[发明专利]热失控抑制剂及其应用

说明书

本发明提出一种应用于锂电池的热失控抑制剂及其应用，此热失控抑制剂包含有一可解离释出一金属离子A与一两性金属离子B的钝化成分提供者，其中金属离子A选自非锂的碱金属族与/或碱土金属族；一极性溶液提供者，以及一在默认温度下能将钝化成分提供者与极性溶液提供者隔离的隔离机制，当隔离机制丧失，极性溶液提供者释出极性溶液，以负载所述金属离子A与两性金属离子B进入锂电池的内部，并与正负极活性材料反应，使形成低能量状态，以降低全电池电压，切断电化学反应途径，有效终止电池热失控。

技术领域

本发明关于一种锂电池安全机制，特别是指一种应用于锂电池的热失控抑制剂及其应用。

背景技术

由于锂离子电池广泛应用于各种产品，如交通运输的载具、消费性与工业应用的穿戴产品、可携设备与储能设备等等，几乎遍及人类日常生活上的各领域，但锂离子电池意外事件时有所闻，例如手机电池、电动车起火爆炸的事故，此些都是因为锂离子电池在安全性问题上仍缺乏全面性有效的解决方案。

引起锂电池起火爆炸等不安全的主要根本因素是热失控，而锂电池热失控主要的起因是热，也就是温度导致的电池内固态电解质膜(solid electrolyte interface；SEI)、电解质、黏结剂，正负极活性材料等各物质逐步热裂解的放热反应。目前对热失控的抑制方式可依安全机制反应发生的位置来区分为在电芯外与在电芯内部两种。在电芯外的主要是利用数字运算仿真的监控系统，在电芯内的可区分为采用物理方式或化学方式。在电芯外的数字监控系统部分是于电芯外部加载专用保护电路及设置专用管理系统等多种技术来增强电池使用过程的安全性监控。在电芯内的物理方式例如热闭孔隔膜(thermalshutdown separator)，其当电池芯不正常升温时，封闭隔膜的孔洞，以阻断离子的通过。在电芯内的化学方式可以区分为程度控制型态或者电化学反应型态。程度控制型态例如添加阻燃剂至电解质中，以控制热失控的程度。电化学反应型态的范例举例来说有下列几种：1.将单体(monomer)或者寡聚体(oligmar)加入电解液内，当温度上升时会产生聚合，以降低离子迁移的速度，而使离子导电度随温度上升而下降，电芯内的电化学反应速度变缓。2.在正极层或负极层与相邻的集电层间夹设一正温系数热敏电阻材料(positive temperaturecoefficient；PTC)，当电芯温度升高时，电子绝缘能力增强，而使正极层或负极层与相邻的集电层间的电子传递能力变差，使电化学反应速度降低。3.在正极活性材料表面形成一修饰层，当高温时，修饰层转成为致密膜，增加电荷转移的阻值，而使电化学反应速度降低。

但上述的方式都仅是针对电化学电子或离子传导途径进行消极阻挡或抑制，并没有由热失控最大能量释出端与整个电化学反应驱动的主体，也就是活性材料进行热失控的抑制。

有鉴于此，本发明提出一种通过降低活性材料端导致热失控的热能着手来抑制锂电池热失控的热失控抑制剂及其应用，以有效解决上述问题。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种崭新的热失控抑制剂与其应用，其使原本高电位高能量的脱锂正极活性材料形成相对原状态是较低电位低能量的金属氧化物结晶状态，而原本低电位高能量的嵌锂负极形成相对原状态是较高电位低能量的无机聚合物状态，以降低全电池电压，切断电化学反应途径，有效终止电池热失控。

为达上述目的，本发明提供一种热失控抑制剂，所述热失控抑制剂包含有一钝化成分提供者；一极性溶液提供者，以及一隔离机制，所述隔离机制在一默认温度下能将钝化成分提供者与极性溶液提供者隔离，钝化成分提供者释出金属离子A与两性金属离子B，金属离子A选自于一非锂的碱金属族与/或碱土金属族，当到达默认温度时，隔离机制丧失，极性溶液提供者释出极性溶液，以负载金属离子A与两性金属离子B至一锂电池的脱锂正极活性材料以及嵌锂负极活性材料反应，形成低能量的正负极活性材料，以降低全电池电压，切断电化学反应途径，有效终止电池热失控与其所产生的问题。

本发明更提供一种热失控抑制组件，所述热失控抑制组件是上述的热失控抑制剂与一成膜剂混合或依附于一结构支撑材所形成的膜片。