惰化含鋰電池和相關(guān)容器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開一般地涉及含鋰電池和容納鋰離子電池的容器，所述鋰離子電池已經(jīng)被單 獨(dú)的六氟化硫（SF 6)或六氟化硫（SF6)與其他惰性氣體的混合物惰化。本公開也涉及用單 獨(dú)的3?6或SF 6與其他惰性氣體的混合物惰化含鋰電池和容納含鋰電池的容器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池是可再充電電池類型的家族的成員，在鋰離子電池中，鋰離子在放電 期間從陽極移動到陰極，并且在充電時從陰極移動回到陽極。鋰離子電池在許多消費(fèi)電子 產(chǎn)品中是常用的，因為它們是用于便攜式電子產(chǎn)品的可再充電電池中最流行的類型之一。
[0003] 將鋰離子電池并入增加范圍的產(chǎn)品的增長的普及可能至少部分基于下列事實：鋰 離子電池具有最好的能量密度之一、沒有（或最小的）記憶效應(yīng)和未使用時電荷僅緩慢損 失。通過利用鋰，鋰離子電池具有小的比重和高的電化學(xué)反應(yīng)性，其可存儲其他可再充電電 池例如Ni-Cd或Ni-MH電池的能量的二到三倍。除了消費(fèi)性產(chǎn)品，鋰離子電池在汽車工業(yè) 和航空航天應(yīng)用中的普及也在增長，因為相對輕量的鋰離子電池可提供與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池 相同或相似的電壓而沒有鉛酸蓄電池相關(guān)的"額外的"重量。
[0004] 盡管鋰離子電池有積極的特性，但是已經(jīng)有與它們的用途相關(guān)的擔(dān)憂。鋰離子電 池引起的不期望的加熱和著火已經(jīng)被稱為"熱失控"。在這種情況下，例如，單個電池中的受 損的隔板（compromised separator)可導(dǎo)致內(nèi)部短路，其引起電池的嚴(yán)重的內(nèi)部加熱直到 受損的電池（compromised cell)放出熱氣和內(nèi)部（易燃的）電池材料。不幸地，嚴(yán)重的加 熱和/或從受損的電池排放材料可經(jīng)常提供足夠的熱到鄰近的電池，引起鄰近的電池也開 始排放熱氣和內(nèi)部（易燃的）電池材料。
[0005] 熱失控的一些原因包括內(nèi)部短路（如之前提到的）、電池的過度充電，或二者的結(jié) 合。過度充電導(dǎo)致電池的陰極一側(cè)的加熱。在向鋰離子電池充電時，鋰離子被從陰極材料 中拉出并插入陽極材料。然而，在此過程中，鋰離子被從中提取的陰極材料在晶體結(jié)構(gòu)方面 變得不穩(wěn)定。在通常情況下，控制鋰離子電池以便從陰極提取的鋰離子的量不超過一定的 水平。然而如果發(fā)生過度充電，過度水平的鋰離子從陰極材料被拉出并且導(dǎo)致陰極材料的 晶體結(jié)構(gòu)倒塌，導(dǎo)致放熱反應(yīng)的發(fā)展。從此反應(yīng)產(chǎn)生的熱可啟動鄰近電池的相繼排放（例 如，熱失控）。
[0006] 用于處理熱失控的目前的方法通常依賴于使用包含相變材料的凝膠包（gel packs)。這種方法依賴于在一個或多個含鋰蓄電池組電池的組間的物理界面插入凝膠包。 例如，包含相變材料的凝膠包可包裹在每一個蓄電池組電池周圍以吸收從有故障的蓄電池 組電池產(chǎn)生的熱。通常，凝膠包利用含水的水凝膠作為相變材料，其中儲存在水凝膠中的水 一經(jīng)蓄電池組電池的過熱進(jìn)行蒸發(fā)。也就是說，水凝膠中的水蒸發(fā)以能夠從過熱電池吸收 大量的熱以減小含鋰電池的熱失控的可能性。然而使用凝膠包中的相變材料遭受很多缺 點。盡管如此，例如，一個蓄電池組電池的故障從電池釋放含鋰電解質(zhì)氣體，暴露鋰金屬到 周圍空氣中的濕氣，其產(chǎn)生易燃的氫氣。此外，如果凝膠包覆蓋電池的表面不充分，熱失控 仍可發(fā)生。也就是說，凝膠包只能提供單個電池的局部直接表面覆蓋，這可能嚴(yán)重地限制這 種系統(tǒng)解決蓄電池組電池中溫度峰值的能力。與凝膠包的使用相關(guān)的表面區(qū)域覆蓋缺點限 制了這種處理熱失控的方法的有效性。
[0007] 至少因為這些原因，仍然需要防止和/或抑制含鋰電池和容納含鋰電池的容器中 的熱失控的方法。
[0008] 簡述
