CN112151918B - 一种隔热膜及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种隔热膜及其制备方法与应用。具体而言，本发明提供了一种复合隔热膜，其包括：叠置的两片以上的单层隔热膜，以及将叠置的单层隔热膜包裹塑封的外层膜，其中，所述单层隔热膜由隔热材料通过压合一体成型，膜的一侧设置为多个凸起的粗糙面和/或具有多孔结构。本发明的隔热膜用于电池模块或电池组以阻止热传播的发生。当电池进入热失控时，该材料具备极高的隔热性能，阻断电芯与电芯之间的热传递，可大大提高电池的安全性。

Description

一种隔热膜及其制备方法与应用
技术领域
本发明是关于一种隔热膜及其制备方法与应用，具体而言，是关于一种用于电池模块或电池组以阻止热传播的发生的隔热膜及其制备方法。
背景技术
在过去的二十年中，锂离子电池已成为新能源汽车最重要的动力源。目前行业中已经商品化的锂离子电池具有以石墨为阳极，以层状LiMO(M＝Ni，Co，Mn二元或三元系统)为阴极的结构，其单体电芯的能量密度大于250Wh/kg。行业内部还在不断追求更高的能量密度(>300Wh/kg)。
与具有相对较低能量密度(160-180Wh/kg)的磷酸铁锂电池相比，高镍NCM或NCA电池在高能量密度方面具有很大优势。然而，由于镍含量的升高，正极材料的稳定性和发热量会显著升高，相比于使用LFP或者低镍正极材料(NCM111，NCM523)，安全性大大降低，当电池遭受高温，过充电或者内部短路时，很容易发生热失控和对周围电芯的热扩散。由此很可能引发电池组因热传播而产生火灾或爆炸，从而严重危及人身安全。
因此，将单体电芯的热失控控制在一定范围内，阻止电池模组中热失控的单个或多个电芯间的热扩散是非常重要的。
已有报道将由例如玻璃纤维、石棉纤维、硅酸盐、气凝胶或多孔绝热材料制成的隔热膜用在电池模块或电池组中，以用作隔热和阻燃。但是，普遍认为使用这种隔热膜，隔热效果较差且结构强度低。
因此，急需开发一种新型隔热材料，提高结构强度及隔热能力，以解决电池组中的热传播问题，当发生热失控时能有效阻断热传播，提高电池安全性。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种新型复合隔热膜，其结构强度高并且隔热能力强，以解决电池组中的热传播问题，当发生热失控时能有效阻断热传播，提高电池安全性。
本发明的另一目的在于提供所述复合隔热膜的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种电池模块或电池组，其中设置了上述复合隔热膜。
一方面，本发明提供了一种复合隔热膜，其包括：
叠置的两片以上的单层隔热膜，
外层膜，将叠置的两片以上的单层隔热膜包裹塑封；
其中，所述单层隔热膜由隔热材料通过压合一体成型，膜的一侧设置为多个凸起的粗糙面，从而使得叠置相邻的两片隔热膜之间形成空气隔层。
根据本发明具体的实施方案，本发明的复合隔热膜中，所述单层膜粗糙面的凸起高度为100nm-300μm，凸起部分与相邻隔热膜接触的面积占隔热膜表面积的10％-70％。
本发明的单层隔热膜中，所述凸起部分可以均匀分布，凸起部分的高度一致。
本发明的单层隔热膜材料可具有约100μm以上的总厚度，优选为具有约300μm或更大的厚度。厚度的上限没有特别限制，但考虑到其制造的容易性和与电池组的匹配，优选为2000μm或更小的厚度，更优选为1500μm或更小的厚度。例如可以为100μm-2000μm，优选为100μm-1500μm，进一步优选为300μm-1500μm。
根据本发明具体的实施方案，本发明的复合隔热膜中，所述隔热材料选自纤维类材料、气凝胶类材料、陶瓷类材料、聚氨酯类材料、聚酰亚胺类材料中的一种或多种；
