[发明专利]适用于锂离子电池的热响应核壳结构灭火剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种适用于锂离子电池的热响应核壳结构灭火剂及其制备方法，其包括包含热响应聚合物的外壳以及包含灭火剂或阻燃剂的内核，所述内核被所述外壳包裹并形成微胶囊，所述外壳具有在外部达到设定温度时，其构象会由塌缩转变为伸展，并释放内部灭火剂或阻燃剂的状态。本发明提出用热响应聚合物作为外壳材料包覆内核灭火材料。热响应聚合物本身可以感知环境温度并且产生有效的响应行为，在LCST处，其构象会发生变化。调节热响应聚合物的LCST，使其约等于安全窗口温度上限，当电解液温度高于LCST时，热响应共聚物会由塌缩变为伸展状态，释放内核灭火材料。

技术领域

本发明涉及火灾消防领域，具体涉及一种适用于锂离子电池的热响应核壳结构灭火剂及其制备方法。

背景技术

锂电池作为新能源汽车的核心部件，在我国车用锂电池产业取得了良好的成绩，但是，锂电池电动车的安全性问题也十分突出。近期，连续的新能源电动车起火事件，再度引爆电动车安全隐患话题。新能源电动车锂离子电池安全问题已经成为制约新能源汽车发展的重要影响因素。

热失控是锂电池安全研究中的关键性问题，电池出现热失控现象会引发火灾甚至爆炸。目前，电池热失控及电池安全已经成为世界各国亟待解决的共性基础科学问题。机械滥用（如针刺、挤压）、电滥用（如短路、过冲）、热滥用（如过热冲击）等都会引起电池过热。常规的预防热失控方法一般是在电池外部安装PTC元件等外部热管理系统，在温度过高情况下起到限流作用。但是这种外部器件存在温度响应慢的问题，并不能起到很好的预防效果。应用较多的添加剂是含磷元素的有机阻燃剂，其作用机理是捕捉电解液中高反应活性的自由基，以阻断电池热失控的链式反应。添加阻燃剂可以提高电解液的工作安全性，但是降低了电解液的导电率，使电池电化学性能降低，特别是循环寿命和倍率性能。因此，研究人员又提出“灭火剂胶囊”，即通过胶囊外壳将灭火剂材料包覆在胶囊内，将灭火剂和电解液、正极、负极有效隔离（如：中国专利CN103877691A公开了一种核壳结构复合粉体灭火剂及其制备方法；中国专利CN108815787A公开了一种用于金属钠火的核壳结构灭火剂及其制备方法）。但是，锂离子电池的安全窗口一般在0-100℃之间，目前常用作包覆灭火剂的材料融化温度在180℃以上（如聚偏氟乙烯-六氟丙烯），这种外壳材料熔化温度不可调，灭火剂胶囊内核材料介入较晚，响应时间较长。如果可以使灭火剂材料在100℃左右释放，及时介入，将有效降低响应时间。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用于锂离子电池的热响应核壳结构灭火剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种适用于锂离子电池的热响应核壳结构灭火剂，其包括包含热响应共聚物的外壳以及包含灭火剂或阻燃剂的内核，所述内核被所述外壳包裹并形成微胶囊，所述外壳具有在外部达到设定温度时，其构象会由塌缩变为伸展，并释放内部灭火剂或阻燃剂的状态。

所述热响应共聚物由热响应聚合物以及LCST调节聚合物通过化学方式制成。

所述热响应聚合物为聚N-异丙基丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯或聚乙烯基膦酸二乙酯中的任意一种。

所述LCST调节聚合物为聚乳酸、乙基纤维素、聚甲基丙烯酸正丁酯、聚乙烯基磷酸二甲酯中的任意一种。

所述外壳还包含导电聚合物。

所述导电聚合物为聚苯胺以及3，4-乙烯二氧噻吩单体的聚合物中的任意一种。

所述阻燃剂为磷酸三甲酯、磷酸三乙酯或磷酸三丁酯中的任意一种。

一种用于上述的适用于锂离子电池的热响应核壳结构灭火剂的制备方法，其包括以下步骤：

1）制备外壳打印溶液，根据所需的最低临界溶解温度值，混合热响应聚合物和LCST调节聚合物，通过化学合成方法制成热响应共聚物，并将制成的热响应共聚物和导电聚合物混合加入到有机溶剂中，充分混合搅拌，作为外壳打印溶液；