《一種具有防火防爆裝置的鋰電池及套用該電池的電動車》是浙江超威創元實業有限公司於2014年7月30日申請的發明專利，該專利的申請號為2014204255397，公告號為CN204011529U，公告日為2014年12月10日，發明人是孫延先、任寧、李愛明、楊曉旭、張海飛，該實用新型涉及一種具有防火防爆裝置的鋰電池及其套用產品。
《一種具有防火防爆裝置的鋰電池及套用該電池的電動車》所述鋰電池包括電芯組、電芯護套和外殼，電芯組置於電芯護套內，電芯護套置於外殼內，電芯護套與外殼的間隙中填充有在受熱時能發生吸熱反應並產生二氧化碳的滅火劑粉末，外殼上設有疏通孔。該裝置在鋰電池使用過程中以受熱時能發生吸熱反應並產生二氧化碳的滅火材料作為工作介質，對電池進行吸熱和隔絕氧氣，並可及時調控電池內壓，通過採用以上綜合防護方法，可有效防止起火、爆炸等事故發生，降低電池使用的安全風險。
2016年12月7日，《一種具有防火防爆裝置的鋰電池及套用該電池的電動車》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種具有防火防爆裝置的鋰電池及套用該電池的電動車》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種具有防火防爆裝置的鋰電池及套用該電池的電動車
- 申請號：2014204255397
- 申請日：2014年7月30日
- 專利權人：浙江超威創元實業有限公司
- 地址：浙江省湖州市長興縣雉城鎮新興工業園區雉洲大道12號
- 發明人：孫延先、任寧、李愛明、楊曉旭、張海飛
- Int.Cl.：H01M2/10（2006.01）I、H01M10/42（2006.01）I、A62C3/16（2006.01）I、A62C3/07（2006.01）I
- 代理機構：杭州杭誠專利事務所有限公司
- 代理人：尉偉敏
- 類別：實用新型專利
- 公告號：CN204011529U
- 公告日：2014年12月10日
專利背景,發明內容,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
由於不可再生能源危機和環境污染嚴重，全球加速了綠色環保高性能鋰電池的發展，鋰電池的套用領域由數碼產品領域延伸到交通動力、儲能、航天、通信備用電源等領域，人們對鋰電池的需求也由原先的幾百毫安·時發展到上百甚至上千安·時，隨著容量的提升，安全問題將更加難以控制，因此2014年7月前高容量鋰電池安全性是眾多企業研究的課題，如果能解決好鋰電池起火、爆炸這一世界性難題，鋰電池的套用必將進入更快更廣的發展階段。公開號為CN102044715A的發明於2011年5月4日公開了一種鋰電池防爆裝置，其包括鋰電池殼體、正電極、負電極、橡膠片在內的結構，鋰電池殼體上設有通氣孔，通氣孔上覆蓋並固定有橡膠片，橡膠片的厚度為0.5-5毫米。由於採用橡膠片作為防爆閥，無需另外開設注液孔向電池內注射電解液和氮氣，將注液孔和防爆閥合為一體，結構簡單，成本低，加工方便操作簡單；使用時，只需用針管穿過橡膠片向內注射電解液和氮氣，拔出針頭後，利用橡膠片的彈性封閉了針孔，達到電解液和氮氣不泄漏，鋰電池正常工作。該實用新型適用於各種形狀及不同厚度的鋰電池。但是鋰電池在發生爆炸主要是由於短路、散熱不暢等原因導致的所謂“熱失控”問題引起的，“熱失控”進而引發電池內壓劇增，從而引起爆炸，因此防止鋰電池爆炸不僅要及時排泄內壓，還應從溫度控制、防止短路等環節入手，多方面採取措施才能更有效地達到鋰電池防爆目標，而該實用新型僅僅側重於通過通氣孔和防爆閥泄壓，而不是採用更全面的防護措施，因此收效較為有限。
發明內容
鋰電池極易因短路、散熱不良等問題引起起火爆炸，而2014年7月前已有的鋰電池防火防爆措施只能有限地改善部分問題而不能全面解決問題，為克服這一缺陷，《一種具有防火防爆裝置的鋰電池及套用該電池的電動車》提供了一種針對鋰電池起火爆炸成因強化防火防爆功能的具有防火防爆裝置鋰電池，還提供了一種套用該裝置的電動車。
技術方案
