CN112072015A

CN112072015A - 膨胀式电池垫

Info

Publication number: CN112072015A
Application number: CN202010526370.4A
Authority: CN
Inventors: 王巍; 布雷特·基尔赫尼; 罗伯特·戴格尔; 马克·圣·让; 克里斯托弗·丘尔奇尔
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2020-12-11
Also published as: JP2022536411A; KR20220017896A; US20200388810A1; US12002923B2; EP3935678A1; CN212648377U; WO2020251825A1; TW202109940A

Abstract

本发明涉及一种膨胀式电池垫。在一方面，用于锂离子电池的膨胀式电池垫包括：聚氨酯泡沫，其具有5千帕斯卡至1035千帕斯卡的根据ASTM D3574‑17确定的在25％挠度下的压缩力挠度；以及膨胀材料，其包括酸源、碳源和发泡剂；其中，膨胀式电池垫具有1毫米厚度下的UL‑V0等级。在另一方面，电池可以包括：至少两个电池单体；以及位于至少两个电池之间的膨胀式电池垫。

Description

膨胀式电池垫

技术领域

本申请涉及一种电池组合件，并且特别地涉及一种可以用于锂离子电池的包括膨胀式电池垫的电池组合件。

背景技术

由于诸如电动交通工具和电网储能系统的应用以及诸如电动自行车、不间断电源电池系统和铅酸替代电池的其他多单元电池应用的增长，对诸如锂离子电池的电化学储能装置的需求正在增长。对于大型应用例如电网存储和电动交通工具，经常使用串并联阵列连接的多个单元。这样的单元可能是大型的(例如，至少有10安培小时(Ah))。大型单元的一个持续存在的问题是安全性，因为进入热失控的单元中释放的能量与留在单元内部并且在热失控期间可使用的电解质和活性物质的量成比例。换言之，因为大型单元包含更大量的电解质和活性物质，所以热失控会导致更严重的火灾。另外，一旦大型单元处于热失控模式，由该单元产生的热会在相邻单元中引发热失控传播反应，从而引起点燃整个组的级联效应，导致对组和周围设备的破坏以及对于用户的潜在不安全条件。

虽然已经考虑了降低这样的电池的易燃性的尝试，但是它们并非没有缺点。例如，已经考虑了通过添加阻燃剂添加剂或通过使用本来就不易燃的电解质来修改电解质，但是这些尝试会负面地影响锂离子电池单体的电化学性能。用于防止级联热失控的其他方法涉及在单元或单元群组之间并入更大程度的绝缘，以便减少在热事件期间的热传递的量。这些方法可以限制可以实现的能量密度的上界。

随着对具有高能量密度的电池的需求的增加，火焰发生和传播的风险增加。因此，在本领域中需要能够满足或超过当前火焰安全标准的电池。如果电池还可以在期望的更高能量下起作用，则将是进一步的优势。

发明内容

本文公开了一种电池组合件，其包括：至少两个电池单体；以及位于所述至少两个电池单体之间的膨胀式电池垫。膨胀式电池垫包括：聚氨酯泡沫，其具有5kPa至1035kPa的根据ASTM D3574-17确定的在25％挠度下的压缩力挠度；以及膨胀材料，其包括酸源、碳源和发泡剂，其中，膨胀式电池垫具有1毫米厚度下的UL-V0等级。

上述特征和其他特征通过以下附图、详细描述和权利要求来例示。

附图说明

以下附图为示例性实施方案，提供这些示例性实施方案以说明本公开内容。说明实施例的附图不旨在将根据本公开内容制造的装置限制于本文中阐述的材料、条件或过程参数。

图1是包括位于两个电池单体之间的膨胀式电池垫的电池组合件的一方面的图示；

图2是包括位于两个电池单体之间的膨胀式电池垫的电池组合件的另一方面的图示；

图3是包括位于电池单体的阵列之间的膨胀式电池垫的电池组合件的一方面的图示；

图4是包括位于电池单体的阵列中的电池单体之间的膨胀式电池垫的电池组合件的一方面的图示；

图5是包括电池单体的阵列的电池的一方面的图示；

图6是形成膨胀材料的一方面的图示；以及

图7是实施例1的膨胀式电池垫的照片。

具体实施方式

包括多个单元的电池中的热失控的问题是一个难题，因为与正经历热失控的单元相邻的单元可以从事件吸收足够的能量，以使它们被触发而也进入热失控。引起热失控事件的这种传播可以导致连锁反应，其中，存储装置随着单元点燃相邻的单元而进入一系列级联的热失控。

为了防止这样的级联(cascading)热失控事件发生，开发了包括至少两个电池单体和膨胀式电池垫的电池组合件。膨胀式电池垫包括聚氨酯泡沫和膨胀材料。膨胀材料包括酸源、碳源和发泡剂。膨胀材料可以分散在聚氨酯泡沫中或可以存在于聚氨酯泡沫的至少一个表面上。膨胀式电池垫可以成功地用于电池组中的事实出乎意料，因为原本认为在烧焦事件(char event)期间膨胀材料的固有扩展对于在电池组中使用而言过于显著。更出乎意料的是，膨胀材料可以成功地涂覆至膨胀式电池垫上，同时保持聚氨酯的期望的泡沫性能，因为以前预期涂层的添加应该会不利地影响例如聚氨酯泡沫的压缩力挠曲或压缩永久变形的性能。

