CN113506935A - 电池模组用热蔓延防护板、电池模组和电池包 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池安全技术领域，特别是涉及一种电池模组用热蔓延防护板、电池模组和电池包。所述电池模组用热蔓延防护板，包括基底、相变材料和绝缘保护膜，所述绝缘保护膜包封所述基底和所述相变材料，所述相变材料吸附于所述基底中，所述基底为纳米陶瓷纤维，所述相变材料的相变温度为80℃～110℃。所述电池模组用热蔓延防护板有效抑制电池模组的热蔓延，大幅提高电池的安全性能。

Description

电池模组用热蔓延防护板、电池模组和电池包
本发明要求于2021年03月11日提交中国专利局、申请号为2021102651539发明名称为“电池模组用热蔓延防护板、电池模组和电池包”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本发明中。
技术领域
本发明涉及电池安全技术领域，特别是涉及一种电池模组用热蔓延防护板、电池模组和电池包。
背景技术
随着电动汽车的快速发展，电动汽车动力电池系统的安全问题成为阻碍电动汽车发展的重要因素之一。电动汽车安全性事故的核心是动力电池热失控。在电池系统中，一节电池热失控后产生的热量会传递给相邻的电池，相邻电池吸收一定热量后同样会发生热失控，引发电池系统的热失控蔓延，同时释放大量的能量并伴随冒烟、起火或爆炸。这将危害乘客的生命财产安全。因此，抑制或延缓动力电池热蔓延对保证乘客生命财产安全具有重要意义。
目前，对于动力电池模组热蔓延抑制的有效方法之一是在电池模组内，电池间添加热阻较大的隔热材料。当有电池发生热失控时，将该电池释放的热量限制在该电池内，避免热失控产生的热量向相邻电池传递。然而，仅使用隔热的方式抑制动力电池模组热蔓延对隔热材料的导热系数、耐高温性要求高，在实施中需要较大厚度的隔热材料才能达到抑制效果，这严重影响了电池模组的比能量。此外，隔热材料仅起阻隔热失控热量传递的作用，并不能够有效的吸收、转移热失控热量，也不能够阻止失控电池起火燃烧。因此，如何在不影响电池模组的比能量的情况下，开发新型的抑制电池模组热蔓延的防护装置。
发明内容
基于此，有必要提供能够有效防止热蔓延的新型电池模组用热蔓延防护板、电池模组和电池包。
本发明的一个方面，提供了一种电池模组用热蔓延防护板，包括基底、相变材料和绝缘保护膜，所述绝缘保护膜包封所述基底和所述相变材料，所述相变材料吸附于所述基底中，所述基底为纳米陶瓷纤维，所述相变材料的相变温度为80℃～110℃。
在其中一个实施例中，所述基底的厚度为1mm～1.5mm，所述基底中纳米陶瓷纤维的平均直径为200nm～800nm，所述基底的孔隙率为80％～99.9％。
在其中一个实施例中，所述纳米陶瓷纤维选自氧化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、硅铝陶瓷纤维、硼硅陶瓷纤维、硼铝硅陶瓷纤维和锆铝硅陶瓷纤维中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述相变材料为水、硅油、硅溶胶、铝硅溶胶和石蜡中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述相变材料的吸附量为78％～93.8％，所述相变材料的吸附量为所述相变材料在所述电池模组热蔓延防护板中的质量百分数。
在其中一个实施例中，所述绝缘保护膜为铝塑膜、尼龙膜、聚酰亚胺膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述绝缘保护膜的厚度为0.075mm～0.25mm。
