电化学能量存储器的制作方法
专利名称：电化学能量存储器的制作方法
电化学能量存储器描述本发明涉及电化学能量存储器。关于该能量存储器，防起火和/或消防是特别重要的。特别地，当这样的能量存储器在用于运送乘客的交通工具中使用，防起火或消防对于提高这样的能量存储器的安全是非常重要的方法。DE 10 2008 059 948 Al公开了用于交通工具，特别是机动交通工具的锂离子电池的防起火和消防的方法和设备，其中具有单个电池单元的电池内部空间通过紧急电路与灭火剂存储器相连接，以及其中，电池的内部空间和灭火剂存储器通过紧急开口至少暂时地流体相连。DE102008059942A1公开了用于在具有冷却剂回路和灭火设备的交通工具中的防起火和/或消防的方法和设备。灭火设备设有紧急开口，这些开口在消防或防起火时被打开，并且灭火剂可通过这些开口被释放出来。DE102008059968A1公开了用于操作交通工具的锂离子电池的方法和设备，其中为了防起火和消防，具有单个电池单元的电池内部空间通过电路与电池的冷却剂回路流体相连，并在有需要时至少暂时地将冷却剂从冷却剂回路引入所述内部空间。本发明的基本目的是，提出一种关于电化学能量存储器的防起火和/或消防的技术指导，并因此尽可能地克服已知的解决方案的限制或缺点。该目的将通过根据独立权利要求中任一项所述的电化学能量存储器或其生产方法或与所述电化学能量存储器相关的消防或防起火的方法来实现。借助从属权利要求，本发明的有利改进应获得保护。根据本发明 ，设有壳体和在该壳体内安置的至少一个电化学单元的电化学能量存储器，在其中，壳体的至少一个壁至少局部涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂。此处，电化学能量存储器被理解为将能量以化学形式存储并将该能量以电形式提供给外部用电器的设备。该能量存储器的重要的例子是燃料单元和伽伐尼单元，以及由多个这样的单元构成的集合体。优选的是，这些单元是次级单元，也就是说，电化学能量存储器不仅能够将以化学形式存储的能量以电的形式提供给用电器，而且还能够以化学形式存储按电能形式接收的能量，也就是说能够被充电。用于电化学能量存储器的壳体被理解为是，适合于并因此确定为，防止或阻碍电化学能量存储器的组成部件和其周边环境之间的物质传输的任何装置。优选的是，壳体适合于或被确定为，防止或阻碍电化学能量存储器与其周边环境之间的不期望的能量交换，特别是此处的能量(特别是并非为电的形式的能量，比如热能或机械能)以不期望的形式交换。壳体仍优选地用于保护电化学能量存储器免受其周边环境的不良影响，而另一方面同时还保护周边环境不受可由电化学能量存储器导致的污染或危害。这样的壳体通常(但并非一直)是完全封闭的，并且在一些情况下用于在能量存储器和其周边环境的可控的气体交换。用于该能量存储器的壳体的壁为适合于防止或阻碍能量存储器和其周边环境之间的不期望的物质交换或不期望的能量交换的组成部件。所述壁还特别包括将壳体的各部分彼此分开的壳体的那些组成部件。此处，起火被理解为，其中能量存储器或能量存储器的一些部分或其周边环境以不期望的化学反应发生转化或分解的每个过程。在这个意义上，起火特别是在能量存储器的组件或器件或其周边环境之间的放热的化学反应，其往往随着能量存储器或其组件的过热而发生。此处,灭火剂应被理解为具有灭火效果,优选为对起火有抑制效果和/或防止或阻碍起火的发生的物质或混合物质。关于本发明，灭火效果优选地应被理解为是抑制起火的效果，也就是说其能够防止或减轻的起火的后果。灭火剂或其优选的包含物质的重要的例子是使得化学反应参与物远离起火源(没有该起火源，起火将不可维持)的物质，或抑制启动或保持起火所必须的化学反应的物质。灭火剂优选为将灭火剂添加剂与溶剂或与载体物质相混合来生产。优选的是，关于本发明，灭火剂添加剂是所谓的凝胶形成剂，其与其他材料、溶剂或载体物质(比如优选为水)构建优选为粘稠的且优选为粘性的凝胶或者粘弹性的流体，其优选为在燃烧的物体和其表面间有高粘稠度的特点。优选地，凝胶形成剂例如用于灭火剂添加剂，其优选为基于所谓的超级吸收剂(Superabsorber)，以及优选为保持粉末或固态材料的形式，或也可作为乳液。超级吸收剂往往能够吸收多倍于自身的重量或体积的水或其它载体物质。水基凝胶通过将相应的超级吸收剂与水混合而构成，其相比于传统的泡沫覆盖物(Schaumt印pich)(由气密隔离层所构成)所具有的优点是，其比常规的泡沫覆盖物保持水分的时间更长，并将明显少得多的水分释放到可燃材料中。关于本发明的描述，粘弹性的流体应理解为具有粘弹特性的流体。(理想的)流体被理解为是对于任意迟缓的剪切(几乎)没有抵抗度的物质。可压缩的流体(气体)和不可压缩的流体(液体)是有区别的。上位概念“流体”被使用，这是因为大多数物理定律(近似)同样地适用于气体和液体，并且其许多特性只是定量地彼此区分，但不是根本定性地彼此区分。真实的流体可以根据其性质按“牛顿流体”和其所描述的流体力学，以及“非牛顿流体”和其所描述的流`动学加以划分。此处，区别由介质的流动性质来确定，所述流动性质通过推动应力(Schubspannung)或剪切应力(Scherspannung)和形变速率(Verzerrungsgeschwindigkeit)或剪切速率(Schergeschwindigkeit)之间的函数关系来描述。例如聚合物熔体的流体或例如塑料的固体的与时间、温度、和/或频率相关的弹性被描述为粘弹性。粘弹性的特征在于部分弹性，部分粘性的性质。该材料在移除外部作用力后不完全恢复到其原始状态；剩余能量以流动过程的形式被耗散。关于本发明的描述，凝胶应被理解为精细分散的系统，包括至少一个通常为固态的第一相，和至少一个通常为流体的第二相。凝胶通常表现为胶体(Kolloid)。其中，固态的相形成海绵状的三维网络，其孔通过液体或者通过气体填充。其中，两个相通常被完全穿过(durchdringen)。精细地分布在其他介质(固体、气体或液体)，即分散介质中的颗粒或液滴被描述为胶体。根据本发明的一个优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其具有多个电化学单元，在所述电化学单元之间至少局部地设有灭火剂或灭火剂添加剂。特别优选的是，这种电化学能量存储器具有无框的、经由其侧表面或接触物电连接的棱柱状电化学单元。
