CN113785432A - 电池包装材料、制造方法、及其用途 - Google Patents

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CN113785432A CN202080033335.7A CN202080033335A CN113785432A CN 113785432 A CN113785432 A CN 113785432A CN 202080033335 A CN202080033335 A CN 202080033335A CN 113785432 A CN113785432 A CN 113785432A
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Abstract

热管理电池包装材料包括相变层；以及设置在相变层的一侧上的电池包装层，所述相变层包含相变组合物，其中相变组合物包含相变材料和聚合物的组合。

Description

电池包装材料、制造方法、及其用途
背景技术
本文公开了特别是在电池包装中有用的多层、多功能材料以及用于制造和使用多层、多功能材料的方法。
在设计最佳的、可靠的和安全的电池以用于运行的方面中，包装是重要的技术方面。电池包装的期望特征包括机械稳定性和耐久性、密封性(例如，锂离子电池的高渗透防湿屏障)、高包装效率、与安全装置(例如电流中断装置、阀等)安装的相容性、和化学惰性。如果包装成本低且易于制造则将是进一步的优势。纽扣电池单元和圆柱形电池通常被密封在金属或合金壳体例如不锈钢、镀镍钢、或铝合金内。圆柱形电池单元的壳体可以用基于聚合物的材料例如热收缩聚合物包裹。棱柱形电池单元通常被密封在壳体内，所述壳体可以为金属或合金(例如镀镍钢、钢或铝合金)或基于聚合物的材料(例如聚丙烯)，并且可以具有外部的基于聚合物的包裹物。袋状电池单元被密封在具有外部聚合物层的金属层合体袋(bag/pouch)内；金属通常为铝或铝合金，但也可以为其他金属，例如铜、不锈钢或金。
尽管各种各样的基于聚合物的材料可用于电池包装(例如，包裹物、套管或袋)，但本领域仍需要具有至少一种改善的特性，优选具有改善的特性的组合的材料。
发明内容
本文公开了热管理电池包装材料和制造热管理电池包装材料的方法。
热管理电池包装材料包括相变层；以及设置在相变层的一侧上的电池包装层，所述相变层包含相变组合物，其中相变组合物包含相变材料和聚合物的组合。
制造热管理电池包装材料的方法包括使相变层和电池包装层接触。
还公开了一种制品，所述制品包括电池或电池组件和热管理电池包装材料。
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
以下附图是被提供以举例说明本公开内容的示例性实施方案。附图是说明性的，并且不旨在限制根据本文阐述的材料、条件或工艺参数的公开内容制造的制品或装置。
图1是示出示例性热管理电池包装材料的示意图；
图2是示例性热管理电池包装材料的示意图；以及
图3是示出在用现有技术材料包装的对照圆柱形电池和用实施例1的热管理电池包装材料包装的圆柱形电池的放电测试中电压或温度作为容量(mAh)的函数的图。
具体实施方式
如上所述，本领域已知多种电池包装材料。然而，这样的材料未被设计成还具有热管理特性，即提供电池的加热和冷却。电池过热可能导致电池单元内阻增加，可能降低电池循环寿命，并且可能出现安全问题，例如热失控。在电池的快速充电和放电期间，有效的热管理将是特别有用的。
术语“电池”是指电连接以提供所需的运行电压和电流的一个或更多个电化学电池单元。“电池单元”是指单个电化学电池单元。
本文公开了多层、多功能的热管理电池包装材料。热管理电池包装材料易于制造并且可以容易地用作用于单个电池单元或包括多个电池单元的电池的包装材料。有利地，热管理电池包装材料可以将电池包装材料的期望特性(机械稳定性和耐久性、密封性、高包装效率、与安全装置安装的相容性、以及化学惰性)与热管理能力相结合。多层、多功能的热管理电池包装材料可容易地加工，具有良好的绝热特性，并具有优异的热吸收特性以使电池单元发热最小化。
热管理电池包装材料包括相变层；以及设置在相变层的一侧上的电池包装层，所述相变层包含相变组合物。相变组合物包含聚合物和相变材料的组合，优选地，相变材料均匀地分散在聚合物中。任选地，相变组合物还包含添加剂组合物。分别选择相变材料和聚合物以提供具有机械特性和在选定的相变温度下的高熔化热的良好组合的相变组合物。
电池包装层包含被选择以为期望的电池单元或电池提供合适的包装的聚合物、金属或合金。用于电池包装层的合适的金属和合金的实例包括不锈钢、镀镍钢、铝、铜、镍、金箔或其合金，例如镍-铜合金、铬-镍钢合金、铝-铁合金和镍-铬-铁合金。用于电池包装层的合适的聚合物材料的实例包括聚氯乙烯；聚苯乙烯；聚醚砜；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)；苯乙烯-丙烯腈(SAN)；聚酯，例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚偏二氟乙烯(PVDF)；某些硅橡胶；聚酰胺，例如PA6；全氟甲基乙烯基醚；聚烯烃，例如聚丙烯、聚乙烯、或者聚乙烯或聚丙烯的共聚物；和氟化聚烯烃，例如聚四氟乙烯和氟化乙烯-丙烯(FEP)、偏二氟乙烯、四氟乙烯-偏二氟乙烯-六氟丙烯(HFP)；及其组合。在某些实施方案中，电池包装层包含热收缩聚合物。示例性热收缩聚合物包括聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、某些硅橡胶、聚烯烃、以及氟化聚烯烃例如聚四氟乙烯和氟化乙烯-丙烯(FEP)。
图1是示出示例性热管理电池包装材料(10)的示意图。如图1所示，电池包装层(12)设置在相变层(16)上。另外的层例如导热层(图1未示出)可以任选地存在于相变层(16)的一侧上，例如与电池包装层相反的一侧上。应理解，如本文所用的“层”包括适用于电池例如以符合电池单元或模块构造的各种三维构造。因此，层可以具有任何合适的厚度，或者可以改变厚度。以下更详细地描述层的具体实施方案和形式。如本文所用，“设置在...上”意指层可以直接接触，或者可以存在中间层，例如如以下进一步详细描述的粘合剂层或另外的中间层。
相变材料(PCM)是具有高的熔化热并且能够在相变(例如熔化和凝固)期间分别吸收和释放大量潜热的物质。在相变期间，相变材料的温度保持几乎恒定。在相变材料吸收或释放热的时间期间，通常在材料的相变期间，相变材料抑制或阻止热能流过材料。在一些情况下，在相变材料吸收或释放热的时间段期间，通常在相变材料经历两种状态之间的转变时，相变材料可以抑制热传递。该作用通常是瞬时的，并且发生直至在加热或冷却过程期间相变材料的潜热被吸收或释放。可以从相变材料中储存或除去热，并且通常可以通过热源或冷源使相变材料有效地恢复(recharge)。
相变材料因此具有特征转变温度。术语“转变温度”或“相变温度”是指材料经历两种状态之间的转变的近似温度。在一些实施方案中，例如对于混合组成的商业石蜡，转变温度可以为发生相变的温度范围。原则上，在相变组合物中可以使用转变温度为-100℃至150℃的相变材料，或者相变材料的转变温度可以为-5℃至150℃、或0℃至90℃、或30℃至70℃、或35℃至50℃。相变材料的选择可以取决于特定应用所需的转变温度。例如，用于发光二极管和电子组件电池，例如，相变材料的转变温度可以为0℃至115℃、10℃至105℃、20℃至100℃、或30℃至95℃。在一个实施方案中，相变材料的转变温度为25℃至105℃、或28℃至60℃、或45℃至85℃、或60℃至80℃、或80℃至100℃。具有接近正常体温或约37℃的转变温度的相变材料对于电子应用可以是期望的以防止使用者受伤并保护过热组件。在其他应用例如用于电动车辆的电池中，65℃或更高的转变温度可以是期望的。用于这样的应用的相变材料的转变温度可以在45℃至85℃、或60℃至80℃、或80℃至100℃的范围内。
