技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉一種電池防護(hù)裝置和防護(hù)裝置的制備，具體涉及一種電池?zé)崾Э胤雷o(hù)件及其制備方法和模具。

背景技術(shù)：
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廣泛應(yīng)用的鋰離子電池時(shí)有發(fā)生火災(zāi)的事故，引發(fā)相關(guān)產(chǎn)品的大規(guī)模召回，給用戶帶來安全隱患、給鋰離子電池有關(guān)的企業(yè)、行業(yè)均帶來了重大的直接經(jīng)濟(jì)損失。

某些濫用條件下(如過充、高溫、短路等)鋰離子電池容易發(fā)生熱失控，此過程中電池的內(nèi)部和表面溫度會(huì)驟然上升至幾百度，電池以燃燒或爆炸的形式完成能量的釋放，最終電池結(jié)構(gòu)被破壞、電性能喪失。現(xiàn)階段，鋰離子電池大量應(yīng)用于電動(dòng)汽車或儲(chǔ)能領(lǐng)域，使得鋰離子電池常常以電池組或電池模塊的形式應(yīng)用于所屬領(lǐng)域內(nèi)，單體電池產(chǎn)生的燃燒或爆炸現(xiàn)象常常也會(huì)使其周圍的電池受到影響，某塊單體電池?zé)崾Э乜赡芤l(fā)其周圍多塊電池同樣發(fā)生燃燒爆炸現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致整個(gè)電池組或模塊的大規(guī)模熱失控及安全事故的產(chǎn)生。

單體電池的熱失控不可避免時(shí)，應(yīng)采取一切措施阻止鋰離子電池?zé)崾Э爻霈F(xiàn)連鎖反應(yīng)。現(xiàn)在一般將由外界激勵(lì)(充電、針刺、加熱等)發(fā)生爆炸的電池稱為主動(dòng)電池(initiativebattery,ib)，將由主動(dòng)電池爆炸引起的發(fā)生爆炸或損壞的電池成為被動(dòng)電池(passivebattery,pb)。

鋰離子電池發(fā)生熱失控時(shí)，會(huì)釋放出大量熱量，常常伴隨著燃燒或爆炸現(xiàn)象。阻燃材料不僅能夠阻斷電池?zé)崾Э貢r(shí)釋放出的熱量，防止電池將過高的溫度傳播給周圍的其他電池；而且還能夠抑制火焰的傳播，極大的降低或控制了由燃燒帶來的一系列安全事故；同時(shí)，通過合理的布置，一定形狀和數(shù)量的阻燃材料還能夠衰減電池爆炸時(shí)帶來的能量沖擊，最大限度的保護(hù)周圍電池以及相關(guān)人員設(shè)備的安全。

現(xiàn)有的鋰離子電池的阻燃材料多以涂覆的方式涂覆在鋰離子電池內(nèi)部的正負(fù)極極片、隔膜上，這種方法雖然能對(duì)鋰離子電池的起火燃燒起到了部分的減緩或遏制作用，但由于布置于電池內(nèi)部有限的空間內(nèi)，阻燃材料的形狀和質(zhì)量都受到影響，一般涂覆層厚度僅為0.5-10μm，導(dǎo)致阻燃效果并不理想，同時(shí)，由于阻燃涂層涂覆與電池正負(fù)極片或隔膜上，勢(shì)必會(huì)對(duì)電池本身容量、功率性能或其他電學(xué)性能造成影響。此外，還有將阻燃劑作為添加劑添加到鋰離子電池的電解液中的方法，以控制或阻斷鋰離子電池?zé)崾Э貢r(shí)產(chǎn)生的火焰，此方法同樣將阻燃材料設(shè)于電池內(nèi)部，降低了阻燃效果，且不利于電池電解液的離子電導(dǎo)，從而導(dǎo)致電池電學(xué)性能的下降。此外，還有將鋰離子電池封裝于密閉的剛性腔體中，內(nèi)部通入惰性氣體的方法，這種方法雖然能夠有效遏制鋰離子電池?zé)崾Э氐膫鞑?，但?duì)腔體的強(qiáng)度和密封性能要求都較高，且沉重的剛性外殼、繁瑣的過程以及較高的成本構(gòu)成了這種方法的推廣和使用的瓶頸。

