專利名稱：用于阻滯或防止電池中的熱失控的材料和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開的領(lǐng)域涉及包含電池的電荷存儲(chǔ)裝置以及用于阻滯或防止熱事件諸如熱失控的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的許多潛在有用的熱事件化學(xué)阻滯劑可干擾控制電池的主功能的電化學(xué)過程?，F(xiàn)有技術(shù)中的防止可導(dǎo)致熱失控(runaway)的高度局部化的電流狀況(HLCC)的一種方法已經(jīng)涉及對在HLCC狀況下電化學(xué)地聚合的電解質(zhì)添加劑的使用。聚合反應(yīng)關(guān)閉(封堵)電池隔板的孔隙(使離子的輸送停止)，增加電阻，并且從而防止高電流的進(jìn)一步經(jīng)過或進(jìn)一步局部化的生熱貢獻(xiàn)狀況。

發(fā)明內(nèi)容
一個(gè)實(shí)施例包含可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置，包括用于阻滯或防止該可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置的熱失控的事件可觸發(fā)的材料。另一實(shí)施例包含可再充電的存儲(chǔ)裝置，該存儲(chǔ)裝置包含多個(gè)熱可膨脹的中空聚合物微球，所述微球包含在球體中的具有低沸點(diǎn)的核心材料，使得在加熱后，殼體軟化，并且核心材料充分膨脹以阻滯或防止該可再充電的存儲(chǔ)裝置的熱失控。本發(fā)明的另一實(shí)施例包含熱可膨脹的微球，所述微球包含低重量的顆粒填料，其包含推進(jìn)劑，該推進(jìn)劑被圍陷在微球內(nèi)并且被配置和布置成使得，微球在加熱之后在直徑上膨脹和/或改變長寬比，足以防止或阻滯布置有微球的可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置的熱失控。本發(fā)明的另一實(shí)施例包含包括低密度、熱可膨脹的無機(jī)填料的形狀記憶聚合物的合并，該填料被配置和布置成在溫度突然上升之后自膨脹。本發(fā)明的另一實(shí)施例包含充滿電絕緣熱可膨脹的填料的形狀記憶聚合物。在一個(gè)實(shí)施例中，包含電絕緣熱可膨脹的填料的形狀記憶聚合物可包含在可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置中，用于阻滯或防止該可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置的熱失控。一個(gè)示例性實(shí)施例包含可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置，包含布置在所述可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置內(nèi)用于阻滯或防止熱失控的材料。一個(gè)實(shí)施例包含被包含在所述微囊體內(nèi)的熱阻滯劑化學(xué)物類，其中所述微囊體適于在所述電荷存儲(chǔ)裝置的不穩(wěn)定的溫度上升之前或期間在被暴露于觸發(fā)事件時(shí)釋放所述化學(xué)物類。另一實(shí)施例包含避免或防止可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置中的熱失控的方法，該方法包含:提供布置在所述電荷存儲(chǔ)裝置內(nèi)的微囊體；其中所述微囊體含有在所述微囊體內(nèi)的熱阻滯劑化學(xué)物類；以及在所述電荷存儲(chǔ)裝置的不穩(wěn)定的溫度上升之前或期間，在所述微囊體被暴露于觸發(fā)事件時(shí)，使所述化學(xué)物類從所述微囊體釋放。其它實(shí)施例將從在下文中提供的詳細(xì)的描述變得明顯。應(yīng)理解，詳細(xì)的描述和特定示例，在公開示例性實(shí)施例的同時(shí)，僅旨在用于說明的目的并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明還提供如下方案:
1.一種可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置，包括:
布置在所述可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置內(nèi)的微囊體；以及
包含在所述微囊體內(nèi)的熱阻滯劑化學(xué)物類，其中所述微囊體適于在所述電荷存儲(chǔ)裝置的不穩(wěn)定的溫度上升之前或期間在被暴露于觸發(fā)事件時(shí)釋放所述化學(xué)物類。2.根據(jù)方案I所述的裝置，其特征在于，所述電荷存儲(chǔ)裝置包括車輛電池和車輛超級電容器中的至少一種。3.根據(jù)方案I所述的裝置，其特征在于，所述電荷存儲(chǔ)裝置包括鋰離子電池。4.根據(jù)方案3所述的裝置，其特征在于，所述鋰離子電池包括非水碳酸酯電解質(zhì)。5.根據(jù)方案4所述的裝置，其特征在于，所述碳酸酯選自由乙烯和聚丙烯組成的組。6.根據(jù)方案I所述的裝置，其特征在于，所述微囊體被布置在包括所述電荷存儲(chǔ)裝置的電極和電解質(zhì)中的至少一個(gè)內(nèi)。7.根據(jù)方案I所述的裝置，其特征在于，所述微囊體被布置成與包括所述電荷存儲(chǔ)裝置的電極和分離器中的至少一個(gè)相鄰。8.根據(jù)方案I所述的裝置，其特征在于，所述微囊體被夾在包括電極和分離中的至少一個(gè)的電池部件之間以維持分離距離。9.根據(jù)方案I所述的所述的裝置，其特征在于，所述化學(xué)物類選自由含有機(jī)磷的化合物組成的組。10.根據(jù)方案I所述的所述的裝置，其特征在于，所述化學(xué)物類選自由金屬氫氧化物、齒代化合物、增效劑、以及三氧化銻組成的組。11.根據(jù)方案I所述的裝置，其特征在于，所述化學(xué)物類包括聚合引發(fā)劑。12.根據(jù)方案11所述的裝置，其特征在于，所述聚合引發(fā)劑選自由呋喃、硫代乙酸S-苯脂、路易斯酸、以及路易斯堿組成的組。13.根據(jù)方案I所述的裝置，其特征在于，所述微囊體包括聚合物殼體以及含有所述化學(xué)物類的核心。14.根據(jù)方案13所述的裝置，其特征在于，所述聚合物殼體包括與所述核心連通的孔隙。15.根據(jù)方案I所述的裝置，其特征在于，所述觸發(fā)事件包括在所述微囊體之外的第二化學(xué)物類的存在和閾值溫度中的至少一個(gè)。16.一種避免或防止可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置中的熱失控的方法，包括:
提供布置在所述電荷存儲(chǔ)裝置內(nèi)的微囊體；
其中所述微囊體含有在所述微囊體內(nèi)的熱阻滯劑化學(xué)物類；以及在所述電荷存儲(chǔ)裝置的不期望的溫度上升之前或期間，在所述微囊體被暴露于觸發(fā)事件時(shí)，從所述微囊體釋放所述化學(xué)物類。17.根據(jù)方案16所述的方法，其特征在于，所述觸發(fā)事件包括在所述微囊體之外的第二化學(xué)物類的存在和閾值溫度中的至少一個(gè)。18.根據(jù)方案16所述的方法，其特征在于，所述釋放所述化學(xué)物類阻滯所述不穩(wěn)定的溫度上升。19.根據(jù)方案16所述的方法，其特征在于，所述釋放所述化學(xué)物類促使聚合反應(yīng)。20.根據(jù)方案19所述的方法，其特征在于，所述聚合反應(yīng)產(chǎn)生阻滯所述電荷存儲(chǔ)裝置的電化學(xué)運(yùn)行以及阻滯起因于所述不期望的溫度上升的燃燒中的至少一個(gè)。21.一種可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置，包括用于阻滯或防止所述可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置的熱失控的事件可觸發(fā)材料。