在其中一个实施例中，所述电池模组热蔓延防护板还包括阻燃剂，所述阻燃剂吸附于所述基底中。
在其中一个实施例中，所述阻燃剂的吸附量为0.1％～5％，所述阻燃剂的吸附量为所述阻燃剂在所述电池模组热蔓延防护板中的质量百分数。
在其中一个实施例中，所述电池模组热蔓延防护板进一步包括红外线屏蔽膜层，所述红外线屏蔽膜层位于所述绝缘保护膜内，红外线屏蔽膜层的厚度为0.05mm～0.2mm。
本发明还一方面，提供一种电池模组，包括外壳、至少两个单体电池和至少一个所述的电池模组用热蔓延防护板，所述单体电池平行间隔设置并相互联接，所述电池模组用热蔓延防护板置于相邻的两个所述单体电池之间。
本发明再一方面，还提供一种电池包，包括至少一组所述电池模组。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的电池模组用热蔓延防护板，能够在电池发生热失控时，利用利用相变温度在80℃～110℃范围内的相变材料迅速吸热，并将热量释放至周围环境中，其基底具有低导热系数，可以有效隔热。通过基底和吸附于基底中的相变材料的相互配合，可以实现吸热和隔热的协同作用，从而有效抑制电池模组的热蔓延，大幅提高电池的安全性能。
附图说明
图1为本发明一实施方式的电池模组用热蔓延防护板的结构示意图；
图2为本发明一实施方式的电池模组的结构示意图；
图3为本发明实施例2制备的电池模组用热蔓延防护板应用于方壳电池模组中用于抑制热蔓延时温度随时间的变化曲线，其中，1F为第一节电池前表面温度曲线，1B为第一节电池后表面温度曲线，2F为第二节电池前表面温度曲线，2B为第二节电池后表面温度曲线，3F为第三节电池前表面温度曲线，3B为第三节电池后表面温度曲线，4F为第四节电池前表面温度曲线，4B为第四节电池后表面温度曲线；
图4为本发明对比例1制备的电池模组用热蔓延防护板应用于方壳电池模组中用于抑制热蔓延时温度随时间的变化曲线，其中1F为第一节电池前表面温度曲线，1B为第一节电池后表面温度曲线，2F为第二节电池前表面温度曲线，2B为第二节电池后表面温度曲线，3F为第三节电池前表面温度曲线，3B为第三节电池后表面温度曲线，4F为第四节电池前表面温度曲线，4B为第四节电池后表面温度曲线；
图5为本发明实施例2制备的电池模组用热蔓延防护板中的基底应用于热蔓延防护性能测试前以及测试进行1小时后的电子显微镜扫描图；
图6为本发明实施例2制备的电池模组用热蔓延防护板应用于方壳电池模组进行热蔓延防护性能测试产生阻燃气体的过程。
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例。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例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
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例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/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。
除了在操作实施例中所示以外或另外表明之外，所有在说明书和权利要求中表示成分的量、物化性质等所使用的数字理解为在所有情况下通过术语“约”来调整。例如，因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。