因此，需要提供一種技術(shù)方案來克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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為保證電池系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，克服當(dāng)個(gè)別單體電池出現(xiàn)安全問題導(dǎo)致發(fā)生燃燒爆炸等極端現(xiàn)象，使得電池安全事故擴(kuò)大和發(fā)生熱失控連鎖反應(yīng)的缺陷，本發(fā)明提出了一種防止鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑サ姆雷o(hù)件，所述電池為單個(gè)電池或電池組，其改進(jìn)之處在于，所述防護(hù)件由隔熱單元組成，所述隔熱單元包括兩端開口的長(zhǎng)方體，所述長(zhǎng)方體相對(duì)的側(cè)壁內(nèi)平行設(shè)有與該單元的軸向平行的通道，所述通道垂直貫通與所述側(cè)壁垂直的壁。

優(yōu)選技術(shù)方案為，所述隔熱單元設(shè)有溫度報(bào)警器用于達(dá)到閾值溫度時(shí)報(bào)警。

優(yōu)選技術(shù)方案為，所述通道橫截面為圓弧形、v形或凹形。

優(yōu)選技術(shù)方案為，所述隔熱單元的壁為疊層結(jié)構(gòu)，所述疊層包括外層、中間層和內(nèi)層。

優(yōu)選技術(shù)方案為，所述外層為隔溫板，所述中間層為阻燃板，所述阻燃板為直徑小于等于5.5mm的聚乙烯醇顆粒、高嶺土和氧化石墨加熱溶化后壓制而成的板。

優(yōu)選技術(shù)方案為，所述內(nèi)層為澆注框，所述澆注框由阻燃材料制得，所述阻燃材料由重量份計(jì)的下述成分組成：阻燃材料載體40-70份、填充劑20-30份、阻燃劑20-40份、其他添加劑5-10份。

優(yōu)選技術(shù)方案為，所述阻燃材料載體為聚丙烯；所述填充劑為碳酸鎂；所述阻燃劑為氫氧化鋁、氫氧化鎂、三氧化二銻、tcpp、十溴二苯乙烷、六溴環(huán)十二烷中的一種或幾種；所述其他添加劑為玻璃纖維。

優(yōu)選技術(shù)方案為，所述隔熱單元內(nèi)部放置鋰離子電池。

本發(fā)明還提出了一種鋰離子電池防護(hù)件制造方法包括如下步驟：

步驟一：組裝模具；

步驟二：制備阻燃材料，將阻燃材料注入模具；

步驟三：冷卻脫模；

步驟四：將澆注成型的框與阻燃板壓制成一體結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選技術(shù)方案為，所述模具包括圍板、底板和電池模型，其中，所述電池模型尺寸大于或等于鋰離子電池大小一致；

所述步驟二包括：將阻燃材料加熱至260℃，分3-5次注入模具組中，每次注入時(shí)間2分鐘，注入間隔為30分鐘；

所述步驟三包括：將澆鑄好的模具及阻燃材料于25℃下擱置至室溫，待阻燃材料結(jié)構(gòu)成型；將澆鑄模具拆解，依次拆解圍板、電池模型和底板，將澆鑄完成的阻燃材料結(jié)構(gòu)取出。

本發(fā)明還提出了一種制備權(quán)利要求1所述防護(hù)件的模具，具包括：上端開口的外殼以及置于外殼底板上電池模型電池模型，構(gòu)成所述外殼側(cè)壁的四塊圍板中至少有一個(gè)圍板采用鋼條與鋼板焊接而成，所述外殼底板包括兩層鋼板以及設(shè)于鋼板間的支撐柱。

優(yōu)選技術(shù)方案為，所述四個(gè)圍板通過連接件活動(dòng)連接；

優(yōu)選技術(shù)方案為，所述電池模型為與所述底板相互獨(dú)立設(shè)置的剛性件；

優(yōu)選技術(shù)方案為，所述底板和四個(gè)圍板的內(nèi)壁均為粗糙度ra<0.8μm的拋光面。

和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：

1、防護(hù)件由隔熱單元組成，可以根據(jù)實(shí)際使用需要對(duì)隔熱單元任意組合使用，充分利用了阻燃材料的阻燃隔熱特性以及密度小質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種有效阻止鋰離子電池?zé)崾Э貍鞑サ淖枞冀Y(jié)構(gòu)。

