CN113136171A - 电池防热失控填料及其电池模组 - Google Patents
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Abstract
一种电池防热失控填料，由下述质量百分比的组分构成：30％‑40％的灌封胶；30％‑40％的相变材料；30％‑40％的钾盐。电池防热失控填料中含有相变材料，能够在不发生反应的条件下吸收电芯工作产生的热量，抑制电芯温度上升，减少热失控概率；相变材料与钾盐产生协同作用，由相变材料抑制电芯异常升温，钾盐在热失控情况下消耗可燃物质，进行灭火，提高电池模组整体的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池防热失控填料及其电池模组。
背景技术
灌封胶，用于电子元器件的粘接，密封，灌封和涂覆保护。灌封胶在未固化前属于液体状，具有流动性，胶液黏度根据产品的材质、性能、生产工艺的不同而有所区别。灌封胶完全固化后才能实现它的使用价值，固化后可以起到防水防潮、防尘、绝缘、密封、防腐蚀、防震的作用。
在电池生产领域中，电池内部的电芯能量密度高，在电池运行过程中内部电芯存在发热、膨胀甚至起火等安全隐患，为了保证电芯能够正常运行，提高电池的安全性能，填充于电池内部的灌封胶应当具备抑制电芯异常升温以及在电芯起火后抑制火焰蔓延的能力。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种隔热性能好，且能够有效抑制电池内部异常升温的电池防热失控填料及其电池模组。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种电池防热失控填料，其特征在于，由下述质量百分比的组分构成：
30％-40％的灌封胶；
30％-40％的相变材料；
30％-40％的钾盐。
其中，相变材料能够吸收电芯运行时产生的热量，且相变材料与钾盐之间能够在电芯发生火情时起到协同作用，在吸收热量的同时消耗可燃物质，实现灭火的目的。电池防热失控填料中灌封胶、相变材料及钾盐的配比是基于整个体系的稳定性、抑制温度上升的效果和灭火功效三者的考虑，具体为：若需要增加电池防热失控填料的稳定性及阻燃性能，则需要提高灌封胶的含量，此时体系中相变材料及钾盐的相对含量降低，电池防热失控填料的吸热能力及灭火性能将降低；若需要增加电池防热失控填料的吸热能力，则增加相变材料的含量，此时体系中灌封胶及钾盐的相对含量降低，电池防热失控填料整体体系的稳定性及灭火性能将降低；若需要增加电池防热失控填料的灭火能力，则增加钾盐的含量，此时体系中灌封胶和相变材料的相对含量降低，电池防热失控填料整体体系的稳定性及吸热能力降低。本发明提供的电池防热失控填料其配比保证了稳定性、吸热能力及灭火性能三者件的平衡。
在其中一个实施例中，相变材料采用NaSO4·10H2O，NaSO4·10H2O作为相变材料其相变温度更契合电芯的需求，能够有效抑制电芯温度异常上升的问题，使电池内部温度维持在电芯正常工作范围内。NaSO4·10H2O相变材料的相变温度为78℃。
在其中一个实施例中，钾盐为KNO3，KNO3能够与NaSO4·10H2O产生协同作用提高电池防热失控填料的灭火性能，电芯起火时，KNO3由固态转变为气态，且K+与火焰中的O2-、H+、OH-结合，通过消耗可燃物质使得火焰熄灭。
在其中一个实施例中，所述灌封胶为甲基苯基乙烯基硅橡胶，能够对电芯提供支撑，防止电芯热失控时外泄的物质溅射到相邻电芯上之外，还能具备很好的阻燃性，能够进一步降低电芯热失控起火的概率。
本发明公开了一种电池防热失控填料，通过各组分的选择和配比产生协同作用，使电池防热失控填料在为电池模组内部提供密封、防震效果的同时，可以吸收电芯运行产生的热量抑制热失控的发生概率，并且在电池模组内部发生热失控问时消耗可燃物质进行灭火，进而提高电池整体的安全系数。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1、电池防热失控填料中含有相变材料，能够在不发生反应的条件下吸收电芯工作产生的热量，抑制电芯温度上升，减少热失控概率；
2、相变材料与钾盐产生协同作用，由相变材料抑制电芯异常升温，钾盐在热失控情况下消耗可燃物质，使得火焰熄灭，提高电池模组整体的安全性。