应用隔热材料是抑制电池热蔓延扩展的有效方法之一。电池热蔓延中的热量包括向相邻电池的热量传递、及向周围环境的散热两部分。隔热材料可降低热失控电池向相邻电池的热量传递速率，相应地增加热失控电池向环境传递的热通量的比例。然而当电池热失控时，电池模组箱内的瞬时环境温度将高于250℃。若未对环境进行冷却，热失控电池向周围环境的热量传递的速率将大幅降低。尽管配置隔热材料，相邻电池随着热量的不断累积，热失控扩散的风险依然较高。因此，如果能在热失控时将热量迅速吸收，则可以有效的避免热量的累积，从而抑制热蔓延，降低热失控扩散的风险，大幅提高电池的安全性能。
请参阅图1，本发明实施例提供一种电池模组用热蔓延防护板，包括基底1、相变材料2和绝缘保护膜3，所述绝缘保护膜3包封所述基底1和所述相变材料2，所述相变材料2吸附于所述基底1中，所述基底1为纳米陶瓷纤维，所述相变材料2的相变温度为80℃～300℃。
本发明提供的电池模组用热蔓延防护板，能够在电池发生热失控时，利用相变温度在80℃～110℃范围内的相变材料迅速吸热，并将热量释放至周围环境中，其基底具有低导热系数，可以有效隔热。通过基底和吸附于基底中的相变材料的相互配合，可以实现吸热和隔热的协同作用，从而有效抑制电池模组的热蔓延，大幅提高电池的安全性能。
所述基底1中的纳米陶瓷纤维的平均直径可以为200nm～800nm之间的任意值，例如包括但不限于，250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm。
所述基底1的孔隙率可以为80％～99.9％之间的任意值，例如包括但不限于，82％、85％、88％、90％、92％、95％、98％。
纳米陶瓷纤维的直径越细，孔隙率越大，基底的导热系数越小，但同时基底对相变材料的吸附能力越弱。所述基底中纳米陶瓷纤维的直径以及所述基底的孔隙率在上述范围内，电池模组用热蔓延防护板对热蔓延的抑制效果更佳。
所述基底1的厚度可以为1mm～1.5mm之间的任意值，例如可以包括但不限于，1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm。需要说明的是，所述基底的厚度随相变材料状态变化或者吸附量的变化可忽略不计。
所述纳米陶瓷纤维选自氧化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、硅铝陶瓷纤维、硼硅陶瓷纤维、硼铝硅陶瓷纤维和锆铝硅陶瓷纤维中的一种或多种。
所述相变材料2可以包括但不限于，硅油、硅溶胶、铝溶胶、铝硅溶胶和石蜡中的一种或多种。优选地，所述相变材料2为硅溶胶、铝溶胶和铝硅溶胶。所述硅溶胶为纳米级二氧化硅颗粒在水中的分散液，其中，所述硅溶胶中所述二氧化硅颗粒的质量百分含量为0.1％～2％。所述铝溶胶为纳米级氧化铝(Al2O3)颗粒在水中的分散液，其中，所述铝溶胶中所述氧化铝(Al2O3)颗粒的质量百分含量为0.1％～2％。所述铝硅溶胶为纳米级二氧化硅颗粒和氧化铝(Al2O3)颗粒在水中的分散液，其中，所述铝硅溶胶中所述二氧化硅颗粒和所述氧化铝(Al2O3)颗粒的质量百分含量为0.1％～2％。所述硅溶胶、铝溶胶和铝硅溶胶中的一种或多种相变材料，吸热相变时会产生大量气凝胶，气体将热量携带至周围环境中，同时二氧化硅和/或氧化铝的固体颗粒会吸附在所述基底中，进一步降低所述电池模组用热蔓延防护板的热导率，实现持续的隔热防护。在一些实施例中，优选的，所述二氧化硅颗粒和/或所述氧化铝(Al2O3)的粒径为50nm～1000nm。
所述相变材料2的吸附量可以为78％～93.8％之间的任意值，例如包括但不限于，80％、82％、84％、86％、88％、90％、92％。所述相变材料的吸附量为所述相变材料在所述电池模组热蔓延防护板中的质量百分数。
所述绝缘保护膜3可以为铝塑膜、尼龙膜、聚酰亚胺膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜中的一种或多种。优选地，所述绝缘保护膜为铝塑膜，更优选地，所述铝塑膜的导热系数为80W/m·K～100W/m·K。采用铝塑膜作为绝缘保护膜可以使所述电池模组用热蔓延防护板在沿所述铝塑膜的展开方向上迅速导热，避免局部热量过高，可以显著提高电池模组的热管理性能。