2、隔熱單元側(cè)壁為疊層結(jié)構(gòu)提高了防護(hù)件的安全性能，尤其是內(nèi)層阻燃結(jié)構(gòu)制備過程采用澆鑄的方式，保證阻燃材料能夠以特性的形狀和結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，充分發(fā)揮阻燃隔熱特性。同時(shí)，澆鑄方法簡(jiǎn)單易行，便于實(shí)現(xiàn)。

3、內(nèi)層阻燃澆注框制備所用模具圍板上焊接有鋼條，使得內(nèi)層結(jié)構(gòu)與電池接觸部分為特殊的凹凸不平型，這種結(jié)構(gòu)不僅保證了電池發(fā)生熱失控時(shí)周圍的阻燃材料能夠有效的阻隔和削弱熱量，更為重要的是，保證電池在正常工作過程中產(chǎn)生的熱量能及時(shí)通過空氣對(duì)流的方式消散。

附圖說明

圖1為隔熱單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為電池防護(hù)件的結(jié)構(gòu)識(shí)圖；

圖3為電池防護(hù)件內(nèi)層澆注框制備模具結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圍板與鋼條布置間距及方式圖；

圖5為模具底板結(jié)構(gòu)及電池模型細(xì)節(jié)圖；

圖6為防護(hù)件與電池配合情況示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

1-通道；2-側(cè)壁；3-電池槽；4-圍板4；5-底板；6-電池模型；7-螺栓；8-螺母；9-鋼條；10-支撐柱。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明中一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所有獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案做詳細(xì)說明。

實(shí)施例一

如圖1-3所示，為本發(fā)明提供的一種電池?zé)崾Э胤雷o(hù)件及其制備方法和模具的結(jié)構(gòu)示意圖，防護(hù)件可以由一個(gè)或多個(gè)隔熱單元組成，組合方式可根據(jù)實(shí)際需要自行確定，隔熱單元為長(zhǎng)方體形，長(zhǎng)方體為一組平行面開口形的長(zhǎng)方體框架，長(zhǎng)方體相對(duì)的一組側(cè)壁內(nèi)平行設(shè)有與隔熱單元的軸向平行的通道1，通道1垂直貫通與長(zhǎng)方體設(shè)有通道的側(cè)壁垂直的壁；長(zhǎng)方體的側(cè)臂為疊層結(jié)構(gòu)，疊層結(jié)構(gòu)包括外層、中間層和內(nèi)層，其中外層為隔溫板、中間層為阻燃板，內(nèi)層為澆注框。

隔熱單元設(shè)有溫度報(bào)警器用于達(dá)到閾值溫度時(shí)報(bào)警，此處溫度預(yù)警裝置作為獨(dú)立的模塊加裝在阻燃材料結(jié)構(gòu)外部，用于偵測(cè)阻燃材料在承受電池?zé)崾Э匾院蟮臒崃W(xué)特性，此溫度報(bào)警器具有以下特性：當(dāng)阻燃材料結(jié)構(gòu)溫度達(dá)到100℃時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信息，提示為黃色報(bào)警級(jí)別；當(dāng)阻燃材料結(jié)構(gòu)溫度達(dá)到200℃時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信息，提示為橙色報(bào)警級(jí)別；當(dāng)阻燃材料結(jié)構(gòu)溫度超過250℃時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信息，提示為紅色報(bào)警級(jí)別。

通道1位于隔熱單元疊層結(jié)構(gòu)壁內(nèi)層，即澆注框的一組平行內(nèi)壁上，且垂直貫通與其所在內(nèi)壁垂直的另一組側(cè)壁，通道1的橫截面為圓弧形、v形或凹形。

中間層阻燃板為直徑小于等于5.5mm的聚乙烯醇顆粒、高嶺土和氧化石墨加熱溶化后壓制而成的板。

內(nèi)層澆注框由阻燃材料制得，阻燃材料由重量份計(jì)的下述成分組成：阻燃材料載體40-70份、填充劑20-30份、阻燃劑20-40份、其他添加劑5-10份。

