CN115842197A

CN115842197A - 隔热防护层、箱体、电池和用电装置

Info

Publication number: CN115842197A
Application number: CN202211366510.1A
Authority: CN
Inventors: 柯剑煌; 陈小波; 李耀
Original assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Current assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2023-03-24
Also published as: WO2024093459A1

Abstract

本发明涉及防护材料技术领域，特别涉及一种隔热防护层、箱体、电池和用电装置。本申请的隔热防护层，在电池热失控过程中能避免电池包外包络受热而发生破损，防止热量泄露到外部，产生明火，发生火灾危险。其包括相背对的第一表面和第二表面，第一表面用于面向热源体，轴向导热系数T1小于横向导热系数T2，热源体产生的热量辐射至第一表面，且第一表面的温度小于等于1600℃时，也即热量辐射至第一表面，导致第一表面温度在小于等于1600℃范围，第二表面的温度不超过1200℃。在面对热源体辐射一定的热量时，隔热防护层能有效的阻隔热量，将温度控制在一定范围内，避免第二表面处设置的结构受到较高温度的破坏，产生安全隐患。

Description

隔热防护层、箱体、电池和用电装置

技术领域

本发明涉及防护材料技术领域，特别涉及一种隔热防护层、箱体、电池和用电装置。

背景技术

电池热失控过程中，电池包外包络易因热失控而发生破损，导致热失控气体从破损点直接泄压，从而造成电池包外部起火。现有方案主要使用云母板等材质作为盖体防护，但随着单体电芯能量密度越来越高，电芯热失控所产生的热量逐渐增强，对于能量密度较高的电池产品，云母板已经无法实现有效防护。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种隔热防护层，旨在起到隔热的效果，在电池热失控过程中能避免电池包外包络受热而发生破损，防止热量泄露到外部，产生明火，发生火灾危险。

为实现上述目的，本发明提出的一种隔热防护层，所述隔热防护层包括相背对的第一表面和第二表面，所述第一表面用于面向热源体；

定义所述隔热防护层沿所述第一表面和所述第二表面之间的厚度方向为轴向，与所述厚度的方向相交且呈角度设置的方向为横向；

所述隔热防护层沿所述轴向的轴向导热系数为T1，所述隔热防护层沿所述横向的横向导热系数为T2，则满足：T1＜T2，用以当所述第一表面的温度小于等于1600℃时，所述第二表面的温度不超过1200℃。

可选地，所述T1和T2满足：T2/T1≥2。

在T2/T1≥2的情况下，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。

可选地，所述T1和T2满足：T2/T1≥100。

当T2/T1≥100时，第二表面的温度会低于或等于927℃，以避免第二表面的温度1000℃以上。

可选地，所述T1满足：0.1W/(m*K)≤T1≤50W/(m*K)；

和/或，所述T2满足：100W/(m*K)≤T2≤1500W/(m*K)。

为了实现隔热防护层在横向方向的导热系数大于轴向方向导热系数，则隔热防护层的轴向导热系数T1和横向导热系数T2分别满足：0.1W/(m*K)≤T1≤50W/(m*K)，T2满足：100W/(m*K)≤T2≤1500W/(m*K)。

可选地，所述热源体包括电池组，定义所述电池组的单体电芯能量密度为E，E≤1000，所述T2和所述E满足关系式：T2/E≥0.1，其中，所述T2的单位为W/(m*K)，所述E的单位为Wh/L。

当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，横向导热系数T2与单体电芯能量密度E之间的比值在大于等于0.1的范围下，隔热防护层的第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。

可选地，所述T2和所述E满足关系式：0.1≤T2/E≤2.73。

当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，横向导热系数T2与单体电芯能量密度E之间的比值在大于等于0.1的范围下，隔热防护层的第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃，且横向导热系数T2与单体电芯能量密度E之间的比值在小于等于2.73的范围内，以降低隔热防护层制备的成本。

可选地，所述热源体包括电池组，定义所述电池组的单体电芯能量密度为E，所述E≤550Wh/L，所述T2和所述E满足关系式：1.82≤T2/E≤2.73。

当E≤550Wh/L，热失控产生的热量在1000℃及以内，第一表面的温度小于等于1000℃，横向导热系数T2与单体电芯能量密度E之间的比值在1.82-2.73的范围内，隔热防护层的第一表面的温度小于等于1000℃时，第二表面的温度不超过600℃。