如上所述，电池组合件包括至少两个电池单体和可以位于所述至少两个电池单体之间或者可以沿着紧临电池组合件的表面定位的膨胀式电池垫。电池单体可以是锂离子电池单体。尽管在热屏蔽方面的有效性可以是主要的考虑因素，但是取决于单元的所期望的尺寸或形状、包围单元的壳体或其他结构的尺寸或构造(conformation)、制造成本、各种不同形状的制造容易程度以及类似的考虑因素，单元和膨胀式电池垫的特定形状可以大范围地变化。例如，电池单体可以具有圆形、正方形、矩形、卵形、梯形或其他形状的轮廓，并且膨胀式电池垫可以具有相应的圆形、正方形、矩形、卵形、梯形或其他形状的轮廓。可替选地，电池单体中的至少一个的轮廓的形状可以与垫的轮廓不同。例如，具有圆形轮廓的单元可以与具有矩形轮廓的膨胀式电池垫一起使用。

图1至图4示出了电池组合件的示例性实施方案。图1示出了电池组合件10，其中膨胀式电池垫4位于第一电池单体2与第二电池单体6之间。图1中的插图示出了膨胀式电池垫4可以包括与膨胀层104直接物理接触的聚氨酯层204。图1还示出了膨胀式电池垫4可以是与电池单体大致相同的尺寸，特别是在跨电池单体的宽度和高度方面。例如，如图1中所示，x方向上的宽度和y方向上的高度可以相同。在其他方面，膨胀式电池垫4的宽度和高度可以在电池单体中的至少一个电池单体以及优选地两个电池单体的宽度和高度的正或负(±)0.2％、或±0.5％、或±1％、或±2％、或±3％、或±5％或±10％内。如果使用不同尺寸的电池单体，则膨胀式电池垫的宽度和高度可以与电池单体之一相同，或者在电池单体之一的宽度和高度的±0.2％、±0.5％或±1％、或±2％、或±3％、或±5％或±10％内。在一方面，特别地对于具有圆形或其他非方形形状(non-square shape)的组件，轮廓(按长度测量的)可以在电池单体中的至少一个电池单体、优选地两个电池单体的轮廓的±0.2％、±0.5％或±1％、或±2％、或±3％、或±5％或±10％内。

然而，膨胀式电池垫的尺寸的变化不限于这些量。可以有x方向上的宽度和y方向上的高度中的至少一个上的变化。图2示出了电池组合件20，其中膨胀式电池垫4可以在至少一个方向上小于相应的电池单体。如图2中所示，膨胀式电池垫4在x方向上的宽度与电池单体2、6的宽度相同，但是膨胀式电池垫4在y方向上的高度明显小于电池单体2、6的高度。在其他方面，宽度和高度二者可以与电池单体2、6不同。

膨胀式电池垫也可以沿着电池单体中的一个或更多个电池单体的轮廓的仅一部分变化。在这一方面，电池垫的轮廓与至少一个电池单体的所有边缘不等平(不是共端点(coterminal)的)。例如，如图3中所示，电池组合件40包括具有相同尺寸轮廓的电池单体2、6。膨胀式电池垫4设置在电池单体2、6之间。在单元2、6的边缘2b、6b处，电池垫4与边缘2b、6b等平(与边缘2b、6b共端点)。然而，膨胀式电池垫4的一部分8被切掉以在垫中留下切口。例如，该切口可以用于准备插入电池的其他部件。在单元2、6的边缘2a、6a处，电池垫4的边缘10延伸超过边缘2a、6a，从而形成突片或折片。这种额外的材料例如可以用于电池单体的额外覆盖或用于填充电池单体与电池中的其他结构例如电池的壳体之间的空间。上述特征中的任何一个或组合可以存在于电池组合件中。

图4示出了电池组合件40，其包括以堆叠体布置的电池单体的阵列。电池组合件40可以包括多个(multiple)电池单体2、6，其中多个(multiple)膨胀式电池垫4位于各个电池单体之间。电池组合件可以包括2至100个或10至50个电池单体的堆叠体，其中膨胀式电池垫4位于电池单体中的至少两个电池单体之间。优选地，膨胀式电池垫4位于堆叠体中的电池单体中的每个电池单体之间。

图5示出了包括电池组合件40的电池。电池可以包括顶部壳体100和底部壳体150。顶部壳体100和底部壳体150可以形成围绕电池组合件的外壳。顶部壳体100和底部壳体150可以形成紧密的密封，该密封可以通过衬垫110的存在而增强。注意，外壳不限于该图，并且可以考虑各种各样的其他配置。泡沫层120可以位于电池组合件40的一个或更多个侧面上。泡沫层120可以是本文中所公开的膨胀式电池垫。泡沫层120可以沿着紧临电池组合件40的表面定位。泡沫层120的主轴线可以垂直于电池单体2和6的主轴线。例如，泡沫层120的平面表面可以在x-z平面中，并且电池单体2、6的平面表面可以在x-y平面中。电池可以包括热管理组合件，热管理组合件例如包括热界面层130和冷却板140。

膨胀材料包括酸源、发泡剂和碳源。这些组分中的每一种可以存在于单独的层中或作为混合物优选地紧密混合物存在。例如，膨胀材料可以包括聚磷酸盐酸源、发泡剂和季戊四醇碳源。不受理论的束缚，据信膨胀材料可以使用两种能量吸收机制来减少火焰的蔓延，所述两种能量吸收机制包括形成烧焦物(char)以及然后使烧焦物(char)膨胀。例如，当温度达到例如200℃至280℃的值时，酸性物质(例如，聚磷酸盐酸的酸性物质)可以与碳源(例如，季戊四醇)反应以形成烧焦物(char)。当温度升高至例如280℃至350℃时，那时发泡剂会分解以产生使烧焦物膨胀的气态产物。

