CN111566170A - 电及热保护涂料和包括其的电化学电池 - Google Patents

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Abstract

一种无机薄片组合物，其用作电化学电池例如锂离子电池的电绝缘、热绝缘和防火。无机薄片组合物可直接施加到电池模块和/或较大电池组内的一个或多个单独的电池的外壳的外表面，和/或施加到电池模块或电池组外壳的表面，和/或施加到将受益于电绝缘和防火的围绕电池、电池模块或电池组的结构。所述无机薄片组合物可最小化或防止可能源自一个电池或在电池的模块内的热耗散事件传播到相邻或附近的电池、模块、电池组或其它结构。

Description

电及热保护涂料和包括其的电化学电池
技术领域
本公开涉及用于电化学电池、模块和电池组的热绝缘和/或电绝缘和/或防火组合物，以及包含所述组合物的电化学电池模块和电池组。
锂离子电池广泛用于为电动或混合动力车辆(例如汽车、公共汽车、卡车、摩托车、机动自行车等)、飞行器、船舶、电动工具、能量存储系统(例如不间断电源、固定存储系统和/或用于电网备份应用)以及便携式电子设备(例如，膝上型计算机、笔记本、平板计算机、蜂窝电话、智能电话、数码相机、数码摄像机、手持式游戏设备、MP3播放器、PDA、iPod、手电筒等电子设备)提供动力。
锂离子电池包括外部金属外壳。封闭在外部金属外壳内的是阴极(即，正电极)、阳极(即，负电极)和隔板。在典型的圆柱形锂离子电池中，阴极、阳极和隔板以薄片的长螺旋卷的形式提供。阴极、阳极和隔板片材浸没在充当电解质的溶剂中。隔板将阳极和阴极分开，同时允许锂离子通过隔板。
在典型的锂离子电池中，阴极可由氧化锂钴(LiCoO2)、磷酸锂铁(LiFePO4)、氧化锂钛(Li2TiO3)、镍锰钴、镍钴铝或氧化锂锰(LiMn2O4)制成。阳极可由碳(如石墨)或氧化锂钛(Li4Ti5O12 (如以气凝胶形式))制成。在充电过程期间，在某些实施方案中，当锂离子电池正吸收电能时，锂离子从阴极移动通过电解质到达阳极且附着到碳。在放电过程期间，在某些实施方案中，当锂离子电池正时，锂离子从碳阳极通过电解质移回到锂阴极。
锂离子电池组可以包含一个到数千个锂离子电池。大型锂离子电池可包含串联或并联地组织的单独的模块或电池。锂离子电池是锂离子电池可以采用的最小单元。模块包含串联或并联地电连接的若干单独的锂离子电池。锂离子电池组可以通过将多个锂离子模块串联或并联地电连接在一起来组装。
锂离子电池容易受到"热耗散"的影响。术语"热耗散"是指温度的快速不受控制的升高。包含在锂离子电池内的电解质可能是高度易燃的。在电池或模块经历了"热耗散"条件的情况下，包含在电池内的电解质可能点燃，导致爆炸和着火。
发明内容
提供了一种电绝缘和防火的组合物，其包含无机薄片、耐高温粘结剂、粘度改性剂和液体。
还提供了一种电绝缘和防火的涂料组合物，其包含无机薄片、耐高温粘结剂、粘度改性剂和液体。
另外提供了一种电化学电池，其包含外部外壳和施加到所述电化学电池的外部外壳的外表面的电绝缘和防火的组合物，其中所述电绝缘和防火的组合物包含无机薄片、耐高温粘结剂、粘度改性剂和液体。
另外提供了一种电化学电池，其包含外部外壳和施加到所述电化学电池的外部外壳的外表面的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述电绝缘和防火的涂料组合物包含无机薄片、耐高温粘结剂、粘度改性剂和液体。
还提供了一种电化学电池模块，其包含电连接在一起的多个单独的电化学电池，所述单独的电化学电池中的每一个具有外部外壳，并且所述电化学模块包含在所述单独的电化学电池的外部外壳之间的间隙空间，以及电绝缘和防火的涂料组合物，其包含无机薄片、耐高温粘结剂、粘度改性剂和液体，其被施加到所述电化学电池的所述外部外壳的表面的至少一部分上和/或位于所述电化学电池模块的所述单独的电化学电池之间的所述间隙空间的至少一部分内。
还提供了一种电化学电池组，其包含多个电连接在一起的单独的电化学电池，并且在所述单独的电化学电池之间具有间隙空间，以及电绝缘和防火的涂料组合物，其包含无机薄片、耐高温粘结剂、粘度改性剂和液体，所述组合物被施加到所述电化学电池的所述外部外壳的外表面的至少一部分上和/或位于所述电化学电池组的所述单独的电化学电池之间的所述间隙空间的至少一部分内。
还提供了一种用于使电化学电池组内的热耗散的传播最小化的方法，所述电化学电池组包含电连接在一起的多个单独的电化学电池并且在所述单独的电化学电池之间具有间隙空间，所述方法包括将包含无机薄片、耐高温粘结剂、粘度改性剂和液体的电绝缘和防火的涂料组合物施加到所述电化学电池的所述外部外壳的外表面的至少一部分上和/或使所述涂料组合物位于所述电化学电池组的所述单独的电化学电池之间的所述间隙空间的至少一部分内。
还提供了一种电动车辆或混合动力电动车辆，其包含结构框架、客舱、电驱动马达、马达控制器、制动系统和电化学电池组，所述电化学电池组包含电连接在一起的多个单独的电池并且在所述单独的电池之间具有间隙空间，以及电绝缘和防火的涂料组合物，其包含无机薄片、耐高温粘结剂、粘度改性剂和液体，所述组合物被施加到所述电化学电池的所述外部外壳的外表面的至少一部分上和/或位于所述电化学电池组的所述单独的电化学电池之间的所述间隙空间的至少一部分内。
具体实施方式
提供了一种用于减轻电化学电池模块或电化学电池组中热耗散的传播的组合物，所述电化学电池模块或电化学电池组包含多个单独的电化学电池。所述组合物减轻经历热耗散事件的一个或多个单独的电池的影响，从而防止热耗散事件传播到电池模块或电池组内的相邻电池。所述组合物基于无机耐火薄片。
还提供了一种电池组。所述电池组包括多个电化学电池和基于无机薄片组合物的防电和/或防火屏障。所述组合物用于在电池组内隔离单独的电池或分开单独的电池。所述组合物将电池分成多个组或单独的电池，以防止在单独的电池或一组电池中引发的热耗散事件传播到相邻电池组内的电池。
电绝缘和防火的涂料组合物包括在电池组的以下区域的至少一个中：(i)所述组合物可被施加到较大堆的电连接的电化学电池（如电池模块或电池组）内所包含的单独的电化学电池的外表面的至少一部分，(ii)所述组合物可被施加到所述电化学电池组的外壳的内表面的至少一部分；(iii)所述组合物可被施加到所述电池组的外壳的外表面的至少一部分；和/或(iv)所述组合物可位于较大的电池模块或电池组内的多个电化学电池之间的间隙空间的至少一部分内。
如整个本说明书中所使用的，术语"电池(battery)"、"电池(cell)"和"电池(battery cell)"可以互换使用，并且可以指各种不同的电池化学和配置中的任何一种，包括但不限于锂离子(例如，磷酸锂铁、氧化锂钴、其它锂金属氧化物等)、锂离子聚合物、镍金属氢化物、镍镉、镍氢、镍锌、银锌或其它电池类型/配置。
如整个本说明书中所使用的，术语"电池组"是指包含在合适的外壳内的多个单独的电池，所述单独的电池电互连以实现用于特定应用的期望电压和容量。