可选地，所述热源体包括电池组，定义所述电池组的单体电芯能量密度为E，定义所述隔热防护层的厚度为D，所述E和所述D满足关系式：D/E≥1.8*10^-3，所述E≤550Wh/L，其中，所述D的单位为mm。

当E≤550Wh/L，热失控产生的热量在1000℃及以内，第一表面的温度小于等于1000℃，E和D满足关系式：D/E≥1.8*10^-3，在第一表面的温度小于等于1000℃时，第二表面的温度不超过700℃。

可选地，所述热源体包括电池组，定义所述电池组的单体电芯能量密度为E，定义所述隔热防护层的厚度为D，D≥2，所述E和所述D满足关系式：D/E≥2.0*10^-3，其中，所述E的单位为Wh/L，所述D的单位为mm。

D≥2，E和D满足关系式：D/E≥2.0*10^-3，则E≤1000Wh/L，当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。

可选地，所述热源体包括电池组，定义所述电池组的单体电芯能量密度为E，定义所述隔热防护层的厚度为D，所述E和所述D满足关系式：D/E≥7.0*10^-3，所述E≤1000。

当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，E和D满足关系式：D/E≥7.0*10^-3，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过600℃。

可选地，所述E和所述D满足关系式：D/E≤5.0*10^-3，其中，所述E的单位为Wh/L，所述D的单位为mm。

1.8*10^-3≤D/E≤5.0*10^-3或2.0*10^-3≤D/E≤5.0*10^-3的情况下，保证隔热防护层的厚度D不至于过厚，此时，隔热防护层不发生破损且不存在设计冗余。

可选地，所述T1、所述T2和所述E满足关系式：(T2/T1)/E≥0.002，其中所述T1和所述T2的单位为W/(m*K)，所述E的单位为Wh/L。

当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，在(T2/T1)/E≥0.002范围，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。

可选地，所述T1、所述T2和所述E满足关系式：0.002≤(T2/T1)/E≤29.091_。

当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，在(T2/T1)/E≥0.002范围，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃，且(T2/T1)/E≤29.091范围，以降低隔热防护层制备的成本，提高性价比。

可选地，所述T1、所述T2和所述E满足关系式：10≤(T2/T1)/E≤29.091，其中，所述T1和所述T2的单位为W/(m*K)。

当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，在10≤(T2/T1)/E≤29.091范围，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过600℃。

可选地，所述T1、所述T2和所述E满足关系式：18≤(T2/T1)/E≤29.091，所述E≤550。

当E≤550Wh/L，热失控产生的热量在1000℃及以内，第一表面的温度小于等于1000℃，在18≤(T2/T1)/E≤29.091范围，第一表面的温度小于等于1000℃时，第二表面的温度不超过600℃。

可选地，所述隔热防护层包括石墨层，所述石墨层的石墨材料呈片状，所述片状的石墨材料定向层状排列。

通过控制石墨片的取向一致性，可以获得沿横向与轴向不同导热系数的第一防护材料。

可选地，所述隔热防护层包括层叠设置的至少两层结构，所述至少两层结构包括第一层结构和第二层结构，所述第一层结构面向所述热源体，所述第二层结构设于所述第一层结构背离所述热源体的一侧，所述第一层结构的导热系数大于所述第二层结构的导热系数。

两层结构的隔热防护层可以理解为，在靠近电池泄压机构方向上使用具有高导热系数材料(第一层结构)，而在远离泄压机构方向上使用具有低导热系数材料(第二层结构)。最终复合而成的材料既具有靠近泄压机构侧的高横向导热系数，又具备低的轴向导热系数。

可选地，所述隔热防护层还包括第三层结构，所述第三层结构设于所述第一层结构背离所述第二层结构的一侧，所述第三层结构面向所述热源体，第一层结构的导热系数大于所述第三层结构的导热系数。

使用三层设计，第二层结构与第三层结构为低导热系数材料，中间层(第一层结构)为高导热系数材料，将经过第三层隔热的热量通过第一层快速向四周散热，最终再经过第二层材料隔热，确保到达第二层结构中心的温度足够低。

