膨胀式电池垫制造技术

本发明专利技术涉及一种膨胀式电池垫。在一方面，用于锂离子电池的膨胀式电池垫包括：聚氨酯泡沫，其具有5千帕斯卡至1035千帕斯卡的根据ASTM D3574‑17确定的在25％挠度下的压缩力挠度；以及膨胀材料，其包括酸源、碳源和发泡剂；其中，膨胀式电池垫具有1毫米厚度下的UL‑V0等级。在另一方面，电池可以包括：至少两个电池单体；以及位于至少两个电池之间的膨胀式电池垫。

【技术实现步骤摘要】
膨胀式电池垫
本申请涉及一种电池组合件，并且特别地涉及一种可以用于锂离子电池的包括膨胀式电池垫的电池组合件。
技术介绍
由于诸如电动交通工具和电网储能系统的应用以及诸如电动自行车、不间断电源电池系统和铅酸替代电池的其他多单元电池应用的增长，对诸如锂离子电池的电化学储能装置的需求正在增长。对于大型应用例如电网存储和电动交通工具，经常使用串并联阵列连接的多个单元。这样的单元可能是大型的(例如，至少有10安培小时(Ah))。大型单元的一个持续存在的问题是安全性，因为进入热失控的单元中释放的能量与留在单元内部并且在热失控期间可使用的电解质和活性物质的量成比例。换言之，因为大型单元包含更大量的电解质和活性物质，所以热失控会导致更严重的火灾。另外，一旦大型单元处于热失控模式，由该单元产生的热会在相邻单元中引发热失控传播反应，从而引起点燃整个组的级联效应，导致对组和周围设备的破坏以及对于用户的潜在不安全条件。虽然已经考虑了降低这样的电池的易燃性的尝试，但是它们并非没有缺点。例如，已经考虑了通过添加阻燃剂添加剂或通过使用本来就不易燃的电解质来修改电解质，但是这些尝试会负面地影响锂离子电池单体的电化学性能。用于防止级联热失控的其他方法涉及在单元或单元群组之间并入更大程度的绝缘，以便减少在热事件期间的热传递的量。这些方法可以限制可以实现的能量密度的上界。随着对具有高能量密度的电池的需求的增加，火焰发生和传播的风险增加。因此，在本领域中需要能够满足或超过当前火焰安全标准的电池。如果电池还可以在期望的更高能量下起作用，则将是进一步的优势。
技术实现思路
本文公开了一种电池组合件，其包括：至少两个电池单体；以及位于所述至少两个电池单体之间的膨胀式电池垫。膨胀式电池垫包括：聚氨酯泡沫，其具有5kPa至1035kPa的根据ASTMD3574-17确定的在25％挠度下的压缩力挠度；以及膨胀材料，其包括酸源、碳源和发泡剂，其中，膨胀式电池垫具有1毫米厚度下的UL-V0等级。上述特征和其他特征通过以下附图、详细描述和权利要求来例示。附图说明以下附图为示例性实施方案，提供这些示例性实施方案以说明本公开内容。说明实施例的附图不旨在将根据本公开内容制造的装置限制于本文中阐述的材料、条件或过程参数。图1是包括位于两个电池单体之间的膨胀式电池垫的电池组合件的一方面的图示；图2是包括位于两个电池单体之间的膨胀式电池垫的电池组合件的另一方面的图示；图3是包括位于电池单体的阵列之间的膨胀式电池垫的电池组合件的一方面的图示；图4是包括位于电池单体的阵列中的电池单体之间的膨胀式电池垫的电池组合件的一方面的图示；图5是包括电池单体的阵列的电池的一方面的图示；图6是形成膨胀材料的一方面的图示；以及图7是实施例1的膨胀式电池垫的照片。具体实施方式包括多个单元的电池中的热失控的问题是一个难题，因为与正经历热失控的单元相邻的单元可以从事件吸收足够的能量，以使它们被触发而也进入热失控。引起热失控事件的这种传播可以导致连锁反应，其中，存储装置随着单元点燃相邻的单元而进入一系列级联的热失控。为了防止这样的级联(cascading)热失控事件发生，开发了包括至少两个电池单体和膨胀式电池垫的电池组合件。膨胀式电池垫包括聚氨酯泡沫和膨胀材料。膨胀材料包括酸源、碳源和发泡剂。膨胀材料可以分散在聚氨酯泡沫中或可以存在于聚氨酯泡沫的至少一个表面上。