如整个本说明书所使用的，术语"电动车辆"可以指全电动车辆，也称为EV，插电式混合动力车辆，也称为PHEV，或者混合动力车辆，也称为HEV，其中混合动力车辆指利用多种推进源的车辆，其中一种推进源是电驱动系统。
除非本文另有说明，否则本文中对数值范围的叙述仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的速记方法，并且每个单独值被并入说明书中，如同其在本文中被单独叙述一样。应当理解，当在本公开中描述量或浓度范围时，意图是该范围内的任何和每个量或浓度，包含端点，都被认为已经被陈述。例如，"1-10的范围"应被理解为表示1-10之间连续集内的每个和所有可能的数字。应理解，发明人认识并理解，该范围内的任何和所有数据点应被认为是已被指定的，并且发明人拥有整个范围和该范围内的所有点。
在本公开中，与数量结合使用的术语"约"包含所述值，并且具有由上下文规定的含义(例如，其至少包括与特定数量的测量相关联的误差度)。本领域技术人员将理解，本文所用的术语"约"是指以叙述的百分比(%)的"约"的量在本公开的组合物和方法中产生期望的有效程度。本领域技术人员还将理解，关于实施方案中任何组分的量的"约"的边界和界限可通过改变一种或多种组分的量、确定混合物对于每个浓度的有效性、以及确定产生具有根据本公开的期望有效性程度的混合物的浓度范围来确定。术语"约"进一步用于反映混合物可能含有不改变混合物的有效性或安全性的其它材料的痕量组分的可能性。
在本公开中，术语"基本上"是指偏差的程度，其足够小以致没有可测量地减损所识别的性质或环境。可允许的精确偏离程度在一些情况下可以取决于具体的背景。
本文公开的组成重量百分比基于组合物的总重量。本领域普通技术人员将理解，组合物的总重量百分比不能超过100%。例如，本领域普通技术人员将容易地认识和理解，包含基于组合物的总重量约5至约70重量%的无机薄片、约2至约60重量%的粘结剂、约5至约10重量%的流变改性剂和约40至约90重量%的液体的组合物将不超过100%。本领域普通技术人员将理解，无机薄片、粘结剂、流变改性剂和液体的量将被调节以包括这些组分的所需量，而不超过组合物的100重量%。
除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，在描述本公开的上下文中，术语"一"和"一个"和"该"以及类似指示物的使用应被解释为覆盖单数和复数二者。术语"包含"、"具有"、"包括"和"含有"应被解释为开放式术语(即，意味着"包括但不限于")，除非另有说明。除非另外要求，否则本文提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，"诸如")的使用仅旨在更好地说明本公开，而不是对本发明的范围施加限制。除非本文另有说明或与另外上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法可以任何合适的顺序进行。
电绝缘和防火的涂料组合物的无机薄片可选自蛭石薄片、云母薄片、粘土薄片、滑石薄片和一种或多种不同类型的这些无机薄片的组合。
根据某些实施方案，无机薄片包含蛭石薄片。根据某些实施方案，无机薄片包含云母薄片。根据某些实施方案，无机薄片包含粘土薄片。根据某些实施方案，无机薄片包含蛭石和云母薄片的共混物。根据某些实施方案，无机薄片包含蛭石和粘土薄片的共混物。根据某些实施方案，无机薄片包含蛭石和滑石薄片的共混物。
蛭石薄片的配制和未配制的分散体可以商品名MICROLITE从DicaliteManagement, Inc. (Bala Cynwyd, PA, USA)商购获得。市售可得的未配制的MICROLITE分散体包括903、923、963和HTS。市售可得的配制的MICROLITE分散体包括HTX-XE、HTS-XE20和HTS-SE。
非限制性地，并且仅通过说明的方式，可以用作电绝缘和防火的涂料组合物中的无机薄片的合适的云母包括白云母、金云母、黑云母、锂云母、海绿石、钠云母和铁锂云母，以及合成云母如氟金云母。合适的云母薄片可以从Eckhart America Corporation以交易名称C001和E0001、从BASF Corporation以交易名称Magnapearl以及从BrenntagSpecialties Inc. (South Plainfield, NJ, USA)以交易名称SG-70、SG-75和SG-90市售可得。云母薄片的中值粒度为约10至约50微米、或约15至约35微米、或约25至约35微米、或约15至约25微米、或约20至约30微米。
根据某些实施方案，无机薄片组合物可包含涂布的薄片。非限制性地，并且仅通过说明的方式，无机薄片可以至少部分地涂布有选自例如以下的涂料：二氧化钛、氧化铁、氧化铬、氧化锡、氧化硅、氧化钴、氧化锑及其组合。根据某些实施方案，无机薄片包含涂布的蛭石薄片。根据某些实施方案，无机薄片包含涂布的云母薄片。根据某些实施方案，无机薄片包含涂布的粘土薄片。根据某些实施方案，无机薄片包含涂布的滑石薄片。根据某些实施方案，无机薄片包含涂布的蛭石和涂布的云母薄片的共混物。
可以将可用于制备无机涂料组合物的无机薄片剥离。剥离是指薄片化学和/或热膨胀。根据其它说明性实施方案，可以将薄片剥离和/或脱叶。脱叶是指将剥离的薄片进一步处理，以将薄片基本上减少至所需的薄片形式。
非限制性地，并且仅通过说明的方式，可用作无机薄片的合适的薄片粘土材料可包括但不限于球粘土、膨润土、蒙脱石、锂蒙脱石、高岭石、蒙脱土、皂石、海泡石、锌蒙脱石或其组合。
尽管任何尺寸的无机薄片材料都可用于制备无机薄片组合物，但是具有相对较大直径和高直径与厚度纵横比的无机薄片可能是理想的，这是由于它们的不透气性以及其它性质如柔韧性和可加工性。无机薄片是宽度大于其厚度的薄板状无机矿物。在某些说明性实施方案中，无机薄片的直径可以为约20μm至约300μm。在某些实施方案中，无机薄片的直径可以为约40μm至约200μm。无机薄片的几何形状由纵横比(即，宽度：厚度)定义。在某些实施方案中，无机薄片可具有约50:1至约2000:1的纵横比。在某些实施方案中，无机薄片的纵横比可以为约50:1至约1000:1。在进一步的实施方案中，无机薄片的纵横比可以为约200:1至约800:1。
根据某些说明性实施方案，基于组合物的总重量，无机耐火组合物包含约5至约70重量%的无机薄片，约2至约60重量%的粘结剂，约5至约10重量%的流变改性剂，以及约40至约90重量%的液体。
根据某些说明性实施方案，基于组合物的总重量，无机耐火组合物包含约5至约10重量%的无机薄片，约10至约20重量%的粘结剂，约1至约2重量%的流变改性剂，和约70至约80重量%的液体。
根据某些说明性实施方案，基于组合物的总重量，无机耐火组合物包含约7至约9重量%的无机薄片，约15至约17重量%的粘结剂，约1至约1.5重量%的流变改性剂，和约72至约75重量%的液体。