酸源可以包括有机或无机磷化合物或有机或无机硫酸盐(例如，硫酸铵)或其他化合物中的至少一种。有机或无机磷化合物可以包括有机磷酸酯/盐或有机膦酸酯/盐中的至少一种(例如，三(2,3-二溴丙基)磷酸酯、三(2-氯乙基)磷酸酯、三(2,3-二氯丙基)磷酸酯、三(1-氯-3-溴异丙基)磷酸酯、双(1-氯-3-溴异丙基)-1-氯-3-溴异丙基膦酸酯、多氨基三嗪磷酸酯、磷酸三聚氰胺、磷酸三苯酯或脒基脲磷酸盐)；有机亚磷酸酯(例如，亚磷酸三甲酯或亚磷酸三苯酯)；磷腈(例如六苯氧基环三磷腈)、含磷的无机化合物(例如，磷酸、亚磷酸、亚磷酸酯/盐、磷酸脲或磷酸铵(例如，磷酸一氢铵、磷酸二氢铵或聚磷酸铵))。

发泡剂可以包括在大于或等于120℃例如在120℃至200℃或在130℃至200℃的温度下分解(例如，分解为较小的化合物例如氨或二氧化碳)的试剂。发泡剂可以包括双氰胺、偶氮二甲酰胺、三聚氰胺、胍、甘氨酸、尿素(例如，脲醛树脂或羟甲基化的脒基脲磷酸盐)或卤化的有机材料(例如，氯化石蜡)中的至少一种。

膨胀材料可以包括碳源，其中注意聚氨酯泡沫本身可以充当碳源。碳源可以包括糊精、酚醛树脂、季戊四醇(例如，其二聚物或三聚物)、粘土或聚合物(例如，聚酰胺6、氨基-聚(咪唑啉-酰胺)或聚氨酯)中的至少一种。氨基-聚(咪唑啉-酰胺)可以包括重复的酰胺键和咪唑啉基团。

膨胀材料可以任选地(optionally)包括协同化合物，以进一步改善膨胀材料的阻燃性(retardance)。协同化合物可以包括硼化合物(例如，硼酸锌、磷酸硼或硼氧化物)、硅化合物、铝硅酸盐、金属氧化物(例如，镁氧化物、铁氧化物或氧化铝水合物(勃姆石))或金属盐(例如有机磺酸的碱金属或碱土金属盐或碱土金属碳酸盐)中的至少一种。优选的协同组合包括含磷化合物与前述化合物中的至少一种。

膨胀材料还可以任选地(optionally)包括粘合剂。粘合剂可以包括环氧树脂、聚硫化物、聚硅氧烷、聚硅亚芳基中的至少一种。基于膨胀材料的总重量，粘合剂可以以小于或等于50wt％、或5wt％至50wt％、或35wt％至45wt％的量存在于膨胀材料中。基于膨胀材料的总重量，粘合剂可以以5wt％至95wt％或40wt％至60wt％的量存在于膨胀材料中。

膨胀式电池垫包括聚氨酯泡沫。通常，聚氨酯泡沫由反应性组合物形成，所述反应性组合物包括与含活性氢的组分反应的有机异氰酸酯组分、表面活性剂和催化剂。用于制备聚氨酯泡沫的有机异氰酸酯组分包括通式为Q(NCO)_i的多异氰酸酯，其中，i为平均值为2或更大的整数，以及Q为化合价为i的有机基团。Q可以是经取代或未经取代的基团(例如，具有适当化合价的烷烃或芳族基团)。Q可以是具有式Q¹-Z-Q¹的基团，其中，Q¹是亚烷基或亚芳基基团，以及Z是-O-、-O-Q¹-S-、-CO-、-S-、-S-Q¹-S-、-SO-或-SO₂-。Q可以表示化合价为i的聚氨酯基。

合适的异氰酸酯的实施例包括六亚甲基二异氰酸酯、1，8-二异氰酸根合对甲烷、二甲苯基二异氰酸酯、二异氰酸根合环己烷、苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯(包括2,4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯和粗甲苯二异氰酸酯)、双(4-异氰酸根合苯基)甲烷、氯亚苯基二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4′-二异氰酸酯(也称为4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯或MDI)及其加合物、萘-1，5-二异氰酸酯、三苯基甲烷-4，4′，4″-三异氰酸酯、异丙基苯-α-4-二异氰酸酯或聚合的异氰酸酯例如聚亚甲基多苯基异氰酸酯。

含活性氢的组分可以包括多元醇(例如，聚醚多元醇或聚酯多元醇中的至少一种)。合适的聚酯多元醇包括多元醇与二元羧酸或其成酯衍生物(例如酸酐、酯和卤化物)的缩聚产物、可通过在多元醇的存在下内酯的开环聚合获得的聚内酯多元醇、可通过碳酸二酯与多元醇或蓖麻油多元醇的反应获得的聚碳酸酯多元醇。用于生产缩聚聚酯多元醇的合适的二羧酸和二羧酸的衍生物是脂族或脂环族二羧酸，例如戊二酸、己二酸、癸二酸、富马酸或马来酸；二聚酸；芳族二羧酸，例如邻苯二甲酸、间苯二甲酸或对苯二甲酸；三元或更高官能的多元羧酸，例如均苯四酸；以及酸酐或第二烷基酯，例如马来酸酐、邻苯二甲酸酐或对苯二甲酸二甲酯。