根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中至少一个电化学单元至少局部地涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂。其中特别优选的是电化学能量存储器，其中电化学单元至少局部地以其侧表面和灭火剂或灭火剂添加剂彼此形成薄层。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂为固态或可弹性形变的材料，或者被包含在这样的材料中。此处，术语固体也包括粉末或泡沫，特别是可弹性形变的泡沫材料的压实的集合体。根据本发明的其他的 优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂(例如以间隔物或边缘保护板的形式)作为中间元件被设置在每两个相邻的电化学单元之间或在电化学单元和壳体壁之间。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂能够吸收或保持多倍于其体积的水。此处特别优选的是，基于凝胶形成剂的灭火剂包含特别是基于所谓的超级吸收剂的灭火剂添加剂。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂包含至少一种聚合物，优选为共聚物，特别优选为丙烯酰胺共聚物或丙烯酸钠共聚物。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂包含至少一种脂肪酸酯。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂包含至少一种表面活性剂。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂包含由水和至少一种脂肪酸酯，至少一种聚合物，优选为共聚物，特别优选为丙烯酰胺共聚物或丙烯酸钠共聚物所构成的至少一种混合物或乳液。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂包含由约28%的至少一种聚合物，约6%的至少一种表面活性剂，约23%的至少一种酯油，以及约43%的水所构成的混合物或乳液。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂添加剂与水一起使用，并包含由约50%的至少一种聚合物，约10%的至少一种表面活性剂，及约40%的至少一种酯油所构成的混合物或乳液。根据本发明的其他的优选实施方案，载体物质是一种冷却剂，其中灭火剂添加剂可以通过载体物质与灭火剂相混合，并且其中所述冷却剂在能量存储器正常工作期间封闭的冷却剂回路中流动，所述冷却剂回路被设计为，在起火情况下，冷却剂可以在特定位置从封闭的冷却剂回路排出，并在这些位置上发挥灭火效果。以这种方式，可实现在遇到起火的位置发挥灭火效果，同时可保持冷却剂的效果。在本发明框架内，冷却剂应被理解为是指可流动的材料，特别是气态的或液体的热传输介质，其能够从周边环境吸收热量，该热量通过流动传输，并且该热量还可被释放到其周边环境，且由于其物理性质使得其适合于将热量经由气体动力学或流体动力学，特别是经由对流流动，通过热传导和/或热传输在热传输介质中传输热量。对于通常在应用热传输介质的技术中重要的例子是例如空气或水或其它可用的冷却剂。根据其应用的背景，其它气体或液体也是可用的，如化学惰性的(弱反应性)的气体或液体，例如具有高的热容量和/或热导率的惰性气体或液化的惰性气体或物质。此处，关于可流动的材料应该被理解为通过其可以形成空气动力学或流体动力学的意义上的流动，或者通过其可以保持这样的流动的任何材料。关于这样的材料的例子特别为气体和液体。然而在这个意义上，还在由液体或气体和精细分布的固体构成的混合物，即所谓的气溶胶中，或在胶体溶液中，可以保持或形成流动。根据本发明的特别优选的设备包括当在起火情况下冷却剂在某些位置上从冷却剂回路被排出时，用于稳定冷却剂压力的设备。当冷却剂由某些位置由冷却剂回路排出时，本发明的实施方案可以尽可能地或完全地保持冷却剂的压力，并因此关连冷却作用，以在这些位置发挥灭火效果。优选的还有，根据本发明的实施方案，其中使用水作为冷却剂，并且其中该冷却剂流过在能量存储器正常工作期间封闭的冷却剂回路中流动，所述冷却剂回路被设计为，在起火情况下可将水从特定的位置由封闭的冷却剂回路排出，并且在从冷却剂回路排出时与灭火剂添加剂混合，形成凝胶或粘弹性流体。其中，特别优选的是，使用由至少一种聚合物、至少一种表面活性剂和至少一种酯油所构成的灭火剂添加剂。此外特别优选的是，添加剂由约50%的至少一种聚合物、约10%的至少一种表面活性剂，及约40%的至少一种酯油所构成的混合物组成。在测量该混合物的比例时，最好要注意的是，冷却混合物和灭火混合物或者添加剂的有利效果是基于冷却和灭火混合物的粘弹性，以及其与水结合的能力。因此，可提高冷却剂即使在光滑表面上的粘合力。液体不会无效地流走。特别是当由聚合物，酯油，表面活性剂和水混合时，混合物比例的合适测量值在动能的影响下导致了粘度 比在静止期间显著地减少。因此，具有低粘度的该类混合物通过冷却剂回路流动，而同时在起火位置由冷却剂回路排出时具有高粘度。该混合物的流动性因此主要取决于流速。通过在凝胶结构中的流体的化学物理连接，液体的蒸发速率在相对高的温度下显著降低。因此，也能够显著减少液体的消耗。在起火位置，凝胶结构连接的流体可通过相对较高的层厚度和减少的蒸发速度发挥提高的冷却效果。这种效果在扑灭具有非常高的温度的起火时具有很重要的意义。在一些优选的实施方案中，灭火剂添加剂优选的形式是由相对于添加剂的总量，由重量百分比为P%的至少一种聚合物，重量百分比为T%的至少一种表面活性剂和重量百分比为E%的至少一种酯油构成的混合物构成，其中45 彡 P 彡 55，S ^ T ^ 12,35 ^ E ^ 45以及P+T+E=100在下文中，本发明将参考优选的实施例，以及借助附图被更详细地描述。其中