根据本发明具体的实施方案，本发明的复合隔热膜中，所述纤维类材料包括二氧化硅纤维毡、陶瓷纤维毡、硅酸铝纤维毡、氧化锆纤维棉中的一种或多种；所述气凝胶类材料包括SiO2气凝胶、TiO2掺杂SiO2气凝胶、Al2O3气凝胶、ZrO2气凝胶中的一种或多种；所述陶瓷类材料包括氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、六方氮化硼陶瓷、硅酸锆陶瓷中的一种或多种。其中，所述气凝胶类材料和陶瓷类材料分别为具有多孔结构的颗粒材料，所述孔结构的孔隙率90％以上，孔直径<80nm，颗粒之间的接触面积小于颗粒表面积的10％。
根据本发明具体的实施方案，本发明的复合隔热膜中，所述隔热材料包括纳米尺寸的二氧化硅、二氧化锆、硅酸锆、氧化钛、氧化铝、氧化铬、氧化铁、氧化钒、氧化钕、碳中的一种或多种。
在本发明的一些优选实施方案中，所述隔热材料包括纳米尺寸的二氧化硅、氧化钛、二氧化锆、硅酸锆、氧化铝中的一种或多种。
本发明中，术语“纳米尺寸”是指该材料具有纳米级的粒度，例如粒径为500nm或更小，优选为100nm或更小，更优选为50nm或更小的粒度。
在本发明的一些优选实施方案中，本发明的复合隔热膜中，除了包含上面列出的制备隔热膜的材料作为主要组分，还可包含添加剂。在包含添加剂的情况下，制备隔热膜的材料的主要组分占隔热膜整体重量的50％-90％。添加剂可用于增强隔热膜的结构稳定性。例如，隔热材料中可包括玻璃纤维作为粘合剂以增加材料的机械强度，例如使用长度为10μm-3mm的玻璃纤维。在一些具体实施例中，所述隔热材料中还可包括占总重量10％-50％的长度为10μm-3mm的玻璃纤维。
另外，在高温下会发生辐射热传导。因此，本发明的隔热材料还包括占总重量5％-30％遮光剂，例如SiC、TiO2或炭黑。这些遮光剂颗粒均匀分布在气凝胶材料中，可分散高达95％的红外辐射，以阻止热辐射，特别是在高温下阻断热辐射。遮光剂可以是单晶或多晶，也可以是粒径为1μm-50μm的颗粒。粒度可通过激光粒度分析仪如HORIBA LA-960测量。这里，粒径可以指多晶粒子的二次粒径。
在一些实施例中，本发明的隔热膜可含有质量百分比为50％-90％的制备气凝胶材料的主要组分(例如D50为20nm、粒径分布为5nm-70nm的SiO2，或纳米尺寸的SiO2、纳米尺寸的ZrO2、纳米尺寸的ZrSiO4中的至少两种的混合颗粒)，质量百分比为5％-30％的D50为30μm、粒径分布为5μm-50μm的SiC和质量百分比为5％-20％的长度为10μm-3mm的玻璃纤维。
根据本发明的具体实施方案，本发明的复合隔热膜中，所述外层的塑封材料包括PE膜、PP膜、PET膜或铝塑膜；所述塑封材料满足以下条件：穿刺强度＞10N、撕裂强度(MD＞50mN、TD＞150mN)、透湿率＜20g/m2·24h；其测试条件为：穿刺强度：穿刺针直径1.0mm，直径顶端半径为0.5mm，以50mm/min的速度进行穿刺，测试固定台直径为13mm。撕裂强度：Elmendorf撕裂法。透湿率：软包装容器透湿度测试法(40℃，90％RH)。
根据本发明的具体实施方案，本发明的复合隔热膜，其导热率为0.03W/(m·K)以下，优选为0.01W/(m·K)以下。如果导热率大于0.03W/(m·K)，则可能无法达到所需的隔热效果。
另一方面，本发明还提供了一种制备所述的复合隔热膜的方法，该方法包括：
将两片以上的单层隔热膜叠加；
用外层膜材料将叠加的单层隔热膜包裹塑封，由此制备复合隔热膜。
另一方面，本发明还提供了所述的复合隔热膜在用作电池模块或电池组的隔热材料中的应用。
另一方面，本发明还提供了一种电池模块或电池组，其中设置了本发明所述的复合隔热膜。通常是将所述的复合隔热膜设置在电芯与电芯之间。