多元醇可以具有在宽范围内变化的羟基数。通常，如果使用的话，包括其他交联添加剂的多元醇的羟基数可以为28至1000或100至800。羟基数定义为在具有或没有其他交联添加剂的情况下完全中和由1克多元醇或多元醇混合物制备的完全乙酰化衍生物的水解产物所需的氢氧化钾的毫克数。

用于制造泡沫的方法是公知的。可以对泡沫进行机械起泡、物理或化学发泡或两者皆有。聚氨酯泡沫可以通过浇注机械起泡组合物来制备。特别地，可以将聚氨酯的反应性前体混合并机械地起泡(mechanically frothed)，然后流延以形成层并固化。

物理发泡剂可以单独使用或作为彼此间的混合物使用，或作为与一种或更多种化学发泡剂的混合物使用。物理发泡剂可以选自宽范围的材料，包括烃、醚、酯和部分卤化的烃、醚和酯等。典型的物理发泡剂的沸点为-50℃至100℃或-50℃至50℃。示例性物理发泡剂包括CFC′s(chlorofluorocarbons，氯氟烃)(例如，1，1-二氯-1-氟乙烷、1，1-二氯-2,2,2-三氟乙烷、一氯二氟甲烷或1-氯-1，1-二氟乙烷)；FC′s(fluorocarbons，碳氟化合物)(例如，1，1，1，3，3，3-六氟丙烷、2,2,4,4-四氟丁烷、1，1，1，3，3，3-六氟-2-甲基丙烷、1，1，1，3，3-五氟丙烷、1，1，1，2，2-五氟丙烷、1，1，1，2,3-五氟丙烷、1，1，2，3，3-五氟丙烷、1，1，2,2,3-五氟丙烷、1，1，1，3，3，4-六氟丁烷、1，1，1，3，3-五氟丁烷、1，1，1,4,4,4-六氟丁烷、1，1，1，4，4-五氟丁烷、1，1，2，2，3，3-六氟丙烷、1，1，1，2,3，3-六氟丙烷、1，1-二氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷或五氟乙烷)；FE′s(fluoroethers，氟醚)(例如，甲基-1，1，1-三氟乙基醚或二氟甲基-1，1，1-三氟乙基醚)；或碳氢化合物(例如，正戊烷、异戊烷或环戊烷)。物理发泡剂可以包括二氧化碳、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、戊烷、己烷、丁二烯、丙酮、二氯甲烷、氯氟烃、任意的氢氯氟烃或氢氟烃中的至少一种。与化学发泡剂一样，物理发泡剂的用量能够足以使所得泡沫具有期望的体积密度。通常，基于反应性组合物的总重量，物理发泡剂的用量为5wt％至50wt％或10wt％至30wt％。

如果使用化学发泡剂，则其可以包括水、偶氮化合物(例如，偶氮异丁腈、偶氮二甲酰胺(即偶氮-双-甲酰胺)或偶氮二甲酸钡)；经取代的肼(例如，二苯砜-3，3′-二磺酰肼、4，4′-羟基-双-(苯磺酰肼)、三肼基三嗪或芳基-双-(磺酰肼))；氨基脲(例如，对甲苯磺酰基氨基脲或4，4′-羟基-双-(苯磺酰基氨基脲))；三唑(例如，5-吗啉基-1，2，3，4-噻三唑)；N-亚硝基化合物(例如，N，N′-二亚硝基五亚甲基四胺或N,N-二甲基-N,N′-二亚硝基邻苯二甲酰亚胺)；苯并噁嗪(例如，靛红酸酐)；或混合物(例如，碳酸钠/柠檬酸混合物)中的至少一种。化学发泡剂可以包括水。发泡剂可以包括铵盐、磷酸盐、多磷酸盐、硼酸盐、多硼酸盐、硫酸盐、脲、脲甲醛树脂、双氰胺或三聚氰胺中的至少一种。

前述化学发泡剂的量将取决于试剂和期望的泡沫密度而变化，并且可由本领域普通技术人员容易地确定。通常，基于反应性组合物的总重量，这些化学发泡剂的用量为0.1wt％至10wt％。在分解过程期间形成的分解产物在生理上会是安全的，并且可能不会显著不利地影响泡沫聚氨酯片的热稳定性或机械性能。

多种催化剂可以用于催化异氰酸酯组分与含活性氢的组分的反应。这样的催化剂包括铋、铅、锡、铁、锑、铀、镉、钴、钍、铝、汞、锌、镍、铈、钼、钒、铜、锰或锆以及膦或叔有机胺的有机和无机酸盐或有机金属衍生物。这样的催化剂的实施例是二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、辛酸亚锡、辛酸铅、环烷酸钴、三乙胺、三亚乙基二胺、N，N，N′，N′-四甲基乙二胺、1，1，3，3-四甲基胍、N，N，N′，N′-四甲基-1，3-丁二胺、N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、1，3，5-三(N，N-二甲基氨基丙基)-s-六氢三嗪、邻-(二甲基氨基甲基)苯酚和对-(二甲基氨基甲基)苯酚、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚、N,N-二甲基环己胺、五甲基二亚乙基三胺、1，4-二重氮二环[2.2.2]辛烷、N-羟基-烷基季铵羧酸盐和四甲基甲酸铵、四甲基醋酸铵或2-乙基己酸四甲基铵。