膨胀式电池垫可以成功地用于电池组中的事实出乎意料，因为原本认为在烧焦事件(charevent)期间膨胀材料的固有扩展对于在电池组中使用而言过于显著。更出乎意料的是，膨胀材料可以成功地涂覆至膨胀式电池垫上，同时保持聚氨酯的期望的泡沫性能，因为以前预期涂层的添加应该会不利地影响例如聚氨酯泡沫的压缩力挠曲或压缩永久变形的性能。如上所述，电池组合件包括至少两个电池单体和可以位于所述至少两个电池单体之间或者可以沿着紧临电池组合件的表面定位的膨胀式电池垫。电池单体可以是锂离子电池单体。尽管在热屏蔽方面的有效性可以是主要的考虑因素，但是取决于单元的所期望的尺寸或形状、包围单元的壳体或其他结构的尺寸或构造(conformation)、制造成本、各种不同形状的制造容易程度以及类似的考虑因素，单元和膨胀式电池垫的特定形状可以大范围地变化。例如，电池单体可以具有圆形、正方形、矩形、卵形、梯形或其他形状的轮廓，并且膨胀式电池垫可以具有相应的圆形、正方形、矩形、卵形、梯形或其他形状的轮廓。可替选地，电池单体中的至少一个的轮廓的形状可以与垫的轮廓不同。例如，具有圆形轮廓的单元可以与具有矩形轮廓的膨胀式电池垫一起使用。图1至图4示出了电池组合件的示例性实施方案。图1示出了电池组合件10，其中膨胀式电池垫4位于第一电池单体2与第二电池单体6之间。图1中的插图示出了膨胀式电池垫4可以包括与膨胀层104直接物理接触的聚氨酯层204。图1还示出了膨胀式电池垫4可以是与电池单体大致相同的尺寸，特别是在跨电池单体的宽度和高度方面。例如，如图1中所示，x方向上的宽度和y方向上的高度可以相同。在其他方面，膨胀式电池垫4的宽度和高度可以在电池单体中的至少一个电池单体以及优选地两个电池单体的宽度和高度的正或负(±)0.2％、或±0.5％、或±1％、或±2％、或±3％、或±5％或±10％内。如果使用不同尺寸的电池单体，则膨胀式电池垫的宽度和高度可以与电池单体之一相同，或者在电池单体之一的宽度和高度的±0.2％、±0.5％或±1％、或±2％、或±3％、或±5％或±10％内。在一方面，特别地对于具有圆形或其他非方形形状(non-squareshape)的组件，轮廓(按长度测量的)可以在电池单体中的至少一个电池单体、优选地两个电池单体的轮廓的±0.2％、±0.5％或±1％、或±2％、或±3％、或±5％或±10％内。然而，膨胀式电池垫的尺寸的变化不限于这些量。可以有x方向上的宽度和y方向上的高度中的至少一个上的变化。图2示出了电池组合件20，其中膨胀式电池垫4可以在至少一个方向上小于相应的电池单体。如图2中所示，膨胀式电池垫4在x方向上的宽度与电池单体2、6的宽度相同，但是膨胀式电池垫4在y方向上的高度明显小于电池单体2、6的高度。在其他方面，宽度和高度二者可以与电池单体2、6不同。膨胀式电池垫也可以沿着电池单体中的一个或更多个电池单体的轮廓的仅一部分变化。在这一方面，电池垫的轮廓与至少一个电池单体的所有边缘不等平(不是共端点(coterminal)的)。例如，如图3中所示，电池组合件40包括具有相同尺寸轮廓的电池单体2、6。膨胀式电池垫4设置在电池单体2、6之间。在单元2、6的边缘2b、6b处，电池垫4与边缘2b、6b等平(与边缘2b、6b共端点)。然而，膨胀式电池垫4的一部分8被切掉以在垫中留下切口。例如，该切口可以用于准备插入电池的其他部件。在单元2、6的边缘2a、6a处，电池垫4的边缘10延伸超过边缘2a、6a，从而形成突片或折片。这种额外的材料例如可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂离子电池的膨胀式电池垫，包括：/n聚氨酯泡沫，其具有5千帕斯卡至1035千帕斯卡的根据ASTM D3574-17确定的在25％挠度下的压缩力挠度；以及/n膨胀材料，其包括酸源、碳源和发泡剂；/n其中，所述膨胀式电池垫具有1毫米厚度下的UL-V0等级。/n

