具有增强填充材料的传播阻挡件及其生产方法技术

本发明专利技术涉及一种用于防止热事件在多电芯电池模块内传播的阻挡件(所谓的“传播阻挡件”)，其包括基于水凝胶和增强填充材料的吸热保护层。此外，本发明专利技术涉及包括所述阻挡件的电池模块，以及所述阻挡件用于补偿电池模块内的体积波动的用途。此外，还说明了一种用于生产传播阻挡件的方法。传播阻挡件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有增强填充材料的传播阻挡件及其生产方法


[0001]本专利技术涉及一种用于防止热事件在多电芯电池(multi
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cell battery)模块内传播的阻挡件(所谓的“传播阻挡件”)，其包括基于水凝胶和增强填充材料的吸热保护层。此外，本专利技术涉及包括所述阻挡件的电池(battery)模块，以及所述阻挡件用于补偿电池模块内的体积波动的用途。此外，还说明了一种用于生产所述传播阻挡件的方法。

技术介绍

[0002]原则上，所有类型的电池都会发生热事件。最可怕的热事件之一是电池热失控。当电池发热的速度超过散热的速度时，就会发生这种情况。如果超过临界温度，电池内部发生的产热过程就会加剧，电池会在很短的时间内加热到几百摄氏度。同时，电芯(cell)中的压力会急剧增加，这可能导致分解气体的爆炸式泄漏和火灾。
[0003]在多电芯电池模块中，这种热事件产生的危险增加了数倍。单个电芯之间的空间不能提供足够的保护来防止热失控传播。由于受到热失控影响的电芯中出现的高温，相邻的电芯也加热到临界温度以上。因此，单个电芯的热失控很容易导致整个电池模块的损坏。
[0004]锂离子电池特别容易发生热失控。与其他类型的电池相比，这些电池的能量密度明显更高，并且会释放含有大量氧气的分解气体(如果有的话)，这在发生故障时会导致更高的温度。在电池模块的空间要求极其重要的应用领域，许多电池制造商已经开始将锂离子电芯的封装密度增加到最大。结果，只有很少的空间可用于阻挡以防止热事件的传播，这在许多情况下导致电芯之间的热绝缘不足。
[0005]在此背景下，现有技术中提出了不同的电池阻挡件材料。
[0006]WO 2010/017169A1也涉及了在多电芯电池包(battery packs)，尤其是锂离子电池包中的热失控问题，并且提出了防止热事件从一个电池电芯传递到相邻电池电芯的策略。利用水凝胶作为吸热材料的传播阻挡件明确用于此目的。水凝胶保存在挠性袋或尺寸稳定的容器中，并放置在电池模块中。挠性袋包装符合电池电芯的形状，以确保热量从电池电芯传递到水凝胶。容器可以定制成也与电芯表面接触。然而，两者都需要改进。该元件只能在有限的程度上起到阻挡件的作用。在水凝胶提供在袋包装中的实施方案中，电芯之间不存在能够在相邻电芯的热失控中幸存的间隔件。一旦水蒸发，水凝胶的基质材料分解，相邻的电芯可以彼此直接接触。在水凝胶提供在容器中的实施方案中，电芯彼此不直接接触，然而，由固体材料制成的容器壁形成热桥，在水凝胶中包含的水蒸发后，热事件通过该热桥继续展开。
[0007]专利技术目的
[0008]基于该现有技术，本专利技术的目的是提供一种具有尺寸稳定的吸热材料的阻挡件，其在防止热事件在多电芯电池模块内传播方面至少与传统电池一样有效。特别是，要开发一种也能有效补偿电池电芯的膨胀效应的阻挡件。此外，还将明确相应的电池模块。此外，本专利技术设定了自己的目标，即明确一种生产此类阻挡件的方法。