本发明的隔热膜在高温下具有极低的收缩率。例如，在600℃下加热24小时后，隔热膜的收缩率可小于0.5％，优选小于0.1％。此外，在900℃下加热24小时后，隔热膜的收缩率可小于2％，优选小于1.5％，更优选小于1％。
根据本发明，电芯在充放电过程中会产生热膨胀，因此隔热膜会受到相邻电芯由于热膨胀而产生的压缩力，导致隔热膜变形。本发明所述的隔热膜在压缩实验中具有10％或更高的压缩变形率，优选为11％至16％的压缩变形率。压缩实验的条件如下，对尺寸为3×3mm2，厚度为1mm的样品施加10kg(5×5mm2)的负荷，持续时间为1小时。
整体而言，本发明提供了复合隔热膜。本发明复合隔热膜中的单层隔热膜具有多孔结构，且具备0.05W/(m·K)或更低的超低导热率；陶瓷多孔材料具有超低的热传导性，因为它具有高孔隙率、颗粒彼此之间的接触面积少以及超长的固体基质的导热路径。在本发明中，充分利用气体热传导最低的特点，不仅在单层隔热膜中设计了多孔结构，由空气占据固体材料的部分体积，从而可以降低材料整体的导热率。复合隔热膜的设计，内部由两层或多层隔热膜复合，在隔热膜层间引入空气层，通过控制空气层的厚度，可大大降低复合隔热膜的热传导率；外部利用PE、铝塑膜等塑封材料进行塑封，增强其结构强度。此设计不同于传统的隔热材料，具有隔热性能好、机械强度高的优点。此新型隔热材料可以解决电池箱中的热传导问题，既当一个电芯发生热失控时，可有效的阻止其热传导，将热失控限制在可控范围内，大大提高锂离子电池的安全性。
附图说明
图1A为本发明的单层隔热膜的结构示意图；
图1B为本发明的双层隔热膜的结构示意图；
图1C为本发明的三层隔热膜的结构示意图；
图2为本发明的隔热膜应用于电池模组的热失控实验示意图；
图中标号：1：单层隔热膜，11：凸起结构，12：空气层，2：塑封膜，3：第一电芯，4：第二电芯，5：第三电芯，6：第四电芯。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步详细说明本发明的特点及所具有的技术效果，但本发明并不因此而受到任何限制。实施例中，各原始试剂材料均可商购获得，未注明具体条件的实验方法为所属领域熟知的常规方法和常规条件，或按照仪器制造商所建议的条件。
实施例1
本实施例提供一种单层隔热膜，其结构如图1A所示，单层隔热膜1包括凸起结构11，隔热膜上的凸起结构11为10μm，凸起结构11与相邻隔热膜接触的面积占隔热膜表面积的30％；总厚度为1mm。
本实施例的单层隔热膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将以下原材料使用球磨机均匀混合：
50％SiO2(D50为20nm、粒径分布5nm-70nm、6808NM、SSNano)、20％ZrO2(D50为20nm、粒径分布5nm-70nm、8512QI、SSNano)、10％SiC(D50是30μm，分布为5-50μm、357391-250G、Sigma-Aldrich)和20％长度是3mm的玻璃纤维(T-786H、Nippon Electric Glass)；
(2)将上述步骤(1)中混合均匀的原材料放置于成型磨具中；
(3)使用压力机成型为所需的形状(压力机的压力为13MPa)，制备得到本实施例的厚度为1mm的单层隔热膜，该单层隔热膜的微孔尺寸在70微米以下。
测试本实施例的厚度为1mm的单层隔热膜的隔热性能：调节加热板温度至600℃，将上述单层隔热膜置于加热板上，使其一侧与加热板接触，在单层隔热膜加热5min后，记录单层隔热膜另一侧的温度。结果列于表1中。
实施例2
本实施例提供一种复合隔热材料，其包括两片单层隔热膜，复合隔热材料的结构如图1B所示，所述复合隔热材料包括两层单层隔热膜1，单层隔热膜1上有凸起结构11，两层单层隔热膜被塑封膜2包裹，单层隔热膜之间形成空气层12。
本实施例的复合隔热膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将以下原材料使用球磨机均匀混合：