本发明还公开了一种电池模组，包括上述电池防热失控填料，还包括：壳体及电芯组；
所述壳体内开设有多个定位件；
所述电芯组容置于所述壳体内，所述电芯组与所述壳体的内壁之间设置有避空区域，所述电芯组包括多个单体电芯，每一所述单体电芯的边缘对应嵌置于一个所述定位件内，且每相邻两个所述单体电芯之间设置有一个隔热片；
所述电池防热失控填料填充于所述避空区域内，所述电池防热失控填料包裹所述电芯组。
在其中一个实施例中，所述壳体包括底壳、盖板及两个端板，两个所述端板分别设置于所述底壳的两端上，所述盖板罩设所述底壳，所述电芯组容置于所述底壳内，且两个所述端板与所述电芯组之间均设置有侧面间隔，所述电芯组与所述盖板之间设置有顶部间隔。
在其中一个实施例中，所述底壳的两端及顶部开口，所述底壳的截面呈“U”字形。
在其中一个实施例中，所述端板包括固定块及内嵌块，所述固定块的外壁与所述底壳相连，所述内嵌块位于靠近所述电芯组的一侧，所述定位件位于所述内嵌块上。
在其中一个实施例中，所述隔热片为气凝胶片。
相邻单体电芯之间通过隔热片隔开，并避免单体电芯热失控时泄漏的物质影响与其相邻的其他单体电芯，以阻止热量在单体电芯之间传递，从而阻止连锁热失控的发生；在壳体内填充电池防热失控填料，使电池防热失控填料包裹电芯组，以阻止单体电芯异常升温，并且能够在单体电芯出现热失控现象时吸收热量，并且在发生起火现象时，作为灭火物质灭火。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一实施例中电池模组的内部结构示意图；
图2为图1所示电池模组填充电池防热失控填料后的结构示意图；
图3为本发明一实施例中端板的爆炸视图；
图4为本发明提供的电池防热失控填料在热失控情况下电池模组内各电芯的温度时间变化曲线图；
图5为现有灌封胶在热失控情况下电池模组内各电芯的温度时间变化曲线图；
图6为于现有灌封胶内添加钾盐后在热失控情况下电池模组内各电芯的温度时间变化曲线图。
附图标记：
电池模组10、定位件11
壳体100、壳体100包括底壳110、盖板120、端板130、固定块131、内嵌块132、安装通孔131a、定位凸起131b、燕尾槽132a、凸缘132b、电芯组200、单体电芯210、隔热片300、电池防热失控填料400
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
可以理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种电池防热失控填料，该电池防热失控填料有下属质量百分比的组分构成：
30％的甲基苯基乙烯基硅橡胶；
40％的NaSO4·10H2O相变材料；
40％的KNO3。
实施例2
本实施例提供一种电池防热失控填料，该电池防热失控填料有下属质量百分比的组分构成：
40％的甲基苯基乙烯基硅橡胶；
30％的NaSO4·10H2O相变材料；
40％的KNO3。
实施例3
本实施例提供一种电池防热失控填料，该电池防热失控填料有下属质量百分比的组分构成：
40％的甲基苯基乙烯基硅橡胶；
40％的NaSO4·10H2O相变材料；
30％的KNO3。
对比实施例1
本实施例中电池防热失控填料仅含有甲基苯基乙烯基硅橡胶。
对比实施例2
本实施例中电池防热失控填料有下属质量百分比的组分构成：
50％的甲基苯基乙烯基硅橡胶；
50％的KNO3。
对实施例1-3提供的电池防热失控填料和对比实施例1-2提供的电池防热失控填料进行对照实验，具体如下：
将实施例1-3提供的电池防热失控填料和对比实施例中1-2提供的电池防热失控填料分别填充于同型号的电池模组内；
该型号电池模组内设有8个相邻的电芯；
对进行实验的模组进行热失控模拟实验，引发电池模组内部电芯热失控，并采集各个电芯热失控发生的时间以及电芯的温度，制作电芯时间-温度曲线图；
将首个热失控的电芯标记为1号，并对后续热失控的电芯依次标号。
图4至图6为实施例1、对照实施例1及对照实施例2的实验数据曲线图，以实验时间作为横坐标，以电芯的温度作为纵坐标；
每一曲线图中均包括7个电芯的时间-温度变化曲线，每一曲线均反应了电芯热失控的时间以及热失控后温度的变化情况，电芯发生热失控前，电芯温度基本不变，对应图中曲线水平延伸段；当电芯热失控时，温度急剧上升，对应图纸曲线由水平转为向上延伸部位，需要说明的是，曲线由平缓转变为近似竖直上升处即为该电芯发生热失控的时间。