所述绝缘保护膜3的厚度可以为0.075mm～0.25mm之间的任意值，例如可以包括但不限于，0.1mm、0.15mm、0.2mm。
进一步，所述电池模组用热蔓延防护板还包括阻燃剂4，所述阻燃剂4吸附于所述基底1中。
所述阻燃剂4可以包括但不限于，磷酸三甲酯、磷酸二苯甲苯酯、二苯基辛基磷酸酯、三甲基乙酰胺、三聚氰酸三烯丙酯、三烯丙基异氰酸酯、γ-丁内酯、氟代碳酸乙烯酯、磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯、三芳基膦酸酯等。
所述阻燃剂4的吸附量可以为0.1％～5％之间的任意值，例如可以包括但不限于，0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％。所述阻燃剂的吸附量为所述阻燃剂在所述电池模组热蔓延防护板中的质量百分数。
更进一步，所述电池模组用热蔓延防护板还包括红外线屏蔽膜层5，所述红外线屏蔽膜层5位于所述绝缘保护膜3内。
所述红外线屏蔽膜层5可以包括但不限于，银纤维膜，不锈钢膜，铝膜，铜膜，石墨烯膜，碳纳米管膜。
所述红外线屏蔽膜层5的厚度可以为0.05mm～0.2mm之间的任意值，例如可以包括但不限于，0.08mm、0.1mm、0.15mm。
本发明的另一方面，提供一种电池模组，包括外壳、至少两个单体电池和至少一个所述的电池模组用热蔓延防护板。所述单体电池平行间隔设置并相互联接，所述电池模组用热蔓延防护板置于相邻的两个所述单体电池之间。
在一些实施例中，所述电池模组用热蔓延防护板的长度和宽度与单体电池一致，厚度为1.5mm～3mm。本发明所述电池模组用热蔓延防护板可以实现超薄厚度，不会大量占用电池模组空间。另一方面，本发明所述电池模组用热蔓延防护板具有一定可压缩性，压缩比可以达到50％，可以承受电池全生命周期充放电过程中的变形压缩，因此本发明所述电池模组用热蔓延防护板耐压性强，可在5PSI压力条件下正常使用，不会发生内部阻燃剂、相变材料等的泄漏。
所述单体电池为方形铝壳或方形软包电池，所述单体电池之间采用串联或并联方式进行电连接。
在一些实施例中，所述单体电池为锂离子电池，包括正极、负极、非水电解液和隔膜。
所述锂离子电池可以根据本领域已知的常规方法来制备和使用。本发明的锂离子电池的制备方法具体如下所述。
(1)正极
正极的制备方法可以为：用包含正极活性材料、粘合剂、导电剂和溶剂的正极浆料涂覆正极集流体，然后将涂覆的正极集流体干燥并辊压。
正极集流体物无特别限定，只要其具有导电性且不会在电池中引起不利的化学变化即可，例如可以使用不锈钢、铝、镍、钛、烧制碳，或者用碳、镍、钛或银等中的一种表面处理过的铝或不锈钢。
正极活性材料是可逆地嵌入和脱嵌锂的化合物。本发明所述正极活性材料可以为本领域已知的任意正极活性材料，例如包括但不限于，碳包覆磷酸铁锂、钴酸锂、经过掺杂和/或表面改性的钴酸锂、层状富锂锰氧化物、经过掺杂和/或表面改性的富锂锰氧化物、尖晶石锂锰氧化物、经过掺杂和/或表面改性的尖晶石锂锰氧化物、尖晶石状的镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)、经过掺杂和/或表面改性的尖晶石(LiNi0.5Mn1.5O4)、层状锂镍氧化物、经过掺杂和/或表面改性的锂镍氧化物的一种或多种。
基于正极浆料中固体组分的总重量，正极活性材料的含量可以为80wt％至99wt％，例如90wt％至99wt％。在正极活性材料的量为80wt％以下的情况下，由于能量密度降低，因此容量可能降低。
