一种电池热失控烟气处理装置和电池的制作方法

1.本实用新型属于电池领域，具体涉及一种电池热失控烟气处理装置和电池。


背景技术：

2.锂离子电池的应用领域十分广泛，近年来随着锂离子电池储能领域的进一步发展，锂离子电池的安全使用也受到关注。由于锂离子电池的原理和结构特性，在反复使用过程中常因内阻发热产生较大热量，而且热量会逐渐增加，如果堆积的热量没有得到有效散发，温度则会进一步升高，当温度达到极限时，电池的热平衡则会被破坏，引发一连串的自加热副反应，产生大量的可燃气体，出现“热失控”现象，最终会导致电池内部着火，严重时引发爆炸，对使用者的人身安全造成隐患。
3.中国专利申请cn108417757a提供了一种安全型锂电池及其制备方法，该方案中的锂电池包括电芯和安全防爆装置，所述安全防爆装置为物料袋，所述物料袋内部设置有气体吸附体，所述气体吸附体为活性炭、分子筛或活性炭与分子筛的混合物，该方案中直接对电池喷出的高温物质直接进行吸附。但是采用的吸附剂如活性炭、分子筛等吸附时，吸附物质的温度越高其吸附效果越差，如活性炭对气体物质的吸附温度在50℃以下，而电池热失控时喷出气体的温度一般均高于300℃，而这一温度下活性炭将失去对气体物质的吸附功能，反而对其吸附的物质有脱附功能，虽然这一温度下吸附剂能吸收气化的电解液，但无法吸附电池热失控时产生的氢气、一氧化碳、甲烷等易燃气体物质，这些物质仍然会在电池热失控时发生爆炸的危险。
4.中国专利申请cn112870969a公开了一种动力锂电池电池组热失控烟气催化净化系统，该系统包括外壳，外壳内安装有电池组；外壳顶部下表面设有烟雾传感器；外壳和外壳顶部均设有夹层，并且相互连通，夹层内设有空气净化材料。该系统采用吸附剂以及催化剂处理电池燃烧产生的烟雾，经过吸附、催化转化处理有毒的烟雾转变为净化气体在排放到空气中，减少了机组人员以及乘客因吸入有毒气体中毒的危险，同时也减少了因温度过高、烟气浓度过大而引发燃烧爆炸的风险，但是，该种处理方式只能处理较为少量的烟雾，且只能处理有毒的烟雾气体，处理方式不彻底。


技术实现要素：

5.为解决现有电池热失控烟气处理方式处理不彻底，且处理装置体积较大、结构复杂的问题，本实用新型提供一种电池热失控烟气处理装置和电池。
6.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：
7.一种电池热失控烟气处理装置，包括相连接的反应单元和吸附单元；所述反应单元包括n个串联的反应装置，所述反应装置内设置有反应物质，所述反应物质能够与可燃气体和/或酸性气体发生化学反应，使得可燃气体转变为不可燃烧气体，使得酸性气体转变为不可燃烧物质或降低其腐蚀性，n为大于等于1的整数；所述吸附单元包括m个串联的吸附装置，所述吸附装置内填充有冷却材料和/或吸附材料，用于对反应后的烟气进行冷却和/或
吸附处理，m 为大于等于1的整数。
8.进一步地，所述反应物质为金属氧化物和/或碱性化合物，所述金属氧化物用于与可燃气体发生还原反应，使得可燃气体转变为不可燃气体，所述碱性化合物用于与酸性气体进行中和反应，使得酸性气体转变为不可燃烧物质或降低其腐蚀性质。
9.进一步地，所述金属氧化物为还原氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁、氧化铝、氧化钴、氧化铬、氧化钨中的一种或多种。
10.进一步地，所述碱性化合物为强碱、强碱弱酸盐、碱性有机物中的一种或多种。
11.进一步地，所述冷却材料为陶瓷球、蜂窝陶瓷体、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛中的一种或者多种的组合。
12.进一步地，所述吸附材料为活性炭、石墨、氧化铝、蒙脱石、硅酸盐、磷酸盐、多孔玻璃中的一种或多种的组合。
13.进一步地，相邻的反应装置和/或吸附装置通过弯管串联，弯管内形成热失控烟气通过的缓冲回流腔。
14.进一步地，最后一个吸附装置的出口处还连接有气体采集袋，用于收集处理过的热失控烟气。
15.进一步地，所述反应装置和吸附装置采用受力、耐压性较好的圆形罐体。
16.同时，本实用新型还提供一种电池，包括上述的电池热失控烟气处理装置。
