CN114069116A - 一种锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法，该方法包括以下步骤：步骤S1合金片制备：裁剪两块铟锡铋合金片；步骤S2；将封装材料涂抹至铟锡铋合金片的边侧部；步骤S3装料；当阻燃材料为固体时，铟锡铋合金片边侧部预留边框并将阻燃材料置于边框内部；当阻燃材料为液体时，两片铟锡铋合金片合盖且其中三边加热软化后冷却形成预制封装袋；步骤S4：将两个铟锡铋合金片未密封的周边涂抹聚氯乙烯和聚乙烯，再将聚氯乙烯和聚乙烯加热软化，最后自然冷却，形成封装胶囊。本封装包实现了对电池热管理的分级调控，有效地按照不同的热管理情况对电池进行管理，并且针对电池的热失控风险设置了三道防线，相比传统的封装方法安全性更高。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体是一种锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法。
背景技术
化石能源的局限性催生了新能源汽车。锂离子电池作为二次电池，具有比能量高、循环性能好和环境友好等特点。因此，在新能源汽车大行其道的今天，锂离子电池已经成为汽车行业不可或缺的工业产品。但锂离子电池性能不稳定所带来的困境让电动汽车的推广迟迟无法全面进行。由于锂离子的化学特性，锂离子电池在恶劣工况或是碰撞、过压、过热等环境下可能发生热失控的现象。此外，电池的不当使用，比如短路、过充等，也有可能造成电池失效，引发热失控、着火甚至是***等危险现象。
因此，电池安全防护的任务被提上议事日程。
对于电池热失控的管理方式在科研领域已经有了相当多的实例，目前较为可行的方案包括胶囊电池阻燃包。将阻燃物质以胶囊的形式封装在电池里，形成阻燃封装包，以温度作为触发条件，对电池的安全性能进行管理。
这种阻燃封装包利用以有机高分子材料聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的外包装对电池反应进行安全性调控。通过软化温度与电池热管理温度相接近的粘性材料，比如聚乙烯等对有机材料，比如聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的封装外壳进行粘合。这种阻燃封装包可以在电池内部反应过激而导致温度失控时软化破裂并释放出封装包内的阻燃物质，达到抑制热失控的目的。如果热失控过于剧烈而导致电池内部温度在短时间内迅速上升，胶囊本体也会随之软化溶解，大量释放出阻燃物质，直接将电池毒化，阻碍燃烧、***等恶性事故的发生。但是传统方式封装的阻燃胶囊对热失控不能分级调控，只在热失控危险温度起始工作。一旦其开始工作，其对电池的破坏性较强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法，以解决不能分级调控的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法，包括以下步骤：
步骤S1合金片制备：裁剪两块相同尺寸的铟锡铋合金片；
步骤S2；将封装材料均匀地以一定的宽度涂抹至铟锡铋合金片的边侧部；
步骤S3装料；当阻燃材料为固体时，铟锡铋合金片边侧部预留一定宽度的边框并将阻燃材料置于边框内部；当阻燃材料为液体时，两片铟锡铋合金片合盖且其中三边加热软化后冷却形成预制封装袋，将阻燃材料由预制封装袋的未软化的一边注入预制封装袋内；
步骤S4：将两个铟锡铋合金片未密封的周边涂抹聚氯乙烯和聚乙烯，再将聚氯乙烯和聚乙烯加热软化，最后自然冷却，形成封装胶囊。
在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：
在一种可选方案中：所述步骤S1中的两块铟锡铋合金片的尺寸为15mm×15mm×0.1mm，且边角处为圆角设置。
在一种可选方案中：步骤S2中封装材料涂抹的宽度为2mm。
在一种可选方案中：所述步骤S2中的封装材料为对苯甲酸乙二醇酯。
在一种可选方案中：所述S3中放置阻燃材料前后需称重并确定阻燃材料质量。
在一种可选方案中：所述步骤S3中，在阻燃材料为固体时，铟锡铋合金片边侧预留的边框宽度为1mm。
在一种可选方案中：在所述步骤S4中，当阻燃材料为固体时，聚氯乙烯涂抹在铟锡铋合金片其中一对位置相对应的边侧上，聚乙烯涂抹在铟锡铋合金片另外一对位置相对应的边侧上。
在一种可选方案中：在所述步骤S4中，当阻燃材料为液体时，将未封口的一端按照1:2的比例分为两部分，在第一部分和第二部分分别均匀涂抹聚氯乙烯和聚乙烯。
在一种可选方案中：所述加热软化的温度为170℃。