转变温度可以通过改变相变材料的纯度、其分子结构、相变材料的共混、或其任何组合而扩宽或变窄。通过选择两种或更多种不同的相变材料并形成组合，可以调节相变材料的温度稳定范围以用于任何期望的应用。温度稳定范围可以包括特定的转变温度或转变温度的范围。当被引入本文中描述的相变组合物中时，所得组合可以表现出两个或更多个不同的转变温度或单个改变的转变温度。
在一些实施方案中，具有多个或宽的转变温度可以是有利的。如果使用单个窄的转变温度，则这可能在达到转变温度之前引起热/能量积聚。一旦达到转变温度，能量将被吸收直至潜在的能量被消耗，然后温度将继续升高。宽的或多个转变温度在温度开始升高时立刻实现温度调节和热吸收，从而减轻任何热/能量积聚。多个或宽的转变温度还可以通过重叠或交错的热吸收来更有效地帮助使热从组件传导出去。例如，对于包含在35℃至40℃下吸收的第一相变材料(PCM1)和在38℃至45℃下吸收的第二相变材料(PCM2)的组合物，PCM1将开始吸收和控制温度直至大部分潜热被使用，此时PCM2将开始吸收并传导来自PCM1的能量，从而使PCM1恢复活力并使其保持功能。
相变材料的选择也可以取决于相变材料的潜热。相变材料的潜热通常与其吸收和释放能量/热或者改变制品的传热特性的能力有关。在一些情况下，相变材料的熔化潜热可以为至少80焦耳/克(J/g)、或至少100J/g、或至少120J/g、或至少140J/g、或至少150J/g、或至少170J/g、或至少180J/g、或至少185J/g、或至少190J/g、或至少200J/g、或至少220J/g。因此，例如，相变材料的熔化潜热可以为20J/g至400J/g，例如80J/g至400J/g、或100J/g至400J/g、或150J/g至400J/g、或170J/g至400J/g、或190J/g至400J/g。
相变材料的根据ASTM D3418通过差示扫描量热法确定的熔化热可以大于150焦耳/克，优选大于180焦耳/克，更优选大于210焦耳/克。
相变材料可以是未封装的(“未加工的”)或封装的。相变材料的封装基本上产生用于相变材料的容器，使得无论相变材料处于固态或液态，相变材料都容纳在内。用于封装材料例如相变材料的方法是本领域已知的(参见例如美国专利第5,911,923号和第6,703，127号)。微封装和大封装的相变材料也是可商购的(例如，可商购自Microtek Laboratories，Inc.)。大封装体的平均颗粒尺寸为1000微米至10,000微米，而微封装体的平均颗粒尺寸小于1000微米。封装的相变材料可以被封装在微封装体中，微封装体的平均颗粒尺寸可以为1微米至100微米、或2微米至50微米、或5微米至40微米。在本文中，平均颗粒尺寸是例如使用MalvemMastersizer 2000颗粒分析仪或等同仪器确定的体积加权平均颗粒尺寸。
各种各样的相变材料是已知的并且可以被使用，并且包括各种有机和无机物质。相变材料的实例包括烃(例如，直链烷烃或石蜡烃、支链烷烃、不饱和烃、卤代烃和脂环烃)；硅蜡(silicone wax)；氟化蜡；烷烃；烯烃；炔烃；芳烃；水合盐(例如，氯化钙六水合物、溴化钙六水合物、硝酸镁六水合物、硝酸锂三水合物、氟化钾四水合物、铵明矾、氯化镁六水合物、碳酸钠十水合物、磷酸二钠十二水合物、硫酸钠十水合物和乙酸钠三水合物)；蜡；油；水；饱和和不饱和脂肪酸(例如，己酸、辛酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、山嵛酸、木蜡酸、蜡酸等)；脂肪酸酯(例如，脂肪酸C1-4烷基酯，例如辛酸甲酯、癸酸甲酯、月桂酸甲酯、肉豆蔻酸甲酯、棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、花生酸甲酯、山嵛酸甲酯、木蜡酸甲酯等)；脂肪醇(例如，辛醇、月桂醇、肉豆蔻醇、十六烷醇、硬脂醇、花生醇、山嵛醇、木蜡醇、蜡醇、二十九烷醇、蜂花醇和三十四烷醇(geddyl alcohol)等)；二元酸；二元酯；1-卤化物；伯醇；仲醇；叔醇；芳族化合物；笼形物；半笼形物；气体笼形物；酸酐(例如，硬脂酸酸酐)；碳酸亚乙酯；甲基酯；多元醇(例如，2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-羟基甲基-2-甲基-1，3-丙二醇、乙二醇、聚乙二醇、季戊四醇、二季戊四醇、五甘油、四羟甲基乙烷、新戊二醇、四羟甲基丙烷、2-氨基-2-甲基-1，3-丙二醇、单氨基季戊四醇、二氨基季戊四醇和三(羟基甲基)乙酸)；糖醇(赤藓糖醇、D-甘露糖醇、半乳糖醇、木糖醇、D-山梨糖醇)；聚合物(例如，聚乙烯，聚乙二醇，聚环氧乙烷，聚丙烯，聚丙二醇，聚丁二醇，聚丙烯丙二酸酯，聚新戊二醇癸二酸酯，聚戊烷戊二酸酯，聚肉豆蔻酸乙烯酯，聚硬脂酸乙烯酯，聚月桂酸乙烯酯，聚甲基丙烯酸十六烷基酯，聚甲基丙烯酸十八烷基酯，通过二醇(或其衍生物)与二酸(或其衍生物)的缩聚产生的聚酯，以及共聚物例如具有烷基烃侧链或具有聚乙二醇侧链的聚丙烯酸酯或聚(甲基)丙烯酸酯和包含聚乙烯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丙烯、聚丙二醇或聚丁二醇的共聚物)；金属；及其组合。可以使用各种植物油，例如大豆油、棕榈油等。这样的油可以被纯化或以其他方式被处理以使其适合用作相变材料。在一个实施方案中，相变组合物中使用的相变材料是有机物质。
石蜡族相变材料可以为石蜡烃，即由式CnHn+2表示的烃，其中n可以在10至44个碳原子的范围内。同系列石蜡烃的熔点和熔化热与碳原子数直接相关。类似地，脂肪酸的熔点取决于链长度。
在一个实施方案中，相变材料可以包括具有15至40个碳原子、18至35个碳原子、或18至28个碳原子的石蜡烃、脂肪酸或脂肪酸酯。相变材料可以为单一的石蜡烃、脂肪酸或脂肪酸酯，或者可以为烃、脂肪酸和/或脂肪酸酯的组合。在一个优选的实施方案中，相变材料的转变温度为5℃至70℃、25℃至65℃、35℃至60℃、或30℃至50℃。
相变组合物还包含聚合物。如本文所用，“聚合物”包括低聚物；离聚物；树枝状聚合物；均聚物和共聚物(例如，接枝共聚物、无规共聚物、嵌段共聚物(例如，星形嵌段共聚物)、无规共聚物等)。聚合物可以为单一聚合物或聚合物的组合。聚合物的组合可以为例如具有不同化学组成、不同重均分子量的两种或更多种聚合物的共混物、或其组合。精心选择聚合物或聚合物的组合允许调节相变组合物的特性。
可以根据相变材料和相变组合物的其他期望特性来使用各种各样的聚合物。聚合物可以为热固性的或热塑性的。通常被认为是热固性的示例性聚合物包括醇酸树脂；双马来酰亚胺聚合物；双马来酰亚胺三嗪聚合物；氰酸酯聚合物；苯并环丁烯聚合物；苯并
Figure BDA0003335797390000061
嗪聚合物；邻苯二甲酸二烯丙酯聚合物；环氧树脂；羟基甲基呋喃聚合物；三聚氰胺-甲醛聚合物；酚类(包括酚-醛聚合物，例如酚醛清漆和甲阶酚醛树脂)；聚二烯例如聚丁二烯(包括其均聚物和共聚物，例如聚(丁二烯-异戊二烯))；聚异氰酸酯；聚脲；聚氨酯；三烯丙基氰脲酸酯聚合物；三烯丙基异氰脲酸酯聚合物；某些有机硅；和可聚合预聚物(例如，具有烯键式不饱和的预聚物，例如不饱和聚酯、聚酰亚胺)；等等。预聚物可以例如与以下反应性单体聚合、共聚或交联：例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、氯苯乙烯、丙烯酸、(甲基)丙烯酸、(C1-6烷基)丙烯酸酯、(C1-6烷基)甲基丙烯酸酯、丙烯腈、乙酸乙烯酯、乙酸烯丙酯、三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、或丙烯酰胺。预聚物的分子量平均可以为400道尔顿至10,000道尔顿。
