本发明专利技术涉及用于高安全性包设计的导热性各向异性的多层复合材料。根据本发明专利技术，多层复合材料具有夹层结构，并包含：由具有超低热导率的气凝胶材料组成的内层；以及两个导热层，其含有石墨烯型纳米碳并具有高热导率，其中所述内层被所述两个导热层夹在中间。当用作两个相邻电池之间的隔片时，多层复合材料可有助于实现均匀的热分布，阻止热传播，并用作适应充电和放电期间的体积变化的隔片。电和放电期间的体积变化的隔片。电和放电期间的体积变化的隔片。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高安全性包设计的导热性各向异性的多层复合材料
[0001]本专利技术涉及用于袋式电池的包设计的多层复合材料，其具有以下三个功能：1.实现袋式电池表面的均匀平面散热(x
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y方向高热导率)；2.停止各电池之间的热传播(z方向超低热导率)；3.用作各电池之间的隔片以具有适当的压力。
技术介绍
[0002]在过去二十年中，锂离子电池已经成为新能源车辆的非常理想的电源。目前市售的具有石墨负极和层状结构LiMO(M＝Ni、Co、Mn二元或三元体系)正极的锂离子电池在电池水平上具有大于250Wh/kg的重量能量。工业上持续追求甚至更高的能量密度(>300Wh/kg)。
[0003]与具有相对较低能量密度(160～180Wh/kg)的锂离子磷酸盐电池相比，高镍NCM或NCA基电池在高能量密度方面具有很大优势，尤其是以具有较轻非活性材料的袋式电池形式可实现高达300Wh/kg的能量密度。然而，由于化学活性物质的高组成和不定向排气，存在安全性问题。此外，袋式电池在充电和放电期间的不均匀热分布导致部分膨胀，锂枝晶形成，不均匀电压分布和部分过充电，这与热失控有关，并带来电池管理系统(BMS)的更多复杂性。
[0004]因此，期望袋式电池具有高平面传导性(x
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y方向热导率)。此外，当电池发生热失控时，应屏蔽热量以防止相邻电池发生热失控；因此，期望的是在电池之间(z方向)具有低热导率的材料。第三，不同于棱柱形和圆柱形电池，袋式电池不具有用于保持凝胶卷的刚性壳体。电池在充电和放电(电池呼吸)期间通常具有10％的体积变化；因此，期望的是具有可压缩的材料以适应体积变化。
[0005]由绝热材料如玻璃纤维、石棉纤维或硅酸盐制成的隔热膜通常用于袋式电池包以起到隔热层和阻燃剂的作用。然而，本领域普遍认为这种隔热膜较厚且效果较差。
[0006]另一方面，已知气凝胶材料具有超低热导率，且已用作绝热材料。例如，CN103933900A公开了一种制备可用作绝热材料的间苯二酚
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甲醛(RF)气凝胶的方法。然而，气凝胶本身是各向同性的，不能具有高平面传导性，同时在电池之间的热导率低。
[0007]CN 107513168A公开了一种层状复合材料，其具有膨胀型聚四氟乙烯层、石墨烯层和硅气凝胶层，其中石墨烯层和硅气凝胶层分别设置在膨胀型聚四氟乙烯层的相对侧。然而，膨胀型聚四氟乙烯层具有低膨胀系数，因此在其使用过程中的体积变化小。
[0008]鉴于上述内容，本领域仍然需要开发一种多层复合材料，其满足袋式电池包设计的要求，以实现高安全性袋式电池包设计，并且可以解决以下问题：(1)袋式电池表面的不均匀热分布；(2)电池模块/电池包中的热传播；和(3)用以适应袋式电池的体积变化的隔片。
技术实现思路
[0009]本专利技术是鉴于上述技术问题而做出的。特别地，在一个方面，本专利技术的目的是提供一种多层复合材料，其可用作袋式电池包中的隔热材料，并且可满足袋式电池包设计的以
下要求：(1)x
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y方向的高热导率；(2)z方向的超低热导率；以及(3)可压缩以适应体积变化。
[0010]本专利技术的另一个目的是提供包含本专利技术的多层复合材料的袋式电池包，该袋式电池包能够实现高安全性电池包设计且可以具有优异的电性能。
[0011]在另一方面，本专利技术的目的是提供制备本专利技术的多层复合材料的方法。
[0012]为了实现上述目的，在一个方面，提供了具有夹层结构的多层复合材料，其包括：由具有25mW/m
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K以下的超低热导率的气凝胶材料组成的内层；以及两个导热层，其含有石墨烯型纳米碳并具有高于50W/m
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K的高热导率，其中所述内层被所述两个导热层夹在中间。
