封装隔热材料的排气和过滤元件制造技术

本公开涉及用于能量储存系统中热失控问题的材料和系统。示例性实施方案包括被封装以形成绝缘屏障的绝缘层。粒子捕获层包括在绝缘屏障中。粒子捕获层捕获在绝缘屏障压缩期间从绝缘屏障释放的粒子。绝缘屏障释放的粒子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】封装隔热材料的排气和过滤元件
[0001]相关应用的交叉引用
[0002]本公开请求2021年7月2日所提交的标题为“用于减轻电能储存热事件的材料、系统和方法”的美国临时专利申请号63/218,205和2022年2月17日所提交的标题为“用于电池屏障的排气和过滤元件”的美国临时专利申请号63/311,299的优先权。每一案在此都通过引用其整体并入本公开。


[0003]本公开大致涉及用于电池模块或电池组排气和过滤的材料、系统和方法。具体而言，本公开涉及提供过滤排气口以允许气体通过绝缘屏障逸出同时捕获释放气体中的粒子物质的材料、系统和方法。

技术介绍

[0004]锂离子电池等可充电电池已广泛应用于电力驱动和储能系统。锂离子电池(LIB)与传统电池相比因其高工作电压、低记忆效应和高能量密度而广泛用于为手机、平板电脑、笔记型电脑、电动工具和电动汽车等其他大电流设备等便携式电子设备供电。然而，安全是一个问题，因为LIB在“滥用条件(abuse conditions)”下容易发生灾难性故障，例如当可充电电池过度充电(充电超过设计电压)、过度放电或在高温和高压下运行或暴露于高温和高压。因此，狭窄的工作温度范围和充电/放电速率是LIB使用的限制，因为当LIB遇到设计窗口以外的条件时，可能会因快速自热或热失控事件而故障。
[0005]当内部反应速率增加至产生的热量多于可排出的热量时，可能会发生热失控，从而导致进一步增加反应速率和热量的产生。在热失控期间，高温会引发电池中的一系列放热反应，导致电池温度迅速升高。在许多情况下，当一个电池单元发生热失控时，产生的热量会迅速加热靠近正经历热失控的单元。添加到热失控反应中的每个电池都包含额外的能量来继续反应，导致电池组内的热失控传播，最终导致火灾或爆炸的灾难。及时散热和有效阻断传热路径是减少热失控传播危害的有效对策。
[0006]基于对导致电池热失控机制的理解，许多方法正在研究中，旨在通过电池组件的合理设计来降低安全隐患。为防止这种级联热失控事件的发生，LIB通常设计为将储存的能量保持在足够低的水平，或在电池模块或电池组内的电池之间采用隔热材料，以使它们或它们的组合免受相邻电池中可能发生的热事件的影响。前者严重限制了可能储存在这种设备中的能量。后者限制了电池的放置距离，从而限制了有效能量密度。
[0007]气凝胶材料已被用作隔热材料。气凝胶隔热材料比其他隔热材料具有许多优势。其中一些优点包含对热传播和火灾传播的良好抵抗性，同时最大限度地减少所用材料的厚度和重量。气凝胶隔热材料还具有良好的可压缩性、压缩回弹性和柔顺性。一些基于气凝胶的隔热材料，由于其重量轻且刚度低，可能难以安装在电池单元之间，特别是在大规模生产环境中。此外，气凝胶隔热材料往往会产生可能对电力储存系统有害的粒子物质(灰尘)，从而产生制造问题。
[0008]为了减轻与处理气凝胶材料相关的问题，可封装气凝胶热屏障。用于封装气凝胶隔热材料的封装材料通常会在隔热材料周围形成气密密封，并防止粒子物质从隔热材料中释放出来。