可选地，所述第一层结构的轴向导热系数大于所述第二层结构的轴向导热系数，所述第一层结构的轴向导热系数大于所述第三层结构的轴向导热系数。

使第一层结构的轴向导热系数大于所述第二层结构的轴向导热系数，使得热量通过第一层结构传递至第二层结构时，第二层结构在轴向方向上具有热损失，使第二层结构背离第一层结构的一侧的温度不会过高。第一层结构的轴向导热系数大于所述第三层结构的轴向导热系数，使热量通过第三层结构到达第一层结构后，将经过第三层隔热的热量通过第一层快速向四周散热，最终再经过第二层材料隔热，确保到达第二层结构中心的温度足够低。

可选地，所述第一层结构的材质为铜、镍、钢或铝，所述第二层结构为石墨层，所述石墨层的石墨材料呈片状，所述片状的石墨材料定向层状排列。

铜、镍、钢或铝的导热系数较高，将其作为第一层结构能快速将热量散走。石墨层具有较低的轴向导热系数T1，作为第二层结构，能使热量在第一层结构快速散热的过程中，热量快速损失，待热量传递至第二层结构时，第二层结构的温度降低。

可选地，所述第一层结构的材质为铜、镍、钢或铝，所述第二层结构和所述第三层结构为石墨层，所述石墨层的石墨材料呈片状，所述片状的石墨材料定向层状排列。

石墨层具有较低的轴向导热系数T1和较高的横向导热系数T2，作为第三层结构，能使热量在横向快速散热的过程中，热量快速损失，待热量传递至第一层结构时，第一层结构的温度降低，同时，第一层结构的材质为铜、镍、钢或铝，具有较高的导热系数，用以快速散热，使热量到达第二层结构时，第二层结构为石墨层，再进一步使热量在横向快速散热的过程中，热量快速损失，待热量传递至第二表面的温度不超过1200℃。

本申请提供一种箱体，用于承载电器装置，所述箱体的内表面设有所述的隔热防护层。

通过设置有隔热防护层的箱体承载电器装置，在电器装置热失控情况下，且第一表面的温度小于等于1600℃时，所述第二表面的温度不超过1200℃，隔热防护层能有效的阻隔热量，将温度控制在一定范围内，避免第二表面产生较高的温度，使第二表面处设置的结构受到较高温度的破坏，产生安全隐患。

本申请提供一种电池，所述电池包括所述的箱体和设于所述箱体内的电池组，所述电池组上设有电池泄压机构，所述隔热防护层于所述电池组上的投影覆盖所述电池泄压机构的部位。

通过设置有隔热防护层的箱体装载电池组，旨在起到隔热的效果，在电池热失控过程中能避免电池包外包络受热而发生破损，防止热量泄露到外部，产生明火，发生火灾危险。

可选地，所述隔热防护层的面积大于所述电池泄压机构的面积。

发生热失控时，电池泄压机构处喷射的热气是呈扇形，隔热防护层的面积大于电池泄压机构的面积，使隔热防护层能有效覆盖热气流。

本申请提供一种用电装置，所述用电装置包括所述的电池。

由于上述电池具有隔热防护层进行防护，其安全性提升，采用上述电池的用电装置，安全性得到保障。

本申请的隔热防护层，旨在起到隔热的效果，在电池热失控过程中能避免电池包外包络受热而发生破损，防止热量泄露到外部，产生明火，发生火灾危险。隔热防护层包括相背对的第一表面和第二表面，第一表面用于面向热源体，定义隔热防护层沿第一表面和第二表面之间的厚度方向为轴向，与厚度的方向相交且呈角度设置的方向为横向，隔热防护层沿轴向的轴向导热系数为T1，隔热防护层沿横向的横向导热系数为T2，则满足：T1＜T2，热源体产生的热量辐射至第一表面，当第一表面在面向热源体，且第一表面的温度小于等于1600℃时，也即，热量辐射至第一表面，导致第一表面温度在小于等于1600℃范围，第二表面的温度不超过1200℃。如此，在面对热源体辐射一定的热量时，隔热防护层能有效的阻隔热量，将温度控制在一定范围内，避免第二表面产生较高的温度，使第二表面处设置的结构受到较高温度的破坏，产生安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明隔热防护层一实施例的结构示意图；