图1示出了本发明的第一实施方案；
图2示出了本发明的第二实施方案；图3示出了本发明的第三实施方案；图4示出了本发明的第四实施方案；图5示出了本发明的第五实施方案；图6示出了本发明的第六实施方案；图7示出了本发明的第七实施方案。在图1中示意性地示出的根据本发明的电化学能量存储器，其具有壳体1，该壳体的壁在其内侧涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂7、8，以及在其底部涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂9。在本实施方案中，电化学能量存储器具有多个(在本情况下为四个)电化学单元2，其导体，即其电连接器3借助于电连接块6相互电串联连接，以使由壳体向外延伸的导体4和5上具有图1所示的电化学单元2产生的电压的总和。本实施例与已知的电化学能量储存器类型相比具有的优点是，如果在壳体内发生起火时，当燃烧的或可燃的材料在重力的作用下下降到壳体I的底板上，施加于壳体的壁和底板上的灭火剂和灭火剂添加剂7、8和9发挥对于燃烧的或可燃的材料的阻燃效果，以使有效地抵消了起火或其发展。如果涂料7、8和9不是灭火剂而是灭火剂添加剂，则有利的是，如果与灭火剂添加剂相结合而产生灭火剂的物质在通过破坏或在破坏燃烧的电化学单元2时被释放，其能够与灭火剂添加剂混合得到灭火剂或可与灭火剂添加剂反应。在其他情况下，可在起火时或为了预防起火，从外部引入例如水的载体物质，其与灭火剂添加剂可以混合或结合形成灭火剂。优选的是，在本发明的这些实施例中，涂覆或施加在壳体壁的材料为复合材料，其部分地由灭火剂添加剂和载体物质所组成,所述载体物质与灭火剂添加剂相结合而产生灭火剂，以使得高复合材料在起火`的产生的高温的影响下混合或发生化学反应，并通过这种方式产生灭火剂。其它优选的实施方案提供的是，灭火剂添加剂通过涂覆或以其它方式施加到壳体内壁或壳体外壁上，使得在从外部供给溶剂或其它载体物质(例如水)时，在壳体壁或壳体底部引入的灭火剂添加剂与从外部引入的溶剂(优选为水)结合，以反应形成灭火剂。优选的灭火剂添加剂是由至少一种聚合物、至少一种表面活性剂和至少一种酯油所组成的混合物或乳液。该类混合物或乳液与水混合以形成被持续保持在燃烧表面上的灭火剂，并因此具有比没有灭火添加剂的水更加持久和有效的阻燃和冷却效果。其中，灭火剂添加剂含有优选约50%的至少一种聚合物，优选约10%的至少一种表面活性剂，和优选约40%的至少一种酯油。在灭火剂添加剂已经与其溶剂或其载体物质相结合，特别是与水相结合，作为混合物或乳液被施加到壳体壁或壳体底部或电化学能量存储器的其它组成部件上的情况下，灭火剂优选为类似凝胶的、特别是粘稠的，以及由优选约28%的至少一种聚合物，优选约6%的至少一种表面活性剂，约23%的至少一种酯油，和约43%的水所构成。结合所有被示出的或描述的本发明的实施例或实施方案，其特征的其余部分也能够有利地相互结合，灭火剂或灭火剂添加剂优选为凝胶或粘性流体。本发明的其它实施方案提供了一种灭火剂或灭火剂添加剂，该灭火剂或灭火剂添加剂是固体的或可弹性形变的材料，或被包含在这样的固体的或可弹性形变的材料中。
在图2中示意性地示出的本发明的实施例中，除了设置在壳体壁上的灭火剂或灭火剂添加剂7、8，以及设在壳体底部的灭火剂或灭火剂添加剂9之外，在电化学单元2之间还设置有灭火剂或灭火剂添加剂10，其中灭火剂或灭火剂添加剂的设置优选是局部地进行的，如图2中示意性示出的。图3示出了本发明的实施例，其中电化学单元2没有由单元壳体或由单元包封伸出的电导体3，而是在电化学单元2通过其单元壁或单元包封侧表面11发生接触，以使通过其可实现多个单元2的电串联，以使导电的或至少部分导电的单元壁彼此接触，如图3中所
/Jn o在由多个单元2所构成的单元堆栈的端部是电导体4和5，其由壳体I伸出，接触外侧电化学单元的单元壁。在本实施例中，灭火剂或灭火剂添加剂被局部地设置到单元壁
7、8或施加到底板9上。在图3中所示的单元堆栈包括两个部分堆栈，其中每个部分堆栈都包含三个单元，这部分堆栈通过电导体3和6保持连接。电连接块6被实现为，在两个部分单元堆栈之间可局部地设置灭火剂或灭火剂添加剂10。图4以示意性的方式示出了本发明的一个实施例，在电化学单元或其侧壁上至少局部地涂覆有灭火剂或灭火剂添加剂12。当单元包封破裂时，可通过设置在单元包封壁上的灭火剂或灭火剂添加剂抑制由于燃烧的或可燃的材料的泄漏所引起的起火。图5示出了本发明的一个实施例，在其中，电化学单元2至少局部地以其侧表面彼此层压灭火剂13或灭火剂添加剂13而形成灭火剂13或灭火剂添加剂13的薄层。在单元壁未设有灭火剂或灭火剂添加剂13的区域中，优选地设有由导电材料14构成的接触元件或接触层，其实现了单元彼此的电互连。在电化学单元之间未设置有电接触14且在这些电化学单元之间优选地设置有灭火剂或灭火剂添加剂10之处，由单元壳体或由单元包封伸出的单元的导体3，可如本发明的其它实施例，经由导电连接块6相互连接。