技术实现思路

[0009]本公开的目的是消除或减轻上述先前方法和材料的至少一个缺点。本公开提供的绝缘屏障旨在改进封装和处理电池模块或电池组中使用的热屏障。
[0010]在本公开的一个方面，一种用于电能储存系统的绝缘屏障包括：至少一个绝缘层；至少部分地围绕绝缘层的封装层，所述封装层包括一个或多个开口；以及耦合至封装层的粒子捕获层。在绝缘层压缩期间产生的粒子和气体流向封装层的一个或多个开口。粒子和气体流过粒子捕获层，其中至少一部分粒子保留在粒子捕获层中。
[0011]在本公开的一个方面，粒子捕获层定位在一个或多个开口上方的封装层的外表面上。在压缩绝缘屏障期间产生的粒子穿过封装层的一个或多个开口并且至少部分地保留在粒子捕获层内。
[0012]在本公开的一个方面，封装层具有细长开口。封装层部分地覆盖绝缘层，使得封装层中的细长开口沿绝缘层的一侧定位。粒子捕获层耦合至封装层，使得粒子捕获层定位在封装层中的细长开口上方。
[0013]在本公开的一个方面，封装层具有沿着绝缘层的一侧或多侧设置的多个开口。粒子捕获层耦合至封装层，使得粒子捕获层定位于封装层中的多个开口的上方。
[0014]在本公开的一些方面，粒子捕获层通过粘合材料耦合至封装层。黏合材料靠近封装层的开口，使得粘合材料充当粒子和气体流动的屏障，将粒子和气体引导到粒子捕获层中。
[0015]在本公开的一个方面，粒子捕获层位于封装层的内部。在使用期间，压缩绝缘屏障期间产生的粒子和气体在穿过封装层的一个或多个开口之前进入粒子捕获层，并且至少部分地保留在粒子捕获层内。
[0016]粒子捕获层可为泡沫材料、织造材料、非织造材料或网状材料。
[0017]在本公开的一个方面，绝缘屏障包括一个或多个与粒子捕获层耦合的聚合物膜。聚合物膜在绝缘屏障的压缩过程中抑制和/或捕获粒子。一个或多个聚合物膜可以是过滤器的形式，其抑制粒子流过聚合物膜并允许气体通过聚合物膜。在本公开的一个方面，聚合物膜的一个覆盖与绝缘层相对的粒子捕获层的一部分。在本公开的另一方面，其中聚合物膜的一个覆盖绝缘层的一部分和粒子捕获层。
[0018]在本公开的一个方面，绝缘层具有穿过所述绝缘层的厚度维度在25℃小于约50mW/m
‑
K且在600℃小于约60mW/m
‑
K的热导率。在本公开的一个方面，绝缘层包括气凝胶。
[0019]在本公开的一个方面，绝缘层包括气凝胶材料。
[0020]在本公开的一个方面，封装层包括聚合材料。在本公开的一些方面，封装层包括聚合材料和嵌入聚合材料中的金属层。
[0021]在本公开的另一方面，电池模块包括多个电池单元和在此所述一个或多个设置在相邻电池单元之间的绝缘屏障。
[0022]另一方面，本公开提供一种装置或载具，包含根据上述任一方面的电池模块或电
池组。在一些实施方案中，所述设备为笔记型电脑、PDA、手机、标签扫描仪、音频装置、视频装置、显示面板、摄影机、数码相机、台式计算机、军用便携式计算机、军用电话、激光测距仪、数字通讯装置、情报收集传感器、电子集成服装、夜视设备、电动工具、计算机、收音机、遥控设备、GPS装置、手持和便携式电视、汽车启动器、手电筒、声学设备、便携式加热装置、便携式吸尘器或便携式医疗工具。在一些实施方案中，载具为电动车。
[0023]本公开的绝缘屏障可提供优于现有热失控缓解策略的一个或多个优点。本公开的绝缘屏障可最小化或消除电池热失控传播，而不会显著影响电池模块或电池组的能量密度和组装成本。本公开的绝缘屏障可提供有利的可压缩性、压缩回弹性和柔顺性以适应在电池寿命期间持续的电池膨胀，同时在正常操作条件下以及在热失控条件下具有有利的热性能。本公开的绝缘屏障耐用且易于处理，具有良好的热传播和火焰传播阻力，同时使所用材料的厚度和重量最小化，并且还具有可压缩性、压缩回弹性和柔顺性的良好特性。
附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于电能储存系统的绝缘屏障，所述绝缘屏障包括：至少一层绝缘层；至少部分地围绕所述绝缘层的封装层，所述封装层包括一个或多个开口；以及耦合至所述封装层的粒子捕获层；其中，在压缩所述绝缘屏障期间产生的粒子和气体流向所述封装层的一个或多个开口，并且其中，所述粒子至少部分地保留在所述粒子捕获层内。2.根据权利要求1所述的绝缘屏障，其中，所述粒子捕获层定位在所述封装层的外表面且在所述一个或多个开口的上方，并且其中在所述绝缘屏障压缩期间产生的粒子穿过所述封装层的一个或多个开口并至少部分地保留在所述粒子捕获层内。3.根据权利要求2所述的绝缘屏障，其中，所述封装层包括细长开口，并且其中，所述封装层部分覆盖所述绝缘层，使得所述封装层中的所述细长开口沿着所述绝缘层的一侧定位，并且其中，所述粒子捕获层耦合至所述封装层，使得所述粒子捕获层定位在所述封装层中的所述细长开口上方。4.根据权利要求2所述的绝缘屏障，其中，所述封装层包括沿着所述绝缘层的一侧或多侧定位的多个开口，并且其中，所述粒子捕获层耦合至所述封装层，使得所述粒子捕获层定位在所述封装层中的多个开口上方。5.根据权利要求3或4所述的绝缘屏障，其中，所述粒子捕获层通过粘合材料耦合至所述封装层。6.根据权利要求5所述的绝缘屏障，其中，所述粘合材料定位成邻近所述开口，使得所述粘合材料充当所述粒子和气体流动的屏障，所述屏障将所述粒子和气体引导到所述粒子捕获层中。7.根据权利要求1所述的绝缘屏障，其中，所述粒子捕获层定位在所述封装层的内部，并且其中，在使用过程中，所述绝缘屏障压缩过程中产生的粒子和气体在通过封装层的一个或多个开口之前进入所述粒子捕获层，并且至少部分地保留在粒子捕获层内。8.根据权利要求1至7中任一项所述的绝缘屏障，其中，所述粒子捕获层包括泡沫材料。9.根据权利要求1至7中任一项所述的绝缘屏障，其中，所述粒子捕获层包括织造材料、非织造材料或网状材料。10.根据权利要求1至9中任一项所述的绝缘屏障，进一步包括一个或多个耦合至所述粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：亚斯朋空气凝胶公司，
类型：发明
国别省市：