一種具有防火防爆裝置的鋰電池，所述鋰電池包括電芯組、電芯護套和外殼，電芯組置於電芯護套內，電芯護套置於外殼內，電芯護套與外殼的間隙中填充有在受熱時能發生吸熱反應並產生二氧化碳的滅火劑粉末，外殼上設有疏通孔。該裝置針對鋰電池起火爆炸的機理進行被動反應式工作，即通過鋰電池電芯溫度的升高，促使滅火材料發生反應，一方面根據該滅火材料反應時吸熱的特性，將鋰電池內部生成的熱能吸收，起到抑制溫度快速升高的作用；另一方面，利用反應生成的二氧化碳逐步排擠電池內部的氧氣，消除支持電芯發生燃燒的要素，從而達到抑制燃燒的目的；再者，在利用該滅火材料吸熱降溫的同時通過疏通孔將外殼內原有的空氣及後來生成的二氧化碳及時排出，保持電池內壓穩定在一安全水平上。通過上述措施，該裝置可以有效防止鋰電池起火爆炸，大大提高鋰電池使用安全性。滅火材料可以為一種成份，通過自分解反應生成二氧化碳。
作為優選，所述疏通孔上設有泄壓閥，泄壓閥包括閥體和活動閥塊，閥體口上螺紋連線有閥蓋，閥蓋中心設有中心通孔，閥體內設有上大下小的錐台形的閥腔，活動閥塊亦呈錐台形並適配地滑動設定於閥腔中，閥蓋與活動閥塊間設有一壓簧，壓簧一端鉤掛於活動閥塊上，另一端抵接在閥蓋底面，壓簧匝圈外徑大於中心通孔直徑。在自然狀態下，活動閥塊受壓簧擠壓，壓緊在閥腔中，封堵住閥腔。當外殼內部氣壓增大時，活動閥塊最終會因外殼內外的壓力差而被向外頂開，解除對閥腔的封堵，從而使外殼內部過大的壓力得到釋放，確保電池內壓處在較為安全的水平上，降低爆炸風險。另一方面泄壓閥也是電池組裝時進入外殼內部的少量空氣的外泄通道，在外殼內不斷生成的二氧化碳的排擠下，原有的含有氧氣的空氣逐步被排空，且在維持電池的安全內壓時可以杜絕外部空氣再次進入，這樣在沒有氧氣的情況下，電池的電芯組不會發生燃燒，從而起到阻燃防火作用。
作為優選，所述疏通孔位於外殼頂部。所述滅火材料分解生成的二氧化碳密度大於同等條件下的空氣密度，二氧化碳更易沉到外殼內底部，從而將原有空氣擠到外殼內頂部，因此在外殼頂部設定疏通孔更利於原有空氣的快速排空，以及新生成二氧化碳的儲留，形成電池內部的缺氧環境，更好地實現阻燃防火的目的。
一種電動車，套用所述具有防火防爆裝置的鋰電池。
有益效果
《一種具有防火防爆裝置的鋰電池及套用該電池的電動車》提高鋰電池的安全防護性能，降低電池使用安全風險。該裝置在鋰電池使用過程中以受熱時能發生吸熱反應並產生二氧化碳的滅火材料作為工作介質，對電池進行吸熱和隔絕氧氣，並可及時調控電池內壓，通過採用以上綜合防護方法，可有效防止起火、爆炸等事故發生，大大降低電池使用的安全風險。
附圖說明
圖1為《一種具有防火防爆裝置的鋰電池及套用該電池的電動車》的一種結構示意圖；
圖2為該實用新型中泄壓閥的的一種結構示意圖；
圖3為該實用新型中鋰電池的一種結構示意圖；
圖4為該實用新型中鋰電池的一種裝配狀態示意圖。
圖中，1-電芯組，2-電芯護套，3-外殼，4-泄壓閥，5-閥體，6-活動閥塊，7-閥蓋，8-中心通孔，9-閥腔，10-壓簧，11-碳酸氫鹽粉末，12-絕熱層。
權利要求
1.一種具有防火防爆裝置的鋰電池，所述鋰電池包括電芯組（1）、電芯護套（2）和外殼（3），電芯組（1）置於電芯護套（2）內，電芯護套（2）置於外殼（3）內，其特徵是電芯護套（2）與外殼（3）的間隙中填充有在受熱時能發生吸熱反應並產生二氧化碳的滅火劑粉末，外殼（3）上設有疏通孔。
2.根據權利要求1所述的一種具有防火防爆裝置的鋰電池，其特徵是疏通孔上設有泄壓閥（4），泄壓閥（4）包括閥體（5）和活動閥塊（6），閥體（5）口上螺紋連線有閥蓋（7），閥蓋（7）中心設有中心通孔（8），閥體（5）內設有上大下小的錐台形的閥腔（9），活動閥塊（6）亦呈錐台形並適配地滑動設定於閥腔（9）中，閥蓋（7）與活動閥塊（6）間設有一壓簧（10），壓簧（10）一端鉤掛於活動閥塊（6）上，另一端抵接在閥蓋（7）底面，壓簧（10）匝圈外徑大於中心通孔（8）直徑。
3.根據權利要求1或2所述的具有防火防爆裝置的鋰電池，其特徵是所述疏通孔位於外殼（3）頂部。
4.一種電動車，其特徵是，套用權利要求1或2所述的具有防火防爆裝置的鋰電池。
實施方式