图2为本发明隔热防护层另一实施例的结构示意图；

图3为电池的分解结构示意图；

图4为图3中A处的放大结构示意图；

图5为图3中电池的俯视图；

图6为图5中A-A截面结构示意图；

图7为图6中B处的放大结构示意图；

图8为隔热防护层一实施例中第一表面和第二表面温度测试的示意图；

图9为隔热防护层另一实施例中第一表面和第二表面温度测试的示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	隔热防护层	13	第三层结构
10a	第二表面	20	箱体
				10b	第一表面	30	盖体
11	第一层结构	40	电池组
				12	第二层结构	41	电池泄压机构

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本领域中所提到的电池按是否可充电可以分为一次性电池和可充电电池。目前常见的可充电电池的类型有：铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。锂离子电池目前广泛应用于纯电动车及混合动力车，用于这种用途的锂离子电池的容量相对略低，但有较大的输出、充电电流，也有较长的使用寿命，但成本较高。

本申请实施例中所描述的电池是指可充电电池。下文中将主要以锂离子电池为例来描述本申请公开的实施例。应当理解的是，本申请公开的实施例对于其他任意适当类型的可充电电池都是适用的。本申请中公开的实施例所提到的电池可以直接或者间接应用于适当的装置中来为该装置供电。

本申请公开的实施例中所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供预定的电压和容量的单一的物理模块。电池单体是电池中的基本单元，一般按封装的方式可以分为：柱形电池单体、长方体电池单体和软包电池单体。下文中将主要围绕长方体电池单体来展开。应当理解的是，下文中所描述的实施例在某些方面对于柱形电池单体或软包电池单体而言也是适用的。

电池单体包括正极极片、负极极片、电解液和隔离膜。锂离子电池单体主要依靠锂离子在正极极片和负极极片之间的移动来工作。柱形电池单体中三层材料的薄膜结构被卷绕成柱形形状的电极组件，而在长方体电池单体中薄膜结构被卷绕或者叠置成具有大致长方体形状的电极组件。

在通常的电池单体结构中，电池单体包括外壳、电极组件和电解液。电极组件被容纳在电池单体的外壳中，电极组件包括正极极片、负极极片和隔离膜。外壳包括外壳和端盖。外壳包括由多个壁形成的容纳腔以及开口。端盖布置在开口处以封闭容纳腔。除了电极组件之外，容纳腔中还容纳有电解液。电极组件中的正极极片和负极极片包括极耳。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。极耳通过连接构件与位于电池单体外部的电极端子电连接，电极端子一般包括正电极端子和负电极端子。对长方体电池单体而言，电极端子一般设置在端盖部分。多个电池单体经由电极端子而被串联和/或并联在一起以应用于各种应用场合。

在一些诸如电动车辆等的大功率应用场合，电池的应用包括三个层次：电池单体、电池模块和电池。电池模块是为了从外部冲击、热、振动等中保护电池单体，将一定数目的电池单体电连接在一起并放入一个框架中而形成的。电池则指的是装入电动车辆的电池系统的最终状态。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体一般由盖体和箱壳组成。

箱体的边框上或箱壳中部设置有多个用于与车辆主体连接的挂载点，为提高车辆主体与电池连接的稳定性，多在挂载点设置挂载部。

在一些电池生产加工技术中，首先将多个电池单体先整合为电池模块，然后将电池模块封装于电池的箱体中，形成电池包/电池箱。

常用的电池模块一般包括两块端板，两块端板之间排布有多个电池单体。设置有电池模块输出极的端板又称输出极端板，未设置电池模块输出极的端板又称非输出极端板。

电池包内可封装一排多个电池模块，也可封装多排多个电池模块，多排多个电池模块的排列方式可以是双排多列、多排双列、多排多列等。以封装双排多列电池模块的电池包为例，每一列第一个端板一般为头部输出极端板，两排电池模块间相邻的两块端板为中部非输出极端板，每一列最后一个端板为尾部非输出极端板，头部输出极端板和其中一个中部非输出极端板属于第一排电池模块，其中一个中部非输出极端板和尾部输出极端板属于第二排电池模块。