催化剂可以包括基于金属的乙酰丙酮金属，所述金属例如铝、钡、镉、钙、铈(III)、铬(III)、钴(II)、钴(III)、铜(II)、铟、铁(II)、镧、铅(II)、锰(II)、锰(III)、钕、镍(II)、钯(II)、钾、钐、钠、铽、钛、钒、钇、锌或锆。催化剂可以包括双(2,4-戊二酮酸)镍(II)(也称为乙酰丙酮镍或二乙酰丙酮镍)或其衍生物，例如二乙腈二乙酰基乙酰丙酮镍、二苯基腈二乙酰丙酮镍或双(三苯基膦)二乙酰乙酰丙酮镍。催化剂可以包括乙酰丙酮铁(FeAA)。

基于含活性氢的组分的总重量，存在于反应性组合物中的催化剂的量可以为0.03wt％至3wt％。该反应性组合物可以包括可以提供热潜伏期的乙酰丙酮(2,4-戊二酮)，这允许混合、浇注和其他过程所需的时间，并且可以帮助避免在低温处理期间有害的过早固化。通常，催化剂与乙酰丙酮的重量比可以为3∶1至1∶1。

反应性组合物可以包括表面活性剂，其可以在反应性组合物固化之前使其稳定。表面活性剂可以包括有机硅表面活性剂。有机硅可以包括共聚物，该共聚物包括或基本上由SiO₂(硅酸酯)单元和(CH3)₃SiO_0.5(三甲基硅氧基)单元组成，其中硅酸酯与三甲基硅氧基单元的摩尔比为0.8∶1至2.2∶1或1∶1至2.0∶1。有机硅可以包括部分交联的硅氧烷-聚氧化烯嵌段共聚物，其中硅氧烷嵌段和聚氧化烯嵌段通过硅与碳或通过硅与氧与碳连接。基于活性氢组分的总重量，表面活性剂可以以0.5wt％至10wt％或1wt％至6wt％的量存在。

其他的、可选的添加剂可以添加到反应性组合物。例如，添加剂可以包括填料(例如，三水合氧化铝、二氧化硅、滑石粉、碳酸钙或粘土)、染料、颜料(例如，二氧化钛或铁氧化物)、抗氧化剂、抗臭氧剂、紫外线稳定剂、导电填料或导电聚合物。

聚氨酯泡沫可以通过将反应性组合物(例如，包括异氰酸酯组分、含活性氢的组分、泡沫稳定的表面活性剂、催化剂和其他可选的添加剂)与泡沫形成气体机械混合来生产。如图6中所示，起泡混合物10可以例如经由导管14从单元12连续地馈送至离型衬里16上。离型衬里可以从供应辊18中伸出，并且可以被辊20和22向右拉以通过系统中的各个工位，并且可以在卷取辊24上重绕。当离型衬里16向右移动且起泡混合物10沉积在其上时，通过刮刀26或其他合适的涂布装置将起泡混合物10涂布为期望厚度的层。刮刀26将起泡混合物10涂布至期望的厚度，例如0.1毫米至15毫米，以形成经计量的层。

然后，可以将起泡混合物的经计量的层输送至一个或更多个加热区，例如，包括红外加热器46的第一加热区或包括加热压板28和30的第二加热区。压板28和30可以平行，并且沿其长度在其间可以具有等距的间隔，或者它们可以从入口32到出口34分叉。如果与加热压板30直接相对的泡沫的上层没有用另一层的离型衬里覆盖，则压板28与30之间的间隔可以大于泡沫材料和释放支承件16的层的刮涂厚度，使得泡沫的未暴露的上表面不接触加热压板30。各个加热区的温度可以分别独立地为90℃至250℃。在加热区之后，可以将形成的聚氨酯层传递到冷却区，在冷却区中可以通过任何合适的冷却装置诸如风扇38对其进行冷却。然后，可选地，可以在去除离型衬里16之后将形成的聚氨酯层卷取在辊40上。

膨胀式电池垫包括聚氨酯泡沫和膨胀材料。膨胀材料可以分散在聚氨酯泡沫中或可以存在于聚氨酯泡沫的至少一个表面上。当膨胀材料存在于聚氨酯泡沫中时，膨胀材料可以在形成聚氨酯泡沫之前存在于包括聚氨酯前体组合物的反应性组合物中，或者膨胀材料可以在处理后添加到泡沫，例如，通过用包括膨胀材料的液体组合物使聚氨酯泡沫饱和。在这方面，膨胀材料可以穿透聚氨酯材料本身。

可替选地或另外地，包括膨胀材料的液体组合物可以穿透聚氨酯材料的孔并且涂覆或填充孔的表面的至少一部分，为方便起见在本文中称为“内表面”。在这方面，涂覆或填充被执行成基本上不会不利地影响泡沫的期望的性能例如泡沫的压缩力挠曲或压缩永久变形。

在膨胀材料存在于聚氨酯泡沫的至少一个表面上的另一方面，膨胀材料存在于聚氨酯泡沫的至少一个外表面上。在这方面，膨胀材料可以作为涂层添加，该涂层存在于泡沫的至少外表面上，并且可以穿透或可以不穿透泡沫的孔以涂覆内表面。涂覆可以例如通过喷涂、浸涂、流涂、辊涂等进行。在泡沫的至少外表面上的涂层可以具有相对3毫米的所述聚氨酯层的5微米(have a thickness of 5 micrometers for 3 millimeters)或25微米至250微米的厚度。如上所述，出乎意料地发现，涂层基本上不会不利地影响泡沫的期望的性能，例如，泡沫的压缩力挠曲或压缩永久变形。