(多個(gè))實(shí)施例的下列描述在本質(zhì)上僅僅是示例性(說明性)的，并且決非旨在限制本發(fā)明、其應(yīng)用、或用途。圖1A是根據(jù)說明性實(shí)施例的示例性鋰離子電池的示意圖。圖1B是鋰離子電池的一個(gè)說明性實(shí)施例的示意圖，其具有環(huán)繞心軸纏繞以形成電池的長的單負(fù)電極和正電極。圖2A和圖2B是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的微囊體的示意圖。圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在電池內(nèi)的隔板之間的微囊體、超級電容器、或利用隔板的其它電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置的示意圖。圖4圖示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于阻滯熱失控事件的流程圖。圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包含電極以及具有填料在其中的分離器的鋰離子電池的一部分的圖示。圖6是圖示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式(多個(gè))實(shí)施例的下列描述在本質(zhì)上僅僅是示例性(說明性)的，并且決非旨在限制本發(fā)明、其應(yīng)用、或用途。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包含可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置，其包括用于阻滯或防止該可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置的熱失控的事件可觸發(fā)材料。保持不活躍或在第一狀態(tài)下的材料由諸如溫度突然上升或電流密度的快速增加的事件觸發(fā)以變?yōu)榛钴S或被轉(zhuǎn)變至第二狀態(tài)，從而在可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置的運(yùn)行期間產(chǎn)生阻滯或防止可能的熱失控狀況。另一實(shí)施例包含可再充電的存儲(chǔ)裝置，其包含多個(gè)熱可膨脹的中空聚合物微球，該多個(gè)微球包含在球體中的具有低沸點(diǎn)的核心材料，使得在加熱之后，殼體軟化，并且該核心材料膨脹，增加的壓力足以阻滯或防止該可再充電的存儲(chǔ)裝置的熱失控。在一個(gè)實(shí)施例中，低沸點(diǎn)核心包括石蠟材料。另一實(shí)施例包含熱可膨脹的微球，這些微球在加熱之后直徑增加足以防止布置有這些微球的可再充電的存儲(chǔ)裝置的熱失控。在一個(gè)實(shí)施例中，熱可膨脹的微球是中空的。在一個(gè)實(shí)施例中，熱可膨脹的微球被包含在可再充電的存儲(chǔ)裝置的電極之間的隔板材料中。本發(fā)明的另一實(shí)施例包含具有低重量的顆粒填料的熱可膨脹的微球，所述低重量的顆粒填料包含推進(jìn)劑，該推進(jìn)劑被捕集在微球內(nèi)并且被配置和布置成使得:微球在加熱之后在直徑上膨脹，足以防止或阻滯布置有所述微球的可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置的熱失控。本發(fā)明的另一實(shí)施例包含包括低密度、熱可膨脹的無機(jī)填料的形狀記憶聚合物的合并，該填料被配置和布置成在溫度突然上升之后自膨脹。在選擇中，適當(dāng)?shù)臒峥膳蛎浀臒o機(jī)填料的說明性實(shí)施例包含珍珠巖、勃姆石(bohmite) (A10 (OH)),水合氧化鋁、粘土或蛭
O本發(fā)明的另一實(shí)施例包含充滿電絕緣熱可膨脹的填料的形狀記憶聚合物。在一個(gè)實(shí)施例中，包含電絕緣熱可膨脹的填料的形狀記憶聚合物可被包含在可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置中，用于阻滯或防止該可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置的熱失控。一個(gè)實(shí)施例包含交聯(lián)多孔聚烯烴形狀記憶聚合物和可膨脹非導(dǎo)電填料。本發(fā)明的另一實(shí)施例包含具有隔板材料的可再充電電荷存儲(chǔ)裝置，所述隔板材料被配置和布置成當(dāng)?shù)竭_(dá)某一溫度時(shí)改變其體積以便使存儲(chǔ)裝置的電極分離，使得存儲(chǔ)裝置的不受控反應(yīng)或熱失控更困難。