17.和现有技术相比，本实用新型技术方案具有如下优点：
18.1.本实用新型提供的电池热失控烟气处理装置中，先通过反应物质对热失控烟气中的可燃气体和/或酸性气体进行化学处理，将可燃气体和酸性气体转变为不可燃烧气体和不可燃烧物质，或者降低酸性气体的腐蚀性，降低热失控烟气中的可燃气体和酸性气体比例，随后采用冷却材料和/或吸附材料进行处理，高温挥发出的电解液小液滴经过等冷却材料冷却回流到回流腔体中，通过吸附材料吸附剩余可燃气体，该装置对电池热失控烟气的处理更加彻底，确保出气口出来的气体不可燃烧，使得其安全性大幅提升。
19.2.本实用新型提供的电池热失控烟气处理装置中，电池热失控烟气经过反应单元可以使得可燃气体和酸性气体转变为不可燃烧气体和不可燃烧物质，或者降低酸性气体的腐蚀性，从而可以减少后端冷却材料和吸附材料的用量，使得后端的吸附装置的成本较小，并增加了后端吸附装置的使用寿命。
20.3.本实用新型提供的电池热失控烟气处理装置中，相邻的反应装置和/或吸附装置通过弯管进行组装，使得其安装和拆卸方便，适用于现有大部分单体电池和组装电池，且无需对现有电池的结构进行更改，处理成本较低，适用范围较广。
21.本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例1、实施例4、实施例5中电池热失控烟气处理装置的结构示意图；
23.图2为本实用新型实施例1、实施例4、实施例5中吸附装置内设置多孔板的结构示意图；
24.图3为本实用新型实施例2、实施例3中电池热失控烟气处理装置的示意图；
25.图4为本实用新型实施例6中电池含有电池热失控烟气处理装置结构示意图。
26.附图标记：1-反应装置，2-吸附装置，3-弯管，4-多孔板，5-连接杆，6
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弹簧，7-电池壳体。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本实用新型的技术原理，目的并不是用来限制本实用新型的保护范围。
28.大容量电池热失控的高温烟气中，可燃气体主要为氢气、一氧化碳，二者占比约在50％左右，同时，该高温烟气还包括部分酸性气体，主要为氟化氢。由于氢气分子量小，吸附相对困难，需要大量吸附剂。本实用新型利用氢气、一氧化碳的还原性，在加热条件下还原氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁、氧化铝、氧化钴、氧化铬、氧化钨等生成金属单质和二氧化碳不可燃气体，降低失控烟气的可燃气体比例，减少吸附剂用量。同时，采用碱性化合物与酸性气体进行反应，使其转变为不可烧然的物质。随后高温挥发出的电解液小液滴通过陶瓷球等冷却材料冷却回流到回流腔体中。同时经过活性炭等吸附材料吸附剩余可燃气体，最终集气袋采集的气体不可燃烧，从而能够降低烟气的可燃性，提高吸附效果。
29.本实用新型电池热失控烟气处理装置包括反应单元和吸附单元；反应单元包括n个反应装置，反应装置内设置有反应物质，反应物质能够与可燃气体和/或酸性气体发生化学反应，使得可燃气体和酸性气体转变为不可燃烧气体和不可燃烧物质，或者降低酸性气体的腐蚀性；吸附单元包括m个吸附装置，吸附装置内填充有冷却材料和/或吸附材料，用于对反应后的烟气进行冷却和 /或吸附处理。上述反应物质为金属氧化物和/或碱性化合物，金属氧化物用于与可燃气体发生还原反应，使得可燃气体转变为不可燃气体，碱性化合物用于与酸性气体进行中和反应，使得酸性气体转变为不可燃烧物质，或者降低酸性气体的腐蚀性。热失控气体通过以上处理后，锂电池失控烟气中的电解液、可燃性气体和酸性气体被尽可能的吸附和处理，确保处理后的气体不可燃烧，同时减小其腐蚀性，提高了净化效果，同时，也使得锂电池的安全性大幅提升。
30.本实用新型对反应装置和吸附装置的排布方式、内部结构不进行限定，只要能够满足使用需求即可，反应装置和吸附装置内部的反应物质、冷却材料和吸附材料可以部分填充或全部填充，以满足不同的使用要求。