膨胀材料可以在形成聚氨酯泡沫之前存在于包括聚氨酯前体组合物的反应性组合物中，例如存在于起泡混合物10中。相反，膨胀材料可以作为层添加至形成的聚氨酯泡沫上。例如，可以通过将膨胀组合物54连续馈送至聚氨酯泡沫上来在加热区之后添加膨胀材料。可以通过刮刀56或其他合适的涂布装置将膨胀组合物54涂布成期望厚度的层。相反地，(未示出)该方法可以包括在缠绕在辊40上之前将已经去除离型衬里的聚氨酯泡沫遍历包括膨胀组合物54的浴液。

在聚氨酯泡沫已经形成为期望的电池垫形状之后，可以将膨胀材料添加到聚氨酯泡沫。在该方法中，可以通过喷涂、浸涂、涂漆、流涂等中的至少一种将膨胀组合物沉积至聚氨酯泡沫的至少一个表面上。注意，如果通过浸渍方法如浸涂来沉积膨胀组合物，则不仅在表面上，而且可能在泡沫内会存在增加量的膨胀组合物。

膨胀式电池垫可以具有0.1mm至26mm、或0.1mm至15mm或0.3mm至10mm、或1mm至5mm或5mm至6mm的厚度。聚氨酯泡沫可以具有0.1mm至26mm、或0.1mm至15mm或0.3mm至10mm、或1mm至5mm或5mm至6mm的厚度。厚度可以在图1中示出的z方向上。

膨胀式电池垫可以具有100千克至1040千克每立方米(kg/m³)、或100kg/m³至500kg/m³或300kg/m³至400kg/m³的密度。可以根据ASTM D3574-95测试A确定密度。

膨胀式电池垫可以具有5千帕斯卡至1035千帕斯卡(kPa)、或5kPa至500kPa、或100kPa至250kPa或25kPa至80kPa的在25％挠度下的压缩力挠度(compression forcedeflection)。注意，在25％下的压缩力挠度是指将聚氨酯泡沫物理压缩25％所需的负载。膨胀式电池垫可以具有50kPa至1050kPa、或100kPa至500kPa或200kPa至300kPa的在75％挠度下的压缩力挠度。如本文中所使用的，可以根据ASTM D3574-17确定压缩力挠度。膨胀式电池垫可以具有小于或等于3的SAG系数，SAG系数由65％下的压缩力挠度除以25％下的压缩力挠度定义。

膨胀式电池垫可以具有0至15％或0至5％的如根据ASTM D3574-95测试D在23℃或70℃下确定的在50％挠度下的压缩永久变形。

特别地用于锂离子电池的膨胀式电池垫可以包括：聚氨酯泡沫，其具有5kPa至1035kPa的根据ASTM D3574-17确定的在25％挠度下的压缩力挠度；以及膨胀材料，其包括酸源、碳源和发泡剂；其中，膨胀式电池垫具有1mm下的UL-V0等级。电池垫可以具有1mm至5mm的厚度。在25％挠度下，压缩力挠度可以为5kPa至500kPa或5kPa至80kPa。聚氨酯可以具有100kPa至500kPa或200kPa至300kPa的根据ASTM D3574-17确定的在75％挠度下的压缩力挠度。聚氨酯可以具有0至15％或0至5％的如根据ASTM D3574-95测试D在23℃或70℃下确定的在50％挠度下的压缩永久变形。聚氨酯可以具有小于或等于3的SAG系数，SAG系数由65％下的压缩力挠度除以25％下的压缩力挠度定义。酸源可以包括有机或无机磷或硫酸酯/盐中的至少一种。有机或无机磷化合物可以包括三(2,3-二溴丙基)磷酸酯、三(2-氯乙基)磷酸酯、三(2,3-二氯丙基)磷酸酯、三(1-氯-3-溴异丙基)磷酸酯、双(1-氯-3-溴异丙基)-1-氯-3-溴异丙基膦酸酯、聚氨基三嗪磷酸酯、磷酸三聚氰胺或脒基脲磷酸盐；有机亚磷酸酯；或含磷的无机化合物中的至少一种。碳源可以包括糊精、酚醛树脂、季戊四醇、粘土或聚合物中的至少一种。碳源可以包括聚氨酯泡沫。发泡剂可以包括双氰胺、偶氮二甲酰胺、三聚氰胺、胍、甘氨酸、尿素或卤化的有机材料中的至少一种。发泡剂可以在大于或等于120℃或130℃至200℃的温度下分解。膨胀材料还可以包括协同剂或粘合剂中的至少一种。膨胀材料可以存在于聚氨酯泡沫的至少一个表面上。膨胀材料可以分散在聚氨酯泡沫中。膨胀材料可以位于膨胀式电池垫的表面中的所有表面上。

电池组合件可以包括：至少两个电池单体；以及位于所述至少两个电池单体之间的膨胀式电池垫。电池可以是锂离子电池。

膨胀式电池垫可以通过如下过程来形成：将包括反应性混合物的起泡组合物涂覆至离型衬里上；使反应性混合物固化以形成聚氨酯泡沫。起泡组合物可以包括膨胀材料，以及/或者，该方法还可以包括将膨胀材料沉积在聚氨酯泡沫的至少一个表面上以形成膨胀式电池垫。涂覆起泡组合物可以包括将起泡组合物沉积在离型衬里上的沉积位置处；以及其中，使反应性混合物固化包括使起泡组合物和离型衬里转移通过加热区，以使反应性混合物固化并从而形成聚氨酯泡沫。沉积膨胀材料可以包括将聚氨酯泡沫从加热区转移至膨胀材料沉积区并将膨胀材料沉积在聚氨酯泡沫上。沉积膨胀材料可以包括将聚氨酯泡沫从加热区转移至膨胀材料浸渍区，以在聚氨酯泡沫上提供膨胀材料。起泡组合物可以包括膨胀材料。