图6示出了图5中所示的实施例的一个实施变体，其中壁涂层7和8以及底部涂层9通过灭火剂或灭火剂的添加剂延伸，使得这些涂料达到电化学电池的边缘和壁。在部分单元堆栈之间设置的灭火剂或灭火剂添加剂10延伸，使得在电化学单元之间的空间和电化学单元下部的空间几乎完全被充满。在本发明的本实施方案中，灭火剂的阻燃和冷却效果直接作用到电化学单元2的壳体或包封壁上。图7示出了在图5和6中所示的本发明的实施粒的其他的实施变体，其中单元壳体边缘上部和下部的空间区域(优选为在导体由单元壳体或包封向外伸出的位置处)还由灭火剂或灭火剂添加剂15、16及17填充。根据本发明的描述，在附图中使用下列参考标记I壳体2电化学单元3电化学单元的电接口(导体)4、5由壳体伸出的导体6在导体之间的导电连接7、8设置在壳体壁的内侧的灭火剂或灭火剂添加剂9设置在壳体底部的灭火剂或灭火剂添加剂10设置在电化学单元之间的灭火剂或灭火剂添加剂
11有接触的单元壁12单元壁的灭火剂或灭火剂添加剂的涂层13在电化学单元之间设置的灭火剂或灭火剂添加剂或形成薄层的灭火剂或灭火剂添加剂
14在单元壁之间的导电连接15、16、17设置在单元边缘的灭火剂或灭火剂添加剂
权利要求
1.一种电化学能量存储器，所述电化学能量存储器具有壳体(I)和设置在所述壳体(I)内的至少一个电化学单元(2)， 其特征在于， 所述壳体的至少一个壁至少局部地涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂。
2.如权利要求1所述的电化学能量存储器，所述电化学能量存储器具有多个电化学单元，在所述多个电化学单元之间至少局部设置有灭火剂或灭火剂添加剂。
3.如权利要求2所述的电化学能量存储器，所述电化学能量存储器具有无框的、经由其侧表面或接触物电连接的棱柱状电化学单元。
4.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述至少一个电化学单元至少局部地涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂。
5.如权利要求3或4所述的电化学能量存储器，其中所述电化学单元至少局部地以其侧表面彼此层压所述灭火剂或所述灭火剂添加剂而形成所述灭火剂或所述灭火剂添加剂的薄层。
6.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂为凝胶或粘性流体。
7.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂是固态的材料或可弹性形变的材料，或被包含在所述固态的材料或可弹性形变的材料中。
8.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂作为中间元件被设置在每两个相邻的电化学单元之间或被设置在电化学单元和壳体壁之间。
9.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂能够吸收或保持多倍于其体积的水。
10.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂包含至少一种聚合物，优选为包含共聚物，特别优选为包含丙烯酰胺共聚物或丙烯酸钠共聚物。
11.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂至少包含一种脂肪酸酯。
12.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂包含至少一种表面活性剂。
13.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂包含由水和至少一种脂肪酸酯，至少一种聚合物所构成的至少一种混合物或乳液，所述聚合物优选为共聚物，特别优选为丙烯酰胺共聚物或丙烯酸钠共聚物。
14.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂包含由 约28%的至少一种聚合物， 约6%的至少一种表面活性剂， 约23 %的至少一种酯油，和 约43%的水 所构成的混合物或乳液组成。
15.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂添加剂与水一起使用，并包含由 约50%的至少一种聚合物， 约10%的至少一种表面活性剂和 约40%的至少一种酯油 所构成的混合物或乳液组成。
16.一种用于生产电化学能量存储器，特别是生产根据上述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器的方法，其中所述电化学能量存储器的壳体的至少一个壁至少局部地涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂。
17.一种用于电化学能量存储器的消防和防火的方法，其中所述电化学能量存储器的壳体的至少一个壁至少局部地涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂。
全文摘要
一种电化学能量存储器，其具有壳体(1)和设置在壳体(1)内的至少一个电化学单元(2)，所述壳体(1)的至少一个壁至少局部地涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂(7-9)。
文档编号A62C3/16GK103069608SQ201180040111
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月17日 优先权日2010年8月19日
发明者蒂姆·谢弗, 艾哈德·施勒特雷尔, 克劳斯-鲁伯特·霍恩桑纳, 乔格·凯瑟 申请人:锂电池科技有限公司
