阻燃复合材料及其制备方法和应用

本申请涉及电池，特别是涉及一种阻燃复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池，凭借其高能量密度、长循环寿命和较低的自放电率等优势，已成为主流动力电池类型。然而，在追求更高能量密度和超快充电技术的同时，锂离子电池仍然面临一系列挑战，涉及能量密度、循环寿命、充电速率和安全性等方面。特别是在追求更高性能的背景下，火灾和爆炸等安全问题仍然是一个具有挑战性的问题。

2、热失控被认为是引发电池安全问题的一个主要因素。在传统车用动力电池中，安全性主要依赖于系统层面的控制，包括电池管理系统（bms）、热管理系统、火灾控制和灭火系统、安全阀和断路器。目前，将阻燃剂掺混到电极材料中是一种有效的技术手段。这是由于阻燃剂可以提高材料的热稳定性、捕捉燃烧自由基等。然而，阻燃剂的使用会对电池的电化学性能产生一定的负面影响。虽然通过对阻燃剂进行表面包覆，可以降低其对电池电化学性能的不良影响。但是阻燃剂表面包覆的方法存在操作复杂、难以大规模生产的问题。因此，如何提供一种简便易行的包覆手段以实现对阻燃剂的包覆，且降低阻燃剂对电池电性能影响是当前急需解决的一个技术问题。

技术实现思路

1、基于此，本申请有必要提供一种阻燃复合材料，通过采用合金外壳包覆阻燃剂，合金外壳能够在电池即将或正在发生热失控时熔化并释放阻燃剂，阻止热失控反应的进行。并且在电池正常工作时，采用合金外壳包覆的阻燃剂具有良好的导电性，降低阻燃剂对电池电化学性能的影响。进一步地，本申请还提供了一种所述阻燃复合材料的制备方法和应用。

2、本申请提供一种阻燃复合材料，所述阻燃复合材料包括核材以及包覆于所述核材表面的合金外壳，所述核材包括第一阻燃剂；所述合金外壳用于达到所述合金外壳的熔点时熔化并释放所述第一阻燃剂。

3、在一些实施方式中，所述合金外壳的熔点为80℃~130℃。

4、在一些实施方式中，所述合金外壳的平均厚度为10μm~100μm。

5、在一些实施方式中，所述阻燃复合材料的平均粒径为50μm~1000μm。

6、在一些实施方式中，阻燃复合材料包括至少两层所述合金外壳，相邻所述合金外壳之间填充有第二阻燃剂。

7、在一些实施方式中，所述第一阻燃剂的种类与所述第二阻燃剂的种类相同或不同。

8、可选地，所述第二阻燃剂包括磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、卤系阻燃剂、金属化合物阻燃剂和电解液固化剂中的至少一种。

9、在一些实施方式中，所述阻燃复合材料由内至外，各层所述合金外壳的熔点依次降低。

10、在一些实施方式中，所述第一阻燃剂包括磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、卤系阻燃剂、金属化合物阻燃剂和电解液固化剂中的至少一种。

11、在一些实施方式中，所述合金外壳的材料包括加锡铋合金、铋铅合金、锡铋铟合金、和铅铋银合金中的至少一种。

12、第二方面，本申请提供一种如第一方面所述阻燃复合材料的制备方法，所述制备方法包括：

13、将第一阻燃剂和第一合金材料混合，加热熔化所述第一合金材料，待熔化物冷却后，研磨得到所述的阻燃复合材料。

14、在一些实施方式中，所述制备方法还包括：

15、将所述阻燃复合材料和第二阻燃剂混合后，再加入第二合金材料加热熔融，待熔化物冷却后，研磨得到所述的阻燃复合材料，以在所述阻燃复合材料的合金外壳的外侧再次形成合金外壳，并在两层合金外壳之间填充第二阻燃剂。

16、第三方面，本申请提供一种电池，所述电池包括如第一方面所述的阻燃复合材料。

17、与传统技术相比，本申请至少具有以下有益效果：

18、本申请的阻燃复合材料以合金包覆阻燃剂，将阻燃复合材料加入至电池电极材料中，由于合金外壳具有良好的导电性能，可以提高电池的倍率性能。同时，在电池即将或正在发生热失控时，合金外壳能够熔化，进而释放阻燃剂，阻断燃烧链式反应的发生，阻止电池热失控初期的热量积累，保证电池的安全性。

技术特征：

1.一种阻燃复合材料，其特征在于，所述阻燃复合材料包括核材以及包覆于所述核材表面的合金外壳，所述核材包括第一阻燃剂；所述合金外壳用于达到所述合金外壳的熔点时熔化并释放所述第一阻燃剂。

2.如权利要求1所述的阻燃复合材料，其特征在于，所述合金外壳满足如下条件中的至少一种：

3.如权利要求1所述的阻燃复合材料，其特征在于，所述阻燃复合材料的平均粒径为50μm~1000μm。

4.如权利要求1-3任一项所述的阻燃复合材料，其特征在于，所述阻燃复合材料包括至少两层所述合金外壳，相邻所述合金外壳之间填充有第二阻燃剂。

5.如权利要求4所述的阻燃复合材料，其特征在于，所述第一阻燃剂的种类与所述第二阻燃剂的种类相同或不同；

6.如权利要求4所述的阻燃复合材料，其特征在于，所述阻燃复合材料由内至外，各层所述合金外壳的熔点依次降低。

7.如权利要求1所述的阻燃复合材料，其特征在于，所述阻燃复合材料还满足如下条件中的至少一种：

8.一种权利要求1-7任一项所述阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1-7任一项所述的阻燃复合材料。

技术总结
本申请提供一种阻燃复合材料及其制备方法和应用，阻燃复合材料包括核材以及包覆于核材表面的合金外壳，核材包括第一阻燃剂；合金外壳用于达到合金外壳的熔点时熔化并释放第一阻燃剂。本申请的阻燃复合材料不仅能够提高电池的导电性，而且能够在电池热失控的过程中，合金外壳熔化释放阻燃剂，提高电池的安全性能。

技术研发人员：李伟峰,饶顺,高镇海,冯新浡,刘洁,张富民,彭嘉骏,施家伟
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29