[发明专利]一种预防锂电池及其包装件燃烧用材料及制备方法

说明书

本发明属于锂电池及其包装件的燃烧处理技术领域，涉及一种预防锂电池及其包装件燃烧用材料及制备方法。该结构是一种复合膜，该复合膜由两层高分子膜中间夹一层水凝胶组成。复合膜可应用于包裹锂电池或锂电池包装件的袋状结构，或直接将复合膜覆盖在一件或多件锂电池包装件表面。复合膜具有阻燃、灭火、降温、传热速度慢、隔绝燃烧物与空气的接触，从而对锂电池及其包装件的燃烧起到有效的预防作用。

技术领域

本发明涉及预防锂电池及其包装件燃烧用材料领域，具体而言是一种具有阻燃、降温、灭火及传热速度慢等特点的预防锂电池及其包装件燃烧用材料及制备方法。

背景技术

锂电池是目前性能水平最先进、发展最迅速的民用化学能源，成为手机、笔记本电脑、数码设备等高端产品的首选配套电源。然而，锂电池在使用及运输过程中也存在危险性，这种危险可能是致命的，甚至导致一场灾难的产生。

根据美国联邦航空局（FAA）的统计，在1991～2014年间，已经有144起与电池相关的“冒烟、起火、极热或爆炸”相关的事故发生。国内在航空运输过程中也发生了多起锂电池燃烧事故。

锂电池燃烧的危险性主要表现为:冒烟、起火、极热或爆炸，还有可能产生少量的有毒气体。FAA的研究表明，锂离子电池热失控产生的温度超过590℃，锂金属电池热失控产生的温度超过760℃。我们将6000mAh的纯钴酸锂聚合物电芯充电到4.3V再针刺模拟内短路，电池立即产生燃烧，产生的温度瞬间超过了700℃。锂离子电池燃烧的危险程度与其容量和充电的电压大小有关：容量一定时电压较低内短路时产生燃烧的可能性较小，但会产生烟雾甚至是剧烈的浓烟，这种烟雾有剧烈的刺激性；电压越大内短路燃烧的可能性越大，而且燃烧也越剧烈，如果是钢壳电池则可能会产生爆炸。

FAA的研究表明:飞机上使用的HALON1301灭火剂能够抑制电解质的火灾，但对锂金属的火灾没有抑制作用,当使用哈龙灭火剂时,无论是锂金属电池还是锂离子电池，随着电解液释放出来的未燃烧烃的增加,加大了火灾和爆炸的危险性。试验表明，哈龙灭火剂虽然能够抑制锂离子电池燃烧的火灾，但火焰熄灭后存在反复复燃的危险性，原因是哈龙灭火剂的降温能力有限，一旦停止使用，温度又会迅速上升，不能抑制锂离子电池的热失控，周围物质有被再次引燃的可能性。

针对锂电池燃烧的危险性，FAA和国际航协(ICAO)提出了锂电池燃烧的应急处理措施：无论是金属锂电池，还是可充电的锂离子电池及锂电池包装件，一旦锂电池产生燃烧应首先将旅客疏散到安全的地方，再用哈龙灭火剂或哈龙灭火剂的替代品、水进行灭火，以阻止火焰扩散到邻近的电池或材料，火焰熄灭后应立即用水或非醇液体对锂电池进行降温以阻止其复燃。

上述处理措施取决于电池的个数和火的强度，由于飞机上的水有限如果电池数量较大、火焰也较大，对火灾也可能较难控制。Ventura Aerospace开发出了对锂离子电池的火灾灭火系统，不仅能够探测到火灾还能监测到火灾的具体位置，然后将灭火介质对准火源处进行灭火。由于货机上锂电池包装件存放的位置有可能是重叠放置的，也有可能存放的位置灭火剂很难达到，因此即使能够监测到火灾的产生及其具体位置，也会给锂电池燃烧的灭火带来困难。专利号为8733465的美国专利涉及一种用于制止锂电池热失控的装置，将锂电池放在热绝缘壳里面，一种具有热/温敏管的系统穿过热绝缘壳，当电池开始发生热失控，温度的升高或明火的喷发使流体输送系统内的外壳破裂，灭火液体运送到外壳上出现故障的电池或电池组从而进行降温。该系统存在增加了锂电池的包装装置，而且液体的输送需要动力等问题，灭火及降温效果还有待评估。

锂电池燃烧的危险性主要包括燃烧速度快、火焰大、产生高温高热及较高的压力。

锂电池在燃烧前可能会产生大量的烟雾，这种烟雾的浓度较大，而且带有剧烈的刺激性气味，导致能见度低和人的呼吸困难给应急处理带来非常大的困难。