用于合并在存儲(chǔ)裝置隔板中的材料的選擇實(shí)施例的說明性示例包含:電活性聚合物，其被配置和布置成在暴露于相對高的電流密度時(shí)改變形狀并增加體積；發(fā)泡劑，其保持不活躍直到達(dá)到特定溫度為止，從而變得活躍并且增加隔板的體積；以及熱可膨脹的聚丙烯/聚苯乙烯材料，其用諸如戊烷的低蒸汽壓力溶劑、合并在隔板中的氟利昂吹制；以及膨脹性材料，其被配置和布置成當(dāng)溫度在充電裝置的運(yùn)行期間迅速上升時(shí)膨脹足以阻滯或防止存儲(chǔ)裝置的熱失控。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)泡劑或起沫劑可包含重氮胺基苯或celogneOT,例如(P, P’ _氧代雙(苯磺酰肼))。在一個(gè)實(shí)施例中，諸如聚磷酸銨的膨脹性添加劑可被添加到隔板材料。在一示例性實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)熱事件阻滯劑化學(xué)物類被隔絕(封裝)在微囊體中并且被放置在電化學(xué)能量儲(chǔ)存裝置或電荷存儲(chǔ)裝置內(nèi)(例如，電池或超級電容器)中，其中它們可保持良性(不活躍)并且不干擾電池的運(yùn)行的化學(xué)過程。在發(fā)生觸發(fā)事件時(shí)，諸如第二化學(xué)物類在熱事件之前或期間存在于微囊體的外部和/或溫度上升到高于指示熱事件的預(yù)定閾值，微囊體中的 一個(gè)或多個(gè)(例如，通過打開或增加孔隙尺寸)可釋放所述一種或多種熱事件阻滯劑以阻滯(例如，減慢或猝熄)熱事件，包含中和諸如猝熄燃燒(例如，火焰)的熱事件的不期望的后果。在一個(gè)實(shí)施例中，熱事件可為熱失控，該熱失控可為不穩(wěn)定的熱事件反饋回路，在該回路中，較高的溫度導(dǎo)致更快的電化學(xué)反應(yīng)，這些電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步導(dǎo)致更高的溫度，這可能導(dǎo)致包含電池部件的燃燒的不穩(wěn)定和不受控制的溫度上升。在其它實(shí)施例中，包含一種或多種化學(xué)阻滯劑(物類)的微囊體可被配置成緩慢地釋放所述一種或多種化學(xué)阻滯劑，使得化學(xué)阻滯劑的濃度處在充分低濃度以不干擾電池的運(yùn)行，然而化學(xué)阻滯劑在發(fā)生熱事件時(shí)變得活躍。在其它實(shí)施例中，溫度增加高于第一閾值溫度可引起第一化學(xué)物類的低濃度的存在或釋放，這還可觸發(fā)封裝的一種或多種化學(xué)阻滯劑的快速和全部釋放，例如，至少部分地起到打開在第二閾值溫度以上的微囊體的作用。在一些實(shí)施例中，在熱事件之前或期間釋放的所述一種或多種化學(xué)阻滯劑的量選擇成使得:僅電池的目標(biāo)區(qū)域或部分受到影響或中和，這可包含局部不能運(yùn)行，同時(shí)維持電池的至少一些可運(yùn)行性以提供受限的功率或功能持續(xù)一段時(shí)間，以允許操作員采取進(jìn)一步的行動(dòng)以獲得服務(wù)(例如，運(yùn)輸至服務(wù)站)。在一些實(shí)施例中，電荷存儲(chǔ)裝置可以為本領(lǐng)域中已知的任何類型的可充電電池。在一些實(shí)施例中，可充電電池可包含液體電解質(zhì)和/或液體電極材料。在其它實(shí)施例中，電解質(zhì)可為凝膠或固體電解質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，電池可為鋰離子電池。在一些實(shí)施例中，電荷存儲(chǔ)裝置可為用于至少部分地對電動(dòng)或混合車輛提供功率的可再充電車輛電池或超級電容器。在一些實(shí)施例中，可充電電池可包含液體電極和/或液體電解質(zhì)材料，其可包含任何已知的鋰鹽，諸如LiPF6、LiBF4、和LiClO4中的一種或多種。在一些實(shí)施例中，可充電電池可包含由聚合物材料形成的隔板。在一個(gè)實(shí)施例中，隔板聚合物材料可包含一種或多種飽和烴類，諸如聚乙烯和聚丙烯。在一個(gè)實(shí)施例中，隔板可以充滿溶劑材料。在另一實(shí)施例中，溶劑材料可為碳酸酯，諸如碳酸亞乙酯和碳酸二乙酯。在一些實(shí)施例中，可充電電池可包含固體電解質(zhì)材料或凝膠電解質(zhì)材料，其可包含本領(lǐng)域已知的任何材料，包含:聚合物復(fù)合物，包括聚合物諸如聚氧化乙烯(PEO)或聚丙烯腈；以及鋰鹽，諸如LiPF6、LiBF4、和LiClO4中的一種或多種；以及填料。