相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
1、阻燃封装包以铟锡铋合金为主体材料，采用粘性有机高分子材料对四周进行封口。这种粘性有机高分子材料的软化温度应当与热管理各个等级所要求的温度相对应，这样，阻燃封装包就可以实现对电池热管理的分级调控；
2、本封装包实现了对电池热管理的分级调控，有效地按照不同的热管理情况对电池进行管理，具有更好的实用性能，并且针对电池的热失控风险设置了三道防线，相比传统的封装方法安全性更高。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中的实施例1中铟锡铋合金片结构示意图。
图2为本发明的一个实施例中的实施例2中铟锡铋合金片结构示意图。
附图说明：第一部分区域1、第二部分区域2、第三部分区域3。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明；在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的标号，并且在实际应用中，各部件的形状、厚度或高度可扩大或缩小。本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。
一种锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法，包括以下步骤：
步骤S1合金片制备：裁剪两块相同尺寸的铟锡铋合金片；
步骤S2；将封装材料均匀地以一定的宽度涂抹至铟锡铋合金片的边侧部；
步骤S3装料；当阻燃材料为固体时，铟锡铋合金片边侧部预留一定宽度的边框并将阻燃材料置于边框内部；当阻燃材料为液体时，两片铟锡铋合金片合盖且其中三边加热软化后冷却形成预制封装袋，将阻燃材料由预制封装袋的未软化的一边注入预制封装袋内；
步骤S4：将两个铟锡铋合金片未密封的周边涂抹聚氯乙烯和聚乙烯，再将聚氯乙烯和聚乙烯加热软化，最后自然冷却，形成封装胶囊。
所述步骤S1中的两块铟锡铋合金片的尺寸为15mm×15mm×0.1mm，且边角处为圆角设置。
步骤S2中封装材料涂抹的宽度为2mm。
所述步骤S2中的封装材料为对苯甲酸乙二醇酯。
所述S3中放置阻燃材料前后需称重并确定阻燃材料质量。
所述步骤S3中，在阻燃材料为固体时，铟锡铋合金片边侧预留的边框宽度为1mm。
在所述步骤S4中，当阻燃材料为固体时，聚氯乙烯涂抹在铟锡铋合金片其中一对位置相对应的边侧上，聚乙烯涂抹在铟锡铋合金片另外一对位置相对应的边侧上。
在所述步骤S4中，当阻燃材料为液体时，将未封口的一端按照1:2的比例分为两部分，在第一部分和第二部分分别均匀涂抹聚氯乙烯和聚乙烯。
所述加热软化的温度为170℃。
实施例1
当阻燃材料为固体时，封装工作和阻燃物质填充工作可以同时进行。
在这里，我们以固体阻燃物质红磷为例，参照附图1；
取两片尺寸为15mm×15mm×0.1mm（圆角为R2）的铟锡铋合金片；铟锡铋合金片周边均匀地以0.2mm的宽度涂抹对苯甲酸乙二醇酯，为了方便描述，将正方形金属片的四条边按照顺时针顺序分别命名为A、B、C和D；正方形四边分别留出1mm的宽度作为边框，在边框内部用均匀放置一定质量的红磷作为阻燃物质。
放置前后称重，确定阻燃物质质量。称重完成后在合金片的边框沿边框外侧以0.2mm为宽度，均匀地在A、C两边上涂抹聚氯乙烯，在B、D两边上涂抹聚乙烯，作为阻燃封装材料。
涂抹完成之后将第二片合金片附着在涂抹有封装材料的合金片上；合金片的四周通过170℃温度使阻燃封装材料软化，便于粘连两片合金片；然后自然冷却，形成封装胶囊；
实施例2
当阻燃物质为液体时，需要先用铟锡铋合金制成预制的金属膜袋，再灌入液态的阻燃物质，然后对胶囊进行封装。
在这里，我们以液体阻燃物质磷酸二甲酯为例，参照附图2；
取两片尺寸为15mm×15mm×0.1mm的铟锡铋合金片；在一片合金片的三面均匀地以0.2mm的宽度涂抹对苯甲酸乙二醇酯，如附图2中第三部分区域3。而后将第二片金属片附着在涂抹有封装材料的合金片上；对涂抹有对苯甲酸乙二醇酯的三面以170℃的温度软化粘合，自然冷却，形成预制封装袋。
通过未封闭的封装口向预制封装袋内灌入一定质量的磷酸二甲酯作为阻燃物质。灌装前后称重，确定阻燃物质质量。将未封口的一端按照1:2的比例分为两部分；
在第一部分和第二部分分别以0.2mm的宽度均匀涂抹聚氯乙烯和聚乙烯作为封装材料，第一部分和第二部分为附图2中第一部分区域1和第二部分区域2，然后再次通过170℃的温度软化粘合聚乙烯和聚氯乙烯，自然冷却，形成封装胶囊。