电化学能量存储器描述本发明涉及电化学能量存储器。关于该能量存储器，防起火和/或消防是特别重要的。特别地，当这样的能量存储器在用于运送乘客的交通工具中使用，防起火或消防对于提高这样的能量存储器的安全是非常重要的方法。DE 10 2008 059 948 Al公开了用于交通工具，特别是机动交通工具的锂离子电池的防起火和消防的方法和设备，其中具有单个电池单元的电池内部空间通过紧急电路与灭火剂存储器相连接，以及其中，电池的内部空间和灭火剂存储器通过紧急开口至少暂时地流体相连。DE102008059942A1公开了用于在具有冷却剂回路和灭火设备的交通工具中的防起火和/或消防的方法和设备。灭火设备设有紧急开口，这些开口在消防或防起火时被打开，并且灭火剂可通过这些开口被释放出来。DE102008059968A1公开了用于操作交通工具的锂离子电池的方法和设备，其中为了防起火和消防，具有单个电池单元的电池内部空间通过电路与电池的冷却剂回路流体相连，并在有需要时至少暂时地将冷却剂从冷却剂回路引入所述内部空间。本发明的基本目的是，提出一种关于电化学能量存储器的防起火和/或消防的技术指导，并因此尽可能地克服已知的解决方案的限制或缺点。该目的将通过根据独立权利要求中任一项所述的电化学能量存储器或其生产方法或与所述电化学能量存储器相关的消防或防起火的方法来实现。借助从属权利要求，本发明的有利改进应获得保护。根据本发明 ，设有壳体和在该壳体内安置的至少一个电化学单元的电化学能量存储器，在其中，壳体的至少一个壁至少局部涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂。此处，电化学能量存储器被理解为将能量以化学形式存储并将该能量以电形式提供给外部用电器的设备。该能量存储器的重要的例子是燃料单元和伽伐尼单元，以及由多个这样的单元构成的集合体。优选的是，这些单元是次级单元，也就是说，电化学能量存储器不仅能够将以化学形式存储的能量以电的形式提供给用电器，而且还能够以化学形式存储按电能形式接收的能量，也就是说能够被充电。用于电化学能量存储器的壳体被理解为是，适合于并因此确定为，防止或阻碍电化学能量存储器的组成部件和其周边环境之间的物质传输的任何装置。优选的是，壳体适合于或被确定为，防止或阻碍电化学能量存储器与其周边环境之间的不期望的能量交换，特别是此处的能量(特别是并非为电的形式的能量，比如热能或机械能)以不期望的形式交换。壳体仍优选地用于保护电化学能量存储器免受其周边环境的不良影响，而另一方面同时还保护周边环境不受可由电化学能量存储器导致的污染或危害。这样的壳体通常(但并非一直)是完全封闭的，并且在一些情况下用于在能量存储器和其周边环境的可控的气体交换。用于该能量存储器的壳体的壁为适合于防止或阻碍能量存储器和其周边环境之间的不期望的物质交换或不期望的能量交换的组成部件。所述壁还特别包括将壳体的各部分彼此分开的壳体的那些组成部件。此处，起火被理解为，其中能量存储器或能量存储器的一些部分或其周边环境以不期望的化学反应发生转化或分解的每个过程。在这个意义上，起火特别是在能量存储器的组件或器件或其周边环境之间的放热的化学反应，其往往随着能量存储器或其组件的过热而发生。此处,灭火剂应被理解为具有灭火效果,优选为对起火有抑制效果和/或防止或阻碍起火的发生的物质或混合物质。关于本发明，灭火效果优选地应被理解为是抑制起火的效果，也就是说其能够防止或减轻的起火的后果。灭火剂或其优选的包含物质的重要的例子是使得化学反应参与物远离起火源(没有该起火源，起火将不可维持)的物质，或抑制启动或保持起火所必须的化学反应的物质。灭火剂优选为将灭火剂添加剂与溶剂或与载体物质相混合来生产。优选的是，关于本发明，灭火剂添加剂是所谓的凝胶形成剂，其与其他材料、溶剂或载体物质(比如优选为水)构建优选为粘稠的且优选为粘性的凝胶或者粘弹性的流体，其优选为在燃烧的物体和其表面间有高粘稠度的特点。优选地，凝胶形成剂例如用于灭火剂添加剂，其优选为基于所谓的超级吸收剂(Superabsorber)，以及优选为保持粉末或固态材料的形式，或也可作为乳液。超级吸收剂往往能够吸收多倍于自身的重量或体积的水或其它载体物质。水基凝胶通过将相应的超级吸收剂与水混合而构成，其相比于传统的泡沫覆盖物(Schaumt印pich)(由气密隔离层所构成)所具有的优点是，其比常规的泡沫覆盖物保持水分的时间更长，并将明显少得多的水分释放到可燃材料中。关于本发明的描述，粘弹性的流体应理解为具有粘弹特性的流体。(理想的)流体被理解为是对于任意迟缓的剪切(几乎)没有抵抗度的物质。可压缩的流体(气体)和不可压缩的流体(液体)是有区别的。上位概念“流体”被使用，这是因为大多数物理定律(近似)同样地适用于气体和液体，并且其许多特性只是定量地彼此区分，但不是根本定性地彼此区分。真实的流体可以根据其性质按“牛顿流体”和其所描述的流体力学，以及“非牛顿流体”和其所描述的流`动学加以划分。此处，区别由介质的流动性质来确定，所述流动性质通过推动应力(Schubspannung)或剪切应力(Scherspannung)和形变速率(Verzerrungsgeschwindigkeit)或剪切速率(Schergeschwindigkeit)之间的函数关系来描述。例如聚合物熔体的流体或例如塑料的固体的与时间、温度、和/或频率相关的弹性被描述为粘弹性。粘弹性的特征在于部分弹性，部分粘性的性质。该材料在移除外部作用力后不完全恢复到其原始状态；剩余能量以流动过程的形式被耗散。关于本发明的描述，凝胶应被理解为精细分散的系统，包括至少一个通常为固态的第一相，和至少一个通常为流体的第二相。凝胶通常表现为胶体(Kolloid)。其中，固态的相形成海绵状的三维网络，其孔通过液体或者通过气体填充。其中，两个相通常被完全穿过(durchdringen)。精细地分布在其他介质(固体、气体或液体)，即分散介质中的颗粒或液滴被描述为胶体。根据本发明的一个优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其具有多个电化学单元，在所述电化学单元之间至少局部地设有灭火剂或灭火剂添加剂。特别优选的是，这种电化学能量存储器具有无框的、经由其侧表面或接触物电连接的棱柱状电化学单元。