實施例1
如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種電動車，其上設有一種具有防火防爆裝置的鋰電池，所述的鋰電池包括電芯組1、電芯護套2和外殼3，電芯組1放置在電芯護套2內，電芯護套2置於外殼3內，電芯護套2和外殼3的間隙中填充有可受熱分解並釋放出二氧化碳的碳酸氫鹽粉末11作為控溫滅火材料，該實施例中為碳酸氫鈉，電芯護套2由ABS製成，外殼3用鋁製成，外殼3為一封閉的近似長方體，由殼體、上蓋、底蓋組成，外殼3的頂蓋上設有一個疏通孔，最好在疏通孔上設有泄壓閥4。泄壓閥4包括閥體5和活動閥塊6，閥體5口上螺紋連線有閥蓋7，閥蓋7中心設有中心通孔8，閥體5內設有上大下小的錐台形的閥腔9，活動閥塊6亦呈錐台形並適配地滑動設定於閥腔9中，活動閥塊6錐度與閥腔9錐度相等，閥蓋7與活動閥塊6間設有一壓簧10，壓簧10一端鉤掛於活動閥塊6上，另一端抵接在閥蓋7底面，壓簧10匝圈外徑大於中心通孔8直徑。壓簧10選用合適的規格，當外殼3內部氣壓達到一定氣壓時大氣壓時，活動閥塊6所受的外殼3內部壓力恰好可以克服壓簧10彈力。外殼3內表面上設有絕熱層12，該絕熱層12可以用二氧化矽或石棉製成，由二氧化矽或石棉製成的絕熱層12設定在外殼3內表面與滅火材料之間，，碳酸氫鈉設於絕熱層與電芯護套2之間。
鋰電池在工作過程中一旦因短路等原因發熱時，電芯護套2內溫度逐漸上升，電芯護套2又可快速將熱向外傳導，外殼3內部溫度以及外殼3內部氣壓也隨之上升，當溫度到達50℃，碳酸氫鈉開始發生化學反應，分解成碳酸鈉、水和二氧化碳，碳酸氫鈉的熱分解是個吸熱過程，在熱分解過程中不斷消耗熱能，這可以抑制外殼3內部溫度快速上升。生成的二氧化碳混入外殼3內原有的空氣後，外殼3內氣壓進一步增大，當外殼3內氣壓達到兩個大氣壓時，活動閥塊6可被外殼3內氣壓推動，克服壓簧10的彈力上升，活動閥塊6脫離原先與閥腔9的適配位置，活動閥塊6與閥腔9腔壁間出現了空隙，外殼3內部氣壓便可經由該空隙外泄，直至外殼3內氣壓回落到兩個大氣壓以下。二氧化碳不斷產生，而外殼3內部原有的少量空氣逐漸被排空，這樣外殼3內部的氧氣最終被排盡，而外殼3內部空隙最終全部被二氧化碳占據。沒有了氧氣，外殼3內部便失去了電芯組燃燒的必要元素，從而達到了阻燃防火的目的，避免發生更嚴重的安全事故。該實施例中，可以是在外殼3的頂蓋上僅設有疏通孔，而不設泄壓閥，鋰電池在工作過程中一旦因短路等原因發熱時，電芯護套2內溫度逐漸上升到一定溫度時，電芯內部物質產生反應，並導致電芯內部壓力變大，電芯破裂，電芯內部產生的氣體和顆粒等熱源在內部壓力的作用下，通過疏通孔噴出殼體外，減少了殼體內部的熱源；同時外殼3內部溫度的上升，碳酸氫鈉開始發生化學反應，分解成碳酸鈉、水和二氧化碳，碳酸氫鈉的熱分解是個吸熱過程，在熱分解過程中不斷消耗熱能，這可以抑制外殼3內部溫度快速上升，產生的二氧化碳混入外殼3內原有的空氣後，外殼3內氣壓進一步增大，將氧氣通過疏通孔排出殼體3，並將外殼3內部與外部氧氣隔絕，由於二氧化碳不斷產生，而外殼3內部原有的少量空氣逐漸被排空，這樣外殼3內部的氧氣最終被排盡，而外殼3內部空隙最終全部被二氧化碳占據，沒有了氧氣，外殼3內部便失去了電芯組燃燒的必要元素，從而達到了阻燃防火的目的，避免發生更嚴重的安全事故。另外，由於二氧化碳的產生，從疏通孔噴出的熱源，如電芯內部的電解質，摻雜著二氧化碳，也大大降低了噴出熱源的危險性。該實施例中，作為滅火材料的碳酸氫鹽還可以是碳酸氫鉀、碳酸氫鈣、碳酸氫銨等可在不同溫度點進行吸熱分解並生成二氧化碳的碳酸氫鹽，或是這些碳酸氫鹽的混合物。
實施例2
電芯護套2用鋁製成，其餘同實施例1。
該實用新型的具有防火防爆裝置的鋰電池可以套用在如電動腳踏車、電動機車、電動汽車等交通工具上。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種具有防火防爆裝置的鋰電池及套用該電池的電動車》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