粘合剂是有助于活性材料和导电剂之间的粘合以及与集流体的粘合的成分，其中，基于正极浆料中固体组分的总重量，粘合剂的添加量通常为1wt％至30wt％。粘合剂的实例可以包括但不限于，聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯单体、苯乙烯-丁二烯橡胶、氟橡胶和各种共聚物等。
导电剂是提供导电性而不会在电池中引起不利的化学变化的材料，其中，基于正极浆料中固体组分的总重量，其添加量可以为1wt％～20wt％。导电剂的实例可以包括但不限于，碳粉，例如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑或热裂法碳黑；石墨粉，例如具有生长良好的晶体结构的天然石墨、人造石墨或石墨；导电纤维，例如碳纤维或金属纤维；导电粉末，例如氟碳粉末、铝粉末和镍粉末；导电晶须，例如氧化锌晶须和钛酸钾晶须；导电金属氧化物，例如氧化钛；或者聚亚苯基衍生物。
溶剂可以包括：水或有机溶剂，例如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和醇，并且其用量可以使得当包含正极活性材料以及可选的粘合剂和导电剂时获得期望的粘度。例如，溶剂的含量可使得包含正极活性材料以及可选的粘合剂和导电剂的浆料中的固体组分的浓度为10wt％至60wt％，例如20wt％至50wt％。
(2)负极
负极的制备方法可以为：用包含负极活性材料、粘合剂、导电剂和溶剂的负极浆料涂覆正极集流体，然后将涂覆的负极集流体干燥并辊压。
负极集流体通常具有3μm至500μm的厚度。负极集流体没有特别限制，只要其具有高导电性且不引起电池中不利的化学变化即可，例如，可以使用铜、不锈钢、铝、镍、钛、烧制碳，或者用碳、镍、钛或银等中的一种表面处理过的铜或不锈钢，或者铝-镉合金等。此外，与正极集流体类似，负极集流体可具有各种形状，如杆形、板形、片形和箔形。
本发明所述负极活性材料可以为本领域已知的任意负极活性材料，例如包括但不限于，金属锂、石墨、天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳、Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Sn、SnO、SnO2、锡基复合材料、尖晶石结构的锂化TiO2、Li4Ti5O12、Li-Al合金、硅、Li-Si合金、Li-Si-O合金、硅基复合材料、锡硅复合材料的一种或多种。
基于负极浆料中固体组分的总重量，负极活性材料的含量可以为80wt％至99wt％。
与正极中的粘合剂、导电剂和溶剂类似，负极中的粘合剂、导电剂和溶剂基于负极浆料中固体组分的总重量计算添加量，其具体的含量、作用和种类与正极中的粘合剂、导电剂和溶剂相同，在此不再赘述。本领域技术人员可以根据实际需求选择合适负极使用的粘合剂、导电剂和溶剂。
(3)隔膜
选用通常锂离子电池中使用的隔膜，例如乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物等聚烯烃类聚合物制备的多孔聚合物膜，可单独用作隔膜或层压在一起用作包含在本发明的锂离子电池中的隔膜，还可以使用由聚酯纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等形成的无纺布；以及在它们的表面附着有二氧化硅、氧化铝、二氧化钛等陶瓷微粒而成的基底膜等。
本发明的还一方面，提供一种电池包，包括至少一组所述电池模组。
所述电池包还可以包括热失控探测装置和/或灭火装置中的一种或多种。
以下为具体实施例。旨在对本发明做进一步的详细说明，以帮助本领域技术及研究人员进一步理解本发明，有关技术条件等并不构成对本发明的任何限制。在本发明权利要求范围内所做的任何形式的修改，均在本发明权利要求的保护范围之内。