在一個(gè)實(shí)施例中，含有一種或多種化學(xué)阻滯劑(物類)的微囊體可被包含在電池的電解質(zhì)(例如，液體或凝膠)內(nèi)。在其它實(shí)施例中，含有一種或多種化學(xué)阻滯劑的微囊體可被包含在電池的電極(例如，液體或凝膠)中的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)。例如，參照圖1A，圖1A示出具有固態(tài)正電極(在放電上陰極)IOA的示例性薄膜鋰離子電池單體的示意，該固態(tài)正電極IOA可與可為含有液體電解質(zhì)12A (例如，例如LiPF6的鋰鹽的烴類溶液)的多孔或拉伸織造聚合物(例如，丙烯和乙烯)的隔板14相鄰，并且其也可與含有液體電解質(zhì)12B的固態(tài)負(fù)電極(在放電上陽極)10B相鄰。電極可包含例如11A、IlB的金屬集流器，主電極材料(例如，金屬氧化物陰極和石墨陽極)分別附接到所述金屬集流器。例如，主電極材料可為約100微米厚的多孔材料層并且包含例如由導(dǎo)電粘合劑保持在一起的I至約5微米直徑的顆粒。隔板14可具有小于例如約25微米的電極厚度的厚度。含有一種或多種化學(xué)阻滯劑的微囊體例如16可被包含在電池單體內(nèi)的任何位置，并且在一個(gè)實(shí)施例中在電極之間，例如，在隔板14內(nèi)或與隔板14分離，并且在一實(shí)施例中，可輔助維持在相應(yīng)的電極10AU0B之間的分離距離。參照圖1B，應(yīng)了解，在一些實(shí)施例中，具有環(huán)繞芯棒纏繞的長的單個(gè)負(fù)電極和正電極以形成由相應(yīng)的隔板例如14分離的單體例如IOA和IOB的鋰離子電池可被收容于疊層膜殼體15中。例如17A、17B的正端子和負(fù)端子可以被設(shè)置成在疊層膜殼體的外部延伸，如在本領(lǐng)域中所已知。在一些實(shí)施例中，所述一種或多種化學(xué)阻滯劑可為在電解質(zhì)和/或電極中可溶解的。在其它實(shí)施例中，所述一種或多種化學(xué)阻滯劑可包含有機(jī)的含磷化合物。在其它實(shí)施例中，所述一種或多種化學(xué)阻滯劑可為在電解質(zhì)和/或電極中不能溶解的和/或與電池的運(yùn)行化學(xué)不兼容的。在一些實(shí)施例中，所述一種或多種化學(xué)阻滯劑可包含金屬氫氧化物、齒代化合物、以及諸如三氧化銻的增效劑中的一個(gè)或多個(gè)。在其它實(shí)施例中，所述一種或多種化學(xué)阻滯劑可包含聚合添加劑，其可引起例如在熱失控狀況之前或期間在閾值溫度以上的液體電極和/或電解質(zhì)材料的聚合。在一個(gè)實(shí)施例中，所述一種或多種化學(xué)阻滯劑可包含呋喃和硫代乙酸S-苯脂(thioacetic acidS-phenyl ester)中的一個(gè)或多個(gè)。在其它實(shí)施例中，所述一種或多種化學(xué)阻滯劑可包含聚合添加劑，其引起液體電極和/或電解質(zhì)材料的聚合，并且在由熱事件觸發(fā)時(shí)從微囊體釋放。所述一種或多種化學(xué)阻滯劑可阻滯(減慢和/或停止)熱事件，諸如通過阻滯電池的僅目標(biāo)區(qū)域或一部分的正常電化學(xué)運(yùn)行，例如，通過關(guān)閉隔板中的孔隙(聚合堵塞孔隙)來增加電池的內(nèi)電阻，和/或阻滯熱事件的效果(例如，淬熄火焰)。該作用和結(jié)果也可作用在整個(gè)電池上。例如，在一些實(shí)施例中，在引起聚合反應(yīng)的一種或多種化學(xué)阻滯劑的釋放之后，例如，化學(xué)阻滯劑可為單體、預(yù)聚合物等，諸如但不限于異氰酸酯(isocynate)。產(chǎn)生膨脹空間的對應(yīng)的起泡作用可發(fā)生，該膨脹空間具有猝熄火焰的效果或熱失控事件的其它相關(guān)聯(lián)的后果。在其它實(shí)施例中，所述一種或多種化學(xué)阻滯劑可包含路易斯酸或堿，其可以用于引起非水液體電解質(zhì)溶劑中的聚合反應(yīng)，例如包括含有環(huán)的有機(jī)碳酸酯(其包括有碳酸亞乙酯和/或碳酸亞丙酯)的溶劑。例如，當(dāng)被暴露于在溫度的適度增加下的路易斯酸或堿時(shí)，環(huán)狀碳酸酯可經(jīng)歷開環(huán)聚合反應(yīng)。