50％SiO2(D50为20nm、粒径分布5nm-70nm、6808NM、SSNano)、20％ZrO2(D50为20nm、粒径分布5nm-70nm、8512QI、SSNano)、10％SiC(D50是30μm，分布为5-50μm、357391-250G、Sigma-Aldrich)和20％长度是3mm的玻璃纤维(T-786H、Nippon Electric Glass)；
(2)将上述步骤(1)中混合均匀的原材料，放置于成型磨具中；
(3)使用压力机成型为所需的形状(压力机的压力为13MPa)，制备单层隔热膜。单层隔热膜上的凸起结构11为10μm，凸起结构11与相邻隔热膜接触的面积占隔热膜表面积的30％；其总厚度为0.3mm；
(4)将两片步骤(3)中制备的隔热膜叠加；其中，两片隔热膜层的带有凸起结构的一侧同向。
(5)用PE材料将步骤(4)中的材料塑封，由此制备得到本实施例的复合隔热膜。其中，塑封材料PE的厚度为0.05mm，复合隔热膜的总厚度为0.7mm。
对本实施例的厚度为0.7mm的复合隔热材料测试隔热性能：调节加热板温度至600℃，将上述复合材料置于加热板上，使其一侧与加热板接触，在复合材料加热5min后，记录复合材料另一侧的温度。结果列于表1中。
实施例3
本实施例提供的复合隔热材料包括三片单层隔热膜。复合隔热材料的结构如图1C所示，其包括三片单层隔热膜1，单层隔热膜1上有凸起结构11，三片单层隔热膜被塑封膜2包裹，三片隔热膜之间形成空气层12。
本实施例复合隔热膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将以下使用球磨机均匀混合：
50％SiO2(D50为20nm、粒径分布5nm-70nm、6808NM、SSNano)、20％ZrO2(D50为20nm、粒径分布5nm-70nm、8512QI、SSNano)、10％SiC(D50是30μm，分布为5-50μm、357391-250G、Sigma-Aldrich)和20％长度是3mm的玻璃纤维(T-786H、Nippon Electric Glass)；
(2)将步骤(1)中混合均匀的原材料，放置于成型磨具中；
(3)使用压力机成型为所需的形状(压力机的压力为13MPa)，制备单层隔热膜。单层隔热膜上的凸起结构11为10μm，凸起结构11与相邻隔热膜接触的面积占隔热膜表面积的30％；其总厚度为0.3mm；
(4)将三片步骤(3)中制备的隔热膜叠加；
(5)用PE材料将步骤(4)中的材料塑封，由此制备复合隔热膜。其中，塑封材料PE的厚度为0.05mm，复合隔热膜的总厚度为1mm。
对本实施例的厚度为1mm的复合隔热材料测试隔热性能：调节加热板温度至600℃，将上述复合材料置于加热板上，使其一侧与加热板接触，在复合材料加热5min后，记录复合材料另一侧的温度。结果列于表1中。
实施例4
本实施例提供一种单层隔热膜，其结构如图1A所示，单层隔热膜1包括凸起结构11，隔热膜上的凸起结构11为10μm，凸起结构11与相邻隔热膜接触的面积占隔热膜表面积的60％；总厚度为1mm。
本实施例的单层隔热膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将以下原材料使用球磨机均匀混合：
70％SiO2(D50为20nm、粒径分布5nm-70nm、6808NM、SSNano)、10％SiC(D50是30μm，分布为5-50μm、357391-250G、Sigma-Aldrich)和20％长度是3mm的玻璃纤维(T-786H、Nippon Electric Glass)；
(2)将上述步骤(1)中混合均匀的原材料放置于成型磨具中；
