阻燃组合物及其制造方法和包含其的电池技术

本文公开了一种电池模块，其包括封装在外壳中的多个电池单元。外壳的内表面上设置有包含可膨胀石墨的阻燃层。可膨胀石墨在导致电池模块温度升高的热事件期间膨胀。本文还公开了一种方法，包括在电池模块中设置阻燃层；其中电池模块包括封装在外壳中的多个电池单元。外壳的内表面上设置有包含可膨胀石墨的阻燃层。可膨胀石墨在导致电池模块温度升高的热事件期间膨胀。期间膨胀。期间膨胀。

【技术实现步骤摘要】
阻燃组合物及其制造方法和包含其的电池


[0001]本公开涉及用于储能装置的阻燃组合物、其制造方法和包含其的制品。具体而言，本公开涉及用于电池的阻燃组合物、其制造方法以及包含该阻燃组合物的电池模块和电池组。

技术介绍

[0002]电池模块包括多个可充电的电池单元(通常称为二次电池)。可充电电池单元使它们可用于各种现代技术应用，例如电子设备、电动自行车、混合动力车、电动车等。电池模块有时会经历热事件，其中之一是热失控，此时由热源(例如电池单元)产生的热量大于模块将热量安全散发到其周围环境的能力。这导致电池模块中的温度升高。当电池短路或损坏时，经常会发生热失控。
[0003]热失控现象是不期望的，因为在电池模块中的一个电池单元中发生的热事件可能触发相邻电池单元中的相应热事件，从而产生更大的问题。因此，希望提供一种可用于储能装置如电池、电容器、超级电容器等的阻燃材料，其可以增加储能装置的阻燃性。