通常被认为是热塑性的示例性聚合物包括环烯烃聚合物(包括聚降冰片烯和包含降冰片烯基单元的共聚物，例如环状聚合物例如降冰片烯和无环烯烃例如乙烯或丙烯的共聚物)；含氟聚合物(例如，聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、氟化乙烯-丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚(乙烯-四氟乙烯)(PETFE)、全氟烷氧基(PFA))；聚缩醛(例如，聚氧乙烯和聚甲醛)；聚(C1-6烷基)丙烯酸酯；聚丙烯酰胺(包括未经取代的、单-N-和二-N-(C1-8烷基)丙烯酰胺)；聚丙烯腈；聚酰胺(例如，脂族聚酰胺、聚邻苯二甲酰胺和聚芳酰胺)；聚酰胺酰亚胺；聚酸酐；聚亚芳基醚(例如，聚苯醚)；聚亚芳基醚酮(例如，聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK))；聚亚芳基酮；聚亚芳基硫醚(例如，聚苯硫醚(PPS))；聚亚芳基砜(例如，聚醚砜(PES)、聚苯砜(PPS)等)；聚苯并噻唑；聚苯并
Figure BDA0003335797390000071
唑；聚苯并咪唑；聚碳酸酯(包括均聚碳酸酯和聚碳酸酯共聚物，例如聚碳酸酯-硅氧烷、聚碳酸酯-酯和聚碳酸酯-酯-硅氧烷)；聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚芳酯和聚酯共聚物例如聚酯-醚)；聚醚酰亚胺(包括共聚物，例如聚醚酰亚胺-硅氧烷共聚物)；聚酰亚胺(包括共聚物，例如聚酰亚胺-硅氧烷共聚物)；聚(C1-6烷基)甲基丙烯酸酯；聚甲基丙烯酰胺(包括未经取代的、单-N-和二-N-(C1-8烷基)丙烯酰胺)；聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯、及其卤代衍生物(例如聚四氟乙烯)、及其共聚物例如乙烯-α-烯烃共聚物)；聚
Figure BDA0003335797390000072
二唑；聚甲醛；聚苯酞；聚硅氮烷；聚硅氧烷(有机硅)；聚苯乙烯(包括共聚物例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS))；聚硫化物；聚磺酰胺；聚磺酸酯；聚砜，例如聚醚砜；聚硫酯；聚三嗪；聚脲；热塑性聚氨酯(TPU)；乙烯基聚合物(包括聚乙烯醇，聚乙烯基酯，聚乙烯基醚，聚乙烯基卤化物(例如，聚氟乙烯、聚氯乙烯)，聚乙烯基酮，聚乙烯基腈，聚乙烯基硫醚和聚偏二氟乙烯)；等等。可以使用包含前述聚合物中的至少一者的组合。
聚合物类别的优选类型是可以任选地交联的弹性体。在一些实施方案中，使用交联的(即固化的)弹性体提供了组合物在较高温度下的较低流动。合适的弹性体可以为弹性体无规、接枝或嵌段共聚物。实例包括天然橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、聚二环戊二烯橡胶、含氟弹性体、乙烯-丙烯橡胶(EPR)、乙烯-丁烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯单体橡胶(EPDM，或乙烯丙烯二烯三聚物)、丙烯酸酯橡胶、氢化丁腈橡胶(HNBR)、有机硅弹性体、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯(SEBS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯(AES)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯(SEPS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)、高橡胶接枝(HRG)等。
弹性体嵌段共聚物包括衍生自烯基芳族化合物的嵌段(A)和衍生自共轭二烯的嵌段(B)。嵌段(A)和嵌段(B)的排列包括线性和接枝结构，包括具有支链的径向远嵌段(radial teleblock)结构。线性结构的实例包括二嵌段(A-B)、三嵌段(A-B-A或B-A-B)、四嵌段(A-B-A-B)和五嵌段(A-B-A-B-A或B-A-B-A-B)结构以及包含A和B的总计6个或更多个嵌段的线性结构。具体的嵌段共聚物包括二嵌段、三嵌段和四嵌段结构，具体地，A-B二嵌段和A-B-A三嵌段结构。在一些实施方案中，弹性体是由聚苯乙烯嵌段和橡胶嵌段组成的苯乙烯嵌段共聚物(styrenic block copolymer，SBC)。橡胶嵌段可以为聚丁二烯、聚异戊二烯、其氢化等同物、或其组合。苯乙烯嵌段共聚物的实例包括苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，例如Kraton D SBS聚合物(Kraton Performance Polymers，Inc.)；苯乙烯-乙烯/丙烯嵌段共聚物，例如Kraton G SEPS(Kraton Performance Polymers，Inc.)或苯乙烯-乙烯/丁二烯嵌段共聚物例如Kraton G SEBS(Kraton Performance Polymers，Inc.)；和苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物，例如Kraton D SIS聚合物(Kraton Performance Polymers，Inc.)。在一个实施方案中，聚合物为苯乙烯-乙烯/丙烯嵌段共聚物，例如Kraton G 1642。在另一些实施方案中，聚合物为苯乙烯丁二烯嵌段共聚物，例如Kraton D1118。
在一个实施方案中，聚合物为Kraton G SEBS或SEPS、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚丁二烯、EPDM、天然橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、热塑性聚氨酯、环烯烃共聚物、聚二环戊二烯橡胶、或其组合。
优选地，聚合物可以包括聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚砜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟甲基乙烯基醚、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯或聚丙烯的共聚物、聚四氟乙烯、氟化乙烯-丙烯(FEP)、偏二氟乙烯、四氟乙烯-偏二氟乙烯-六氟丙烯(HFP)、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丁二烯、异戊二烯、聚丁二烯-异戊二烯共聚物、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯单体橡胶、天然橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、环烯烃共聚物、聚二环戊二烯橡胶、热塑性聚氨酯、或其组合。
相变组合物中相变材料的量取决于使用的材料的类型、期望的转变温度、使用的聚合物的类型等考虑因素。基于相变组合物的总重量，相变材料的量可以为20重量％至98重量％、或40重量％至97重量％、或50重量％至96重量％、或50重量％至95重量％、或40重量％至95重量％、或50重量％至90重量％、或60重量％至85重量％、或75重量％至85重量％。
相变材料可以包含封装的第一相变材料和未封装的第二相变材料的组合。第一相变材料和第二相变材料可以相同或不同。基于相变组合物的总重量，相变材料可以包含50重量％至100重量％的封装的第一相变材料和0重量％至50重量％的未封装的第二相变材料；基于相变组合物的总重量，相变材料可以包含80重量％至100重量％的封装的第一相变材料和0重量％至20重量％的未封装的第二相变材料；或者基于相变组合物的总重量，相变材料可以包含至少90重量％的封装的第一相变材料和不大于10重量％的未封装的第二相变材料；或者基于相变组合物的总重量，相变材料可以包含至少95重量％的封装的第一相变材料和不大于5重量％的未封装的第二相变材料；或者相变材料可以包含100重量％的封装的相变材料。