技术实现思路

[0009]该目的通过根据权利要求1所述的阻挡件、根据权利要求11所述的其用途、根据权利要求12所述的电池模块以及根据权利要求14所述的方法来实现。
[0010]根据本专利技术，提供了一种用于防止热事件在多电芯电池模块内传播的阻挡件，其包括吸热保护层，所述吸热保护层包含70.0重量％至97.5重量％的水凝胶和2.5重量％至30.0重量％的增强填充材料，其中所述水凝胶包含基质材料和水，并且所述增强填充材料分散在所述水凝胶中。
[0011]由于水凝胶的高比例，吸热保护层可以特别有效地吸收热量，并且将电池模块中的相邻电芯彼此热屏蔽。水凝胶的比例越高，所含的水量越高，并且随着热量的增加而蒸发，散热越好。
[0012]在本专利技术的上下文中，增强填充材料理解为是指优选地以可倾倒和/或自由流动的形式存在的颗粒状材料，特别是作为粉末或颗粒。因此，预制结构例如网格结构和/或蜂窝结构形式的载体基质，不属于术语“增强填充材料”。
[0013]至少2.5重量％的增强填充材料的存在确保了吸热保护层的尺寸稳定性。这种尺寸稳定性具体表现为所述吸热保护层是自支撑的。同时，最大比例为30重量％的填充材料确保了所述保护层保持有一定的挠性。
[0014]此外，增强填充材料可以防止电池模块中相邻电芯之间形成热桥。由于分散性，所述填充材料在吸热保护层中的分布是统计学上的，并且即使在水已经蒸发并且基质材料已经分解之后，其在热事件的情况下仍然可以在相邻电芯之间充当绝缘体。
[0015]在优选实施方案中，根据本专利技术的阻挡件中的吸热保护层包含70.0重量％至95.0重量％的水凝胶和5.0重量％至30.0重量％的增强填充材料。
[0016]添加5重量％至30重量％的增强填充材料使水凝胶在阻挡件的热循环(冷冻/融化)过程中的水泄漏最小化。这使得该阻挡件适用于在户外使用并暴露在冬季条件下的电池和电池模块。
[0017]更具体地，在本专利技术的阻挡件中，吸热保护层包含80.0重量％至92.5重量％的水凝胶和7.5重量％至20.0重量％的增强填充材料。
[0018]优选地，所述增强填充材料由宽高比范围为0.5至10的颗粒组成，所述宽高比是根据ISO标准9276
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6测量的。特别优选地，所述增强填充材料由球形颗粒组成。
[0019]在一个实施方案中，所述颗粒是无机颗粒。优选地，所述颗粒的平均粒度d
50
为1nm至5mm，优选地为100nm至5mm，特别是1000nm至2mm，所述平均粒度d
50
是根据ISO标准13320
‑
1测量的。
[0020]所述吸热保护层可以包裹或封闭例如焊接在不透水蒸气的箔中。与传统的传播阻挡件相比，包装在箔中并不是为了防止水凝胶的意外扩散。箔仅用于保护吸热保护层以防止长期失水，即补偿水的扩散损失。
[0021]不透水蒸气的箔优选地为聚合物箔、金属箔或上述箔的层压件，特别优选地箔厚度小于0.3mm，特别是小于0.2mm。聚合物箔可以特别选自由以下组成的组：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚苯硫醚(PPS)、乙烯
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四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氨酯(PU)、聚酰胺(PA)、聚酯，特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，及其组合。所述金属箔优选地是铝箔。
[0022]在有利的实施方案中，所述基质材料由至少85重量％的天然聚合物组成。所述天然聚合物优选地基于生物源原料。在本专利技术的含义中，术语“生物源原料”包括在农业和林业中生产的或从细菌、酵母、真菌、水产养殖或海洋培养物中分离的有机原料，以及动物源的有机原料，即无论如何作为动物屠宰的副产物出现并需要回收的那些。此外，根据DIN EN 13432，本专利技术的含义中的“生物源原料”是可生物降解的。生物源原料与包括通过化学合成过程获得的和/或不可生物降解的物质的化石原料和石化基能源是相对的。
[0023]所述基质材料优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于防止热事件在多电芯电池模块内传播的阻挡件，其包括：吸热保护层，其包含70.0重量％至97.5重量％的水凝胶和2.5重量％至30.0重量％的增强填充材料，其中所述水凝胶包含基质材料和水，并且所述增强填充材料分散在所述水凝胶中。2.根据权利要求1所述的阻挡件，其中所述保护层封闭在不透水蒸气的箔中，所述不透水蒸气的箔优选地为聚合物箔、金属箔或上述箔的层压件，其中所述聚合物箔更优选地选自由以下组成的组：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚苯硫醚(PPS)、乙烯
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四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氨酯(PU)、聚酰胺(PA)、聚酯，特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，及其组合，并且更优选地，其中所述金属箔为铝箔。3.根据权利要求1或2所述的阻挡件，其中所述基质材料由至少85％的天然聚合物组成，其中所述天然聚合物优选地选自由以下组成的组：藻酸盐、琼脂、淀粉、淀粉衍生物、κ
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角叉菜胶、ι
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角叉菜胶、果胶、结冷胶、硬葡聚糖及其组合。4.根据前述权利要求中任一项所述的阻挡件，其中所述基质材料由至少85重量％、优选地至少95重量％、特别优选地至少99重量％的藻酸钙组成。5.根据前述权利要求中任一项所述的阻挡件，其中所述基质材料还包含最高达15重量％的增稠剂，其中所述增稠剂优选地选自由以下组成的组：纤维素衍生物，特别是羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和/或羧基纤维素，瓜尔胶，黄原胶或其混合物。6.根据前述权利要求中任一项所述的阻挡件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：巴登符腾堡州太阳能和氢能公益基金研究中心，
类型：发明
国别省市：