此外，CO2的釋放可伴隨這樣的聚合，進(jìn)一步增加到釋放的化學(xué)阻滯劑的熱阻滯劑效應(yīng)(例如，火焰淬熄)。在一些實(shí)施例中，應(yīng)了解，路易斯酸或堿成分，當(dāng)被封裝在微囊體內(nèi)時(shí)，可以保持不活躍直至在由化學(xué)和/或熱事件觸發(fā)之后從微囊體釋放為止。參照圖2A和圖2B，在一些實(shí)施例中，微囊體例如20可為中空的，包含由聚合物形成的外部殼體22、和中空核心23。在一個(gè)實(shí)施例中，微囊體的外殼體厚度22和/或中空核心23的尺寸可受到控制以控制被包含在核心內(nèi)的所述一種或多種化學(xué)阻滯劑的外擴(kuò)散，例如，基本上防止外擴(kuò)散或允許隨時(shí)間以相對慢的受控速率外擴(kuò)散。在另一實(shí)施例中，另外或可替代地，為了控制殼體厚度，微囊體殼體可具有單尺寸和/或多尺寸孔隙，例如，22A，用以控制所述一種或多種化學(xué)阻滯劑的外擴(kuò)散。例如，如在下文中解釋的，在一些實(shí)施例中，孔隙的尺寸可在諸如溫度上升到閾值溫度以上的觸發(fā)事件之后增加。參照圖2B，在一些實(shí)施例中，微囊體不必為圖2A中所描繪的球形，而在外形上可為半球形的、不對稱的、或橢圓形的。在其它實(shí)施例中，微囊體在外形上可為多邊形。在一些實(shí)施例中，殼體和/或孔隙的特性可被設(shè)計(jì)成在暴露于觸發(fā)事件之后改變，該觸發(fā)事件諸如溫度閾值或指示電化學(xué)驅(qū)動(dòng)熱事件的外部化學(xué)品的存在正在或即將在電池內(nèi)發(fā)生。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，孔隙的尺寸可以在溫度上升到閾值以上之后增加，從而允許在溫度閾值以上的所述一種或多種化學(xué)阻滯劑的相對快速釋放，同時(shí)基本上防止在溫度閾值以下的外擴(kuò)散。在其它實(shí)施例中，殼體的聚合物類型可經(jīng)選擇，例如設(shè)置有預(yù)定的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和/或殼體厚度，使得在溫度增加到閾值以上之后，殼體可以部分或完全地打開，和/或孔隙可以在尺寸上增加，使得所述一種或多種化學(xué)阻滯劑的相對快速釋放發(fā)生。在一些實(shí)施例中，中空聚合物微囊體可具有范圍從約0.1微米至約1000微米的外直徑。在其它實(shí)施例中，中空微囊體可具有范圍從約Inm至約500 nm的殼體厚度。在又一些其它實(shí)施例中，中空微囊體的殼體中可具有范圍從約Inm至約100 nm的孔隙尺寸。參照圖3，在再一些其它實(shí)施例中，例如26A、26B的微囊體的外直徑和形狀可經(jīng)選擇且經(jīng)定位，使得它們可具有維持在電池或超級電容器的部件諸如電池電極28A、28B或超級電容器隔板的隔板層24之間的預(yù)定間距的附加效果。在一些實(shí)施例中，所述一種或多種化學(xué)阻滯劑可通過允許所述一種或多種化學(xué)阻滯劑擴(kuò)散到微囊體的中空核心部分而合并在中空聚合物微囊體內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，微囊體可被最初形成為具有相對較大的孔隙尺寸(或臨時(shí)地形成在殼體中的開口)以允許所述一種或多種化學(xué)阻滯劑擴(kuò)散到微囊體的中空部中，接著隨后進(jìn)一步的聚合物交聯(lián)反應(yīng)(例如，通過暴露于啟動(dòng)進(jìn)一步的聚合物交聯(lián)的能量和/或化學(xué)品的進(jìn)一步的游離基聚合)以窄化和/或封堵孔隙以將所述一種或多種化學(xué)阻滯劑密封在微囊體內(nèi)。在其它實(shí)施例中，所述一種或多種化學(xué)阻滯劑可通過如下方式合并在中空聚合物微囊體內(nèi):用微噴射器注入，接著由進(jìn)一步聚合物交聯(lián)和/或部分熔化微囊體(例如，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg以上)密封臨時(shí)地產(chǎn)生的孔。中空核心微囊體可通過各種過程形成并且由各種聚合物形成。在一些實(shí)施例中，聚合物微囊體可通過如在美國專利6，720，007中概述的表面限制活性自由基聚合而形成，該美國專利以引用方式并入本文。