首个电芯热失控后，若火势不扑灭，将引起与之相邻的下一个电芯热失控，进而引起连锁反应，曲线图中由左至右一次为1号电芯、2号电芯…7号电芯，记录相邻两个电芯发生热失控的时间差进行对比。
实施例1提供的电池防热失控填料在1号电芯热失控后的第285秒，2号电芯热失控；2号电芯热失控后的第222秒，3号电芯热失控…
对比实施例1提供的电池防热失控填料在1号电芯热失控后的第108秒，2号电芯热失控；2号电芯热失控后的第150秒，3号电芯热失控…
对比实施例2提供的电池防热失控填料在1号电芯热失控后的第207秒，2号电芯热失控；2号电芯热失控后的第158秒，3号电芯热失控…
将对比实施例2与对比实施例1实验数据进行对比，可发现将对比实施例2在首个电芯热失控后，第二个电芯出现热失控的时间比对比实施例1延后了99秒，这反应了在甲基苯基乙烯基硅橡胶基础上添加KNO3能够抑制火势在相邻电芯之间的传递。
将实施例1与对比实施例2对比，实施例1在首个电芯热失控后，第二个电芯出现热失控的杀时间比对比实施例2延后了78秒，进一步延长了电芯热失控后引起相邻电芯起火的时间，因此，本发明提供的电池防热失控填料比现有的灌封胶在防止火情蔓延的性能上更优秀，有利于提高电池模组的安全性能。
请参阅图1及图2，本发明还提供一种电池模组10，该电池模组10包括：壳体100、电芯组200及电池防热失控填料400；电芯组200容置于壳体100，通过电池防热失控填料400吸收电芯组200运行时产生的热量，降低电芯组200发生热失控的概率，并且在电芯组200发生热失控时作为降温物质，抑制电芯组200异常升温，并且抑制火焰蔓延。
请参阅图1，壳体100内开设有多个定位件11；电芯组200容置于壳体100内，电芯组200与壳体100的内壁之间设置有避空区域，电芯组200包括多个单体电芯210，每一单体电芯210的边缘对应嵌置于一个定位件11内，且每相邻两个单体电芯210之间设置有一个隔热片300；
通过定位件11对单体电芯210进行定位，使得相邻的单体电芯210之间存在间隔，隔热片300位于该间隔内，将相邻的两个单体电芯210隔开，使得各个单体电芯210之间不直接接触，由此保证单体电芯210运行过程中产生的热量不会传递到与之相邻的其他单体电芯210上，提高电池模组内部的隔热效果，降低单体电芯210热失控时引起周边其他单体电芯210异常的问题，以此避免发生连锁热失控的问题。其中，隔热片300为气凝胶片。
请参阅图1及图2，电池防热失控填料400填充于避空区域内，电池防热失控填料400包裹电芯组200，单体电芯210热失控时伴随着外壁破裂、电解液泄漏的问题，通过电池防热失控填料400包裹电芯组200可以提高单体电芯210结构稳定性，有利于阻止单体电芯210因内部膨胀导致壳体破裂的问题，并且由于电池防热失控填料330包裹电芯组200，其实质上于每一单体电芯210的外壁接触，即便单体电芯210内部电解液发生泄漏，也会被电解液阻隔，不会喷射到与之相邻的其他单体电芯210上，减小对周边其他单体电芯210的影响，进一步提高电池模组的热防护性能。
电池防热失控填料400包括甲基苯基乙烯基硅橡胶、NaSO4·10H2O及硝酸钾。
甲基苯基乙烯基硅橡胶本身具备较好的隔热性能，以甲基苯基乙烯基硅橡胶作为基体包裹电芯组200能够进一步提高隔热效果；
NaSO4·10H2O为相变材料，能够吸收壳体100内的热量，相变温度为78℃时，固液相变焓值为275J/g，液气相变焓值为500J/g，相变过程能够吸收来自单体电芯210的热量，并且由于吸热过程不发生化学反应，能够保持电池模组10内部结构稳定，并对电芯组200进行降温，阻止单体电芯210发生热失控。
硝酸钾作为灭火材料，当单体电芯210热失控时，硝酸钾受热由固态转变为气态，此时固态的K+转变为气态K+，气态K+与火焰中的O2-、H+、OH-结合，消耗可燃物质，使得火焰熄灭。
请参阅图1及图3，一实施例中，壳体100包括底壳110、盖板120及两个端板130，两个端板130分别设置于底壳110的两端上，盖板120罩设底壳110，电芯组200容置于底壳110内，且两个端板130与电芯组200之间均设置有侧面间隔，电芯组200与盖板120之间设置有顶部间隔。侧面间隔及顶部间隔所组成的空间即为避空区域。底壳110的两端及顶部开口，底壳110的截面呈“U”字形。