根据某些说明性实施方案，基于组合物的总重量，无机耐火薄片组合物包含约5至约70重量%的无机薄片，约2至约60重量%的粘结剂，约5至约10重量%的流变改性剂，约5至约40重量%的除薄片外的功能添加剂，和约40至约90重量%的液体。
根据某些说明性实施方案，基于组合物的总重量，无机耐火组合物包含约5至约10重量%的无机薄片，约10至约20重量%的粘结剂，约1至约2重量%的流变改性剂，约5至约40重量%的除薄片外的功能添加剂，和约70至约80重量%的液体。
根据某些说明性实施方案，基于组合物的总重量，无机耐火组合物包含约7至约9重量%的无机薄片，约15至约17重量%的粘结剂，约1至约2重量%的流变改性剂，约15至约17重量%的除薄片外的功能添加剂，和约72至约75重量%的液体。
根据某些说明性实施方案，基于组合物的总重量，无机耐火组合物包含约6至约9重量%的无机薄片，约14至约16重量%的粘结剂，约1至约2重量%的流变改性剂，和约74至约78重量%的液体。
根据某些说明性实施方案，基于组合物的总重量，无机耐火组合物包含约11至约14重量%的无机薄片，约22至约27重量%的粘结剂，约0.5至约2重量%的流变改性剂，和约60至约64重量%的液体。
除了无机薄片之外，无机组合物还包含耐高温有机和/或无机粘结剂，以在无机薄片的涂布膜、层或片材内将无机薄片粘附或粘结在一起。粘结剂可包含有机粘结剂，或多于一种有机粘结剂的共混物。粘结剂可以是无机粘结剂，或多于一种无机粘结剂的共混物。粘结剂可包括有机粘结剂和无机粘结剂的共混物。粘结剂可包括多于一种类型的有机粘结剂和一种类型的无机粘结剂的共混物。粘结剂可包括一种类型的有机粘结剂和多于一种类型的无机粘结剂。粘结剂可包括多于一种类型的有机粘结剂和多于一种类型的无机粘结剂的共混物。
有机粘结剂可包含单一类型的有机粘结剂或多于一种类型的有机粘结剂的共混物。一种或多种有机粘结剂可以以固体、液体、溶液、分散体、胶乳或类似形式提供。可包括在组合物中的合适的有机粘结剂的实例包括但不限于丙烯酸胶乳、(甲基)丙烯酸胶乳、酚醛树脂、苯乙烯和丁二烯的共聚物、乙烯基吡啶、丙烯腈、丙烯腈和苯乙烯的共聚物、氯乙烯、聚氨酯、乙酸乙烯酯和乙烯的共聚物、聚酰胺、硅酮、有机硅化合物、有机硅烷、不饱和聚酯、环氧树脂、聚乙烯酯如聚乙酸乙烯酯或聚丁酸乙烯酯胶乳等。根据某些实施方案，包括在组合物中的有机粘结剂包含有机硅化合物粘结剂。根据某些实施方案，有机硅化合物粘结剂包含有机聚硅氧烷粘结剂。根据某些实施方案，有机聚硅氧烷粘结剂包含二有机聚硅氧烷粘结剂。有机聚硅氧烷粘结剂可含有烷基、烷氧基和芳基官能团。非限制性地，合适的有机聚硅氧烷树脂粘结剂可从Momentive Performance Materials (Waterford, NY,USA)以交易名称SILRES M97E商购获得，从Aremco Products, Inc. (Valley Cottage,NY, USA)以商标CERAMABIND 880商购获得，以及从Dow Chemical (Midland, MI, USA)以交易名称DOW 75和DOW 84商购获得。合适的丙烯酸乳液可从Lubrizol Corporation(Wickliffe, OH, USA)市售可得。
无机粘结剂可包含单一类型的无机粘结剂或多于一种类型的无机粘结剂的共混物。无机粘结剂可以是无机颗粒。非限制性地，可包括在无机薄片组合物中的合适的无机颗粒粘结剂包括胶态氧化铝、胶态二氧化硅、胶态氧化锆及其组合。通过说明而非限制的方式，可以利用胶态无机氧化物的市售可得的制剂，包含40%固体的Nalco胶态二氧化硅，可从Nalco Company (Naperville, Illinois, USA)获得。然而，也可以使用其它级别的胶态无机氧化物，如30%固体含量或更低，或可选地大于40%固体含量。
无机薄片组合物可包括云母薄片和无机粘结剂。无机粘结剂可包含单一类型的无机粘结剂或多于一种类型的无机粘结剂的共混物。非限制性地，可包括在无机薄片组合物中的合适的无机粘结剂可包括胶态氧化铝、胶态二氧化硅、胶态氧化锆及其混合物。
无机薄片组合物可包括云母和蛭石薄片以及无机粘结剂的共混物。无机粘结剂可包含单一类型的无机粘结剂或多于一种类型的无机粘结剂的共混物。非限制性地，可包括在无机薄片组合物中的合适的无机粘结剂包括胶态氧化铝、胶态二氧化硅、胶态氧化锆及其混合物。
无机薄片组合物可包括云母薄片和至少一种有机粘结剂。无机薄片组合物可包括蛭石薄片和至少一种有机粘结剂。无机薄片组合物可包括云母和蛭石薄片以及至少一种有机粘结剂的共混物。
无机薄片组合物还包括流变改性剂。根据某些实施方案，流变改性剂包含增稠剂(thickening agent)(即增稠剂(thickener))。增稠剂可以以足以改善无机薄片在组合物内的悬浮的量包括在内。向组合物中加入增稠剂可以防止无机薄片过早地沉降和硬化。增稠剂的加入也影响涂料组合物的粘度，使得通过控制混合物中水和增稠剂的量，混合物可具有适于涂抹、喷射、浸、模塑、喷涂和/或刷涂应用的粘度。
非限制性地，并且仅通过说明的方式，用于组合物的合适的增稠剂包括丙烯酸酯、聚乙烯醇、粘土如凹凸棒石粘土、膨润土粘土和蒙脱石粘土、纤维素聚合物包括取代的纤维素如甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、瓜尔胶、黄原胶、阿拉伯树胶、槐树豆胶、琼脂、果胶、明胶、角叉菜胶和藻酸盐如藻酸钠、藻酸钾、藻酸铵和藻酸钙。
非限制性地，可用于耐火涂层材料的合适的增稠剂包括膨润土粘土和/或硅酸镁铝，例如Veegum T (由R. T. Vanderbilt Company, Inc. 销售)。Veegum T用作流变改性剂，以保持无机薄片组合物的合适的流变学，并防止组合物中任何组分的倾析。无机薄片组合物可包含约0.1-3重量%的硅酸镁铝，例如Veegum T。
根据某些说明性实施方案，组合物可以施加到在下面的支撑物上并作为复合材料提供。根据这些实施方案，可将至少一个组合物的连续层施加到在下面的支撑物的表面上，以产生包含在下面的支撑物和在下面的支撑物的至少一部分表面上被承载的至少一个无机薄片组合物层的复合材料。对于其中将无机薄片承载在支撑层上的说明性实施方案，无机薄片可以约25 gsm至约500 gsm的量加入到支撑层。根据某些实施方案，无机薄片可以约30 gsm至约400 gsm的量加入到支撑层。根据其它实施方案，无机薄片可以约40 gsm至约300 gsm的量加入到支撑层。
热绝缘屏障的一个或多个支撑层可包含聚合物膜、纸、布、非织造织物、织造织物或其组合。根据某些实施方案，无机薄片组合物可通过位于支撑层和无机薄片层之间的合适量的粘合剂粘附到在下面的支撑层。在一些实施方案中，复合材料可依次包含在下面的支撑层、在支撑层表面上的粘合剂层和在粘合剂层上的无机薄片组合物层。