实施例1
1、将厚度为0.1mm的铜膜(2g)插入厚度为1.5mm的纳米陶瓷纤维中，再将5g阻燃剂磷酸三乙酯均匀负载在纳米陶瓷纤维(5g，氧化硅)上，得到复合纤维材料，纳米陶瓷纤维中纤维平均直径为200nm，孔隙率为90％。
2、将步骤1中制得的复合纤维材料浸渍在78g硅溶胶(SiO2质量百分含量为2％，相变温度为105℃)中，完全吸附后包裹铝塑膜(厚度为0.2mm,10g)进行封装处理，得到尺寸为600mm×100mm×2mm的电池模组用热蔓延防护板(重量为100g)。
实施例2
1、将厚度为0.1mm的铜膜(2g)插入厚度为1.5mm的纳米陶瓷纤维中，再将3g阻燃剂磷酸三乙酯均匀负载在纳米陶瓷纤维(5g，氧化硅)上，得到复合纤维材料，纳米陶瓷纤维中纤维平均直径为500nm，孔隙率为95％。
2、将步骤1中制得的复合纤维材料浸渍在80g硅溶胶(SiO2质量百分含量为2％，相变温度为105℃)中，完全吸附后包裹铝塑膜(厚度为0.2mm，10g)进行封装处理，得到尺寸为600mm×100mm×2mm的电池模组用热蔓延防护板(100g)。
实施例3
1、将厚度为0.1mm的铜膜(2g)插入厚度为1.5mm的纳米陶瓷纤维中，再将5g阻燃剂磷酸三乙酯均匀负载在纳米陶瓷纤维(5g，氧化硅)上，得到复合纤维材料，纳米陶瓷纤维中纤维平均直径为200nm，孔隙率为99％。
2、将步骤1中制得的复合纤维材料浸渍在78g硅溶胶(SiO2质量百分含量为2％，相变温度为105℃)中，完全吸附后包裹铝塑膜(厚度为0.2mm，10g)进行封装处理，得到尺寸为600mm×100mm×2mm的电池模组用热蔓延防护板(100g)。
实施例4
1、将厚度为0.1mm的铜膜(2g)插入厚度为1.5mm的纳米陶瓷纤维中，再将5g阻燃剂磷酸三乙酯均匀负载在纳米陶瓷纤维(5g，氧化硅)上，得到复合纤维材料，纳米陶瓷纤维中纤维平均直径为800nm，孔隙率为80％。
2、将步骤1中制得的复合纤维材料浸渍在78g硅铝溶胶(SiO2和Al2O3质量百分含量分别为2％和2％，相变温度为80℃)中，完全吸附后包裹铝塑膜(厚度为0.2mm，10g)进行封装处理，得到尺寸为600mm×100mm×2mm的电池模组用热蔓延防护板(100g)。
实施例5
1、将厚度为0.1mm的铜膜(2g)插入厚度为1.5mm的纳米陶瓷纤维中，再将5g阻燃剂磷酸三乙酯均匀负载在纳米陶瓷纤维(5g，氧化硅)上，得到复合纤维材料，纳米陶瓷纤维中纤维平均直径为900nm，孔隙率为70％。
2、将步骤1中制得的复合纤维材料浸渍在78g硅铝溶胶(SiO2和Al2O3质量百分含量分别为2％和2％，相变温度为80℃)中，完全吸附后包裹铝塑膜(厚度为0.2mm，10g)进行封装处理，得到尺寸为600mm×100mm×2mm的电池模组用热蔓延防护板(100g)。
实施例6
1、将厚度为0.1mm的铜膜(2g)插入厚度为1mm的纳米陶瓷纤维中，再将5g阻燃剂磷酸三乙酯均匀负载在纳米陶瓷纤维(5g，氧化硅)上，得到复合纤维材料，纳米陶瓷纤维中纤维平均直径为500nm，孔隙率为95％。
2、将步骤1中制得的复合纤维材料上吸附78g石蜡(相变温度为80℃)，完全吸附后包裹铝塑膜(厚度为0.2mm,10g)进行封装处理，得到尺寸为600mm×100mm×2mm的电池模组用热蔓延防护板(重量为100g)。
对比例1
1、将厚度为0.1mm的铜膜(2g)插入厚度为1.5mm的纳米陶瓷纤维中，再将5g阻燃剂磷酸三乙酯均匀负载在纳米陶瓷纤维(5g，氧化硅)上，得到复合纤维材料，纳米陶瓷纤维中纤维平均直径为500nm，孔隙率为95％。