聚合物可以以各自基于相变组合物的总重量的2重量％至40重量％、或4重量％至30重量％、或5重量％至20重量％、或5重量％至15重量％、或2重量％至80重量％、或3重量％至60重量％、或4重量％至20重量％、或5重量％至50重量％、或10重量％至50重量％、或15重量％至40重量％、或15重量％至25重量％的量存在于相变组合物中。
在一个实施方案中，选择相变材料和聚合物以具有良好的相容性，从而允许大量相变材料存在于聚合物基体内。可以选择聚合物的类型和量以与相变材料具有良好的相容性，从而有效地将大量的相变材料例如总相变组合物的至少40重量％、或总相变组合物的至少50重量％、或总组合物的至少75重量％、或总组合物的至少80重量％、或甚至总组合物的90重量％至95重量％保留在聚合物基体内。聚合物将相变材料有效地保留在相变组合物的聚合物基体内的能力赋予了优异的长时间热管理性能。
在某些实施方案中，如果使用两种或更多种聚合物的组合，则聚合物优选是相容的，或者当与相变材料组合时是相容的。还可以选择聚合物以向相变组合物提供期望的特性，例如期望的胶凝温度。
在某些实施方案中，聚合物和未封装的相变材料具有良好的相容性，使得当将聚合物和未封装的相变材料混合时可以形成相容的共混物。可以用于评估聚合物与未封装的相变材料的相容性的一个参数是聚合物和未封装的相变材料的“溶解度参数”(δ)。溶解度参数可以通过本领域中任何已知的方法来确定，或者对于许多聚合物和相变材料可以从公开表中来获得。聚合物和相变材料应具有相似的溶解度参数以形成相容的共混物。聚合物的溶解度参数(δ)在未封装的相变材料的溶解度参数的±1、或±0.9、或±0.8、或±0.7、或±0.6、或±0.5、或±0.4、或±0.3以内。
相变组合物的转变温度可以为5℃至70℃，优选为25℃至65℃，更优选为35℃至60℃，还更优选为30℃至50℃。
为便于制造和使用，相变组合物在小于或等于100℃、或小于或等于80℃、或小于或等于50℃、或小于或等于30℃的温度下不表现出可观的流动。
相变组合物的根据ASTM D3418通过差示扫描量热法确定的在转变温度下的熔化热可以为至少120焦耳/克、至少150焦耳/克，优选为至少180焦耳/克，更优选为至少200焦耳/克。
相变组合物可以以上述量由单独相变材料和聚合物的组合组成或基本上由其组成。或者，相变组合物还可以包含其他组分作为添加剂例如填料、或本领域已知的其他添加剂。选择这样的另外的组分以不显著不利地影响相变组合物的期望特性。单独的添加剂可以以本领域公知的量存在，例如，对于添加剂例如抗氧化剂或固化剂，0.1重量％至5重量％。添加剂组合物总计可以以高至60重量％(0.1重量％至60重量％)、或0.1重量％至40重量％、或0.5重量％至30重量％、或1重量％至20重量％的量存在于相变组合物中，重量％基于相变组合物的总重量并且其中相变组合物的所有组分的重量％总计为100重量％。
相变组合物可以包含填料，例如用于调节相变组合物的介电特性、热导特性或磁特性的填料。可以使用低膨胀系数的填料，例如玻璃珠、二氧化硅或研磨微玻璃纤维。可以使用热稳定的纤维，例如芳族聚酰胺或聚丙烯腈。代表性介电填料包括二氧化钛(金红石和锐钛矿)、钛酸钡、钛酸锶、熔化无定形二氧化硅、刚玉、硅灰石、芳纶纤维(例如来自DuPont的KEVLAR)、纤维玻璃、Ba2Ti9O20、石英、氮化铝、碳化硅、氧化铍、氧化铝、氧化镁、云母、滑石、纳米粘土、铝硅酸盐(天然和合成)、铁氧化物、CoFe2O4(可从Nanostructured&AmorphousMaterials，Inc.获得的纳米结构粉末)、单壁或多壁碳纳米管、和气相二氧化硅，其各自可以单独使用或组合使用。
可以使用的其他类型的填料包括导热填料、绝热填料、磁性填料、或其组合。导热填料包括例如氮化硼、二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化镁和氮化铝。绝热填料的实例包括例如颗粒形式的有机聚合物。磁性填料可以为纳米尺寸的。
填料可以为实心、多孔或中空颗粒的形式。填料的颗粒尺寸影响许多重要的特性，包括热膨胀系数、模量、延伸率和阻燃性。在一个实施方案中，填料的平均颗粒尺寸为0.1微米至15微米，具体地，0.2微米至10微米。填料可以为平均颗粒尺寸为1纳米至100纳米(nm)、或5nm至90nm、或10nm至80nm、或20nm至60nm的纳米颗粒，即纳米填料。可以使用具有双峰、三峰或更多峰平均颗粒尺寸分布的填料的组合。基于相变组合物的总重量，填料可以以0.1重量％至80重量％、具体地，1重量％至65重量％、或5重量％至50重量％的量包含在内。
此外，相变组合物还可以任选地包含添加剂，例如阻燃剂、固化引发剂、交联剂、粘度调节剂、润湿剂、抗氧化剂、热稳定剂、着色剂、或包含前述中的至少一者的组合。添加剂的具体选择取决于使用的聚合物、相变组合物的具体应用以及对于该应用所期望的特性，并且被选择成增强电路子组件的电特性或者基本上不会不利地影响电路子组件的电特性，例如热导率、介电常数、损耗因子、介电损失或其他期望特性。
阻燃剂可以为金属碳酸盐、金属水合物、金属氧化物、卤代有机化合物、有机含磷化合物、含氮化合物、或次膦酸盐。代表性阻燃添加剂包括含溴阻燃剂、含磷阻燃剂和含金属氧化物阻燃剂。合适的含溴阻燃剂通常是芳族的，并且每个化合物包含至少两个溴。
合适的含磷阻燃剂包括各种有机磷化合物，例如式(GO)3P＝O的芳族磷酸酯，其中各G独立地为C1-36烷基、环烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基，条件是至少一个G为芳族基团。两个G基团可以连接在一起以提供环状基团，例如二苯基季戊四醇二磷酸酯。其他合适的芳族磷酸酯可以为例如苯基双(十二烷基)磷酸酯、苯基双(新戊基)磷酸酯、苯基双(3，5，5’-三甲基己基)磷酸酯、乙基二苯基磷酸酯、2-乙基己基二(对甲苯基)磷酸酯、双(2-乙基己基)对甲苯基磷酸酯、三甲苯基磷酸酯、双(2-乙基己基)苯基磷酸酯、三(壬基苯基)磷酸酯、双(十二烷基)对甲苯基磷酸酯、二丁基苯基磷酸酯、2-氯乙基二苯基磷酸酯、对甲苯基双(2，5,5’-三甲基己基)磷酸酯、2-乙基己基二苯基磷酸酯等。具体的芳族磷酸酯是其中各G为芳族的芳族磷酸酯，例如三苯基磷酸酯、三甲苯基磷酸酯、异丙基化三苯基磷酸酯等。合适的双官能芳族含磷化合物或多官能芳族含磷化合物的实例分别包括间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP)、氢醌的双(二苯基)磷酸酯和双酚A的双(二苯基)磷酸酯、其低聚和聚合物对应物等。
也可以使用金属次膦酸盐。次膦酸盐/酯的实例为次膦酸盐，例如脂环族次膦酸盐；和次膦酸酯。次膦酸盐/酯的另外的实例为二次膦酸、二甲基次膦酸、乙基甲基次膦酸、二乙基次膦酸以及这些酸的盐例如铝盐和锌盐。氧化膦的实例为异丁基双(羟基烷基)氧化膦和1，4-二亚异丁基-2，3，5，6-四羟基-1，4-二氧化膦或1，4-二亚异丁基-1，4-二磷酰基-2，3，5，6-四羟基环己烷。含磷化合物的另外的实例为NH1
Figure BDA0003335797390000121
(Chemtura Corporation)、
Figure BDA0003335797390000123
(Chemtura Corporation)、NcendX
Figure BDA0003335797390000122
(Albemarle)、Hostaflam
Figure BDA0003335797390000124
(Clariant)、Hostaflam
Figure BDA0003335797390000125
(Clariant)、EXOLIT 935(Clariant)以及Cyagard RF
Figure BDA0003335797390000126
Cyagard RF
Figure BDA0003335797390000127