本发明工作原理是：阻燃封装包以铟锡铋合金为主体材料，采用粘性有机高分子材料对四周进行封口。这种粘性有机高分子材料的软化温度应当与热管理各个等级所要求的温度相对应，这样，阻燃封装包就可以实现对电池热管理的分级调控。
热管理的分级调控具体分为三个等级，分别是：
热管理起始温度，热失控起始温度和热失控危险温度。
三者的温度逐级递加。在不同的温度下，软化温度不同或熔点不同的材料会依次软化或熔化，释放出阻燃物质，实现对电池内部环境的管控。
对应三级温度要求，封装包分别采用聚氯乙烯，聚乙烯和铟锡铋合金三种材料。聚氯乙烯和聚乙烯分别在100℃和120℃的时候软化，铟锡铋合金的熔点则为170℃。这三组温度分别对应了热管理起始温度，热失控起始温度和热失控危险温度。当电池内部反应温度达到热管理起始温度时，聚氯乙烯材料会发生软化，释放出少量的阻燃物质，对电池温度进行管理。如果电池内部反应程度得到有效控制，温度便会随之下降。当温度低于聚氯乙烯的软化温度时，聚氯乙烯凝固，封装包又会自行闭合，电池恢复正常工作。
如果在聚氯乙烯封装口已经开启的前提下，热管理没有得到理想的效果，电池内部温度将持续升高。当温度达到热失控起始温度时，热管理开口的聚氯乙烯材料和热失控开口的聚乙烯材料都会进入软化状态，以较快的速率释放出阻燃物质，对电池温度进行管理。如果电池内部反应程度得到有效控制，温度便会随之下降。当温度低于聚乙烯的软化温度时，说明热失控得到初步控制，聚乙烯会凝固，封装包会闭合一部分，减缓阻燃物质的释放速率。当温度低于聚氯乙烯的软化温度时，聚氯乙烯凝固，封装包自行闭合，电池恢复正常工作。
如果在聚氯乙烯封装口和聚乙烯封装口都已经开启的前提下，热管理依旧没有得到理想的效果，电池内部温度仍然持续升高，温度会达到热失控危险温度。此时，铟锡铋合金制成的胶囊会直接熔化，快速释放出胶囊内部全部的阻燃物质，彻底毒化电池使之失效，杜绝燃烧、***的可能，实现维护电池使用安全的目的。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1合金片制备：裁剪两块相同尺寸的铟锡铋合金片；
步骤S2；将封装材料均匀地以一定的宽度涂抹至铟锡铋合金片的边侧部；
步骤S3装料；当阻燃材料为固体时，铟锡铋合金片边侧部预留一定宽度的边框并将阻燃材料置于边框内部；当阻燃材料为液体时，两片铟锡铋合金片合盖且其中三边加热软化后冷却形成预制封装袋，将阻燃材料由预制封装袋的未软化的一边注入预制封装袋内；
步骤S4：将两个铟锡铋合金片未密封的周边涂抹聚氯乙烯和聚乙烯，再将聚氯乙烯和聚乙烯加热软化，最后自然冷却，形成封装胶囊。
2.根据权利要求1所述的锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法，其特征在于，所述步骤S1中的两块铟锡铋合金片的尺寸为15mm×15mm×0.1mm，且边角处为圆角设置。
3.根据权利要求1所述的锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法，其特征在于，步骤S2中封装材料涂抹的宽度为2mm。
4.根据权利要求1所述的锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法，其特征在于，所述步骤S2中的封装材料为对苯甲酸乙二醇酯。
5.根据权利要求1所述的锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法，其特征在于，所述S3中放置阻燃材料前后需称重并确定阻燃材料质量。
6.根据权利要求1任一所述的锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法，其特征在于，所述步骤S3中，在阻燃材料为固体时，铟锡铋合金片边侧预留的边框宽度为1mm。
7.根据权利要求6所述的锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法，其特征在于，在所述步骤S4中，当阻燃材料为固体时，聚氯乙烯涂抹在铟锡铋合金片其中一对位置相对应的边侧上，聚乙烯涂抹在铟锡铋合金片另外一对位置相对应的边侧上。
8.根据权利要求6所述的锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法，其特征在于，在所述步骤S4中，当阻燃材料为液体时，将未封口的一端按照1:2的比例分为两部分，在第一部分和第二部分分别均匀涂抹聚氯乙烯和聚乙烯。
9.根据权利要求7或8所述的锂离子胶囊电池阻燃封装包的封装方法，其特征在于，所述加热软化的温度为170℃。
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