屏障可包含多层复合材料，该多层复合材料包含支撑层、施加到支撑层的主表面上的粘合剂层、以及施加到粘合剂层上的无机薄片组合物/层。无机薄片层可以作为流体涂料组合物提供，该流体涂料组合物被涂布到粘合剂层的主表面上。或者，可以先将无机薄片层形成为膜、纸或片材，然后将无机薄片片材与支撑层接合，其中粘合剂层位于这两层之间以将无机薄片片材粘结到支撑层。多层复合材料还可包括增强层。根据某些实施方案，增强层可包含稀松组织增强粗布。增强粗布可以与支撑层的主表面相邻放置，可以嵌入到粘合剂层中，可以嵌入到无机薄片层中，或者其任意组合。
根据某些说明性实施方案，一个或多个支撑层包含聚合物膜。聚合物膜可选自聚酯、聚酰亚胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚氟乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚芳基砜、聚酯酰胺、聚酯酰亚胺、聚醚砜、聚苯硫醚、乙烯三氟氯乙烯膜及其组合。根据某些实施方案，聚合物膜包含聚醚醚酮膜。
根据其它说明性实施方案，一个或多个支撑层包含纤维纸。包含支撑层的纸可包含无机纤维纸，例如含有无机纤维和粘结剂的纸。无机纤维可选自高氧化铝多晶纤维、莫来石纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维，生物可溶性纤维、石英纤维、二氧化硅纤维及其组合。根据某些实施方案，耐热无机纤维可包括在无机薄片组合物中。
任何耐热无机纤维都可用于制备支撑物纸，只要无机纤维能够承受成型过程并能够提供应用所需的最低防火性质。非限制性地，并且仅通过说明的方式，可用于制备阻燃剂复合材料的合适的无机纤维包括高氧化铝多晶羊毛纤维、耐火陶瓷纤维如氧化铝-二氧化硅纤维、氧化铝-氧化镁-二氧化硅纤维、高岭土纤维、碱土硅酸盐纤维，例如氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维和氧化镁-二氧化硅纤维、S-玻璃纤维、S2-玻璃纤维、E-玻璃纤维、石英纤维、二氧化硅纤维和这些类型的无机纤维中的一种或多种的组合。
根据某些实施方案，耐热无机纤维用于制备无机薄片的纸层。非限制性地，并且仅通过说明的方式，合适的耐火陶瓷纤维包括氧化铝纤维、氧化铝-二氧化硅纤维、氧化铝-氧化锆-二氧化硅纤维、氧化锆-二氧化硅纤维、氧化锆纤维和类似的耐火陶瓷纤维。合适的氧化铝-二氧化硅耐火陶瓷纤维可从Unifrax I LLC (Tonawanda, New York, USA)以注册商标FIBERFRAX商购。FIBERFRAX耐火陶瓷纤维包含约45至约75重量%的氧化铝和约25至约55重量%的二氧化硅的纤维化产物。该FIBERFRAX耐火陶瓷纤维能够承受高达约1540℃的工作温度和高达约1870℃的熔点。该FIBERFRAX纤维容易形成耐高温片材和纸。
根据某些实施方案，氧化铝-二氧化硅纤维可包含约40重量%至约60重量%的Al2O3和约60重量%至约40重量%的SiO2。根据其它说明性实施方案，氧化铝-二氧化硅纤维可包含约50重量%的Al2O3和约50重量%的SiO2。
氧化铝-二氧化硅-氧化镁玻璃纤维可包含约64重量%至约66重量%的SiO2、约24重量%至约25重量%的Al2O3和约9重量%至约10重量%的MgO。
E-玻璃纤维通常包含约52重量%至约56重量%的SiO2、约16重量%至约25重量%的CaO、约12重量%至约16重量%的Al2O3、约5重量%至约10重量%的B2O3、最多约5重量%的MgO、最多约2重量%的氧化钠和氧化钾以及痕量的氧化铁和氟化物，典型的组成为55重量%的SiO2、15重量%的Al2O3、7重量%的B2O3、3重量%的MgO、19重量%的CaO和痕量的上述材料。
非限制性地，可用于制备用于无机薄片的纤维纸支撑层的碱土硅酸盐纤维的合适实例包括在美国专利号6,953,757、6,030,910、6,025,288、5,874,375、5,585,312、5,332,699、5,714,421、7,259,118、7,153,796、6,861,381、5,955,389、5,928,075、5,821,183和5,811,360中公开的那些纤维，所述专利通过引用并入本文。
根据某些实施方案，碱土硅酸盐纤维可包含氧化镁和二氧化硅的氧化物的混合物的纤维化产物。这些纤维通常被称为硅酸镁纤维。硅酸镁纤维通常包含约60至约90重量%的二氧化硅、大于0至约35重量%的氧化镁和5重量%或更少的杂质的纤维化产物。根据某些实施方案，硅酸镁纤维包含约65至约86重量%的二氧化硅、约14至约35重量%的氧化镁和5重量%或更少的杂质的纤维化产物。根据其它实施方案，硅酸镁纤维包含约70至约86重量%的二氧化硅、约14至约30重量%的氧化镁和5重量%或更少的杂质的纤维化产物。合适的硅酸镁纤维可从Unifrax I LLC (Tonawanda, New York, USA)以注册商标ISOFRAX市售可得。市售可得的ISOFRAX纤维通常包含约70至约80重量%的二氧化硅、约18至约27重量%的氧化镁和4重量%或更少的杂质的纤维化产物。
根据某些实施方案，碱土硅酸盐纤维可包含钙、镁和二氧化硅的氧化物的混合物的纤维化产物。这些纤维通常被称为氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维。根据某些实施方案，氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维包含约45至约90重量%的二氧化硅、大于0至约45重量%的氧化钙、大于0至约35重量%的氧化镁和10重量%或更少的杂质的纤维化产物。可用的氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维可从Unifrax I LLC (Tonawanda, New York, USA)以注册商标INSULFRAX市售可得。INSULFRAX纤维通常包含约61至约67重量%的二氧化硅、约27至约33重量%的氧化钙和约2至约7重量%的氧化镁的纤维化产物。其它合适的氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维可从Thermal Ceramics (Augusta，Georgia，USA)以交易名称SUPERWOOL 607、SUPERWOOL 607 MAX和SUPERWOOL HT商购。SUPERWOOL 607纤维包含约60至约70重量%的二氧化硅、约25至约35重量%的氧化钙和约4至约7重量%的氧化镁以及痕量氧化铝。SUPERWOOL607 MAX纤维包含约60至约70重量%的二氧化硅、约16至约22重量%的氧化钙、和约12至约19重量%的氧化镁以及痕量的氧化铝。SUPERWOOL HT纤维包含约74重量%的二氧化硅、约24重量%的氧化钙和痕量的氧化镁、氧化铝和氧化铁。