根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中至少一个电化学单元至少局部地涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂。其中特别优选的是电化学能量存储器，其中电化学单元至少局部地以其侧表面和灭火剂或灭火剂添加剂彼此形成薄层。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂为固态或可弹性形变的材料，或者被包含在这样的材料中。此处，术语固体也包括粉末或泡沫，特别是可弹性形变的泡沫材料的压实的集合体。根据本发明的其他的 优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂(例如以间隔物或边缘保护板的形式)作为中间元件被设置在每两个相邻的电化学单元之间或在电化学单元和壳体壁之间。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂能够吸收或保持多倍于其体积的水。此处特别优选的是，基于凝胶形成剂的灭火剂包含特别是基于所谓的超级吸收剂的灭火剂添加剂。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂包含至少一种聚合物，优选为共聚物，特别优选为丙烯酰胺共聚物或丙烯酸钠共聚物。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂包含至少一种脂肪酸酯。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂包含至少一种表面活性剂。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂包含由水和至少一种脂肪酸酯，至少一种聚合物，优选为共聚物，特别优选为丙烯酰胺共聚物或丙烯酸钠共聚物所构成的至少一种混合物或乳液。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂包含由约28%的至少一种聚合物，约6%的至少一种表面活性剂，约23%的至少一种酯油，以及约43%的水所构成的混合物或乳液。根据本发明的其他的优选实施方案，提供一种电化学能量存储器，其中灭火剂添加剂与水一起使用，并包含由约50%的至少一种聚合物，约10%的至少一种表面活性剂，及约40%的至少一种酯油所构成的混合物或乳液。根据本发明的其他的优选实施方案，载体物质是一种冷却剂，其中灭火剂添加剂可以通过载体物质与灭火剂相混合，并且其中所述冷却剂在能量存储器正常工作期间封闭的冷却剂回路中流动，所述冷却剂回路被设计为，在起火情况下，冷却剂可以在特定位置从封闭的冷却剂回路排出，并在这些位置上发挥灭火效果。以这种方式，可实现在遇到起火的位置发挥灭火效果，同时可保持冷却剂的效果。在本发明框架内，冷却剂应被理解为是指可流动的材料，特别是气态的或液体的热传输介质，其能够从周边环境吸收热量，该热量通过流动传输，并且该热量还可被释放到其周边环境，且由于其物理性质使得其适合于将热量经由气体动力学或流体动力学，特别是经由对流流动，通过热传导和/或热传输在热传输介质中传输热量。对于通常在应用热传输介质的技术中重要的例子是例如空气或水或其它可用的冷却剂。根据其应用的背景，其它气体或液体也是可用的，如化学惰性的(弱反应性)的气体或液体，例如具有高的热容量和/或热导率的惰性气体或液化的惰性气体或物质。此处，关于可流动的材料应该被理解为通过其可以形成空气动力学或流体动力学的意义上的流动，或者通过其可以保持这样的流动的任何材料。关于这样的材料的例子特别为气体和液体。然而在这个意义上，还在由液体或气体和精细分布的固体构成的混合物，即所谓的气溶胶中，或在胶体溶液中，可以保持或形成流动。根据本发明的特别优选的设备包括当在起火情况下冷却剂在某些位置上从冷却剂回路被排出时，用于稳定冷却剂压力的设备。当冷却剂由某些位置由冷却剂回路排出时，本发明的实施方案可以尽可能地或完全地保持冷却剂的压力，并因此关连冷却作用，以在这些位置发挥灭火效果。优选的还有，根据本发明的实施方案，其中使用水作为冷却剂，并且其中该冷却剂流过在能量存储器正常工作期间封闭的冷却剂回路中流动，所述冷却剂回路被设计为，在起火情况下可将水从特定的位置由封闭的冷却剂回路排出，并且在从冷却剂回路排出时与灭火剂添加剂混合，形成凝胶或粘弹性流体。其中，特别优选的是，使用由至少一种聚合物、至少一种表面活性剂和至少一种酯油所构成的灭火剂添加剂。此外特别优选的是，添加剂由约50%的至少一种聚合物、约10%的至少一种表面活性剂，及约40%的至少一种酯油所构成的混合物组成。在测量该混合物的比例时，最好要注意的是，冷却混合物和灭火混合物或者添加剂的有利效果是基于冷却和灭火混合物的粘弹性，以及其与水结合的能力。因此，可提高冷却剂即使在光滑表面上的粘合力。液体不会无效地流走。特别是当由聚合物，酯油，表面活性剂和水混合时，混合物比例的合适测量值在动能的影响下导致了粘度 比在静止期间显著地减少。因此，具有低粘度的该类混合物通过冷却剂回路流动，而同时在起火位置由冷却剂回路排出时具有高粘度。该混合物的流动性因此主要取决于流速。通过在凝胶结构中的流体的化学物理连接，液体的蒸发速率在相对高的温度下显著降低。因此，也能够显著减少液体的消耗。在起火位置，凝胶结构连接的流体可通过相对较高的层厚度和减少的蒸发速度发挥提高的冷却效果。这种效果在扑灭具有非常高的温度的起火时具有很重要的意义。在一些优选的实施方案中，灭火剂添加剂优选的形式是由相对于添加剂的总量，由重量百分比为P%的至少一种聚合物，重量百分比为T%的至少一种表面活性剂和重量百分比为E%的至少一种酯油构成的混合物构成，其中45 彡 P 彡 55，S ^ T ^ 12,35 ^ E ^ 45以及P+T+E=100在下文中，本发明将参考优选的实施例，以及借助附图被更详细地描述。其中