【技术特征摘要】
20190610 US 62/859,2301.一种用于锂离子电池的膨胀式电池垫，包括：
聚氨酯泡沫，其具有5千帕斯卡至1035千帕斯卡的根据ASTMD3574-17确定的在25％挠度下的压缩力挠度；以及
膨胀材料，其包括酸源、碳源和发泡剂；
其中，所述膨胀式电池垫具有1毫米厚度下的UL-V0等级。


2.根据权利要求1所述的膨胀式电池垫，其中，所述膨胀式电池垫具有1毫米至5毫米的厚度。


3.根据权利要求1所述的膨胀式电池垫，其中，所述聚氨酯泡沫具有如下中的至少一者：
5kPa至500kPa或5kPa至80kPa的根据ASTMD3574-17确定的分别在25％挠度下的压缩力挠度；
100kPa至500kPa或200kPa至300kPa的根据ASTMD3574-17确定的分别在75％挠度下的压缩力挠度；
0至15％或0至5％的根据ASTMD3574-95测试D在23℃或70℃下确定的在50％挠度下的压缩永久变形；或者
小于或等于3的SAG系数，所述SAG系数由在65％下的压缩力挠度除以在25％下的压缩力挠度来定义。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述酸源包括有机或无机磷化合物或硫酸酯/盐中的至少一种；
其中，有机或无机磷化合物能够包括三(2,3-二溴丙基)磷酸酯、三(2-氯乙基)磷酸酯、三(2,3-二氯丙基)磷酸酯、三(1-氯-3-溴异丙基)磷酸酯、双(1-氯-3-溴异丙基)-1-氯-3-溴异丙基膦酸酯、聚氨基三嗪磷酸酯、磷酸三聚氰胺或磷酸脒基脲；有机亚磷酸酯；或含磷无机化合物中的至少一种。


5.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述碳源包括糊精、酚醛树脂、季戊四醇、粘土或聚合物中的至少一种。


6.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述发泡剂包括双氰胺、偶氮二甲酰胺、三聚氰胺、胍、甘氨酸、尿素或卤化有机材料中的至少一种。


7.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述发泡剂在大于或等于120℃或130℃至200℃的温度下分解。


8.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述膨胀材料还包括协同剂或粘合剂中的至少一种。


9.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述膨胀材料存在于所述聚氨酯泡沫的至少一个表面上。


10.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述膨胀材料分散在所述聚氨酯泡沫中。


11.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述膨胀材料位于所述膨胀式电池垫的所有的表面上。


12.一种电池，包括：
至少两个电池单体；以及
位于所述至少两个电池单体之间的根据权利要求1至11中任一项所述的膨胀式电池垫。


13.根据权利要求12所述的电池，其中，所述电池是锂离子电池。


14.一种制造根据权利要求1至11中任一项所述的膨胀式电池垫的方法，包括：
将包括反应性混合物的起泡组合物涂覆至离型衬里上；
使所述反应性混合物固化以形成所述聚氨酯泡沫；以及
其中，所述起泡组合物包括所述膨胀材料，或者其中，所述方法还包括将所述膨胀材料沉积在所述聚氨酯泡沫的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王巍，布雷特·基尔赫尼，罗伯特·戴格尔，马克·圣·让，克里斯托弗·丘尔奇尔，
申请(专利权)人：罗杰斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US