电池模块封装入电池的箱体需要依托工装才可实现，工装上一般设置有夹持电池模块的夹持机构，如夹爪、吸盘等。当采用设置夹爪的工装封装电池模块时，一般会在端板背离电池单体一侧设置与夹爪适配的夹爪槽，以供夹爪插入实现对电池模块的夹持与转运。

电池技术的发展要同时考虑多方面的设计因素，例如，能量密度、循环寿命、放电容量、充放电倍率等性能参数，另外，还需要考虑电池的生产成本以及加工工艺，以提高电池的质量以及生产效率。

如图3所示，电池一般包括箱体和设置在箱体内的电池组，电池组包括至少一个电池单体，箱体包括盖体，盖体一般由钢制材料、铝制材料或耐温的聚合物材料组成，构成电池的外包络结构。一般情况下，锂电池在充电过程中，由于其内部的化学反应会放出气体，使得锂电池内部气压升高。由于锂电池能量密度高，当锂电池内部气压过高时，极易引起锂电池的起火爆炸，因此当锂电池内部气压达到一定值时就必须要进行排气泄压。

为此，电池组上会设有电池泄压机构，电池运行的正常情况下，通过电池压机构排气是一个循环往复的过程，在排气过程中电池正常运行，此时，排气所携带的热量温度并不高，一般情况下不会大于100℃，而箱体的盖体能承受100℃的温度，此时箱体并不会发生破损。

但当电池出现热失控时，热失控产生的热量会有成百上千度，此时，在一些情况下，盖体可能抵抗不了高温，从而出现盖体破损的情况，盖体的破损处为热失控的热量传递提供热量传输通道，使热量扩散到箱体外，产生明火，容易导致火灾发生。

为了避免在电池热失控过程中电池包外包络受热而发生破损，防止热量泄露到外部，产生明火，发生火灾危险。

本申请提供一种隔热防护层10，隔热防护层10包括相背对的第一表面10b和第二表面10a，第一表面10b用于面向热源体，定义隔热防护层10沿第一表面10b和第二表面10a之间的厚度方向为轴向，与厚度的方向相交且呈角度设置的方向为横向，隔热防护层沿轴向的轴向导热系数为T1，隔热防护层沿横向的横向导热系数为T2，则满足：T1＜T2，用以当第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。

热源体，是指能产生热量的设备，例如，电器件，包括电池组，电池组包括至少一个电池单体，电池单体发生热失控时会产生热量。

相背对的第一表面和第二表面，是指，例如，以一个正方体结构为例，其具有上、下、左、右、前、后六个表面，相背对的第一表面和第二表面可以是上表面和下表面，也可以是左表面和右表面，还可以是前表面和后表面，也即，第一表面朝向的方向是第二表面朝向方向的相反面。

隔热防护层沿第一表面和第二表面之间的厚度方向为轴向，与厚度的方向相交且呈角度设置的方向为横向，指的是，隔热防护层沿第一表面和第二表面之间形成有一定的厚度，定义厚度的方向为轴向，与轴向相交且呈角度设置的方向为横向，例如，垂直相交于厚度的方向为横向，当然，横向相交于轴向不一定是垂直相交，也即，横向与轴向相交的角度不一定是直角，横向与轴向相交的角度可以是钝角或锐角。优选的情况下，横向垂直于轴向，例如，以电池为例，电池泄压机构处于一平面上，隔热防护层平铺设置在电池泄压机构上方，第一表面和电池泄压机构相对设置，第一表面和第二表面之间具有一定厚度，厚度方向为轴向，垂直于轴向的方向为横向。

为了提高隔热防护层的隔热效果，使在隔热防护层中，热量能快速从第一表面散发出去，也即，热量沿横向快速散热，同时，热量从第一表面沿第二表面传导的过程中受阻，也即，热量沿轴向传热较慢，则，定义隔热防护层沿轴向的轴向导热系数为T1，隔热防护层沿横向的横向导热系数为T2，则满足：T1＜T2。如此，在横向方向的导热系数大于轴向方向导热系数的情况下，使热量快速从第一表面散发出去，待热量传递到第二表面时热量损失，使第二表面温度在预设范围以内。

在电池中，耐温的盖体一般由钢制材料、铝制材料组成，构成电池的外包络结构。钢制材料的熔点大约在1500℃左右，铝制材料的熔点大约在660℃左右，第二表面温度的预设范围为小于等于1200℃时，钢制、铝制的盖体不会受热破损。