用于生产无机薄片的纤维纸支撑层的合适的二氧化硅纤维包括可从BelChemFiber Materials GmbH, Germany以商标BELCOTEX、从Hitco Carbon Composites, Inc.of Gardena California以注册商标REFRASIL以及从Polotsk-Steklovolokno, Republicof Belarus以名称PS-23(R)获得的那些过滤的玻璃纤维。
BELCOTEX纤维是标准类型的短纤维预纱线(pre-yarn)。这些纤维的平均细度为约550 tex，且通常由氧化铝改性的硅酸制成。BELCOTEX纤维是无定形的，并且通常含有约94.5%的二氧化硅、约4.5%的氧化铝、小于0.5%的氧化钠和小于0.5%的其它组分。这些纤维的平均纤维直径为约9微米，并且熔点在1500℃至1550℃范围内。这些纤维对高达1100℃的温度是耐热的，并且通常是无疵的(shot free)并且无粘结剂的。
REFRASIL纤维，像BELCOTEX纤维一样，是二氧化硅含量高的无定形的过滤的玻璃纤维，用于在1000℃至1100℃温度范围内的应用中提供热绝缘。这些纤维的直径在约6微米和约13微米之间，且熔点为约1700℃。在过滤之后，纤维的二氧化硅含量通常为约95重量%的。氧化铝可以约4重量%的量存在，其它组分以1%或更少的量存在。
来自Polotsk-Steklovolokno的PS-23 (R)纤维是二氧化硅含量高的无定形玻璃纤维，并且适用于需要耐至少约1000℃的应用的热绝缘。这些纤维的纤维长度在约5至约20mm范围内，并且纤维直径为约9微米。这些纤维，像REFRASIL纤维一样，熔点为约1700℃。
可包括在无机纤维纸中的粘结剂可包含有机粘结剂，所述有机粘结剂选自丙烯酸胶乳、(甲基)丙烯酸胶乳、酚醛树脂、苯乙烯和丁二烯的共聚物、乙烯基吡啶、丙烯腈、丙烯腈和苯乙烯的共聚物、氯乙烯、聚氨酯、乙酸乙烯酯和乙烯的共聚物、聚酰胺、硅酮、不饱和聚酯、环氧树脂、聚乙烯酯及其组合。根据其它实施方案，包括在无机纤维纸中的粘结剂可包含无机粘结剂。无机粘结剂可选自胶态氧化铝、胶态二氧化硅、胶态氧化锆及其组合。粘结剂可包括有机粘结剂和无机粘结剂的共混物。粘结剂可包括多于一种类型的有机粘结剂和一种类型的无机粘结剂的共混物。粘结剂可包括一种类型的有机粘结剂和多于一种类型的无机粘结剂。粘结剂可包括多于一种类型的有机粘结剂和多于一种类型的无机粘结剂的共混物。
一个或多个支撑层可包含织造织物。织造织物的纤维可包含无机纤维、有机纤维或无机纤维和有机纤维的组合。无机纤维可选自碳纤维和玻璃纤维。有机纤维可选自聚烯烃纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、芳族聚酰胺纤维及其组合。根据其它实施方案，织造织物用涂料组合物涂布或浸渍。
在某些实施方案中，将无机薄片组合物/层直接或间接地涂布到支撑层上，施加到支撑层上并允许浸渍或浸透到支撑层的厚度中，或浸渍和涂布到支撑层上。间接涂布是指可将无机薄片层涂布到载体层上，并且载体层与支撑层接合，无机层设置在载体层和支撑层之间。然后可以去除载体层，在支撑层上留下包含无机薄片层的多层复合材料。
在某些实施方案中，利用无机薄片组合物的方法包括将组合物涂布到表面或基材上，例如单独的电化学电池的外表面的至少一部分，(ii)电化学模块的外壳的内表面的至少一部分；和/或(iii)电化学模块的外壳的外表面的至少一部分。在某些实施方案中，将无机薄片组合物涂抹或喷射到基材或表面上，并且在加热或不加热的情况下风干。
在某些实施方案中，将无机薄片组合物涂抹、喷涂或以其他方式施加到电池模块和/或较大电池组内的一个或多个单独的电池的外壳的外表面，和/或施加到电池模块或电池组外壳的表面，和/或施加到将受益于电绝缘和防火的围绕电池、电池模块或电池组的结构。无机薄片组合物可以喷射、涂抹、浸、刷涂、倾倒、喷涂、模塑、注射或以其它方式施加到表面或基材上，并且其后可以基本上保留在表面或基材的外表面上，部分或完全渗透到表面或基材的厚度中，或两者。
在某些实施方案中，将无机薄片组合物形成为片材或毯并切割成最终尺寸。所述片材或毯可被施加到电池模块和/或较大电池组内的一个或多个单独的电池的外壳的外表面，和/或施加到电池模块或电池组外壳的表面，和/或施加到将受益于电绝缘和防火的围绕电池、电池模块或电池组的结构。
无机薄片组合物可直接施加到支撑层上，例如，非限制性地，通过辊涂或逆转辊涂布、凹版或逆凹版涂布、转移涂布、喷涂、刷涂、浸涂、流延成型、刮刀涂布、狭缝涂布、沉积涂布、浸或通过浸渍。在某些实施方案中，将无机薄片组合物作为在溶剂如水中的成分的浆料施加到支撑层，并且使其干燥。无机薄片组合物可在支撑层上形成单层或涂层，因此利用单次通过，或者可通过利用多次通过、多层或涂层来形成。通过利用多次通过，降低了在无机薄片层内形成缺陷的可能性。如果需要多次通过，则第二和可能的后续通过可在第一通过仍然基本上湿润时，即在干燥之前在第一通过上形成，使得第一通过和后续通过能够在干燥时形成单一的层。
所述无机薄片组合物可以进一步包括阻燃剂。阻燃剂材料可选自通过抑制化学反应来延迟、抑制或减缓火势蔓延的任何材料。根据某些实施方案，阻燃剂可包含锑化合物、氢氧化镁、氢氧化铝、三水合铝、水合氧化铝、硼化合物如硼酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、无机卤化物、硫酸盐、有机卤素、有机磷化合物及其组合。非限制性地，合适的锑化合物包括三氧化锑、五氧化锑和锑酸钠。有机卤素包括例如有机溴和有机氯。非限制性地，合适的有机溴包括十溴二苯醚和十溴二苯基乙烷。合适的有机溴包括聚合溴化化合物，例如溴化聚苯乙烯、溴化碳酸酯低聚物、溴化环氧低聚物、四溴邻苯二甲酸酐、四溴双酚A和六溴环十二烷。非限制性地，合适的有机氯包括氯茵酸(chlorenic acid)和氯化石蜡的衍生物。非限制性地，合适的有机磷化合物包括磷酸三苯酯、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)、双酚二苯基磷酸酯、磷酸三甲酚酯、磷酸三芳基酯、多磷酸铵、磷酸三氯丙酯、红磷和膦酸酯。非限制性地，合适的膦酸酯包括甲基膦酸二甲酯、二乙基膦酸铝和金属膦酸盐。
无机薄片组合物和/或包括所述无机薄片组合物的复合材料或层压材料可包括以下中的至少一种：(i)至少一种改变组合物、复合材料或层压材料的电性质的材料，例如电绝缘组合物或材料；(ii)改变组合物、复合材料或层压材料的传热系数的材料，例如散热的材料；(iii)为组合物、复合材料或层压材料提供防潮性的材料；(iv)吸热材料；或(v)可常规用于热/电绝缘的任何其它材料，例如用于电池的材料。