例如，在一些實(shí)施例中，例如二氧化硅微球的實(shí)心模板(核心)可被用來將聚合物類子接枝到模板上并且促進(jìn)自由基聚合以在模板上形成聚合物殼體，接著溶解模板以留下中空核心聚合物微囊體(例如,微球)。在一些實(shí)施例中，中空聚合物微囊體可包含因聚合一個(gè)或多個(gè)單體形成的一種或多種聚合物，所述單體選自由下列組成的群:丙烯腈、苯乙烯、甲基丙烯酸苯甲基酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸乙酯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸環(huán)己酯、P-甲基苯乙烯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、異丁烯腈、甲基丙烯酸羥丙基酯、甲氧基苯乙烯、N-丙烯酰甘氨酰胺(N-acrylylglycinamide)、以及N-甲基丙烯酰甘氨酰胺(N-methacrylylglycinamide)。在其它實(shí)施例中，另外或可替代地，中空聚合物微囊體可包含共聚物(無規(guī)或嵌段)，其選自由下列組成的組:苯乙烯-PMMA、甲基丙烯酸苯甲基酯-PMMA、苯乙烯-PHEMA、苯乙烯-ΡΕΜΑ、苯乙烯-甲基丙烯酸酯、以及苯乙烯-丙烯酸丁酯。在一些實(shí)施例中，聚合物交聯(lián)的類型在量和類型上可變化以實(shí)現(xiàn)期望的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)健度，例如，用于在選定的溫度(例如，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg)下實(shí)現(xiàn)選擇的性質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，聚合物交聯(lián)(例如，尿烷相對于酯交鏈)的類型可更改(例如，在選定的溫度下改變孔隙尺寸和/或殼體開口)以實(shí)現(xiàn)微囊體的期望的性質(zhì)。在其它實(shí)施例中，微囊體可包含聚烯烴-接枝-PEG (聚乙二醇)共聚物，例如，其中共聚物可被接枝到微囊體模板上，接著自由基聚合。參照圖4，根據(jù)一示例性實(shí)施例的方法的示例性工藝流程。在步驟401中，含有熱事件化學(xué)阻滯劑的微囊體被設(shè)置在車輛電池內(nèi)。在步驟403中，熱觸發(fā)和/或化學(xué)觸發(fā)促使在電池內(nèi)的熱事件化學(xué)阻滯劑的相對快速釋放。在步驟405中，在電池內(nèi)的不期望的溫度上升被阻滯。在步驟407中，電池可維持一些可操作性以將車輛移動(dòng)車輛服務(wù)區(qū)。現(xiàn)在參照圖5，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可包含可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置，該可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置包含正電極50Α和負(fù)電極50Β，且隔板54在它們之間。正電極50Α、負(fù)電極50Β和/或隔板54中的每一個(gè)可包含多個(gè)不同類型的填料，所述填料包含但不限于微球56，微球可為實(shí)心或中空的并且包含在以上實(shí)施例中描述的材料、形狀記憶聚合物51、或諸如顆?；蚰垠w52的其它填料中的任一種。填料51、52、56可被配置和布置成觸發(fā)事件之后變得活躍，或釋放材料或改變形狀以增加正電極50A與負(fù)電極50B之間的距離，和/或釋放或激活化學(xué)阻滯劑，和/或釋放或激活電絕緣填料以減小電池中的電流密度。填料51、52和56可被配置和布置成使得，在觸發(fā)事件之后，正電極50A與負(fù)電極50B之間的距離增加。該可通過如下完成:增加隔板54的體積或厚度，使得在一個(gè)實(shí)施例中填料51、52、56在隔板中可以膨脹；或減小正電極50A或負(fù)電極50B中的一個(gè)或多個(gè)的體積或厚度，使得在一個(gè)實(shí)施例中在電極50A、50B中的至少一個(gè)中的填料51、52、56收縮、壓縮或萎陷或以其它方式改變形狀?