31.本实用新型处理的可燃气体优选为氢气和一氧化碳，酸性气体优选为氟化氢。上述金属氧化物优选为还原氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁、氧化铝、氧化钴、氧化铬、氧化钨中的一种或多种。上述碱性化合物优选为所述碱性化合物为强碱、强碱弱酸盐、碱性有机物中的一种或多种，强碱具体可包括氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾等等；强碱弱酸盐具体可包括碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸一氢钠、磷酸钠等等；碱性有机物具体可包括醇钠等，上述冷却材料优选为陶瓷球、蜂窝陶瓷体、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛中的一种或者多种的组合。上述吸附材料优选为活性炭、石墨、氧化铝、蒙脱石、硅酸盐、磷酸盐、多孔玻璃中的一种或多种的组合。通过以上反应物质、冷却材料和吸附材料的使用，从而大幅减少了排放到环境中的可燃气体量以及总气量，确保出气口出来的气体不可燃烧，使得其安全性大幅提升。
32.实施例1
33.如图1所示，本实施例提供的电池热失控烟气处理装置包括相连接的反应单元和吸附单元；反应单元包括2个反应装置1，2个反应装置1分别设置有不同的反应物质，反应物质能够与可燃气体和酸性气体发生化学反应，使得可燃气体和酸性气体转变为不可燃烧气体和不可燃烧物质，或者降低酸性气体的腐蚀性；吸附单元包括4个吸附装置2，4个吸附装置2内分别填充有冷却材料和吸附材料，用于对反应后的烟气进行冷却和吸附处理，2个反应装置1和4 个吸附装置2线性排布为一排。
34.本实施例中对反应装置1和吸附装置2的形状不进行限定，只要能够在其内部填充反应物质、冷却材料和吸附材料即可，在本实施例中，反应装置1和吸附装置2优选的采用受力、耐压性较好的圆形罐体，反应物质为金属氧化物和碱性化合物，金属氧化物为还原氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁、氧化铝、氧化钴、氧化铬、氧化钨中的一种或多种；碱性化合物为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钾、强碱弱酸盐中的一种或多种，冷却材料为陶瓷球、蜂窝陶瓷体、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛中的一种或者多种，吸附材料为活性炭、石墨、氧化铝、蒙脱石、硅酸盐、磷酸盐、多孔玻璃中的一种或多种。
35.在本实施例中，相邻的反应装置1和吸附装置2通过弯管3串联，弯管3内形成烟气的缓冲回流腔。如图2所示，每个反应装置1和吸附装置2内设置有2 个多孔板4，2个多孔板4通过两端设有螺纹的连接杆5轴向连接，即连接杆5的两端分别穿过多孔板4，通过螺母固定,相邻的两个多孔板4中填充有金属氧化物、碱性化合物、冷却材料和吸附材料，吸附罐体在烟气的进口段和/或出口段还设置弹簧6，弯管3开口的口径小于多孔板4的尺寸，弹簧6的一端通过多孔板4限位，另一端通过弯管3限位，用于压紧和密实冷却材料和吸附材料，同时，该弹簧6还具有缓冲作用，在温度变化，移动运输和震动等情况下不会使冷却材料和吸附材料松散。电池热失控烟气通过反应装置1进行化学反应，随后进入吸附装置2进行冷却和吸附处理，使得最后出来的气体不可燃烧，提高了净化效果。
36.实施例2
37.如图3所示，本实施例提供的电池热失控烟气处理装置包括相连接的反应单元和吸附单元；反应单元包括1个反应装置1，反应装置1内设置有反应物质，反应物质能够与可燃气体发生化学反应，使得可燃气体转变为不可燃烧气体；吸附单元包括7个吸附装置2，7个吸附装置2内分别填充有冷却材料和吸附材料，用于对反应后的烟气进行冷却和吸附处理。1个反应装置1和7个吸附装置 2线性排布为一排。
38.本实施例中对反应装置1和吸附装置2的形状不进行限定，只要能够在其内部填充反应物质、冷却材料和吸附材料即可，在本实施例中，反应装置1和吸附装置2优选的采用受力、耐压性较好的圆形罐体。反应物质为金属氧化物，金属氧化物为还原氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁、氧化铝、氧化钴、氧化铬、氧化钨中的一种或多种；冷却材料为陶瓷球、蜂窝陶瓷体、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛中的一种或者多种，吸附材料为活性炭、石墨、氧化铝、蒙脱石、硅酸盐、磷酸盐、多孔玻璃中的一种或多种。
