[发明专利]用于制止和/或预防锂离子电芯和锂离子聚合物电芯燃烧的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制止和/或预防锂离子电芯和锂离子聚合物电芯燃烧的方法。

背景技术

锂离子电芯在各种应用领域中起的作用越来越大。已知且大范围使用的是用于例如为移动电话、笔记本电脑、电动工具、可携带式MP3播放器等的电子设备的锂离子电池。应用于汽车领域的锂离子电池将在不久的将来同样会发挥重要的作用。锂离子聚合物电芯的意思是封装在铝复合薄膜中的锂离子电芯。下面将只使用术语“锂离子”。

在电池特别是锂离子电池失效时，可能会从电池内部逸出化学物质和颗粒。这种释放出的物质以颗粒、灰尘、薄膜、气溶胶、液体、微滴雾和/或气体的形式存在并且在逸出位置大多数情况下非常热。这种物质中有一部分很容易起反应并且是对健康有害的。释放出的物质可以在周围的表面上冷凝并且由此污染周围的区域。释放出的物质还可能会危害人体健康。释放出的物质还可能会起火并且发生燃烧和/或爆炸事件。

几乎在所有的锂离子电池中，将六氟磷酸锂(LiPF₆)用作导电盐，其在电池损坏时(例如在发生热失控时)可以分解成很容易起反应且有毒的化合物。在文献(例如参见Hui Yang，Guorong V.Zhuang，Philip N.Ross Jr.，“Thermal Stability of LiPF₆ Salt and Li-ion Battery Electrolytes Containing LiPF₆”，Lawrence Berkeley National Laboratory(University of California，University of California)，2006Paper LBNL-58758)中，自大约110℃的温度起产生的分解产物已经有很容易起反应的化合物：PF₃(三氟化磷)、PF₅(五氟化磷)、HF(氟化氢，也称为氢氟酸)以及POF₃(氟氧化磷)。此外，还可能产生其他有毒且有腐蚀性的磷/氧/氟化合物。除此之外，还要稍微考虑有机氟化合物。

在没有水的情况下LiPF₆的热分解自大约110℃起按照下列反应进行：

LiPF₆→LiF(s)+PF₅(g)，其中s表示固态，g表示气态。当有水时，六氟磷酸锂以如下方式水解：

LiPF₆+2H₂O→LiOH(s)+POF₃(g)+3HF(g)

此外，原则上还要注意下列水解反应：

PF₅+H₂O→POF₃+2HF

POF₃+3H₂O→H₃PFO₄+3HF这意味着，中间产生的三氟氧磷通过与水(例如以湿气的形式)的反应最终也水解成很容易起反应的氟化氢(HF)。

通常，在使用和测试电池特别是锂离子电池时，在技术上不允许电池失效。如果仍然发生这种电池失效和燃烧或者“热失控”，那么需要制止燃烧和避免污染周围环境的措施。术语“热失控”的意思是锂离子电芯的热击穿，其中由于电池中过多且本身增强的放热和/或不充分的散热可能会出现电芯开裂，其中还可能会产生烟、着火或者爆炸。关于锂离子电芯的“热失控”的主题，参照下列文献：Kern，R.；Bindel R.；Uhlenbrock R.；Sicherheitskonzept für die Prüfung von Lithium-Ionen-Batteriesystem；ATZelektronik，in Druck。

目前，没有已知的用于对锂离子电池灭火或者说制止锂离子电池燃烧的构思，该构思既能实现良好的灭火效果同时又能防止或至少是限制来自损坏电芯或电池的很容易起反应的化合物对周围环境的污染。

发明内容

根据本发明，提出一种用于制止和/或预防一个或多个电池电芯优选是锂离子电芯燃烧的方法。根据本发明的方法的特征在于，使用钙(Ca)盐的含水溶液和凝胶灭火剂。