優(yōu)選為阻燃材料由重量份計(jì)的下述成分組成：阻燃材料載體40份、填充劑25份、阻燃劑30份、其他添加劑5份。

阻燃材料載體為聚丙烯；填充劑為碳酸鎂；阻燃劑為氫氧化鋁、氫氧化鎂、三氧化二銻、tcpp、十溴二苯乙烷、六溴環(huán)十二烷中的一種或幾種；所述其他添加劑為玻璃纖維。

實(shí)施例二

如圖3所示，為電池防護(hù)件內(nèi)層澆注框制備模具結(jié)構(gòu)示意圖，模具由不銹鋼或其他熔點(diǎn)高于500℃的金屬或其合金制得，包括：四個(gè)圍板4、垂直于圍板4的底板5、電池模型6、以及四周所用螺栓7和螺母8。

其中，圍板4由90根長(zhǎng)方體形鋼條與一塊鋼板焊接而成，鋼條焊接間距與分布如圖4所示。其中一個(gè)圍板4上方左右對(duì)稱開兩個(gè)與螺栓7和螺母8相配合的圓孔，下方也左右對(duì)稱開兩個(gè)與螺栓7和螺母8相配合的圓孔。

其中，四個(gè)圍板4均為厚度相同的鋼板，上下方均開兩個(gè)與螺栓7和螺母8相配合的左右對(duì)稱的圓孔，螺栓7和螺母8為相互配合的結(jié)構(gòu)，螺栓長(zhǎng)度根據(jù)圍板4間距調(diào)整。

如圖5所示，為模具底板結(jié)構(gòu)及電池模型細(xì)節(jié)圖，底板5為由兩塊鋼板構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)，層間四角布置有四個(gè)均勻分布的相同的支撐柱10作為支撐，且支撐柱10上下端面與上下鋼板通過焊接連接，電池模型6為與布置阻燃材料的鋰離子電池等尺寸的剛性長(zhǎng)方體，電池模型6與底板5之間相互獨(dú)立，不采用連接。

其中，對(duì)焊接鋼條的圍板4每根鋼條除焊接面以外其他5端面、剩余三個(gè)圍板4的內(nèi)壁側(cè)、底板5上層鋼板頂面、電池模型6各電池四周端面進(jìn)行拋光處理，使得表面粗糙度ra<0.8μm。

如圖6所示，為防護(hù)件與鋰離子電池配合情況示意圖，澆注框制造包括以下步驟：步驟一：組裝模具；步驟二：制備阻燃材料，將阻燃材料注入模具；步驟三：冷卻脫模。

步驟一具體包括：將阻燃材料澆鑄模具組裝好，所述模具包括圍板、底板和電池模型，其中，所述電池模型尺寸大于或等于鋰離子電池大小一致；

步驟二具體包括：將阻燃材料加熱至260℃，分3-5次注入模具組中，每次注入時(shí)間2分鐘，注入間隔為30分鐘；

步驟三具體包括：將澆鑄好的模具及阻燃材料于25℃下擱置至室溫，待阻燃材料結(jié)構(gòu)成型；將澆鑄模具拆解，依次拆解圍板、電池模型和底板，將澆鑄完成的阻燃材料結(jié)構(gòu)取出。

本發(fā)明利用阻燃材料的阻燃隔熱特性，對(duì)防護(hù)件內(nèi)層采用澆鑄的方法將其以特定形狀和質(zhì)量布置于電池周圍，保障電池在發(fā)生熱失控時(shí)不會(huì)引起其他電池出現(xiàn)連鎖反應(yīng)，擴(kuò)大安全事故。同時(shí)，在阻燃隔熱的同時(shí)又以特殊的設(shè)計(jì)保證了電池在正常使用過程中的散熱和熱量管理問題。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本申請(qǐng)的技術(shù)方案而非對(duì)其保護(hù)范圍的限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請(qǐng)后依然可以對(duì)申請(qǐng)的具體實(shí)施方式進(jìn)行種種變更、修改或者等同替換，但這些變更、修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。