无机薄片组合物可用于电化学电池模块或电池组中。电化学电池模块包括多个单独的电化学电池，例如锂离子电池，其串联或并联地电连接在一起。电连接的单独的电池的电池模块可以电连接到另一个电池模块，以形成电池组。电池模块或电池组的每个单独的电化学电池包括外部外壳、阳极、阴极、将所述阳极与所述阴极分开的隔板以及电解质。根据某些说明性实施方案，电池的外部外壳的几何形状是圆柱形。然而，应当注意，对电池的外部外壳的几何形状没有限制。单独的电池彼此电连接并紧密接近或接近相邻接触地排列，以形成单独的电池的模块。当单独的电池彼此相邻或接近相邻接触排列时，由于电池的外部外壳的几何形状，在单独的电池之间产生间隙或开放空气空间。在电池组技术中，单独的电池之间的这些间隙或开放空气空间被称为"间隙空间"。
为了减轻源自单独的电池或电池模块的热耗散事件的传播，包含无机薄片材料的屏障位于所述锂离子电池模块的所述单独的电池之间的间隙空间的至少一部分内和/或放置在电池模块或电池组的外壳的内表面和/或外表面的至少一部分上。通过将无机薄片组合物涂布或沉积到单独的电池的外部表面上，和/或将无机薄片组合物注入到单独的电池之间的间隙空间中，可将无机薄片组合物的流体分散体或浆料引入到相邻电池的外部表面之间的间隙空间中。
代替以流体涂料组合物的形式将涂料施加到电池模块或电池组的外壳和/或单独的电池之间的间隙空间，无机薄片组合物可形成为连续或不连续的膜、纸或片材，所述膜、纸或片材可位于电池模块或电池组的外壳的表面的至少一部分上，和/或位于模块或电池组的电池之间的间隙空间中，以使相邻的电池或模块彼此分开。根据某些实施方案，相邻或邻近的电池的外部表面可以用适量的无机薄片膜和/或片材包裹。根据其它说明性实施方案，无机薄片的片材可位于相邻布置的单独的电池的列或行之间的间隙空间中。根据又进一步的说明性实施方案，合适长度的无机薄片材料的连续膜或片材可以以重复的S形图案位于相邻电池的单独的列或行内的相邻电池的间隙空间中。
包含多个电化学电池的电池模块和电池组可用于全电动车辆(EV)、插电式混合动力车辆(PHEV)或混合动力车辆(HEV)。电动车辆通常包含结构框架、客舱、电驱动马达、用于控制电驱动马达的马达控制器、制动系统和用于向一个或多个驱动马达提供电力的电化学电池组。根据某些说明性实施方案，电池组安装在电动车辆的客舱地板面板与驾驶表面之间。包含无机薄片材料的热绝缘屏障被插入在电池组外壳和客舱地板面板之间。
在第一实施方案中，本公开涉及一种电绝缘和防火的涂料组合物，其包含：无机耐火薄片；粘结剂；流变改性剂；以及液体。
第一实施方案所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述无机薄片选自蛭石、云母、粘土、滑石及其组合。
第一或后续实施方案中任一项所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述无机薄片包含云母薄片。
第一或后续实施方案中任一项所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述无机薄片包含蛭石薄片。
第一或后续实施方案中任一项所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述无机薄片包含粘土薄片。
第一或后续实施方案中任一项所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述无机薄片包含直径为约20μm至约300μm的云母薄片。
第一或后续实施方案中任一项所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述无机薄片包含直径为约40μm至约200μm的云母薄片。
第一或后续实施方案中任一项所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述无机薄片包含纵横比为约50:1至约2000:1的云母薄片。
第一或后续实施方案中任一项所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述无机薄片包含纵横比为约50:1至约1000:1的云母薄片。
第一或后续实施方案中任一项所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述无机薄片包含纵横比为约200:1至约800:1的云母薄片。
第一或后续实施方案中任一项所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述粘结剂选自丙烯酸胶乳、(甲基)丙烯酸胶乳、酚醛树脂、苯乙烯和丁二烯的共聚物、乙烯基吡啶、丙烯腈、丙烯腈和苯乙烯的共聚物、氯乙烯、聚氨酯、乙酸乙烯酯和乙烯的共聚物、聚酰胺、硅酮、有机硅化合物、有机硅烷、不饱和聚酯、环氧树脂、聚乙烯酯如聚乙酸乙烯酯或聚丁酸乙烯酯胶乳及其组合。
第一或后续实施方案中任一项所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述流变改性剂选自丙烯酸酯、聚乙烯醇、粘土、纤维素、取代的纤维素、瓜尔胶、黄原胶、阿拉伯树胶、槐树豆胶、琼脂、果胶、明胶、角叉菜胶、藻酸钠、藻酸钾、藻酸铵、藻酸钙及其组合。
在第二实施方案中，本发明涉及一种电化学电池模块，其包含：电连接在一起的多个单独的电化学电池，所述电化学模块包含在所述单独的电化学电池之间的间隙空间；以及无机薄片组合物，所述无机薄片组合物(i)被施加到较大堆的电连接的电化学电池（如电池模块或电池组）内所包含的单独的电化学电池的至少一部分的外表面的至少一部分，(ii)被施加到所述电化学电池组的外壳的内表面的至少一部分；(iii)被施加到所述电池组的外壳的外表面的至少一部分；和/或(iv)位于较大电池模块或电池组内的多个电化学电池之间的间隙空间的至少一部分中。
第二实施方案所述的电化学电池模块，其中所述单独的电化学电池包含锂离子电池。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物包含被施加到所述锂离子电池之间的间隙空间中的所述锂离子电池的至少一部分的涂料。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物包含被施加到所述锂离子电池之间的间隙空间中的所述锂离子电池的至少一部分的片材。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，并且其中所述支撑层包含聚合物膜、无机纤维纸、织造织物或其组合。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，并且其中所述支撑层包含聚合物膜。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含聚合物膜，并且其中所述聚合物膜选自聚酯、聚酰亚胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚氟乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚芳基砜、聚酯酰胺、聚酯酰亚胺、聚醚砜、聚苯硫醚、乙烯三氟氯乙烯膜及其组合。