[发明专利]胶囊以及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种胶囊以及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池在新能源汽车领域的应用日趋广泛，然而出现锂离子电池安 全事故的报道也明显增多，比如上海电动公交825路车电池着火、法国电动 邮政车起火、杭州电动出租车自燃以及深圳电动出租车碰撞起火等。因此锂 离子电池的安全性能也越来越多地受到重视。锂离子电池可能发生事故的常 见起因在于机械滥用，即意外碰撞、挤压、跌落等导致锂离子电池内部短路； 恶劣的运行环境，比如长期在高温环境中运行；使用不当或其它原因导致的 电滥用，例如过充、过放等。通常情况下，当锂离子电池的温度达到100℃ 时，负极SEI膜发生分解，此时裸露的负极将进一步还原电解液，导致温度 升高，进而引发各种反应、生成大量气体，随后锂离子电池内压剧烈升高， 冲破电池外包装；电池外包装被冲破后，外界氧气、电解液蒸汽以及各种反 应产生的可燃性烟气/可燃性烟汽发生燃烧反应，进而燃烧起火，导致锂离子 电池出现热失控。

锂离子电池的安全机理非常复杂，几乎牵涉到整个锂离子电池的组成部 分，即正极、负极、隔离膜以及电解液，甚至与其结构设计有关。因此，业 内通过改善上述因素对锂离子电池的安全性能进行了研究，并取得了一些成 果。这些研究总体上可以分为四个方面：（1）减少锂离子电池的反应热， 进而阻止锂离子电池热失控过程的发生，比如通过材料掺杂或包覆提高正/ 负极活性材料的稳定性。理论上讲这是改善锂离子电池安全性能的根本方 法，但是研究发现，正/负极活性材料的稳定性主要由其自身的结构决定，通 过微量元素的掺杂或包覆只能少量地改进其与电解液的反应活性，无法从根 本上解决正/负极活性材料与电解液的反应。（2）采用热自闭孔隔膜，当锂 离子电池过热时，充放电电流被切断。但是这种方法存在自身的缺陷，尽管 其能切断锂离子电池与外部的联系，但是不能阻止锂离子电池内部继续发生 反应，甚至出现热失控。（3）通过改善锂离子电池的设计，比如采用正温 度系数热敏电阻，当超过一定的温度时，其电阻值随温度的升高呈阶跃性的 增高，达到一定温度时即熔断，其作用与热自闭孔隔膜类似，也不能阻止锂 离子电池内部继续发生反应，同样可能出现热失控。（4）采用在锂离子电 池电解液中加入阻燃添加剂，该方法的特点在于不管锂离子电池是否出现热 失控，它都使得锂离子电池失控后的烟气不可燃。但是研究发现，将阻燃添 加剂直接加入到锂离子电池电解液中，会极大地影响锂离子电池的电化学性 能，例如影响负极SEI膜的形成，进而导致裸露的负极活性材料与锂离子电 池电解液溶剂直接接触并发生还原反应，产生大量气体，甚至发生石墨剥离， 进而导致锂离子电池失去功能。

因此有必要针对锂离子电池的安全性能进行进一步地改进。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种胶囊以及锂离 子电池，其在锂离子电池正常工作时不会影响锂离子电池的电化学性能；而 在锂离子电池发生热失控时，胶囊的囊壁发生破裂使得胶囊的囊芯的材料被 释放出来并进一步气化形成阻燃性气体，与锂离子电池热失控时产生的电解 液蒸汽和/或可燃性烟气/可燃性烟汽混合并从锂离子电池的外包装中喷出， 从而发挥胶囊的阻燃功能，以实现阻燃并改善锂离子电池的安全性能。

为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种胶囊，用于被容纳 在锂离子电池内，所述胶囊包括囊壁和囊芯，所述囊壁的材料的熔点为 100～160℃且不溶于锂离子电池的电解液；所述囊芯的材料的气化温度不低 于所述囊壁的材料的熔点且不高于400℃，所述囊芯的材料气化形成的气体 为阻燃性气体，该阻燃性气体将与锂离子电池热失控时产生的电解液蒸汽和 /或可燃性烟气/可燃性烟汽混合并从锂离子电池的外包装中喷出。

为了实现上述目的，在第二方面，本发明提供了一种锂离子电池，其包 括：正极极片；负极极片；隔离膜，间隔于正极极片和负极极片之间；电解 液，包含非水有机溶剂；以及外包装，包封所述正极极片、负极极片以及隔 离膜并容纳所述电解液；所述锂离子电池还包括被容纳在其内的根据本发明 第一方面所述的胶囊。

本发明的有益效果如下：