(3)使用压力机成型为所需的形状(压力机的压力为13MPa)，制备得到本实施例的厚度为1mm的单层隔热膜，单层隔热膜上的微孔尺寸在70微米以下。
测试本实施例的厚度为1mm的单层隔热膜的隔热性能：调节加热板温度至600℃，将上述单层隔热膜置于加热板上，使其一侧与加热板接触，在单层隔热膜加热5min后，记录单层隔热膜另一侧的温度。结果列于表1中。
实施例5
本实施例提供一种单层隔热膜，其结构如图1A所示，单层隔热膜1包括凸起结构11，隔热膜上的凸起结构11为10μm，凸起结构11与相邻隔热膜接触的面积占隔热膜表面积的70％；总厚度为1mm。
本实施例的单层隔热膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将以下原材料使用球磨机均匀混合：
55％SiO2(D50为20nm。粒径分布5nm-70nm、6808NM、SSNano)、10％SiC(D50是30μm，分布为5-50μm、357391-250G、Sigma-Aldrich)和35％长度为3mm的玻璃纤维(T-786H、Nippon Electric Glass)；
(2)将上述步骤(1)中混合均匀的原材料放置于成型磨具中；
(3)使用压力机成型为所需的形状(压力机的压力为13MPa)，制备得到本实施例的厚度为1mm的单层隔热膜，单层隔热膜上的微孔尺寸在70微米以下，微孔与微孔之间不会形成通孔。
测试本实施例的厚度为1mm的单层隔热膜的隔热性能：调节加热板温度至600℃，将上述单层隔热膜置于加热板上，使其一侧与加热板接触，在单层隔热膜加热5min后，记录单层隔热膜另一侧的温度。结果列于表1中。
实施例6
本实施例提供一种单层隔热膜，其结构如图1A所示，单层隔热膜1包括凸起结构11，隔热膜上的凸起结构11为5μm，凸起结构11与相邻隔热膜接触的面积占隔热膜表面积的25％；总厚度为1mm。
本实施例的单层隔热膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将以下原材料使用球磨机均匀混合：
70％SiO2(D50为20nm、粒径分布5nm-70nm、6808NM、SSNano)、10％SiC(D50是30μm，分布为5-50μm、357391-250G、Sigma-Aldrich)和20％长度为3mm的玻璃纤维(T-786H、Nippon Electric Glass)；
(2)将上述步骤(1)中混合均匀的原材料放置于成型磨具中；
(3)使用压力机成型为所需的形状(压力机的压力为13MPa)，制备得到本实施例的厚度为1mm的单层隔热膜，单层隔热膜上的微孔尺寸在70微米以下，微孔与微孔之间不会形成通孔。
测试本实施例的厚度为1mm的单层隔热膜的隔热性能：调节加热板温度至600℃，将上述单层隔热膜置于加热板上，使其一侧与加热板接触，在单层隔热膜加热5min后，记录单层隔热膜另一侧的温度。结果列于表1中。
实施例7
本实施例提供一种复合隔热材料，其包括两片单层隔热膜。复合隔热材料的结构如图1B所示，其包括两层单层隔热膜1，单层隔热膜1上有凸起结构11，两层单层隔热膜被塑封膜2包裹，单层隔热膜之间形成空气层12。
本实施例的单层隔热膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将以下原材料使用球磨机均匀混合：
70％SiO2(D50为20nm、粒径分布5nm-70nm、6808NM、SSNano)、10％SiC(D50是30μm，分布为5-50μm、357391-250G、Sigma-Aldrich)和20％长度为3mm的玻璃纤维(T-786H、Nippon Electric Glass)；
(2)将上述步骤(1)中混合均匀的原材料放置于成型磨具中；