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含聚合物膜，并且其中所述聚合物膜包含聚醚醚酮膜。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含无机纤维纸。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含无机纤维纸，所述无机纤维纸包含选自以下的无机纤维：多晶羊毛纤维、耐火陶瓷纤维、高岭土纤维、矿物纤维、碱土硅酸盐纤维、氧化钙-氧化铝纤维、钾-氧化铝-二氧化硅纤维、钾-氧化钙-氧化铝纤维、S-玻璃纤维、S2-玻璃纤维、E-玻璃纤维、石英纤维、二氧化硅纤维和这些类型的无机纤维中的一种或多种的组合。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含无机纤维纸，所述无机纤维纸包含耐火陶瓷纤维。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含无机纤维纸，所述无机纤维纸包含耐火陶瓷纤维，其中所述耐火陶瓷纤维包含约45至约75重量%的氧化铝和约25至约55重量%的二氧化硅的纤维化产物。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含无机纤维纸，所述无机纤维纸包含碱土硅酸盐纤维。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含无机纤维纸，所述无机纤维纸包含碱土硅酸盐纤维，其中所述碱土硅酸盐纤维包含约60重量%至约90重量%的二氧化硅、大于0重量%至约35重量%的氧化镁和5重量%或更少的杂质的纤维化产物。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含无机纤维纸，所述无机纤维纸包含碱土硅酸盐纤维，其中所述碱土硅酸盐纤维包含约45重量%至约90重量%的二氧化硅、大于0重量%至约45重量%的氧化钙、大于0重量%至约35重量%的氧化镁和10重量%或更少的杂质的纤维化产物。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含无机纤维纸，所述无机纤维纸包含碱土硅酸盐纤维，其中所述碱土硅酸盐纤维包含氧化钙和二氧化硅的纤维化产物。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含无机纤维纸，所述无机纤维纸包含氧化钙-氧化铝纤维。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含无机纤维纸，所述无机纤维纸包含氧化钙-氧化铝纤维，其中所述氧化钙-氧化铝纤维包含约20重量%至约80重量%的氧化钙和约80重量%至约20重量%的氧化铝。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含无机纤维纸，所述无机纤维纸包含二氧化硅纤维，所述二氧化硅纤维包含90重量%或更多的二氧化硅。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含无机纤维纸，所述无机纤维纸包含氧化铝纤维，所述氧化铝纤维包含90重量%或更多的氧化铝。
第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物片材包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层，其中所述支撑层包含织造织物。
在第三实施方案中，本公开涉及一种锂离子电池模块，其包含：电连接在一起的多个单独的锂离子电池，所述锂离子电池中的每一个包含外部外壳、阳极、阴极、将所述阳极与所述阴极分开的隔板以及电解质，所述锂离子电池模块包含所述单独的锂离子电池之间的间隙空间；以及无机薄片组合物，所述无机薄片组合物(i)被施加到较大堆的电连接的电化学电池（如电池模块或电池组）内所包含的单独的电化学电池的至少一部分的外表面的至少一部分，(ii)被施加到所述电化学电池组的外壳的内表面的至少一部分；(iii)被施加到所述电池组的外壳的外表面的至少一部分；和/或(iv)被施加到较大电池模块或电池组内的多个电化学电池之间的间隙空间的至少一部分。
在第四实施方案中，本公开涉及一种锂离子电池组，其包含：电连接在一起的多个单独的锂离子电池，所述锂离子电池中的每一个包含外部外壳、阳极、阴极、将所述阳极与所述阴极分开的隔板以及电解质，所述锂离子电池模块包含所述单独的锂离子电池之间的间隙空间；以及无机薄片组合物，所述无机薄片组合物位于(i)被施加到较大堆的电连接的电化学电池（如电池模块或电池组）内所包含的单独的电化学电池的至少一部分的外表面的至少一部分，(ii)被施加到所述电化学电池组的外壳的内表面的至少一部分；(iii)被施加到所述电池组的外壳的外表面的至少一部分；和/或(iv)被施加到较大电池模块或电池组内的多个电化学电池之间的间隙空间的至少一部分。
在第五实施方案中，本公开涉及一种汽车电池，其包含：电连接在一起的多个单独的锂离子电池，所述锂离子电池中的每一个包含外部外壳、阳极、阴极、将所述阳极与所述阴极分开的隔板以及电解质，所述锂离子电池模块包含所述单独的锂离子电池之间的间隙空间；以及无机薄片组合物，所述无机薄片组合物位于(i)被施加到较大堆的电连接的电化学电池（如电池模块或电池组）内所包含的单独的电化学电池的至少一部分的外表面的至少一部分，(ii)被施加到所述电化学电池组的外壳的内表面的至少一部分；(iii)被施加到所述电池组的外壳的外表面的至少一部分；和/或(iv)被施加到较大电池模块或电池组内的多个电化学电池之间的间隙空间的至少一部分。
在第六实施方案中，本公开涉及一种电动车辆，其包含：结构框架、客舱、电驱动马达、马达控制器、制动系统、以及安装在所述客舱下方的电化学电池组，所述电化学电池组包含电连接在一起的多个单独的电池，并且在所述单独的电池之间具有间隙空间，无机薄片组合物，所述无机薄片组合物位于(i)被施加到较大堆的电连接的电化学电池（如电池模块或电池组）内所包含的单独的电化学电池的至少一部分的外表面的至少一部分，(ii)被施加到所述电化学电池组的外壳的内表面的至少一部分；(iii)被施加到所述电池组的外壳的外表面的至少一部分；和/或(iv)被施加到较大电池模块或电池组内的多个电化学电池之间的间隙空间的至少一部分。
在第七实施方案中，本公开涉及一种飞行器电池，其包含：电连接在一起的多个单独的锂离子电池，所述锂离子电池中的每一个包含外部外壳、阳极、阴极、将所述阳极与所述阴极分开的隔板以及电解质，所述锂离子电池模块包含所述单独的锂离子电池之间的间隙空间；以及无机薄片组合物，所述无机薄片组合物位于(i)被施加到较大堆的电连接的电化学电池（如电池模块或电池组）内所包含的单独的电化学电池的至少一部分的外表面的至少一部分，(ii)被施加到所述电化学电池组的外壳的内表面的至少一部分；(iii)被施加到所述电池组的外壳的外表面的至少一部分；和/或(iv)被施加到较大电池模块或电池组内的多个电化学电池之间的间隙空间的至少一部分。