膨胀式电池垫可以通过将膨胀材料涂层沉积在聚氨酯泡沫上而形成。沉积可以包括浸涂、流涂或喷涂。

提供以下实施例以说明本公开内容。这些实施例仅仅是说明性的，并不旨在将根据本公开内容制造的装置限制于其中所阐述的材料、条件或过程参数。

实施例

实施例1

将七个PORON品牌的聚氨酯泡沫切成厚度为3mm的条。将膨胀涂料涂布至聚氨酯泡沫中的三个的宽阔表面上，并将聚氨酯泡沫中的三个浸涂到膨胀涂料中。第七个聚氨酯泡沫不包括膨胀涂料。

然后根据Underwriter’s Laboratory(UL)-94可燃性测试对厚度为1毫米的样品进行测试。图7示出了可燃性测试后的样品，其中左侧上的三种聚氨酯泡沫被涂敷，并且右侧上的三种聚氨酯泡沫被涂敷。经浸涂的聚氨酯泡沫达到UL-94 V0等级，并且在泡沫的顶部处显示出相对小量的烧焦物(char)。经涂敷的聚氨酯泡沫达到UL-94 V1等级，其中图7示出了一些烧焦化(charring)，特别地朝向泡沫的顶部。相对于经浸涂的泡沫增加的烧焦化是由于以下事实引起的：泡沫的边缘没有用涂料涂覆。未用膨胀涂料涂覆的第七聚氨酯泡沫完全燃烧。

组合物、方法和制品可以替代地包括本文中公开的任何合适的材料、步骤或组分，由本文中公开的任何合适的材料、步骤或组分组成，或者基本上由本文中公开的任何合适的材料、步骤或组分组成。组合物、方法和制品可以另外地或替代地被配制成不含或基本上不含另外不是实现组合物、方法和制品的功能或目的所必需的任何材料(或物质)、步骤或组分。

术语“一”和“一个”不表示限制数量，而是表示存在至少一个所提及的项目。除非上下文另外明确指出，否则术语“或”意指“和/或”。在整个说明书中对“一个方面”、“一个实施方案”、“另一个实施方案”、“一些实施方案”等的提及意指关于该实施方案描述的特定要素(例如，特征、结构、步骤或特性)包括在本文所述的至少一个实施方案中，并且可以存在或可以不存在于其他实施方案中。此外，应理解，所描述的要素可以在各个实施方案中以任何合适的方式组合。

当诸如层、膜、区域或基板的元素被称为在另一元素“上”时，其可以直接在另一元素上，或者也可以存在中间元素。相比之下，当元素被称为“直接在”另一元素“上”时，不存在中间元素。

除非本文中相反地指出，否则所有的测试标准都是截至本申请的提交日或者(如果要求优先权的话)其中出现测试标准的最早优先权申请的提交日生效的最新标准。

涉及相同组分或特性的所有范围的端点包括端点在内，可独立组合，并且包括所有中间点和范围。例如，“高至25wt％、或5wt％至20wt％”的范围包括“5wt％至25wt％”的范围的端点以及所有中间值，如10wt％至23wt％等。本文使用的术语“第一”、“第二”等、“主要”、“次要”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于区分一个元素与另一个元素。术语“包括前述中的至少一者的组合”或“至少一者”意指列表包括独立的各个要素，以及该列表中的两个或更多个要素的组合，以及该列表中的至少一个要素与未提名的相似要素的组合。此外，术语“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。

除非另外限定，否则本文使用的技术术语和科学术语具有与本公开内容所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。

使用标准命名法描述化合物。例如，任何未被任何指定基团取代的位置理解为其化合价被所示的键、或氢原子填充。不在两个字母或符号之间的破折号(″-″)用于表示取代基的连接点。例如，-CHO通过羰基的碳连接。

所有引用的专利、专利申请和其他参考文献通过引用以其整体并入本文中。然而，如果本申请中的术语与并入的参考文献中的术语矛盾或冲突，则本申请的术语优先于并入的参考文献的冲突的术语。

虽然已经描述了特定实施方案，但是对本申请人或本领域技术人员来说，可以想到目前无法预见或可能目前无法预见的替代方案、修改方案、变化方案、改进方案和实质等同方案。因此，所提交的和可能被修改的所附权利要求旨在涵盖所有的这些替代方案、修改方案、变化方案、改进方案和实质等同方案。

Claims

1.一种用于锂离子电池的膨胀式电池垫，包括：

聚氨酯泡沫，其具有5千帕斯卡至1035千帕斯卡的根据ASTM D3574-17确定的在25％挠度下的压缩力挠度；以及

膨胀材料，其包括酸源、碳源和发泡剂；

其中，所述膨胀式电池垫具有1毫米厚度下的UL-V0等级。

2.根据权利要求1所述的膨胀式电池垫，其中，所述膨胀式电池垫具有1毫米至5毫米的厚度。

3.根据权利要求1所述的膨胀式电池垫，其中，所述聚氨酯泡沫具有如下中的至少一者：

5kPa至500kPa或5kPa至80kPa的根据ASTM D3574-17确定的分别在25％挠度下的压缩力挠度；

100kPa至500kPa或200kPa至300kPa的根据ASTM D3574-17确定的分别在75％挠度下的压缩力挠度；

0至15％或0至5％的根据ASTM D3574-95测试D在23℃或70℃下确定的在50％挠度下的压缩永久变形；或者

小于或等于3的SAG系数，所述SAG系数由在65％下的压缩力挠度除以在25％下的压缩力挠度来定义。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述酸源包括有机或无机磷化合物或硫酸酯/盐中的至少一种；