图1示出了本发明的第一实施方案；
图2示出了本发明的第二实施方案；图3示出了本发明的第三实施方案；图4示出了本发明的第四实施方案；图5示出了本发明的第五实施方案；图6示出了本发明的第六实施方案；图7示出了本发明的第七实施方案。在图1中示意性地示出的根据本发明的电化学能量存储器，其具有壳体1，该壳体的壁在其内侧涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂7、8，以及在其底部涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂9。在本实施方案中，电化学能量存储器具有多个(在本情况下为四个)电化学单元2，其导体，即其电连接器3借助于电连接块6相互电串联连接，以使由壳体向外延伸的导体4和5上具有图1所示的电化学单元2产生的电压的总和。本实施例与已知的电化学能量储存器类型相比具有的优点是，如果在壳体内发生起火时，当燃烧的或可燃的材料在重力的作用下下降到壳体I的底板上，施加于壳体的壁和底板上的灭火剂和灭火剂添加剂7、8和9发挥对于燃烧的或可燃的材料的阻燃效果，以使有效地抵消了起火或其发展。如果涂料7、8和9不是灭火剂而是灭火剂添加剂，则有利的是，如果与灭火剂添加剂相结合而产生灭火剂的物质在通过破坏或在破坏燃烧的电化学单元2时被释放，其能够与灭火剂添加剂混合得到灭火剂或可与灭火剂添加剂反应。在其他情况下，可在起火时或为了预防起火，从外部引入例如水的载体物质，其与灭火剂添加剂可以混合或结合形成灭火剂。优选的是，在本发明的这些实施例中，涂覆或施加在壳体壁的材料为复合材料，其部分地由灭火剂添加剂和载体物质所组成,所述载体物质与灭火剂添加剂相结合而产生灭火剂，以使得高复合材料在起火`的产生的高温的影响下混合或发生化学反应，并通过这种方式产生灭火剂。其它优选的实施方案提供的是，灭火剂添加剂通过涂覆或以其它方式施加到壳体内壁或壳体外壁上，使得在从外部供给溶剂或其它载体物质(例如水)时，在壳体壁或壳体底部引入的灭火剂添加剂与从外部引入的溶剂(优选为水)结合，以反应形成灭火剂。优选的灭火剂添加剂是由至少一种聚合物、至少一种表面活性剂和至少一种酯油所组成的混合物或乳液。该类混合物或乳液与水混合以形成被持续保持在燃烧表面上的灭火剂，并因此具有比没有灭火添加剂的水更加持久和有效的阻燃和冷却效果。其中，灭火剂添加剂含有优选约50%的至少一种聚合物，优选约10%的至少一种表面活性剂，和优选约40%的至少一种酯油。在灭火剂添加剂已经与其溶剂或其载体物质相结合，特别是与水相结合，作为混合物或乳液被施加到壳体壁或壳体底部或电化学能量存储器的其它组成部件上的情况下，灭火剂优选为类似凝胶的、特别是粘稠的，以及由优选约28%的至少一种聚合物，优选约6%的至少一种表面活性剂，约23%的至少一种酯油，和约43%的水所构成。结合所有被示出的或描述的本发明的实施例或实施方案，其特征的其余部分也能够有利地相互结合，灭火剂或灭火剂添加剂优选为凝胶或粘性流体。本发明的其它实施方案提供了一种灭火剂或灭火剂添加剂，该灭火剂或灭火剂添加剂是固体的或可弹性形变的材料，或被包含在这样的固体的或可弹性形变的材料中。
在图2中示意性地示出的本发明的实施例中，除了设置在壳体壁上的灭火剂或灭火剂添加剂7、8，以及设在壳体底部的灭火剂或灭火剂添加剂9之外，在电化学单元2之间还设置有灭火剂或灭火剂添加剂10，其中灭火剂或灭火剂添加剂的设置优选是局部地进行的，如图2中示意性示出的。图3示出了本发明的实施例，其中电化学单元2没有由单元壳体或由单元包封伸出的电导体3，而是在电化学单元2通过其单元壁或单元包封侧表面11发生接触，以使通过其可实现多个单元2的电串联，以使导电的或至少部分导电的单元壁彼此接触，如图3中所
/Jn o在由多个单元2所构成的单元堆栈的端部是电导体4和5，其由壳体I伸出，接触外侧电化学单元的单元壁。在本实施例中，灭火剂或灭火剂添加剂被局部地设置到单元壁
7、8或施加到底板9上。在图3中所示的单元堆栈包括两个部分堆栈，其中每个部分堆栈都包含三个单元，这部分堆栈通过电导体3和6保持连接。电连接块6被实现为，在两个部分单元堆栈之间可局部地设置灭火剂或灭火剂添加剂10。图4以示意性的方式示出了本发明的一个实施例，在电化学单元或其侧壁上至少局部地涂覆有灭火剂或灭火剂添加剂12。当单元包封破裂时，可通过设置在单元包封壁上的灭火剂或灭火剂添加剂抑制由于燃烧的或可燃的材料的泄漏所引起的起火。图5示出了本发明的一个实施例，在其中，电化学单元2至少局部地以其侧表面彼此层压灭火剂13或灭火剂添加剂13而形成灭火剂13或灭火剂添加剂13的薄层。在单元壁未设有灭火剂或灭火剂添加剂13的区域中，优选地设有由导电材料14构成的接触元件或接触层，其实现了单元彼此的电互连。在电化学单元之间未设置有电接触14且在这些电化学单元之间优选地设置有灭火剂或灭火剂添加剂10之处，由单元壳体或由单元包封伸出的单元的导体3，可如本发明的其它实施例，经由导电连接块6相互连接。
