包电池的制备方法，包括如下步骤：
49.s101：通过软包膜包覆电芯。本实施例中，通过铝塑膜包覆电芯。
50.s102：对软包膜进行一次封装以形成具有一个开口端的软包袋。本实施例中，将铝塑膜对折，通过热压进行一次封装，以密封顶面、底面和左侧面，右侧面预留开口。
51.s103：通过开口端向软包袋内注入电解质。
52.s104：对软包袋进行二次封装以形成分隔条，分隔条将软包袋分为电池囊袋和抑制剂囊袋，电芯设置在电池囊袋内。本实施例中，对软包袋的右侧进行热压形成分隔条完成二次封装。可选先通过工业酒精对抑制剂囊袋进行清洁，再对抑制剂囊袋进行裁剪以根据实际需求调整抑制剂囊袋的尺寸，在高安全性软包电池分容后和常温老化阶段之间，增加一道封装抑制剂的工序。抑制剂囊袋的数量可以为一个或多个。对软包袋进行二次封装前，可选在软包袋内添加热熔胶以在分隔条上形成薄弱点。
53.s104：向抑制剂囊袋内注入热失控抑制剂并密封抑制剂囊袋。本实施例中，热失控抑制剂为含氟有机化合物。
54.本实施例按电池热失控阶段划分理论将高安全性软包电池热失控分为三个阶段：t1自发热阶段(50℃～140℃)、t2热失控阶段(140℃-850℃)、t3热失控终止阶段(850℃-常温)。高安全性软包电池在t1自发热阶段，伴随sei膜(固体电解质界面(膜))、电解质等分解，逐步产气膨胀，电池囊袋内的压强增大，电池囊袋内的压强达到预设压强时，薄弱点先形成破口，将电池囊袋和抑制剂囊袋连通，抑制剂囊袋中的含氟有机化合物浸入电池囊袋，第一方面利用含氟有机化合物的稳定性阻挡锂离子继续传递，第二方面利用含氟有机化合物汽化吸热的物理性质，吸收高安全性软包电池内部的热量，直接降低高安全性软包电池的温度。与相关技术采用的，在热失控发生后，被动采用火焰、气体等一系列传感器探测再
触发超细干粉等常规灭火剂扑救锂离子电池火情的方法相比，本实施例提供的高安全性软包电池可以做到在热失控初期阶段介入抑制，更早、更有效、更直接的解决高安全性软包电池无防爆措施的安全性问题。
55.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。