第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃，指的是当第一表面在面向热源体，且第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。

特别是，在电池中，针对由不同的单体电芯能量密度E构成的电池，发生热失控时，热失控的温度会随单体电芯能量密度E的不同而不同，例如，当单体电芯能量密度E≤1000Wh/L时，热失控的温度在1600℃及以下，此时，将隔热防护层应用在电池中，当第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃，能有效防止电池外包络破损。

如图1所示，一种隔热防护层10，具有相背对的第一表面10b和第二表面10a。

第一表面用于面向热源体，指的是热源体位于第一表面的一侧，热源体产生的热量可以最先直接辐射到第一表面，例如，假设隔热防护层的结构类似于正方体结构，第一表面是下表面，第二表面是上表面，则热源体位于下表面的下方，此时，当热源体产生热量的时候，热量最先辐射到第一表面，然后通过第一表面逐渐辐射到第二表面。

在轴向导热系数T1和横向导热系数T2满足：T1＜T2的情况下，且第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。指的是在热源体辐射的温度在1600℃以内时，通过第一表面逐渐辐射到第二表面的温度出现会衰减，使得第二表面的温度不超过1200℃。

本申请的隔热防护层，旨在起到隔热的效果，在电池热失控过程中能避免电池包外包络受热而发生破损，防止热量泄露到外部，产生明火，发生火灾危险。隔热防护层包括相背对的第一表面和第二表面，第一表面用于面向热源体，隔热防护层的轴向导热系数T1小于横向导热系数T2，热源体产生的热量辐射至第一表面，当第一表面在面向热源体，且第一表面的温度小于等于1600℃时，也即，热量辐射至第一表面，导致第一表面温度在小于等于1600℃范围，第二表面的温度不超过1200℃。如此，在面对热源体辐射一定的热量时，隔热防护层能有效的阻隔热量，将温度控制在一定范围内，避免第二表面产生较高的温度，使第二表面处设置的结构受到较高温度的破坏，产生安全隐患。

在电池中，当前，盖体一般由钢制材料、铝制材料或耐温的聚合物材料组成，构成电池的外包络结构。钢制材料的熔点大约在1500℃左右，铝制材料的熔点大约在660℃左右，聚合物材料的熔点在600℃以下。不同的单体电芯能量密度E在热失控时会产生不同的热量，例如，单体电芯能量密度E为550Wh/L时，热失控产生的热量大约在750℃-1000℃左右，单体电芯能量密度E为750Wh/L时，热失控产生的热量大约在1200℃-1500℃左右，单体电芯能量密度E为1000Wh/L时，热失控产生的热量大约在1600℃左右。

现有方案主要使用云母板等材质作为防护体来防护上盖，但随着单体电芯能量密度E越来越高，电芯热失控所产生的热冲击逐渐增强，对于能量密度高于700Wh/L的产品，云母板已经无法实现有效防护。当电池热失控时，容易发生云母板破坏，云母板背面温度迅速上升，甚至发生上盖破损。

由于单体电芯能量密度E在750Wh/L及其以上时，发生热失控的情况下，现有的方案中，钢制材料和铝制材料已经不能被有效防护，为此，有必要使用本申请的隔热防护层，通过隔热防护层的隔热作用，使热量通过隔热防护层后到达盖体的温度不至于过高，避免对盖体产生破坏，引起更严重的风险。

使用本申请的隔热防护层，隔热防护层的轴向导热系数T1小于横向导热系数T2，第一表面在面向热源体，且第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。则确保了钢制盖体的使用可能性，确保电池包不会在电池泄压机构正对位置发生穿孔而导致从穿孔位置直接发生明火。

进一步地，T1和T2满足：T2/T1≥2。

从下表2的数据可以看到，在T2/T1≥2的情况下，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。可以理解的是，单体电芯能量密度E为1000Wh/L时，热失控产生的热量大约在1600℃左右，则第一表面的温度等于1600℃时，第二表面的温度为1167℃，则当第一表面的温度小于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。