[0013]本专利技术还提供了一种袋式电池包，其包括多个电池和设置在两个相邻电池之间的隔片，其中隔片包含本专利技术的多层复合材料。
[0014]本专利技术还提供了一种包含本专利技术的袋式电池包的装置。
[0015]在另一方面，提供一种用于制备本专利技术的多层复合材料的方法，其包括：形成气凝胶材料内层的工序；以及在所述内层的两侧施加导热层的工序。
[0016]在一些优选的实施方式中，形成内层的工序包括以下步骤：
[0017](1)形成用于形成气溶胶的前体的稳定溶液；
[0018](2)通过缩聚反应使所述溶液凝胶化；
[0019](3)使步骤(2)中获得的溶胶老化；并且
[0020](4)将老化的凝胶进行超临界干燥，并将其成形为所需的形式或形状。
[0021]根据本专利技术，多层复合材料可以解决现有技术中的上述技术问题，并且有助于实现均匀的热分布，阻止热传播，并且用作适应充电和放电期间的体积变化的隔片。此外，包含多层复合材料的袋式电池包可实现高安全性电池包设计，并具有优异的电性能。
附图说明
[0022]本专利技术包括附图以提供对本专利技术的进一步理解并作为本说明书的一部分并入，其示出了本专利技术的实施方式，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。在附图中：
[0023]图1是本专利技术的多层复合材料的示意性截面。
[0024]图2是示意性地示出比较例3和实施例5至6中测试用电池模块的结构的透视图。
[0025]图3是用于比较例4和实施例7至10中的测试用袋式电池的示意图。
具体实施方式
[0026]在下文中，将参照附图详细描述本专利技术的实施方式，使得本领域技术人员可以容易地实现本专利技术的技术思想。应当理解，本专利技术不限于以下实施方式，并且可以以不同方式实施。
[0027]在本专利技术中，术语“多层复合材料”和“隔热材料”可以具有相同的含义并且在下文中可交换地使用。
[0028]本专利技术提供一种具有夹层结构的多层复合材料，其包含：由具有25mW/m
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K以下的超低热导率的气凝胶材料组成的内层；以及两个导热层，其含有石墨烯型纳米碳并具有高于50W/m
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K的高热导率，其中所述内层被所述两个导热层夹在中间。
[0029]图1是本专利技术的多层复合材料的示意性截面。
[0030]如图1所示，多层复合材料100包括气凝胶材料内层101，其被两个导热层102夹在
中间。换言之，内层101在其相对侧上施加有两个导热层102。
[0031]内层101由具有适当孔隙率和厚度的气凝胶材料制成，使得内层101可具有低至25mW/m
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K以下的热导率。
[0032]气凝胶材料具有超低热导率，因为其具有高孔隙率。已知热传导主要通过气体传导、固体传导和辐射传导这三种方式来操作。其中，气体传导具有可以传递的最少量的热量，因为大多数气体具有非常低的热导率。因此，通常大多数绝热材料具有多孔结构，其中空气占据固体材料的部分体积，使得材料的整体热导率可以降低。
[0033]本专利技术的气凝胶材料具有比最常见的绝热材料高得多的孔隙率。气本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有夹层结构的多层复合材料，其用作袋式电池包中的隔热材料，所述多层复合材料包含：由具有25mW/m
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K以下的热导率的气凝胶材料组成的内层；以及两个导热层，所述导热层含有石墨烯型纳米碳并且具有50W/m
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K以上的热导率，其中，所述内层被两个导热层夹在中间。2.如权利要求1所述的多层复合材料，其中，所述内层具有100μm以上且1000μm以下的厚度。3.如权利要求1或2所述的多层复合材料，其中，所述气凝胶材料具有大于95％的空气体积百分比。4.如权利要求1或2所述的多层复合材料，其中，所述气凝胶材料含有遮光剂如SiC、TiO2或炭黑，和粘合剂如玻璃纤维。5.如权利要求1所述的多层复合材料，其中，石墨烯基层具有1至10...
【专利技术属性】
技术研发人员：张雅，程骞，蔡毅，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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