其中，有机或无机磷化合物能够包括三(2,3-二溴丙基)磷酸酯、三(2-氯乙基)磷酸酯、三(2,3-二氯丙基)磷酸酯、三(1-氯-3-溴异丙基)磷酸酯、双(1-氯-3-溴异丙基)-1-氯-3-溴异丙基膦酸酯、聚氨基三嗪磷酸酯、磷酸三聚氰胺或磷酸脒基脲；有机亚磷酸酯；或含磷无机化合物中的至少一种。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述碳源包括糊精、酚醛树脂、季戊四醇、粘土或聚合物中的至少一种。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述发泡剂包括双氰胺、偶氮二甲酰胺、三聚氰胺、胍、甘氨酸、尿素或卤化有机材料中的至少一种。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述发泡剂在大于或等于120℃或130℃至200℃的温度下分解。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述膨胀材料还包括协同剂或粘合剂中的至少一种。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述膨胀材料存在于所述聚氨酯泡沫的至少一个表面上。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述膨胀材料分散在所述聚氨酯泡沫中。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的膨胀式电池垫，其中，所述膨胀材料位于所述膨胀式电池垫的所有的表面上。

12.一种电池，包括：

至少两个电池单体；以及

位于所述至少两个电池单体之间的根据权利要求1至11中任一项所述的膨胀式电池垫。

13.根据权利要求12所述的电池，其中，所述电池是锂离子电池。

14.一种制造根据权利要求1至11中任一项所述的膨胀式电池垫的方法，包括：

将包括反应性混合物的起泡组合物涂覆至离型衬里上；

使所述反应性混合物固化以形成所述聚氨酯泡沫；以及

其中，所述起泡组合物包括所述膨胀材料，或者其中，所述方法还包括将所述膨胀材料沉积在所述聚氨酯泡沫的至少一个表面上以形成所述膨胀式电池垫。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，涂覆所述起泡组合物包括将所述起泡组合物沉积在所述离型衬里上的沉积位置处；以及其中，使所述反应性混合物固化包括使所述起泡组合物和所述离型衬里转移通过加热区，以使所述反应性混合物固化并形成所述聚氨酯泡沫。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，沉积所述膨胀材料包括将所述聚氨酯泡沫从所述加热区转移至膨胀材料沉积区并将所述膨胀材料沉积在所述聚氨酯泡沫上。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，沉积所述膨胀材料包括将所述聚氨酯泡沫从所述加热区转移至膨胀材料浸渍区，以在所述聚氨酯泡沫上提供所述膨胀材料。

18.根据权利要求14至17中任一项或更多项所述的方法，其中，所述起泡组合物包括所述膨胀材料。

19.一种制造根据权利要求1至11中任一项或更多项所述的膨胀式电池垫的方法，包括将所述膨胀材料沉积在所述聚氨酯泡沫上。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述沉积包括浸涂、流涂或喷涂。

21.一种电池组合件，包括：

至少两个电池单体，以及

膨胀式电池垫，其位于所述至少两个电池单体之间或者沿着紧临所述电池组合件的表面定位；

其中，所述膨胀式电池垫包括聚氨酯泡沫和在所述聚氨酯泡沫上的膨胀材料层。

22.根据权利要求21所述的电池组合件，其中，所述膨胀材料层位于所述聚氨酯泡沫的所有外表面上。

23.根据权利要求21所述的电池组合件，其中，所述膨胀材料层存在于所述聚氨酯泡沫的至少一个外表面上。

24.根据权利要求21所述的电池组合件，其中，所述聚氨酯泡沫具有1毫米至5毫米的厚度。

25.根据权利要求21所述的电池组合件，其中，所述聚氨酯泡沫具有1毫米至5毫米的厚度，以及所述膨胀材料层具有25微米至250微米的厚度。

26.根据权利要求21所述的电池组合件，其中，所述膨胀材料层的厚度小于所述聚氨酯层的厚度；以及其中，所述膨胀材料层具有相对3毫米的所述聚氨酯层的5微米的厚度。

27.根据权利要求21所述的电池组合件，其中，所述膨胀式电池垫和电池单体中的至少一个所述电池单体分别具有相同的轮廓形状。

28.根据权利要求21所述的电池组合件，其中，所述膨胀式电池垫和所述至少两个电池单体分别具有相同的轮廓形状和轮廓尺寸。

29.根据权利要求21所述的电池组合件，其中，所述膨胀式电池垫和所述电池单体中的至少一个电池单体沿着所述膨胀式电池垫的轮廓的至少一部分具有不同的轮廓形状。

30.根据权利要求21所述的电池组合件，其中，所述电池组合件包括2至100个，或10至50个电池单体的堆叠体，其中，所述膨胀式电池垫位于堆叠体中的电池单体中的各电池单体之间。

31.一种包括根据权利要求21至30中任一项所述的电池组合件的电池。

32.根据权利要求31所述的电池，其中，所述电池组合件位于外壳中；其中，在所述外壳中的所述电池组合件的第一侧设有泡沫层，以及在所述电池组合件的第二侧设有热管理组合件；

其中，所述热管理组合件包括热界面层和冷却板。

33.根据权利要求31或32所述的电池，其中，所述电池是锂离子电池。