进一步地，T1和T2满足：T2/T1≥100。

从下表2的数据可以看到，当T2/T1≥100时，第二表面的温度会低于927℃，为了避免第二表面的温度1000℃以上，采用T2/T1≥100的方案。

进一步地，T1满足：0.1W/(m*K)≤T1≤50W/(m*K)；和/或，T2满足：100W/(m*K)≤T2≤1500W/(m*K)。

使轴向导热系数T1数值较小，导热慢，T1满足：0.1W/(m*K)≤T1≤50W/(m*K)，例如，T1可以是0.1W/(m*K)、0.5W/(m*K)、10W/(m*K)、20W/(m*K)、30W/(m*K)、40W/(m*K)、50W/(m*K)，具体不作限定。

使横向导热系数T2数值较大，导热快，T2满足：100W/(m*K)≤T2≤1500W/(m*K)，T2可以是100W/(m*K)、200W/(m*K)、300W/(m*K)、400W/(m*K)、500W/(m*K)、600W/(m*K)、700W/(m*K)、800W/(m*K)、900W/(m*K)、1000W/(m*K)、1500W/(m*K)，具体不作限定。

进一步地，热源体包括电池组，定义电池组的单体电芯能量密度为E，E≤1000，T2和E满足关系式：T2/E≥0.1，其中，T2的单位为W/(m*K)，E的单位为Wh/L。

能量密度是指在单位一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。

电芯是一个电池系统的最小单元。M个电芯组成一个模组，N个模组组成一个电池包，这是电池的基本结构。

单体电芯能量密度，顾名思义是单个电芯级别的能量密度。

单体电芯能量密度E不同在热失控产生的热量就不同，为了使隔热防护层在面对一定的单体电芯能量密度E的情况下，具有隔热防护的效果，如下表1所示，通过实验验证，当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，横向导热系数T2与单体电芯能量密度E之间的比值在大于等于0.1的范围下，隔热防护层的第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。

进一步地，热源体包括电池组，定义电池组的单体电芯能量密度为E，E≤1000，T2和E满足关系式：0.1≤T2/E≤2.73，其中，T2的单位为W/(m*K)，E的单位为Wh/L。

单体电芯能量密度E不同在热失控产生的热量就不同，为了使隔热防护层在面对一定的单体电芯能量密度E的情况下，具有隔热防护的效果，如下表1所示，通过实验验证，当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，横向导热系数T2与单体电芯能量密度E之间的比值在大于等于0.1的范围下，隔热防护层的第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。且横向导热系数T2与单体电芯能量密度E之间的比值在小于等于2.73的范围内，以降低隔热防护层制备的成本。因此，在E≤1000，T2和E满足关系式：0.1≤T2/E≤2.73。

进一步地，热源体包括电池组，定义电池组的单体电芯能量密度为E，E≤550Wh/L，T2和E满足关系式：1.82≤T2/E≤2.73。

如下表1所示，通过实验验证，当E≤550Wh/L，热失控产生的热量在1000℃及以内，第一表面的温度小于等于1000℃，T2和E满足关系式：1.82≤T2/E≤2.73，其中，T2的单位为W/(m*K)，E的单位为Wh/L。也即，横向导热系数T2与单体电芯能量密度E之间的比值在1.82-2.73的范围内，隔热防护层的第一表面的温度小于等于1000℃时，第二表面的温度不超过600℃。

当第一表面在面向热源体，且第一表面的温度小于等于1000℃时，第二表面的温度不超过600℃，方便使用铝制材料作为盖体。

考虑到现有技术中，在高电芯能量密度E的电池中，常用钢制材料和铝制材料作为盖体，钢制材料的熔点大约在1500℃左右，铝制材料的熔点大约在660℃左右，为了实现铝制材料的应用广泛性，本申请的隔热防护层具有更进一步的隔热效果，在第一表面在面向电池时，电池发生热失控，热失控产生的热量使第一表面的温度小于等于1000℃时，第二表面的温度不超过600℃。如此，在较高温度的情况下，也能使用铝制材料作为盖体。

可以理解的是，第二表面的温度为第二表面中心部位的温度。

第二表面中心部位指的是区别于第二表面边缘的部位。

一般情况下，导热介质的边缘与空气接触，散热效果要好一些，而，导热介质的中心部位的散热较慢，导致导热介质的中心部位的温度要高于其他部位的温度，基于此，只要隔热防护层第二表面中心的温度低于1200℃以下，那么，隔热防护层第二表面的整体温度都是低于1200℃以下。