和Cyagard RF 1243R(Cyagard为CytecIndustries的产品)。在一个特别有利的实施方案中，当与EXOLIT935(次膦酸铝)一起使用时，无卤素组合物具有优异的阻燃性。还另外的阻燃剂包括三聚氰胺聚磷酸酯、三聚氰胺氰脲酸酯、蜜白胺(Melam)、蜜瓜胺(Melon)、蜜勒胺(Melem)、胍、磷氮烷(phosphazane)、硅氮烷、DOPO(9，10-二氢-9-氧杂-10磷杂菲-10-氧化物)和10-(2，5二羟基苯基)-10H-9-氧杂-磷杂菲-10-氧化物。
合适的金属氧化物阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、锡酸锌和氧化硼。优选地，阻燃剂可以为氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑、十溴二苯醚、十溴二苯基乙烷、乙烯-双(四溴邻苯二甲酰亚胺)、三聚氰胺、锡酸锌或氧化硼。对于使用的特定类型的添加剂，阻燃添加剂可以以本领域已知的量存在。
示例性固化引发剂包括可用于引发组合物中的聚合物的固化(交联)的固化引发剂。实例包括但不限于叠氮化物、过氧化物、硫和硫衍生物。作为固化引发剂，自由基引发剂是特别期望的。自由基引发剂的实例包括过氧化物、过氧化氢和非过氧化物引发剂例如2，3-二甲基-2，3-二苯基丁烷。过氧化物固化剂的实例包括过氧化二枯基、α，α-二(叔丁基过氧基)-间，对-二异丙基苯、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷-3、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己炔-3、或其组合。基于相变组合物的总重量，当使用时，固化引发剂可以以0.01重量％至5重量％的量存在。
交联剂是反应性单体或聚合物。在一个实施方案中，这样的反应性单体或聚合物能够与相变组合物中的聚合物共反应。合适的反应性单体的实例包括苯乙烯、二乙烯基苯、乙烯基甲苯、三烯丙基氰脲酸酯、邻苯二甲酸二烯丙酯和多官能丙烯酸酯单体(例如可从Sartomer Co.获得的Sartomer化合物)等，所有这些都是可商购的。基于相变组合物的总重量，交联剂的可用量为0.1重量％至50重量％。
示例性抗氧化剂包括自由基清除剂和金属钝化剂。自由基清除剂的非限制性实例为可商购自Ciba Chemicals的商品名为CHIMASSORB 944的聚[[6-(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基-s-三嗪-2，4-二基][(2，2，6，6，-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]六亚甲基[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]。金属钝化剂的非限制性实例为可商购自Chemtura Corporation的商品名为NAUGARD XL-1的2，2-草酰二酰胺基双[乙基3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]。可以使用单一抗氧化剂或者两种或更多种抗氧化剂的组合。基于相变组合物的总重量，抗氧化剂通常以最多至3重量％，具体地，0.5重量％至2.0重量％的量存在。
可以存在偶联剂以促进连接金属表面或填料表面与聚合物的共价键的形成或者参与所述共价键。示例性偶联剂包括3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷和六亚甲基二硅氮烷。
相变组合物可以通过将聚合物、相变材料、任何添加剂、和任选的溶剂合并以制造相变组合物来制造。合并可以通过任何合适的方法，例如共混、混合或搅拌来进行。在一个实施方案中，使相变材料熔化，并将聚合物溶解在熔化的相变材料中。在另一个实施方案中，用于形成包含聚合物以及相变材料和任选的添加剂的相变组合物的组分可以通过溶解或悬浮在溶剂中以提供混合物或溶液而合并。
当包含时，溶剂被选择成使聚合物溶解，使相变材料和可能存在的任何其他任选的添加剂分散，并具有适宜的蒸发速率以成形和干燥。可能的溶剂的非排他性列表为二甲苯；甲苯；甲基乙基酮；甲基异丁基酮；己烷；更高级液态线性烷烃，例如庚烷、辛烷、壬烷等；环己烷；异佛尔酮；各种基于萜烯的溶剂；以及共混溶剂。具体的示例性溶剂包括二甲苯、甲苯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮和己烷，还更具体地，二甲苯和甲苯。溶液或分散体中的组合物的组分的浓度不是关键的，并且将取决于组分的溶解度、使用的填料水平、施加方法和其他因素。通常，基于溶液的总重量，溶液包含10重量％至80重量％的固体(除溶剂之外的所有组分)，更具体地，50重量％至75重量％的固体。
允许任何溶剂在环境条件下蒸发，或者通过强制或加热的空气蒸发，并冷却组合物以提供胶凝化相变组合物。相变组合物也可以通过已知的方法例如挤出、成型或流延来成形。例如，相变组合物可以通过流延到随后被释放的载体上，或者替代地流延到保护性聚合物层上，或者如下所述与保护性聚合物层共挤出而形成为层。相变层在干燥过程中可以是未固化的或部分固化的(B-阶段)，或者如果需要，该层在干燥之后可以是部分或完全固化的。可以将该层例如在20℃至200℃，具体地，30℃至150℃，更具体地，40℃至100℃下加热。可以将所得相变组合物在使用之前储存，例如层合和固化，部分固化然后储存，或者层合并完全固化。
热管理电池包装材料还可以包括保护性聚合物层。保护性聚合物层可以为已知用于电池特别是作为电池中的包装材料的任何聚合物。示例性材料包括聚氯乙烯；聚苯乙烯；聚醚砜；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)；苯乙烯-丙烯腈(SAN)；聚酯，例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚偏二氟乙烯(PVDF)；某些硅橡胶；聚酰胺，例如PA6；全氟甲基乙烯基醚；聚烯烃，例如聚丙烯、聚乙烯、或者聚乙烯或聚丙烯的共聚物；和氟化聚烯烃，例如聚四氟乙烯和氟化乙烯-丙烯(FEP)、偏二氟乙烯、四氟乙烯-偏二氟乙烯-六氟丙烯(HFP)；或其组合。可以使用双轴取向的聚酯或聚酰胺。保护性聚合物层可以包括多个层，例如双轴取向的聚酯膜和双轴取向的聚酰胺膜。
在一个实施方案中，保护性聚合物层包含热收缩聚合物。使用热收缩聚合物允许生产更保形的包装。示例性热收缩聚合物包括聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、某些硅橡胶、聚烯烃、以及氟化聚烯烃例如聚四氟乙烯和氟化乙烯-丙烯(FEP)。
在另一个实施方案中，保护性聚合物层包含导热聚合物，即通过添加如上所述的导热填料而提供导热性的聚合物。
其他层可以存在于热管理电池包装材料中，设置在相变层上、电池包装层上、或者相变层与电池包装层之间。可以使用粘合剂、底漆或两者以改善各层之间的粘合。用于各层的底漆和粘合剂是已知的。例如，金属粘合层包含包括酯和酸酐例如富马酸的具有不饱和羧基的接枝改性聚烯烃树脂，例如马来酸、衣康酸、富马酸、马来酸单酯、马来酸二酯、马来酸酐、衣康酸单酯、衣康酸二酯、衣康酸酐、富马酸单酯、富马酸二酯。聚烯烃可以为聚丙烯、超低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物。
图2示意性地示出了具有六个层的示例性袋状热管理电池包装材料(20)。如图2所示，热管理电池包装材料(20)包括设置在相变层(26)上的金属电池包装层(22)、设置在相变层(26)与保护性聚合物层(28)之间的粘合剂层(24)、以及设置在金属电池包装层(22)与内密封剂层(32)之间的粘合剂层(30)。
在一个具体的实施方案中，在热管理电池包装材料中存在金属阻挡层，例如铝；铜；镍；不锈钢；金；或其合金(例如镍-铜、铝-铁、或镍-铬-铁合金)的层。金属阻挡层可以改善电池材料的机械稳定性和耐热性。出于成本、性能和易于制造的原因，铝或铝合金阻挡层是优选的。