39.在本实施例中，相邻的反应装置1和吸附装置2通过弯管3串联，弯管3内形成烟气的缓冲回流腔。每个反应装置1和吸附装置2内设置有2个多孔板，2 个多孔板通过两端设有螺纹的连接杆轴向连接，即连接杆的两端分别穿过多孔板，通过螺母固定,相邻的两个多孔板中填充有金属氧化物、冷却材料和吸附材料；电池热失控烟气通过反应装置1进行化学反
应，随后进入吸附装置 2进行冷却和吸附处理，使得最后出来的气体不可燃烧，提高了净化效果。
40.实施例3
41.如图3所示，本实施例提供的电池热失控烟气处理装置包括相连接的反应单元和吸附单元；反应单元包括1个反应装置1，反应装置1内设置有反应物质，反应物质能够与酸性气体发生化学反应，使得酸性气体转变为不可燃烧物质或者降低酸性气体的腐蚀性；吸附单元包括7个吸附装置2，7个吸附装置2内分别填充有冷却材料和吸附材料，用于对反应后的烟气进行冷却和吸附处理， 1个反应装置1和4个吸附装置2线性排布为一排。
42.本实施例中对反应装置1和吸附装置2的形状不进行限定，只要能够在其内部填充反应物质、冷却材料和吸附材料即可，在本实施例中，反应装置1和吸附装置2优选的采用受力、耐压性较好的圆形罐体。反应物质为碱性化合物，碱性化合物为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钾、强碱弱酸盐中的一种或多种，冷却材料为陶瓷球、蜂窝陶瓷体、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛中的一种或者多种，吸附材料为活性炭、石墨、氧化铝、蒙脱石、硅酸盐、磷酸盐、多孔玻璃中的一种或多种。
43.在本实施例中，相邻的反应装置1和吸附装置2通过弯管3串联，弯管3内形成烟气的缓冲回流腔。每个反应装置1和吸附装置2内设置有2个多孔板，2 个多孔板通过两端设有螺纹的连接杆轴向连接，即连接杆的两端分别穿过多孔板，通过螺母固定,相邻的两个多孔板中填充有金属氧化物、碱性化合物、冷却材料和吸附材料；电池热失控烟气通过反应装置1进行化学反应，随后进入吸附装置2进行冷却和吸附处理，使得最后出来的气体不可燃烧，提高了净化效果。
44.实施例4
45.如图1所示，本实施例提供的电池热失控烟气处理装置包括相连接的反应单元和吸附单元；反应单元包括2个反应装置1，2个反应装置1分别设置有不同的反应物质，反应物质能够与可燃气体和酸性气体发生化学反应，使得可燃气体和酸性气体转变为不可燃烧气体和不可燃烧物质，同时降低酸性气体的腐蚀性；吸附单元包括4个吸附装置2，4个吸附装置2内分别填充有冷却材料，用于对反应后的烟气进行冷却处理，2个反应装置1和4个吸附装置2线性排布为一排。
46.本实施例中对反应装置1和吸附装置2的形状不进行限定，只要能够在其内部填充反应物质、冷却材料即可，在本实施例中，反应装置1和吸附装置2 优选的采用受力、耐压性较好的圆形罐体。反应物质为金属氧化物和和碱性化合物，金属氧化物为还原氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁、氧化铝、氧化钴、氧化铬、氧化钨中的一种或多种；碱性化合物为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钾、强碱弱酸盐中的一种或多种，冷却材料为陶瓷球、蜂窝陶瓷体、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛中的一种或者多种。
47.在本实施例中，相邻的反应装置1和吸附装置2通过弯管3串联，弯管3内形成烟气的缓冲回流腔。如图2所示，每个反应装置1和吸附装置2内设置有2 个多孔板4，2个多孔板4通过两端设有螺纹的连接杆5轴向连接，即连接杆5的两端分别穿过多孔板4，通过螺母固定,相邻的两个多孔板4中填充有金属氧化物、碱性化合物和冷却材料；吸附罐体在烟气的进口段和/或出口段还设置弹簧6，弯管3开口的口径小于多孔板4的尺寸，弹簧6的一端通过多孔板4限位，另一端通过弯管3限位，用于压紧和密实冷却材料，同时，该弹簧6还具有缓冲