2、将步骤1中制得的复合纤维材料包裹铝塑膜(厚度为0.2mm,10g)进行封装处理，得到尺寸为600mm×100mm×2mm的电池模组用热蔓延防护板(重量为22g)。
对比例2
1、将厚度为0.1mm的铜膜(2g)插入厚度为1.5mm的纳米陶瓷纤维中，再将5g阻燃剂磷酸三乙酯均匀负载在纳米陶瓷纤维(5g，氧化硅)上，得到复合纤维材料，纳米陶瓷纤维中纤维平均直径为500nm，孔隙率为95％。
2、将步骤1中制得的复合纤维材料上吸附78g纳米SiO2与石蜡复合的相变材料(相变温度为70℃)，完全吸附后包裹铝塑膜(厚度为0.2mm,10g)进行封装处理，得到尺寸为600mm×100mm×2mm的电池模组用热蔓延防护板(重量为100g)。
对比例3
1、将厚度为0.1mm的铜膜(2g)插入厚度为1.5mm的纳米陶瓷纤维中，再将5g阻燃剂磷酸三乙酯均匀负载在纳米陶瓷纤维(5g，氧化硅)上，得到复合纤维材料，纳米陶瓷纤维中纤维平均直径为500nm，孔隙率为95％。
2、将步骤1中制得的复合纤维材料浸渍在78g硅溶胶(SiO2质量百分含量为5％，相变温度为120℃)，完全吸附后包裹铝塑膜(厚度为0.2mm,10g)进行封装处理，得到尺寸为600mm×100mm×2mm的电池模组用热蔓延防护板(重量为100g)。
实施例1～6及对比例1～3的制备方法中的原料列表如下表1：
表1
Figure BDA0003164007530000121
Figure BDA0003164007530000131
应用例1：
将实施例1～6及对比例1～3制得的电池模组用热蔓延防护板放入正极配比为NCM721，容量为78Ah的软包电池或正极配比为NCM523，容量为50Ah方壳电池之间形成一个电池模组(如图2所示)，将该电池模组进行热蔓延防护性能测试。
热蔓延传播时间和电池模组用热蔓延防护板最终热阻的测试结果如下表2所示：
热蔓延传播时间的测定方法：如图2所示，在第1节电池前表面放置加热器，在第1节电池和第2节电池之间以及第2节电池和第3节电池之间放置电池模组用热蔓延防护板，启动加热装置，测量第1～3节电池前后表面温度。热蔓延传播时间为相邻电池发生热失控的时间差。
电池模组用热蔓延防护板最终导热系数的测试方法：待电池热失控或热蔓延测试完后，将电池模组用热蔓延防护板取出采用热线法测得的导热系数
表2
Figure BDA0003164007530000132
Figure BDA0003164007530000141
从上表2可知，通过实施例1～6和对比例1对比，基底和相变材料可以相互配合实现吸热和和隔热的协同作用，从而更有效抑制电池模组的热蔓延。通过实施例1～6和对比例2～3对比，相变材料的相变温度为80℃～110℃，可以更有效的抑制电池模组的热蔓延。
通过实施例1和实施例3的对比，孔隙率越高，电池模组用热蔓延防护板导热系数越小，对电池模组的热蔓延抑制效果越好。
通过实施例1～4和实施例5～6的对比，纳米陶瓷纤维的平均直径为200nm～800nm，基底的孔隙率为80％～99.9％的电池模组用热蔓延防护板，对电池模组的热蔓延抑制效果更好。
图3和图4分别示出了实施例2和对比例1制备的电池模组用热蔓延防护板应用于方壳电池模组中用于抑制热蔓延时温度随时间的变化曲线。左侧为热蔓延抑制实验的温度变化曲线，横轴为时间纵轴为温度，图例中1F为第一节电池前表面温度曲线，1B为第一节电池后表面温度曲线，2F为第二节电池前表面温度曲线，2B为第二节电池后表面温度曲线，3F为第三节电池前表面温度曲线，3B为第三节电池后表面温度曲线，4F为第四节电池前表面温度曲线，4B为第四节电池后表面温度曲线。从图中可以更直观的看出，采用实施例2制备的电池模组用热蔓延防护板的电池模组中热蔓延被完全抑制，而采用对比例1制备的电池模组用热蔓延防护板的电池模组则无法完全抑制，热蔓延传播时间为1分钟左右。