，F(xiàn)在參照圖6，在一個(gè)實(shí)施例中，一種方法，包含:600，提供電池，該電池包含正電極和負(fù)電極以及在該正電極與該負(fù)電極之間的隔板；以及602，響應(yīng)于觸發(fā)事件，校正動(dòng)作(被動(dòng)地)發(fā)生，從而通過如下降低電池的溫度或降低電池中的電流密度:(I)增加該正電極與該負(fù)電極之間的距離，和/或(2)釋放或激活化學(xué)阻滯劑，和/或(3)釋放或激活電絕緣纖維以減小電池中的電流密度。本發(fā)明的實(shí)施例的以上描述僅是示例性的，并且因此，其變型不應(yīng)被視為偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置，包括: 布置在所述可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置內(nèi)的微囊體；以及 包含在所述微囊體內(nèi)的熱阻滯劑化學(xué)物類，其中所述微囊體適于在所述電荷存儲(chǔ)裝置的不穩(wěn)定的溫度上升之前或期間在被暴露于觸發(fā)事件時(shí)釋放所述化學(xué)物類。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電荷存儲(chǔ)裝置包括車輛電池和車輛超級電容器中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電荷存儲(chǔ)裝置包括鋰離子電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述鋰離子電池包括非水碳酸酯電解質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述碳酸酯選自由乙烯和聚丙烯組成的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微囊體被布置在包括所述電荷存儲(chǔ)裝置的電極和電解質(zhì)中的至少一個(gè)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微囊體被布置成與包括所述電荷存儲(chǔ)裝置的電極和分離器中的至少一個(gè)相鄰。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微囊體被夾在包括電極和分離中的至少一個(gè)的電池部件之間以維持分離距離。
9.一種避免或防止可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置中的熱失控的方法，包括: 提供布置在所述電荷存儲(chǔ)裝置內(nèi)的微囊體； 其中所述微囊體含有在所述微囊體內(nèi)的熱阻滯劑化學(xué)物類；以及在所述電荷存儲(chǔ)裝置的不期望的溫度上升之前或期間，在所述微囊體被暴露于觸發(fā)事件時(shí)，從所述微囊體釋放所述化學(xué)物類。
10.一種可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置，包括用于阻滯或防止所述可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置的熱失控的事件可觸發(fā)材料。
全文摘要
一個(gè)實(shí)施例包含可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置，包含布置在所述可再充電的電荷存儲(chǔ)裝置內(nèi)的微囊體；以及被包含在所述微囊體內(nèi)的熱阻滯劑化學(xué)物類，其中所述微囊體適于在所述電荷存儲(chǔ)裝置的不穩(wěn)定的溫度上升之前或期間在被暴露于觸發(fā)事件時(shí)釋放所述化學(xué)物類。
文檔編號(hào)H01G11/18GK103138016SQ20121050221
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者A.K.薩奇德夫, M.W.費(fèi)爾布呂格, T.C.彼得森, W.R.羅杰斯, H.G.基亞, H.W.科克斯, P.D.法蘇洛, I.A.盧梭, T.謝 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司