如图2所示，可以存在的其他层包括内密封剂层。内密封剂层可以用于保护包装材料的其他层免受电池中使用的电解质或其他腐蚀性材料影响。用于该层的示例性材料包括上述用于包含热收缩聚合物的保护性层的各种聚合物。可以使用基于烯烃的热塑性弹性体(TPO)。在一个实施方案中，内密封剂层可以例如通过引入如上所述的导热填料而是导热的。
热管理电池包装材料的各层的厚度可以根据其预期用途包括电池的类型、其配置和预期的运输和运行条件而变化。
相变层的厚度可以为至少5微米、至少10微米、至少20微米、至少50微米、或至少100微米，并且不大于300微米、不大于500微米、不大于1毫米(mm)、不大于2毫米、或不大于5毫米。
电池包装层具有适合于待包装的电池或电池单元的尺寸和类型的厚度。例如，对于袋状电池单元，电池包装金属层的典型厚度在20微米直至100微米的范围内。小于20微米的厚度可能由于针孔而导致阻挡特性降低，并且在成型期间箔的机械稳定性降低。
保护性聚合物层的厚度可以为至少5微米、至少10微米、至少20微米、至少50微米、或至少100微米，并且不大于400微米、不大于500微米、不大于1毫米、或不大于2毫米、或不大于10mm。例如，保护性聚合物层可以为5微米至10毫米、10微米至2毫米、或20微米至1毫米。
金属阻挡层的厚度可以为至少1微米、至少10微米、至少20微米、至少50微米、或至少100微米，并且不大于200微米、不大于250微米、不大于300微米、不大于400微米、或不大于500微米。
内密封剂层的厚度可以为至少5微米、至少10微米、至少20微米、至少50微米、或至少100微米，并且不大于400微米、不大于500微米、不大于1毫米、或不大于2毫米。例如，内密封剂层可以为5微米至10毫米、10微米至2毫米、或20微米至1毫米。
热管理电池包装材料可以通过使相变层和电池包装层接触来制造。相变层和电池包装层的接触可以通过任何合适的方法来进行。合适的方法的实例包括将相变层涂覆到电池包装层上，将电池包装层涂覆到相变层上，将相变层和电池包装层层合，将相变层和电池包装层共挤出，或者用粘合剂将相变层和电池包装层粘合。可以使各层预形成然后接触，或者可以在接触期间形成一个或更多个层。例如，接触可以通过在具有或不具有中间粘合剂的情况下将相变层和电池包装层层合来进行。或者，可以将相变组合物和电池包装层共挤出以形成热管理电池包装材料。可以将热管理电池包装材料直接共挤出到制品(例如一个或更多个电池单元)的表面上以包装在热管理电池包装材料中，或者包装到用于封闭袋状电池单元的层合体上。
制造热管理电池包装材料的方法还可以包括使相变层的表面与导热材料接触。该表面可以与具有保护性聚合物层的表面相反。导热材料可以为金属。在一个实施方案中，相变层的表面可以至少部分地涂覆有金属阻挡层例如铝阻挡层的涂层。金属阻挡层可以完全地涂覆相变层的表面。可以通过任何合适的方法，例如物理气相沉积、溅射、热蒸镀、化学气相沉积、或其组合来进行将金属例如铝涂覆到相变层上。也可以在具有或不具有粘合剂的情况下将相变层涂覆在预形成的导热层例如铝层上或者层合至预形成的导热层例如铝层。
公开了包括热管理电池包装材料的制品。制品可以包括电池和热管理电池包装材料。制品可以包括电池组件和热管理电池包装材料。例如，电池组件可以为用热管理电池包装材料包装的电池单元。热管理电池包装材料可以形成为适用于纽扣电池单元、棱柱形电池单元、袋状电池单元和圆柱形电池单元。热管理电池包装材料可以用于多种应用，包括电池包装和电子装置。热管理电池包装材料可以用在产生热而损害电池；处理器；和其他运行电路(内存、视频芯片、电信芯片等)的性能的各种各样的电子装置和任何其他装置中。
本文中描述的热管理电池包装材料易于加工，并且可以提供优异的吸热特性以使电池单元发热最小化，特别是在电池的快速充电和放电期间，这可以改善电池电化学性能、寿命和安全性。
提供以下实施例以举例说明本公开内容。实施例仅是说明性的，并且不旨在将根据本公开内容制造的装置限制于其中阐述的材料、条件或工艺参数。
实施例
可以根据ASTM D3418通过差示扫描量热法(DSC)例如使用Perkin Elmer DSC4000或等同物来确定材料的转变温度和转变焓(ΔH)。
实施例1：收缩热管理包装材料
制造了用于包装电池单元的收缩热管理电池包装材料。材料的示意图示于图1中。在该热管理包装材料中，电池包装层(12)为收缩聚氯乙烯(PVC)膜。热吸收材料的相变层是被选择为在期望的相变温度(约42℃)下提供期望的潜热吸收(至少150kJ/kg的熔化热)的相变组合物。在该实施例中，使用HEATSORB热管理材料(包括相变层的多层膜产品，RogersCorporation)以在热管理电池包装材料中提供相变层。电池包装层帮助封装热吸收相变材料。
实施例2：袋状电池单元热管理包装材料
锂离子袋状电池单元包装通常包含铝层合体材料。
在该实施例中，制造了示意性地示于图2的示例性袋状电池单元热管理包装材料。将相变组合物膜附接至铝层合体材料。向标准铝层合体包装材料添加相变组合物膜有助于降低在封闭的电池单元的动态运行期间的温度波动。
实施例3.收缩热管理包装材料的热性能的放电测试
为了检验实施例1的收缩热管理包装材料的热性能，构建了用实施例1层合体包装的样品电池以用于测试。
样品电池通过从市售的圆柱形18650可充电锂离子电池(容量2500mAh，最大放电电流20A，标称电压3.6V)中除去原包装膜，然后将相变组合物的层(37℃相变温度；1.4毫米厚)围绕暴露的电池壳体包裹，然后用PVC热收缩膜包裹而构建。使用加热枪在低于60℃的温度下将热空气吹到热收缩膜的表面，同时缓慢旋转电池，直至热收缩膜收缩到电池单元上。
选择未经改变的市售18650可充电锂离子电池作为对照样品。
放电测试在环境室中在25℃下进行，测试参数如下：
电流：8C(20A)
充电截止：4.2V
放电截止：2.5V。
图3示出了对照电池和用实施例1层合体包装的电池的放电曲线。图3还示出了实施例电池和对照电池随着放电的温度升高。通常，与对照电池相比，实施例电池在任何给定的放电水平下表现出更低的温度。
通过以下非限制性方面进一步说明本公开内容。
方面1：一种热管理电池包装材料，其包括相变层；以及设置在相变层的一侧上的电池包装层，所述相变层包含相变组合物，其中所述相变组合物包含相变材料和聚合物的组合。
方面2：根据方面1所述的热管理电池包装材料，还包括设置在所述相变层的与所述电池包装层相反的一侧上的保护性聚合物层。
方面3：根据方面1或2所述的热管理电池包装材料，其中所述相变层的厚度为5微米至10毫米、10微米至2毫米、或20微米至1毫米。
方面4：根据方面1至3中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述聚合物包括聚氯乙烯、聚醚砜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、硅橡胶、环烯烃聚合物、含氟聚合物、聚缩醛、聚(C1-6烷基)丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚酸酐、聚亚芳基醚、聚亚芳基醚酮、聚亚芳基酮、聚亚芳基硫醚、聚亚芳基砜、聚碳酸酯、聚酯、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚(C1-6烷基)甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酰胺、聚烯烃、聚甲醛、聚硅氧烷、聚苯乙烯、聚硫化物、聚磺酰胺、聚磺酸酯、聚硫酯、聚三嗪、聚脲、热塑性聚氨酯、乙烯基聚合物、醇酸树脂、双马来酰亚胺聚合物、双马来酰亚胺三嗪聚合物、氰酸酯聚合物、苯并环丁烯聚合物、邻苯二甲酸二烯丙酯聚合物、环氧树脂、羟基甲基呋喃聚合物、三聚氰胺-甲醛聚合物、酚类聚合物、苯并
Figure BDA0003335797390000181