一种汽车电池，其包含至少一个根据第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块。
一种电动车辆，其包含：结构框架、客舱、电驱动马达、马达控制器、制动系统、以及包含至少一个根据第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块的电池。
一种飞行器电池，其包含至少一个根据第二或后续实施方案中任一项所述的电化学电池模块。
虽然已经结合各种实施方案描述了电绝缘和防火的涂料组合物以及包括所述组合物的电化学电池模块和电池组，但是应当理解，可以使用其他类似的实施方案，或者可以对所述实施方案进行修改和添加以执行相同的功能。此外，可以组合各种说明性实施方案以产生期望的结果。本公开不应限于任何单独的实施方案，而是在根据所附权利要求的叙述的广度和范围中解释。应当理解，本文描述的实施方案仅仅是示例性的，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行变化和修改。所有这样的变化和修改旨在包括在如上文所述的本发明的范围内。此外，所公开的所有实施方案不一定是替代的，因为本发明的各种实施方案可以被组合以提供期望的结果。

Claims (24)

1.一种电绝缘和防火的涂料组合物，其包含：
无机耐火薄片；
粘结剂；
流变改性剂；以及
液体。
2.权利要求1所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述无机薄片选自蛭石、云母、粘土、滑石及其组合。
3.权利要求2所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述无机薄片包含云母薄片。
4.权利要求2所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述无机薄片包含蛭石薄片。
5.权利要求2所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述无机薄片包含粘土薄片。
6.权利要求3所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述云母薄片的直径为约20μm至约300μm。
7.权利要求3所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述云母薄片的纵横比为约50:1至约2000:1。
8.权利要求7所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述云母薄片的纵横比为约50:1至约1000:1。
9.权利要求1所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述粘结剂选自丙烯酸胶乳、(甲基)丙烯酸胶乳、酚醛树脂、苯乙烯和丁二烯的共聚物、乙烯基吡啶、丙烯腈、丙烯腈和苯乙烯的共聚物、氯乙烯、聚氨酯、乙酸乙烯酯和乙烯的共聚物、聚酰胺、硅酮、有机硅化合物、有机硅烷、不饱和聚酯、环氧树脂、聚乙烯酯及其组合。
10.权利要求1所述的电绝缘和防火的涂料组合物，其中所述流变改性剂选自丙烯酸酯、聚乙烯醇、粘土、纤维素、取代的纤维素、瓜尔胶、黄原胶、阿拉伯树胶、槐树豆胶、琼脂、果胶、明胶、角叉菜胶、藻酸钠、藻酸钾、藻酸铵和藻酸钙及其组合。
11.一种电化学电池模块，其包含：
在外壳内电连接在一起的多个单独的电化学电池，所述电化学模块包含在所述单独的电化学电池之间的间隙空间；以及
无机薄片组合物，所述无机薄片组合物(i)被施加到所述单独的电化学电池的外表面的至少一部分，(ii)被施加到所述电化学模块的外壳的内表面的至少一部分；(iii)被施加到所述电化学模块的外壳的外表面的至少一部分；和/或(iv)位于所述多个电化学电池之间的间隙空间的至少一部分内。
12.权利要求11所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物包含涂料。
13.权利要求11所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物包含片材。
14.权利要求11所述的电化学电池模块，其中所述无机薄片组合物包含复合材料，所述复合材料包含支撑层和无机薄片组合物层。
15.权利要求14所述的电化学电池模块，其中所述支撑层包含聚合物膜、无机纤维纸、织造织物或其组合。
16.权利要求15所述的电化学电池模块，其中所述支撑层包含聚合物膜。
17.权利要求16所述的电化学电池模块，其中所述聚合物膜选自聚酯、聚酰亚胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚氟乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚芳基砜、聚酯酰胺、聚酯酰亚胺、聚醚砜、聚苯硫醚、乙烯三氟氯乙烯膜及其组合。
18.权利要求17所述的电化学电池模块，其中所述支撑层包含无机纤维纸。
19.权利要求18所述的电化学电池模块，其中所述无机纤维纸包含选自以下的无机纤维：多晶羊毛纤维、耐火陶瓷纤维、高岭土纤维、矿物纤维、碱土硅酸盐纤维、氧化钙-氧化铝纤维、钾-氧化铝-二氧化硅纤维、钾-氧化钙-氧化铝纤维、S-玻璃纤维、S2-玻璃纤维、E-玻璃纤维、石英纤维、二氧化硅纤维及其组合。
20.权利要求19所述的电化学电池模块，其中所述耐火陶瓷纤维包含约45至约75重量%的氧化铝和约25至约55重量%的二氧化硅的纤维化产物。
21.权利要求19所述的电化学电池模块，其中所述无机纤维包含碱土硅酸盐纤维。
22.权利要求21所述的电化学电池模块，其中所述碱土硅酸盐纤维包含约60至约90重量%的二氧化硅、大于0至约35重量%的氧化镁的纤维化产物。
23.权利要求15所述的电化学电池模块，其中所述支撑层包含织造织物。
24.一种用于汽车或飞行器的锂离子电池模块，其包含：
在外壳内电连接在一起的多个单独的锂离子电池，所述锂离子电池中的每一个包含外部外壳、阳极、阴极、将所述阳极与所述阴极分开的隔板以及电解质，所述锂离子电池模块包含所述单独的锂离子电池之间的间隙空间；以及
无机薄片组合物，所述无机薄片组合物(i)被施加到所述单独的锂离子电池的外表面的至少一部分，(ii)被施加到所述锂离子电池模块的外壳的内表面的至少一部分；(iii)被施加到所述锂离子电池模块的外壳的外表面的至少一部分；和/或(iv)位于所述多个单独的锂离子电池之间的间隙空间的至少一部分内。
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