图6示出了图5中所示的实施例的一个实施变体，其中壁涂层7和8以及底部涂层9通过灭火剂或灭火剂的添加剂延伸，使得这些涂料达到电化学电池的边缘和壁。在部分单元堆栈之间设置的灭火剂或灭火剂添加剂10延伸，使得在电化学单元之间的空间和电化学单元下部的空间几乎完全被充满。在本发明的本实施方案中，灭火剂的阻燃和冷却效果直接作用到电化学单元2的壳体或包封壁上。图7示出了在图5和6中所示的本发明的实施粒的其他的实施变体，其中单元壳体边缘上部和下部的空间区域(优选为在导体由单元壳体或包封向外伸出的位置处)还由灭火剂或灭火剂添加剂15、16及17填充。根据本发明的描述，在附图中使用下列参考标记I壳体2电化学单元3电化学单元的电接口(导体)4、5由壳体伸出的导体6在导体之间的导电连接7、8设置在壳体壁的内侧的灭火剂或灭火剂添加剂9设置在壳体底部的灭火剂或灭火剂添加剂10设置在电化学单元之间的灭火剂或灭火剂添加剂
11有接触的单元壁12单元壁的灭火剂或灭火剂添加剂的涂层13在电化学单元之间设置的灭火剂或灭火剂添加剂或形成薄层的灭火剂或灭火剂添加剂
14在单元壁之间的导电连接15、16、17设置在单元边缘的灭火剂或灭火剂添加剂
权利要求
1.一种电化学能量存储器，所述电化学能量存储器具有壳体(I)和设置在所述壳体(I)内的至少一个电化学单元(2)， 其特征在于， 所述壳体的至少一个壁至少局部地涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂。
2.如权利要求1所述的电化学能量存储器，所述电化学能量存储器具有多个电化学单元，在所述多个电化学单元之间至少局部设置有灭火剂或灭火剂添加剂。
3.如权利要求2所述的电化学能量存储器，所述电化学能量存储器具有无框的、经由其侧表面或接触物电连接的棱柱状电化学单元。
4.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述至少一个电化学单元至少局部地涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂。
5.如权利要求3或4所述的电化学能量存储器，其中所述电化学单元至少局部地以其侧表面彼此层压所述灭火剂或所述灭火剂添加剂而形成所述灭火剂或所述灭火剂添加剂的薄层。
6.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂为凝胶或粘性流体。
7.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂是固态的材料或可弹性形变的材料，或被包含在所述固态的材料或可弹性形变的材料中。
8.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中灭火剂或灭火剂添加剂作为中间元件被设置在每两个相邻的电化学单元之间或被设置在电化学单元和壳体壁之间。
9.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂能够吸收或保持多倍于其体积的水。
10.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂包含至少一种聚合物，优选为包含共聚物，特别优选为包含丙烯酰胺共聚物或丙烯酸钠共聚物。
11.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂至少包含一种脂肪酸酯。
12.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂包含至少一种表面活性剂。
13.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂或所述灭火剂添加剂包含由水和至少一种脂肪酸酯，至少一种聚合物所构成的至少一种混合物或乳液，所述聚合物优选为共聚物，特别优选为丙烯酰胺共聚物或丙烯酸钠共聚物。
14.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂包含由 约28%的至少一种聚合物， 约6%的至少一种表面活性剂， 约23 %的至少一种酯油，和 约43%的水 所构成的混合物或乳液组成。
15.如前述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器，其中所述灭火剂添加剂与水一起使用，并包含由 约50%的至少一种聚合物， 约10%的至少一种表面活性剂和 约40%的至少一种酯油 所构成的混合物或乳液组成。
16.一种用于生产电化学能量存储器，特别是生产根据上述权利要求中任一项所述的电化学能量存储器的方法，其中所述电化学能量存储器的壳体的至少一个壁至少局部地涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂。
17.一种用于电化学能量存储器的消防和防火的方法，其中所述电化学能量存储器的壳体的至少一个壁至少局部地涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂。
全文摘要
一种电化学能量存储器，其具有壳体(1)和设置在壳体(1)内的至少一个电化学单元(2)，所述壳体(1)的至少一个壁至少局部地涂覆有或施加有灭火剂或灭火剂添加剂(7-9)。
文档编号A62C3/16GK103069608SQ201180040111
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月17日 优先权日2010年8月19日
发明者蒂姆·谢弗, 艾哈德·施勒特雷尔, 克劳斯-鲁伯特·霍恩桑纳, 乔格·凯瑟 申请人:锂电池科技有限公司
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