嗪聚合物、聚二烯、聚异氰酸酯、聚脲、热固性聚氨酯、有机硅、三烯丙基氰脲酸酯聚合物、三烯丙基异氰脲酸酯聚合物，或其组合；优选地，其中所述聚合物包括聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚砜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟甲基乙烯基醚、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯或聚丙烯的共聚物、聚四氟乙烯、氟化乙烯-丙烯(FEP)、偏二氟乙烯、四氟乙烯-偏二氟乙烯-六氟丙烯(HFP)、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丁二烯、异戊二烯、聚丁二烯-异戊二烯共聚物、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯单体橡胶、天然橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、环烯烃共聚物、聚二环戊二烯橡胶、热塑性聚氨酯、或其组合。
方面5：根据方面1至4中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变材料包括C10至C35烷烃、C10至C35脂肪酸、C10至C55脂肪酸酯、植物油、或其组合；优选地，其中所述相变材料包括C18至28烷烃、C18至28脂肪酸、C18至28脂肪酸酯、或其组合。
方面6：根据方面1至5中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变材料包含未封装的第一相变材料。
方面7：根据方面1至5中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变材料包含封装的第一相变材料。
方面8：根据方面7所述的热管理电池包装材料，所述相变材料还包含未封装的第二相变材料，其中所述第一相变材料和所述第二相变材料可以相同或不同，优选地，其中所述相变材料包含至少80％的封装的第一相变材料。
方面9：根据方面1至8中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变组合物还包含添加剂组合物，其中所述添加剂组合物包含阻燃剂、热稳定剂、抗氧化剂、导热填料、绝热填料、磁性填料、着色剂、或其组合。
方面10：根据方面1至9中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变组合物包含2重量％至40重量％、或4重量％至30重量％、或5重量％至20重量％、或5重量％至15重量％的所述聚合物；40重量％至95重量％、或50重量％至90重量％、或60重量％至85重量％、或75重量％至85重量％的所述相变材料；以及当存在时，高至60重量％、0.1重量％至60重量％、或0.1重量％至40重量％、或0.5重量％至30重量％、或1重量％至20重量％的添加剂组合物；其中各重量％基于所述相变组合物的总重量并且总计为100重量％。
方面11：根据方面1至10中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变组合物的转变温度为5℃至70℃，优选为25℃至65℃，更优选为35℃至60℃，还更优选为30℃至50℃。
方面12：根据方面1至11中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变组合物的根据ASTM D3418通过差示扫描量热法确定的在所述转变温度下的熔化热为至少120焦耳/克、或至少150焦耳/克，优选为至少180焦耳/克，更优选为至少200焦耳/克。
方面13：根据方面1至12中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述电池包装层包含聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚砜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯、硅橡胶、聚酰胺、全氟甲基乙烯基醚、聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯或聚丙烯的共聚物、氟化聚烯烃、聚四氟乙烯、氟化乙烯-丙烯、偏二氟乙烯、四氟乙烯-偏二氟乙烯-六氟丙烯、或其组合。
方面14：根据方面1至13中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述电池包装层包含热收缩聚合物，优选地，所述热收缩聚合物包括聚氯乙烯、聚烯烃、聚偏二氟乙烯、硅橡胶、氟化聚烯烃、聚四氟乙烯、氟化乙烯-丙烯(FEP)、或其组合。
方面15：根据方面1至14中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述聚合物的溶解度参数在未封装的相变材料的溶解度参数的±1、或±0.9、或±0.8、或±0.7、或±0.6、或±0.5、或±0.4、或±0.3以内。
方面16：根据方面1至15中任一项所述的热管理电池包装材料，还包括设置在所述相变层的表面上的导热材料，优选地，其中所述导热材料包括铝，更优选地，其中所述导热材料包括包含铝的层。
方面17：一种制造根据方面1至16中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料的方法，所述方法包括使所述相变层和所述电池包装层接触。
方面18：根据方面17所述的方法，还包括将所述相变材料以及所述聚合物和任选的添加剂合并以形成相变组合物；以及由所述相变组合物形成所述相变层。
方面19：根据方面17或18所述的方法，其中所述接触包括将所述相变层涂覆到所述电池包装层上，将所述电池包装层涂覆到所述相变层上，将所述相变层和所述电池包装层层合，将所述相变层和所述电池包装层共挤出，或者用粘合剂将所述相变层和所述电池包装层粘合。
方面20：根据方面17至19中任一项所述的方法，还包括将所述相变层的与所述电池包装层相反的表面与导热材料接触，优选地，其中所述导热材料包括铝，更优选地，其中所述导热材料包括包含铝的层。
方面21：一种制品，包括电池和根据方面1至16中任一项或更多项所述的或者通过根据方面17至20中任一项或更多项所述的方法制成的热管理电池包装材料。
方面22：一种制品，包括电池组件和根据方面1至16中任一项或更多项所述的或者通过根据方面17至20中任一项或更多项所述的方法制成的热管理电池包装材料。
方面23：根据方面22所述的制品，其中所述电池组件为电池单元。
通常，在此描述的制品和方法可以包括所公开的本文中的任何组件或步骤、由所公开的本文中的任何组件或步骤组成或者基本上由其组成。制品和方法可以另外地或替代地制造或实施为不含对于实现本权利要求的功能或目的不是必需的任何成分、步骤或组件，或者基本上不含对于实现本权利要求的功能或目的不是必需的任何成分、步骤或组件。
除非上下文另外明确指出，否则单数形式包括复数对象。“或”意指“和/或”。除非另有定义，否则本文中使用的技术和科学术语具有与权利要求所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。“组合”包括共混物、混合物、溶液、合金、反应产物等。本文中描述的值包括本领域普通技术人员可接受的因测定具体值产生的误差范围，其将部分取决于所述值如何测量或确定，即，测量系统的限制。涉及相同组分或特性的所有范围的端点包括端点和中间值，并且可独立组合。在可替代地使用的物质的列表中，“其组合”意指组合可以包括列表中的至少一个要素和一个或更多个未列出的类似要素的组合。此外，“至少一者”意指列表单独地包括各要素，以及列表中的两个或更多个要素的组合，以及列表中的至少一个要素和未列出的类似要素的组合。