技术实现思路

[0004]本文公开了一种电池模块，其包括封装在外壳中的多个电池单元。外壳的内表面上设置有包含可膨胀石墨的阻燃层。可膨胀石墨在导致电池模块温度升高的热事件期间可操作以膨胀。
[0005]在一个实施例中，外壳包含出口，该出口可操作以允许热气体排出，并且其中阻燃层膨胀以产生将热气体引导至出口的通道。
[0006]在另一个实施例中，阻燃层被布置成接触热分布板，该热分布板具有比外壁中使用的材料更高的导热系数。
[0007]在另一个实施例中，热分布板布置在电池模块的顶部，以快速接触上升的热气体。
[0008]在另一个实施方案中，可膨胀石墨在热事件中经历剥离。
[0009]在另一个实施方案中，可膨胀石墨被嵌入阻燃剂。
[0010]在又一个实施方案中，可膨胀石墨具有不同尺寸的颗粒，这些颗粒被排列以促进基于颗粒尺寸的差异膨胀，从而产生热气体的通道。
[0011]在又一个实施方案中，一些可膨胀石墨颗粒在包含在阻燃层中之前被预膨胀。
[0012]在又一个实施方案中，阻燃层包含不同初始粒度的未膨胀石墨颗粒，与具有不同预膨胀水平的预膨胀颗粒结合，以定制阻燃层的膨胀，从而产生促进气体迁移至出口的通道。
[0013]在另一个实施例中，颗粒尺寸随着离外壳距离的增加而减小。
[0014]在另一个实施方案中，较大的可膨胀石墨颗粒比较小的可膨胀石墨颗粒膨胀得更多，其中在遇到热事件时最靠近外壳的颗粒膨胀得最多，而那些远离壁的颗粒膨胀得最少。
[0015]在又一个实施方案中，阻燃层包含包围可膨胀石墨的聚合物粘合剂。
[0016]在又一个实施例中，聚合物粘合剂是聚氨酯或聚硅氧烷。
[0017]在又一实施例中，阻燃层布置在热分布板的外周上，并且其中热分布板由铝制成。
[0018]本文公开了一种方法，包括在电池模块中设置阻燃层；其中电池模块包括封装在外壳中的多个电池单元。外壳的内表面上设置有包含可膨胀石墨的阻燃层。可膨胀石墨在导致电池模块温度升高的热事件期间膨胀。
[0019]在一个实施例中，该方法还包括布置可膨胀石墨以产生在热事件期间促进气体迁移到出口的通道。
[0020]当结合附图时，从以下详细描述中，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。。
附图说明
[0021]其他特征、优点和细节仅通过示例的方式出现在以下详细描述中，详细描述参考附图，其中:
[0022]图1是阻燃层中的可膨胀石墨活化之前的示例性电池模块的描述；
[0023]图2是阻燃层中的可膨胀石墨活化后的示例性电池模块的描述；
[0024]图3A描绘了阻燃层，该阻燃层允许热气体在阻燃层活化时从电池模块中逸出；
[0025]图3B描绘了来自图3A的放大截面ABCD
[0026]图3C描述了阻燃层中的石墨粒度分布，其允许热气体在激活后从电池模块中逸出；
[0027]图4是电池模块的示例性示意图，该电池模块具有用于将热量导向可膨胀石墨层的热分布板；
[0028]图5A描绘了电池模块中可膨胀石墨层的一种示例性布置；
[0029]图5B描绘了电池模块中可膨胀石墨层的另一示例性布置；
[0030]图5C描绘了电池模块中可膨胀石墨层的另一示例性布置；
[0031]图5D描绘了电池模块中可膨胀石墨层的另一示例性布置；和
[0032]图5E描绘了电池模块中可膨胀石墨层的另一示例性布置。
具体实施方式
[0033]以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。
[0034]本文公开了一种布置在电池模块中的阻燃组合物。阻燃组合物被设计成最小化由作为电池模块一部分的电池单元中产生的过多热量和气体引起的热事件的影响。这种阻燃组合物包含可膨胀石墨薄片。可膨胀石墨可以单独使用，也可以与其他阻燃材料结合使用，其中一些可以嵌入可膨胀石墨中。它可用于填充电池模块中的空隙。可膨胀石墨布置在电池模块中，使得它在热事件期间在模块内部以可预测的、预先设计的路径膨胀。预先设计的通道将热的可燃气体引导至位于模块外壳上的端口。热气体离开模块，从而减轻热事件的影响。因此，电池模块被设计成具有包含端口的外壳，并且可膨胀石墨被设置成以这样的方式膨胀，以便在热事件期间将热气体引导至端口。
[0035]这里详细描述的热事件属于导致温度升高的事件，其中电池模块不能比模块中产生的热量更快地散热。这种热事件的一个例子是热失控。
[0036]参考图1和2，示例性的电池模块100包括封装在外壳102中的多个电池单元104、106、108等。外壳102的内表面上设置有包含可膨胀石墨的阻燃层114。其他层也可以是阻燃层的一部分。这些在此详述。图1描绘了阻燃层114中的可膨胀石墨活化之前的示例性电池模块，而图2描绘了阻燃层中的可膨胀石墨活化之后的示例性电池模块。应当注意，阻燃层114在活化前具有厚度t1，活化后具有更大的厚度t2。
[0037]外壳102优选地连续有四个壁，左侧壁102A、顶壁102B、右侧壁102C和底壁102D。在电池模块100的顶壁102B上是两个端口112A和112B。这些端口充当热事件期间可能产生的多余热能和热气体300的出口。端口可以保持打开，或者用盖子密封，盖子可以容易地被热事件期间产生的气体移动。
[0038]虽然在图1中，端口在外壳102B的顶部，但是它们可以沿着外壳放置在任何地方，即(它们可以位于左侧壁102A、顶壁102B、右侧壁102C和/或底壁102D上)。
[0039]电池单元104、106、108等被外壳102包围。每个电池单元通过空隙空间200彼此分开，空隙空间200可以填充来自阻燃层的可膨胀石墨。外壳102在其内表面上设置有阻燃层114，该阻燃层114由陶瓷膜113保持在适当的位置，该陶瓷膜113允许石墨以这样的方式膨胀，即它不会阻塞端口112A或112B，也不会在(可膨胀石墨的)膨胀期间阻塞通向端口112A或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池模块，包括:封装在外壳中的多个电池单元；其中外壳的内表面上设置有包含可膨胀石墨的阻燃层；其中可膨胀石墨在导致电池模块温度升高的热事件期间膨胀。2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述外壳包含出口，所述出口用于允许热气体排出，并且所述阻燃层膨胀以产生将热气体引导至出口的通道。3.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述阻燃层被布置成接触热分布板，所述热分布板具有比所述外壳中使用的材料更高的导热系数。4.根据权利要求3所述的电池模块，其中，所述热分布板布置在电池模块的顶部，以接触上升的热气。5.根据权利要求1所述的电池模块，其中可膨胀石墨在热事件期间经历剥离。6.根据权利要求1所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：CH严，T汉，DR克拉克，SJ汉，KH陈，G赛布里安萨拉查，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：