作用，在温度变化，移动运输和震动等情况下不会使冷却材料松散。电池热失控烟气通过反应装置1进行化学反应，随后进入吸附装置2进行冷却和吸附处理，使得最后出来的气体不可燃烧，提高了净化效果。
48.实施例5
49.如图1所示，本实施例提供的电池热失控烟气处理装置包括相连接的反应单元和吸附单元；反应单元包括2个反应装置1，2个反应装置1分别设置有不同的反应物质，使得可燃气体和酸性气体转变为不可燃烧气体和不可燃烧物质，同时降低酸性气体的腐蚀性；吸附单元包括4个吸附装置2，4个吸附装置 2内分别填充有吸附材料，用于对反应后的烟气进行吸附处理，2个反应装置1 和4个吸附装置2线性排布为一排。
50.本实施例中对反应装置1和吸附装置2的形状不进行限定，只要能够在其内部填充反应物质和吸附材料即可，在本实施例中，反应装置1和吸附装置2 优选的采用受力、耐压性较好的圆形罐体。反应物质为金属氧化物和碱性化合物，金属氧化物为还原氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁、氧化铝、氧化钴、氧化铬、氧化钨中的一种或多种；碱性化合物为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钾、强碱弱酸盐中的一种或多种，吸附材料为活性炭、石墨、氧化铝、蒙脱石、硅酸盐、磷酸盐、多孔玻璃中的一种或多种。
51.在本实施例中，相邻的反应装置1和吸附装置2通过弯管3串联，弯管3内形成烟气的缓冲回流腔。如图2所示，每个反应装置1和吸附装置2内设置有2 个多孔板4，2个多孔板4通过两端设有螺纹的连接杆5轴向连接，即连接杆5的两端分别穿过多孔板4，通过螺母固定,相邻的两个多孔板4中填充有金属氧化物、碱性化合物和吸附材料；吸附罐体在烟气的进口段和/或出口段还设置弹簧6，弯管3开口的口径小于多孔板4的尺寸，弹簧6的一端通过多孔板4限位，另一端通过弯管3限位，用于压紧和密实吸附材料，同时，该弹簧6还具有缓冲作用，在温度变化，移动运输和震动等情况下不会使吸附材料松散。电池热失控烟气通过反应装置1进行化学反应，随后进入吸附装置2进行冷却和吸附处理，使得最后出来的气体不可燃烧，提高了净化效果。
52.在本实施例中，最后一个吸附装置2的烟气出口处还连接有气体采集袋，用于收集处理过的电池热失控烟气，这样避免了电池因为热失控导致的可燃气体泄漏而导致的爆炸、着火等二次灾害。
53.实施例6
54.如图4所示，本实施例提供一种电池，包括上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4或实施例5中的电池热失控烟气处理装置。该电池热失控烟气处理装置与电池壳体7上设置的泄爆口或泄爆管连接。当电池壳体7内的电芯发生热失控而导致泄爆口打开，电池内部的高温物质会通过泄爆口或泄爆管进入反应装置1，由反应装置1中的反应物质与其发生化学反应，使得可燃气体和酸性气体转变为不可燃烧气体和不可燃烧物质，或者降低酸性气体的腐蚀性，反应后的烟气随后进入吸附装置2中，通过附装置内中填充有冷却材料和吸附材料对其进行处理，使得高温物质中的部分固体颗粒以及气化的电解液重新冷凝，并通过吸附材料对全部的液体以及剩余可燃气体进行吸附，没有被吸附的小分子气体如氮气、二氧化氮等通过排气口排放。该装置将电池热失控后产生的各种物质通过反应、冷却、吸附后再排放而不会引发爆炸、着火等危险。
55.本实用新型反应装置1中填充的反应物质可以使得可燃气体和酸性气体转变为不
可燃烧气体和不可燃烧物，从而可以减少冷却材料和吸附材料的用量。同时在冷却材料和吸附材料合适的用量组合下，其排放到环境中的少量气体可以达到无色无味不燃的效果，从而避免了电池因为热失控导致的爆炸、着火等二次灾害，也降低了对环境的污染。由于本实用新型装置采用物理冷却的材料对电池热失控时喷出的物质进行降温，这类物质降温效果较好，性质稳定，更重要的是无气体产生，因此使得的后续的吸附材料吸附时的用量及吸附负荷大大降低。