(3)使用压力机成型为所需的形状(压力机的压力为13MPa)，制备单层隔热膜。单层隔热膜上的凸起结构11为5μm，凸起结构11与相邻隔热膜接触的面积占隔热膜表面积的40％；其总厚度为0.3mm；单层隔热膜上的微孔尺寸在70微米以下，微孔与微孔之间不会形成通孔。
(4)将两片步骤(3)中制备的隔热膜叠加；其中，两片隔热膜层的带有凸起结构的一侧同向。
(5)用PE材料将步骤(4)中的材料塑封，由此制备得到本实施例的复合隔热膜。其中，塑封材料PE的厚度为0.05mm，复合隔热膜的总厚度为0.7mm。
对本实施例的厚度为0.7mm的复合隔热材料测试隔热性能：调节加热板温度至600℃，将上述复合材料置于加热板上，使其一侧与加热板接触，在复合材料加热5min后，记录复合材料另一侧的温度。结果列于表1中。
实施例8
本实施例提供一种单层隔热膜，其结构如图1A所示，单层隔热膜1包括凸起结构11，隔热膜上的凸起结构11为10μm，凸起结构11与相邻隔热膜接触的面积占隔热膜表面积的65％；总厚度为1mm。
本实施例的单层隔热膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将以下原材料使用球磨机均匀混合：
70％SiO2(D50为70nm、粒径分布30nm-100nm、DNG-B004、DiagNano)、10％SiC(D50是30μm，分布为5-50μm、357391-250G、Sigma-Aldrich)和20％长度为3mm的玻璃纤维(T-786H、Nippon Electric Glass)；
(2)将上述步骤(1)中混合均匀的原材料放置于成型磨具中；
(3)使用压力机成型为所需的形状(压力机的压力为13MPa)，制备得到本实施例的厚度为1mm的单层隔热膜。单层隔热膜上的微孔尺寸在70微米以下，微孔与微孔之间不会形成通孔。
测试本实施例的厚度为1mm的单层隔热膜的隔热性能：调节加热板温度至600℃，将上述单层隔热膜置于加热板上，使其一侧与加热板接触，在单层隔热膜加热5min后，记录单层隔热膜另一侧的温度。结果列于表1中。
实施例9
本实施例提供一种单层隔热膜，其结构如图1A所示，单层隔热膜1包括凸起结构11，隔热膜上的凸起结构11为10μm，凸起结构11与相邻隔热膜接触的面积占隔热膜表面积的50％；总厚度为1mm。
本实施例的单层隔热膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将以下原材料使用球磨机均匀混合：
70％SiO2(D50为20nm，粒径分布5nm-70nm、6808NM、SSNano)、10％SiC(D50是30μm，分布为5-50μm、357391-250G、Sigma-Aldrich)和20％长度为3mm的玻璃纤维(GAP-50、Nippon Electric Glass)；
(2)将上述步骤(1)中混合均匀的原材料放置于成型磨具中；
(3)使用压力机成型为所需的形状(压力机的压力为13MPa)，制备得到本实施例的厚度为1mm的单层隔热膜，单层隔热膜上的微孔尺寸在70微米以下，微孔与微孔之间不会形成通孔。
测试本实施例的厚度为1mm的单层隔热膜的隔热性能：调节加热板温度至600℃，将上述单层隔热膜置于加热板上，使其一侧与加热板接触，在单层隔热膜加热5min后，记录单层隔热膜另一侧的温度。结果列于表1中。
比较例1
使用厚度为1mm的云母片(IEC-60371-2，AXIM MICA)作为隔热片，测试其隔热性能。
调节加热板温度至600℃，将上述云母片置于加热板上，使其一侧与加热板接触，在云母片加热5min后，记录云母片另一侧的温度。结果列于表1中。
表1：实施例1-9与比较例1的隔热性能测试结果
实施例 材料厚度 加热板表面温度 加热时间 加热后材料表面温度
比较例1 1mm 600℃ 5min 600℃
实施例1 1mm 601℃ 5min 234℃
实施例2 0.7mm 600℃ 5min 208℃