请参阅图3，为了便于组装及后期维护，端板130包括固定块131及内嵌块132，固定块131的外壁与底壳110相连，内嵌块132位于靠近电芯组200的一侧，定位件11位于内嵌块132上。
固定块131上开设有安装通孔131a。电池模组10通过安装通孔131a安装于设备上。
请参阅图3，固定块131的中心位置处开设有安装槽，内嵌块132嵌置于安装槽内。安装槽上设置有定位凸起131b，内嵌块132上设置有与定位凸起131b匹配的燕尾槽132a。沿定位凸起131b延伸方向施力可将内嵌块132推出，即内嵌块132与固定块131之间连接不需使用螺钉等连接部件，方便进行拆装。
为了提高端板130的结构稳定性及定位精度，内嵌块132的两侧各设置有一个凸缘132b，凸缘132b与固定块131抵接。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1、相邻单体电芯210之间通过隔热片300隔开，并避免单体电芯210热失控时泄漏的物质影响与其相邻的其他单体电芯210，以阻止热量在单体电芯210之间传递，从而阻止连锁热失控的发生；
2、在壳体100内填充电池防热失控填料400，使电池防热失控填料400包裹电芯组，以阻止单体电芯210异常升温，并且能够在单体电芯210出现热失控现象时吸收热量，并且在发生起火现象时，作为灭火物质灭火。
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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电池防热失控填料，其特征在于，由下述质量百分比的组分构成：30％-40％的灌封胶；30％-40％的相变材料；30％-40％的钾盐。
2.根据权利要求1所述的电池防热失控填料，其特征在于，所述相变材料为NaSO4·10H2O。
3.根据权利要求2所述的电池防热失控填料，其特征在于，所述钾盐为KNO3。
4.根据权利要求3所述的电池防热失控填料，其特征在于，所述灌封胶为甲基苯基乙烯基硅橡胶。
5.根据权利要求4所述的电池防热失控填料，其特征在于，所述相变材料的相变温度为78℃。
6.一种电池模组，包括权利要求1-5中任一所述的电池防热失控填料，其特征在于，还包括：壳体及电芯组；
所述壳体内开设有多个定位件；
所述电芯组容置于所述壳体内，所述电芯组与所述壳体的内壁之间设置有避空区域，所述电芯组包括多个单体电芯，每一所述单体电芯的边缘对应嵌置于一个所述定位件内，且每相邻两个所述单体电芯之间设置有一个隔热片；
所述电池防热失控填料填充于所述避空区域内，所述电池防热失控填料包裹所述电芯组。
7.根据权利要求6所述的电池模组，其特征在于，所述壳体包括底壳、盖板及两个端板，两个所述端板分别设置于所述底壳的两端上，所述盖板罩设所述底壳，所述电芯组容置于所述底壳内，且两个所述端板与所述电芯组之间均设置有侧面间隔，所述电芯组与所述盖板之间设置有顶部间隔。
8.根据权利要求7所述的电池模组，其特征在于，所述底壳的两端及顶部开口，所述底壳的截面呈“U”字形。
9.根据权利要求8所述的电池模组，其特征在于，所述端板包括固定块及内嵌块，所述固定块的外壁与所述底壳相连，所述内嵌块位于靠近所述电芯组的一侧，所述定位件位于所述内嵌块上。
10.根据权利要求6所述的电池模组，其特征在于，所述隔热片为气凝胶片。
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|---|---|---|---|---|
| CN113856129A (zh) * | 2021-11-23 | 2021-12-31 | 中国民航大学 | 一种具有降温功能的复合灭火剂制备方法 |
| CN114122568A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-03-01 | 岚图汽车科技有限公司 | 一种电池包、电池包的制备方法及车辆 |
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