除非本文另有说明，否则所有测试标准为本申请的申请日之前有效的最新标准，或者，如果要求优先权，则为出现该测试标准的最早优先权申请的申请日之前有效的最新标准。除非另有定义，否则本文中使用的技术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相同的含义。
所有引用的专利、专利申请和其他参考文献通过引用其整体并入本文。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。
虽然本文中根据一些实施方案和代表性实例描述了所公开的主题，但本领域技术人员将认识到可以在不脱离所公开的主题的范围的情况下对其做出各种修改和改进。本领域已知的另外的特征同样可以并入。此外，虽然所公开的主题的一些实施方案的单独的特征可以在本文中而不是在另一些实施方案中讨论，但应明显的是，一些实施方案的单独的特征可以与另一实施方案的一个或更多个特征或者来自多个实施方案的特征组合。

Claims (23)

1.一种热管理电池包装材料，包括：
相变层，所述相变层包含相变组合物，其中所述相变组合物包含相变材料和聚合物的组合；以及
电池包装层，所述电池包装层设置在所述相变层的一侧上。
2.根据权利要求1所述的热管理电池包装材料，还包括：
保护性聚合物层，所述保护性聚合物层设置在所述相变层的与所述电池包装层相反的一侧上。
3.根据权利要求1或2所述的热管理电池包装材料，其中所述相变层的厚度为5微米至10毫米。
4.根据权利要求1至3中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述聚合物包括聚氯乙烯、聚醚砜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈、聚偏二氟乙烯、硅橡胶、环烯烃聚合物、含氟聚合物、聚缩醛、聚(C1-6烷基)丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚酸酐、聚亚芳基醚、聚亚芳基醚酮、聚亚芳基酮、聚亚芳基硫醚、聚亚芳基砜、聚碳酸酯、聚酯、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚(C1-6烷基)甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酰胺、聚烯烃、聚甲醛、聚硅氧烷、聚苯乙烯、聚硫化物、聚磺酰胺、聚磺酸酯、聚硫酯、聚三嗪、聚脲、热塑性聚氨酯、乙烯基聚合物、醇酸树脂、双马来酰亚胺聚合物、双马来酰亚胺三嗪聚合物、氰酸酯聚合物、苯并环丁烯聚合物、邻苯二甲酸二烯丙酯聚合物、环氧树脂、羟基甲基呋喃聚合物、三聚氰胺-甲醛聚合物、酚类聚合物、苯并
Figure FDA0003335797380000011
嗪聚合物、聚二烯、聚异氰酸酯、聚脲、热固性聚氨酯、有机硅、三烯丙基氰脲酸酯聚合物、三烯丙基异氰脲酸酯聚合物、或其组合。
5.根据权利要求1至4中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变材料包括C10至C35烷烃、C10至C35脂肪酸、C10至C55脂肪酸酯、植物油、或其组合。
6.根据权利要求1至5中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变材料包含未封装的第一相变材料。
7.根据权利要求1至5中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变材料包含封装的第一相变材料。
8.根据权利要求7所述的热管理电池包装材料，所述相变材料还包含未封装的第二相变材料，其中所述第一相变材料和所述第二相变材料能够相同或不同，优选地，其中所述相变材料包含至少80％的封装的第一相变材料。
9.根据权利要求1至8中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变组合物还包含添加剂组合物，其中所述添加剂组合物包含阻燃剂、热稳定剂、抗氧化剂、导热填料、绝热填料、磁性填料、着色剂、或其组合。
10.根据权利要求1至9中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变组合物包含：
2重量％至40重量％的所述聚合物；
40重量％至97重量％的所述相变材料；以及
当存在时，最多至60重量％的添加剂组合物，
其中各重量％基于所述相变组合物的总重量并且总计为100重量％。
11.根据权利要求1至10中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变组合物的转变温度为5℃至70℃。
12.根据权利要求1至11中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述相变组合物的根据ASTM D3418通过差示扫描量热法确定的在所述转变温度下的熔化热为至少120焦耳/克。
13.根据权利要求1至12中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述电池包装层包含聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚砜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈、聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯、硅橡胶、聚酰胺、全氟甲基乙烯基醚、聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯或聚丙烯的共聚物、氟化聚烯烃、聚四氟乙烯、氟化乙烯-丙烯、偏二氟乙烯、四氟乙烯-偏二氟乙烯-六氟丙烯、或其组合。
14.根据权利要求1至13中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述电池包装层包含热收缩聚合物。
15.根据权利要求1至14中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料，其中所述聚合物的溶解度参数在所述相变材料的溶解度参数的±1以内。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的热管理电池包装材料，还包括：
导热材料，所述导热材料设置在所述相变层的表面上。
17.一种制造根据权利要求1至16中任一项或更多项所述的热管理电池包装材料的方法，所述方法包括：
使所述相变层和所述电池包装层接触。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
将所述相变材料以及所述聚合物和任选的添加剂合并以形成相变组合物；以及
由所述相变组合物形成所述相变层。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述接触包括将所述相变层涂覆到所述电池包装层上、将所述电池包装层涂覆到所述相变层上、将所述相变层和所述电池包装层层合、将所述相变层和所述电池包装层共挤出、或者用粘合剂将所述相变层和所述电池包装层粘合。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，还包括：
使所述相变层的与所述电池包装层相反的表面与导热材料接触。
21.一种制品，包括电池和根据权利要求1至16中任一项或更多项所述的或者通过根据权利要求17至20中任一项或更多项所述的方法制成的所述热管理电池包装材料。
22.一种制品，包括电池组件和根据权利要求1至16中任一项或更多项所述的或者通过根据权利要求17至20中任一项或更多项所述的方法制成的所述热管理电池包装材料。
23.根据权利要求22所述的制品，其中所述电池组件为电池单元。
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