[0009] 根據(jù)本公開的一個方面，提供了惰化鋰離子電池和/或抑制含鋰器件中的熱失控 的方法。有利地，公開的實施包括將來自含鋰器件中的電解質(zhì)釋放與惰性氣體（或惰性氣 體的混合物）接觸，并且驅(qū)散電解質(zhì)釋放的環(huán)境溫度。有利地，本公開提供了抑制含鋰電池 中的熱失控的方法，包括通過殼中的至少一個孔將六氟化硫加入封閉含鋰電池的該殼的內(nèi) 部隔間，并且從內(nèi)部隔間置換氧氣。例如，含鋰電池可被放置在或位于外殼（例如金屬外 殼）內(nèi)。外殼可限定其中容納一個或多個不透氣地密封的含鋰蓄電池組電池的內(nèi)部隔間。 外殼也可優(yōu)選地包括至少一個孔（例如，閥或活動口（capable port))。優(yōu)選地，孔可根據(jù) 需要打開或關(guān)閉以能夠添加或提取材料（例如，氣體）進(jìn)出內(nèi)部隔間。在某些方面，例如，通 過所述至少一個孔添加惰性氣體（例如，六氟化硫）到內(nèi)部隔間（其優(yōu)選已經(jīng)含有待惰化 的鋰離子電池）的步驟。在某些方面，含鋰電池包括單個鋰離子蓄電池組電池、電池組一一 其包括多個單獨(dú)的容納在電池組內(nèi)部的鋰離子蓄電池組電池，或其結(jié)合。在某些方面，外殼 可包括在其中封閉一個或多個單獨(dú)的含鋰電池的電池組殼。在這方面，單獨(dú)的電池組可被 惰化并用在適合含鋰電池的種類繁多的應(yīng)用中（例如，飛機(jī)、汽車、電子消費(fèi)品、有動力裝 置的醫(yī)療器械，等等）。
[0010] 根據(jù)本公開的進(jìn)一步方面，提供了惰化包括鋰材料的容器（例如，裝運(yùn)容器或存 儲容器）的方法。有利地根據(jù)這些方面，惰化容器的方法包括放置至少一種鋰材料（例如， 含鋰電池）到可密封容器內(nèi)部，并加入六氟化硫到所述可密封容器的內(nèi)部隔間，使得鋰材 料直接或間接地被六氟化硫（SF 6)包圍。在一些實施中，包含在可密封容器內(nèi)的鋰材料包 括一個或多個鋰離子電池（例如，單個電池（一個或多個）或電池組（一個或多個））?？?密封容器優(yōu)選地包括至少一個孔（例如，閥），通過所述孔，來自內(nèi)部隔間中的空氣可以被 排出和/或加入sf6到內(nèi)部隔間。
[0011] 根據(jù)本公開的進(jìn)一步方面，提供了用于抑制含鋰器件內(nèi)的熱失控的方法，包括使 來自含鋰器件的含鋰電解質(zhì)氣體釋放與六氟化硫反應(yīng)并產(chǎn)生不揮發(fā)的硫化鋰和氟化鋰固 體的步驟。
[0012] 根據(jù)本公開的進(jìn)一步方面，提供了惰化的物品。根據(jù)本公開的某些方面，物品可包 括外部可密封殼或外殼、容納在外部可密封殼內(nèi)的鋰材料（例如，含鋰電池）和位于所述外 部可密封殼內(nèi)的SF 6。優(yōu)選地，鋰材料包括一個或多個鋰離子電池（例如，一個或多個單獨(dú) 的鋰離子蓄電池組電池、一個或多個鋰離子電池組，等等）。在某些方面，物品包括裝運(yùn)容 器、存儲容器、單獨(dú)包裝的蓄電池組電池，或電池組。例如，根據(jù)本公開的方面，一些物品包 括一個或多個被進(jìn)一步密封在充滿SF6的容器（例如，存儲/裝運(yùn)容器或電池組外殼）內(nèi) 的封閉的含鋰電池（例如，鋰離子蓄電池組電池）。
[0013] 根據(jù)本公開的進(jìn)一步方面，提供了輸送式（例如，泵送、吹送等等）環(huán)形冷卻裝置 和系統(tǒng)。在某些方面，該裝置和/或系統(tǒng)一般地包括本文描述的物品，其操作性地連接到熱 交換器（例如，散熱器），并且優(yōu)選連接到氣體輸送設(shè)備（例如，泵、鼓風(fēng)機(jī)等等）。例如，物 品可包括一個或多個容納在或位于外部殼（例如，電池組外殼/殼、裝運(yùn)容器、存儲容器等 等）的含鋰電池（例如，鋰離子電池）。外部殼可至少包括進(jìn)入孔和排出孔。外部殼可一 般地限定物品的內(nèi)部隔間，并且一個或多個鋰離子電池可放置在其中。此外，外部殼和一個 或多個含鋰電池（例如，鋰離子電池）限定其間的自由空間。此自由空間優(yōu)選地充滿惰性 氣體（例如，sf6)。熱交換器包括至少一個熱交換器入口，其與物品的外部殼的排出孔流體 連通，和至少一個熱交換器出口，其與外部殼的進(jìn)入孔流體連通。優(yōu)選地，裝置和/或系統(tǒng) 還包括氣體輸送設(shè)備，其與熱交換器和物品二者都流體連通。在這方面，裝置和/或系統(tǒng)可 包括包含或密封（優(yōu)選在正壓下）在其中的惰性氣體（例如，sf6)。因此，裝置和/或系統(tǒng) 可被充滿惰性氣體（例如，sf6)，并且被外部殼和一個或多個含鋰電池（例如，鋰離子電池） 限定的自由空間被充滿惰性氣體（例如，sf6)。因此，這些方面提供與一個或多個含鋰電池 (例如，單獨(dú)的鋰離子蓄電池組電池或鋰離子電池組）的外部直接接觸的SF 6 (例如）。
[0014] 根據(jù)本公開的另一方面，提供了用于遏制和熄滅火的物品。有利地物品可包括 六氟化硫氣體所處的可密封容器（例如，剛性盒結(jié)構(gòu)（rigidbox structure)、柔性袋結(jié)構(gòu) (flexible bag structure)等等）。可密封容器可根據(jù)需要打開或關(guān)閉。優(yōu)選地，放置物 品的開口使得SF6不從可密封容器泄露，然后使容器對周圍空氣開放。根據(jù)一些方面，物品 可配置以容納或裝有多個常用的便攜式消費(fèi)產(chǎn)品（例如，電話、筆記本電腦、工具等等