实施例3 1mm 602℃ 5min 172℃
实施例4 1mm 601℃ 5min 251℃
实施例5 1mm 600℃ 5min 267℃
实施例6 1mm 600℃ 5min 236℃
实施例7 0.7mm 600℃ 5min 223℃
实施例8 1mm 599℃ 5min 284℃
实施例9 1mm 599℃ 5min 278℃
由表1结果可以看出，本发明的隔热膜具有良好的隔热性能。
实施例10
使用实施例1制备的厚度为1mm的单层隔热材料作为隔热片。
使用电池模组作为测试载体。如图2所示，所述电池模组具有四个方壳电芯(230Wh/kg,560Wh/L)分别为：第一电芯3、第二电芯4、第三电芯5、第四电芯6；第一电芯3、第二电芯4、第三电芯5、第四电芯6依次平行排列。将实施例1制备的厚度为1mm的单层隔热材料作为隔热片插入到两个电芯之间。在该模组中总共使用三片单层隔热材料。
在测试中，第一电芯3被强制发生热失控。记录第二电芯4、第三电芯5和第四电芯6发生热失控的时间。将四个方壳电芯放置在足够大的开放空间中，使得电芯发生热失控产生的热气体不会影响相邻电芯。相邻的电芯只能通过热传递来引发热失控。实验结果列于表2中。
实施例11
使用实施例2中制备的厚度为0.7mm的复合隔热材料作为隔热片。
使用电池模组作为测试载体。如图2所示，所述电池模组具有四个方壳电芯(230Wh/kg,560Wh/L)分别为：第一电芯3、第二电芯4、第三电芯5、第四电芯6；第一电芯3、第二电芯4、第三电芯5、第四电芯6依次平行排列。将实施例2中制备的厚度为0.7mm的复合隔热材料作为隔热片插入到两个电芯之间。在该模组中总共使用三片复合隔热材料。
在测试中，第一电芯3被强制发生热失控。记录第二电芯4、第三电芯5和第四电芯6发生热失控的时间。将四个方壳电芯放置在足够大的开放空间中，使得电芯发生热失控产生的热气体不会影响相邻电芯。相邻的电芯只能通过热传递来引发热失控。实验结果列于表2中。
实施例12
使用实施例3中制备的厚度为1mm的复合隔热材料作为隔热片。
使用电池模组作为测试载体。如图2所示，所述电池模组具有四个方壳电芯(230Wh/kg,560Wh/L)分别为：第一电芯3、第二电芯4、第三电芯5、第四电芯6；第一电芯3、第二电芯4、第三电芯5、第四电芯6依次平行排列。将实施例3中制备的厚度为1mm的复合隔热材料作为隔热片插入到两个电芯之间。在该模组中总共使用三片复合隔热材料。
在测试中，第一电芯3被强制发生热失控。记录第二电芯4、第三电芯5和第四电芯6发生热失控的时间。将四个方壳电芯放置在足够大的开放空间中，使得电芯发生热失控产生的热气体不会影响相邻电芯。相邻的电芯只能通过热传递来引发热失控。实验结果列于表2中。
比较例2
使用厚度为1mm的云母作为隔热片。
使用电池模组作为测试载体。如图2所示，所述电池模组具有四个方壳电芯(230Wh/kg,560Wh/L)分别为：第一电芯3、第二电芯4、第三电芯5、第四电芯6；第一电芯3、第二电芯4、第三电芯5、第四电芯6依次平行排列。将云母片作为隔热片插入到两个电芯之间。在该模组中总共使用三片云母片。
在测试中，第一电芯3被强制发生热失控。记录第二电芯4、第三电芯5和第四电芯6发生热失控的时间。将四个方壳电芯放置在足够大的开放空间中，使得电芯发生热失控产生的热气体不会影响相邻电芯。相邻的电芯只能通过热传递来引发热失控。实验结果列于表2中。
表2：比较例2、实施例10、实施例11和实施例12的结果
Figure BDA0002699402920000131
由表2结果可以看出，本发明提供的隔热膜应用于电芯之间的隔热，具有良好的隔热性能。
实施例13
使用实施例1中的隔热片。
根据ASTM C356测试方法，对隔热片进行收缩率测量。将测试材料完全暴露于加热环境中，并分别加热到100℃，600℃，900℃且持续加热24小时，然后测量尺寸变化。实验结果列于表3。