图5示出了实施例2制备的电池模组用热蔓延防护板中的基底应用于热蔓延防护性能测试前以及测试进行1小时后的电子显微镜扫描图。从图4中可以看出，相较于测试前，测试后的基底中增加了很多固体颗粒，这是由于硅溶胶相变后将二氧化硅颗粒留在了基底中。
图6示出了实施例2制备的电池模组用热蔓延防护板应用于方壳电池模组进行热蔓延防护性能测试产生阻燃气体的过程。其中图(a)为第一节电池发生热失控电池阀口喷出火星，其中图(b)为第一节电池和第二节电池中间的所述装置产生开始产生阻燃气体，其中图(c)、图(d)为第一节电池和第二节电池中间的所述装置产生大量阻燃气体，阻燃气体悬浮于电池模组周围，阻止失控电池起火燃烧。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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 (12)

1.一种电池模组用热蔓延防护板，其特征在于，包括基底、相变材料和绝缘保护膜，所述绝缘保护膜包封所述基底和所述相变材料，所述相变材料吸附于所述基底中，所述基底为纳米陶瓷纤维，所述相变材料的相变温度为80℃～110℃。
2.根据权利要求1所述的电池模组用热蔓延防护板，其特征在于，所述基底的厚度为1mm～1.5mm，所述基底中纳米陶瓷纤维的平均直径为200nm～800nm，所述基底的孔隙率为80％～99.9％。
3.根据权利要求1所述的电池模组用热蔓延防护板，其特征在于，所述纳米陶瓷纤维选自氧化硅纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、硅铝陶瓷纤维、硼硅陶瓷纤维、硼铝硅陶瓷纤维和锆铝硅陶瓷纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的电池模组用热蔓延防护板，其特征在于，所述相变材料为硅溶胶、铝溶胶和铝硅溶胶中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的电池模组热蔓延防护板，其特征在于，所述相变材料的吸附量为78％～93.8％，所述相变材料的吸附量为所述相变材料在所述电池模组热蔓延防护板中的质量百分数。
6.根据权利要求1所述的电池模组用热蔓延防护板，其特征在于，所述绝缘保护膜为铝塑膜、尼龙膜、聚酰亚胺膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚氯乙烯膜中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的电池模组用热蔓延防护板，其特征在于，所述绝缘保护膜的厚度为0.075mm～0.25mm。
8.根据权利要求1所述的电池模组用热蔓延防护板，其特征在于，还包括阻燃剂，所述阻燃剂吸附于所述基底中。
9.根据权利要求8所述的电池模组用热蔓延防护板，其特征在于，所述阻燃剂的吸附量为0.1％～5％，所述阻燃剂的吸附量为所述阻燃剂在所述电池模组热蔓延防护板中的质量百分数。
10.根据权利要求1所述的电池模组用热蔓延防护板，其特征在于，进一步包括红外线屏蔽膜层，所述红外线屏蔽膜层位于所述绝缘保护膜内，所述红外线屏蔽膜层的厚度为0.05mm～0.2mm。
11.一种电池模组，其特征在于，包括外壳、至少两个单体电池和至少一个如权利要求1～10所述的电池模组用热蔓延防护板，所述单体电池平行间隔设置并相互联接，所述电池模组用热蔓延防护板置于相邻的两个所述单体电池之间。
12.一种电池包，其特征在于，包括至少一组如权利要求11所述的电池模组。
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