[发明专利]一种胶囊和包括该胶囊的电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种胶囊和包括该胶囊的电池。

背景技术

锂离子电池具有体积小，能量高，无污染等优点，已经越来越广泛地应用于移动电话，数码相机等便携电子产品。

随着锂离子电池的广泛应用，锂离子电池的安全性能也越来越受到重视。锂离子电池可能发生的安全问题主要在于：由于使用不当或其他原因，导致电池内部发生过充电；或者在极端恶劣的环境下，比如意外高温、撞击等，导致电池内部局部微短路；异常升温，电池内的材料发生化学反应，通常是热分解反应，导致温度进一步升高。在高温下，通常是在120℃(电池外壁温度)以上，发生各种反应生成大量气体，有可能导致内部气压迅速增大，冲破电池壳壁，导致爆炸；壳壁破裂后，外部氧气与内部电解液及各种材料反应，燃烧起火；以上情况通称为热失控。出现热失控是非常危险的。

目前，防止电池发生热失控的主要手段有：采用正温度系数材料(PTC)热敏电阻、隔膜纸和防爆孔。

PTC热敏电阻和隔膜纸作用机制类似，即在一定温度下熔断或熔融闭孔，切断外部充电电流。这两种方法均是温度响应的方式，反应比较灵敏。这两种方法尽管能切断电池与外部的联系，但不能阻止该电池内部继续发生反应而可能导致的危险。因此，仅仅响应温度的安全装置存在安全隐患。

防爆孔，如防爆压痕和防爆阀，一般是指在盖板上的较薄区域。防爆孔是响应电池内部气压的安全装置。当电池内部产生的气体的气压达到或超过防爆孔的临界值时，防爆孔打开，气体释放出来，降低电池内部的压力，从而避免出现电池壳壁破裂而发生爆炸。

防爆孔响应的是电池内部气压，而气压由反应生成的气体量和温度决定。在某些情况下，电池内部温度很高，而生成的气体量不多的情况下，电池内部气压还没有达防爆孔的临界值。然而，由于在高温下的反应通常是热分解反应，随着反应进行，温度继续升高。当达到一定高温时，许多分解反应同时进行，从而在很短时间内产生大量气体，压力迅速增加，从而导致了热失控。此外，即使防爆孔及时打开，仍然存在不安全因素。因为在电池内外环境相通的情况下，外部氧气有可能进入电池内部，与内部可燃物在高温下燃烧起火。尽管防爆孔的面积很小，这种可能性仍然存在。因此，仅仅响应压力的安全装置也存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术提供的电池热安全性较差的缺陷，提供一种使电池具有热安全性高的胶囊及包括该胶囊的电池。

本发明提供一种胶囊，该胶囊包括外壳和包裹在外壳内的物质，其中，所述外壳由熔点为100-130℃且在电池电解液中能稳定存在的不燃性物质形成，所述包裹在外壳内的物质的气化温度低于所述外壳的熔点，且气化形成的气体为阻燃性气体。

本发明还提供一种电池，该电池包括极芯、电解液和电池壳，所述极芯和电解液位于电池壳内，所述极芯包括正极、负极和位于正极和负极之间的隔膜，所述正极包括正极集流体和附着在正极集流体上的正极活性材料，所述负极包括负极集流体和附着在负极集流体上的负极活性材料，其中，所述电池还包本发明提供的胶囊，所述胶囊位于电池壳内。

本发明提供的胶囊，由于形成其外壳物质的熔点在100-130℃，低于通常发生热失控的温度，而包裹在外壳内的物质的气化温度比相应的外壳物质的熔点温度稍低，如90-120℃。因此，在电池中使用本发明提供的胶囊时，当电池内部的温度达到外壳物质的熔点温度时，一方面，外壳开始熔化，外壳壁变薄；另一方面，由于胶囊内物质不断吸热气化，胶囊内压力迅速增加，因此胶囊很快破裂。胶囊破裂释放大量的不燃性气体，大量的不燃性气体使电池内部气压迅速增加并很快达到防爆孔临界值，防爆孔打开，电池泄压。因此，电池内部的温度直接决定了防爆孔的打开，采用这种调控方式，使泄压响应更灵敏，避免了一些意外情况的发生。

在本发明的一种优选方案中，胶囊在破裂时释放大量的不燃性气体为阻燃性气体二溴甲烷。二溴甲烷能生成Br自由基，可以和电池中以及氧气中导致电池着火爆炸的氢氧自由基结合，从而阻止氢氧自由基链式反应，中止电池内部的反应，从而避免了由于电池内部继续发生反应导致的危险。另一方面，当防爆孔打开后，胶囊内释放的阻燃气体如二溴甲烷覆盖在电池周围，避免了空气通过防爆孔进入电池内，从而避免了电池内的气体因为氧气接触发生燃烧的可能出现的情况。

具体实施方式