实施例14
使用实施例2中的隔热片。
根据ASTM C356测试方法，对隔热片进行收缩率测量。将测试材料完全暴露于加热环境中，并分别加热到100℃，600℃，900℃且持续加热24小时，然后测量尺寸变化。实验结果列于表3。
实施例15
使用实施例3中的隔热片。
根据ASTM C356测试方法，对隔热片进行收缩率测量。将测试材料完全暴露于加热环境中，并分别加热到100℃，600℃，900℃且持续加热24小时，然后测量尺寸变化。实验结果列于表3。
表3：实施例13、实施例14、实施例15的收缩率测试结果
Figure BDA0002699402920000132
Figure BDA0002699402920000141
由表3可以看出，本发明提供的隔热片在高温下具有极低的收缩率。
实施例16
使用实施例1中的隔热片进行压缩实验测试。
压缩实验的条件如下，把隔热片切割为尺寸3×3mm2的样品，对其施加10kg(5×5mm2)的负荷，持续时间为1小时。实验结果列于表4.
实施例17
使用实施例3中的隔热片进行压缩实验测试。
压缩实验的条件如下，把隔热片切割为尺寸3×3mm2的样品，对其施加10kg(5×5mm2)的负荷，持续时间为1小时。实验结果列于表4。
表4：实施例16、实施例17的压缩实验测试结果
测试前的厚度(mm) 测试后的厚度(mm) 压缩变形率(％)
实施例16 1 0.89 11％
实施例17 1 0.84 16％
由表4可以看出，本发明的隔热片具有极低的压缩变形率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种复合隔热膜，其包括：
叠置的两片以上的单层隔热膜，单层隔热膜的总厚度为100μm以上，
外层膜，将叠置的两片以上的单层隔热膜包裹塑封；
其中，所述单层隔热膜由隔热材料通过压合一体成型，膜的一侧设置为多个凸起的粗糙面，从而使得叠置相邻的两片隔热膜之间形成空气隔层；粗糙面的凸起高度为100nm-300μm，凸起部分与相邻隔热膜接触的面积占隔热膜表面积的10%~70%；
其中，所述隔热材料包括：
质量百分比为50%-90%的制备气凝胶材料的主要组分，包括D50为20nm且粒径分布为5nm-70nm的SiO2，或者，纳米尺寸的ZrO2与D50为20nm且粒径分布为5nm-70nm的SiO2的混合颗粒，或者，纳米尺寸的ZrSiO4与D50为20nm且粒径分布为5nm-70nm的SiO2的混合颗粒，
质量百分比为5%-30%的D50为30μm、粒径分布为5μm-50μm的SiC，以及
质量百分比为5%-20%的长度为10μm-3mm的玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的复合隔热膜，其中，所述单层隔热膜的总厚度为100μm-2000μm。
3.根据权利要求2所述的复合隔热膜，其中，所述单层隔热膜的总厚度为100μm-1500μm。
4.根据权利要求3所述的复合隔热膜，其中，所述单层隔热膜的总厚度为300μm-1500μm。
5.根据权利要求1所述的复合隔热膜，其中，所述外层的塑封材料包括PE膜、PP膜、PET膜或铝塑膜。
6.根据权利要求1所述的复合隔热膜，其导热率为0.03W/(m·K)以下。
7.根据权利要求6所述的复合隔热膜，其导热率为0.01W/(m·K)以下。
8.一种制备权利要求1-7任一项所述的复合隔热膜的方法，该方法包括：
将两片以上的单层隔热膜叠加；
用外层膜材料将叠加的单层隔热膜包裹塑封，由此制备复合隔热膜。
9.一种电池模块或电池组，其中设置了权利要求1-7任一项所述的复合隔热膜。
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