进一步地，热源体包括电池组，定义电池组的单体电芯能量密度为E，定义隔热防护层的厚度为D，E和D满足关系式：D/E≥1.8*10^-3，E≤550Wh/L其中，E的单位为Wh/L，D的单位为mm。

隔热防护层的厚度为D，是指第一表面与第二表面之间的距离。

随着单体电芯能量密度E上升，当电芯发生热失控时，电芯内部在短时间内发生的链式反应更加剧烈，对应电芯热失控后温度越高，所需隔热防护层厚度越大。当电芯单体能量密度E足够高时，电芯热失控温度较高，隔热防护层厚度D有最小值以保证绝缘层防护效果，故D/E存在最小值；当电芯单体能量密度E足够低时，电芯热失控温度较低，隔热防护层厚度D有最大值以兼容热失控防护要求的同时具有经济性，防止设计冗余，故D/E存在最大值。

下表3所示，通过实验验证，当E≤550Wh/L，热失控产生的热量在1000℃及以内，第一表面的温度小于等于1000℃，E和D满足关系式：D/E≥1.8*10^-3，其中，E的单位为Wh/L，D的单位为mm，第一表面的温度小于等于1000℃时，第二表面的温度不超过700℃。

进一步地，热源体包括电池组，定义电池组的单体电芯能量密度为E，定义隔热防护层的厚度为D，D≥2，E和D满足关系式：D/E≥2.0*10^-3，其中，E的单位为Wh/L，D的单位为mm。

下表3所示，通过实验验证，D≥2，E和D满足关系式：D/E≥2.0*10^-3，则E≤1000Wh/L，当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。

进一步地，热源体包括电池组，定义电池组的单体电芯能量密度为E，定义隔热防护层的厚度为D，E和D满足关系式：D/E≥7.0*10^-3，E≤1000。

当第一表面在面向热源体，且第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过600℃。如此，在较高温度的情况下，也能使用铝制材料作为盖体。

考虑到现有技术中，在高电芯能量密度E的电池中，常用钢制材料和铝制材料作为盖体，钢制材料的熔点大约在1500℃左右，铝制材料的熔点大约在660℃左右，为了实现铝制材料的应用广泛性，本申请的隔热防护层具有更进一步的隔热效果，在第一表面在面向电池时，电池发生热失控，热失控产生的热量使第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过600℃，如此，在较高温度的情况下，也能使用铝制材料作为盖体。

如下表3所示，通过实验验证，当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，E和D满足关系式：D/E≥7.0*10^-3，其中，E的单位为Wh/L，D的单位为mm，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过600℃。

进一步地，E和D满足关系式：D/E≤5.0*10^-3，其中，E的单位为Wh/L，D的单位为mm。

也即，1.8*10^-3≤D/E≤5.0*10^-3或2.0*10^-3≤D/E≤5.0*10^-3的情况下，保证隔热防护层的厚度D不至于过厚，此时，隔热防护层不发生破损且不存在设计冗余。

进一步地，T1、T2和E满足关系式：(T2/T1)/E≥0.002，其中T1和T2的单位为W/(m*K)，E的单位为Wh/L。

随单体电芯能量密度E增大，电池热失控后产生的热冲击更加剧烈，热冲击温度更高，此时需要有更高的T2/T1值设计的隔热防护层，在实现沿横向快速导热，降低热冲击中心区域热量的同时，减少沿轴向的热量传递，使隔热防护层第二表面中心温度更低。当单体电芯能量密度E处于极大值(热失控温度使第一表面的温度达到1600℃)时，T2/T1存在极限制，以确保热冲击的热量能够通过隔热防护层快速导走，同时降低轴向的传热量，确保隔热防护层第二表面温度不过高，保证盖体结构完整性；当单体电芯能量密度E处于极小值时，隔热防护层沿横向的导热系数T2/T1存在极限值，在确保横向快速导热功能要求的同时，减少隔热防护层成本，一般T2/T1差值越大，意味着需要控制更高的材料各向异性，制作隔热防护层的成本越高。

如下表2所示，通过实验验证，当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，在(T2/T1)/E≥0.002范围，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。

进一步地，T1、T2和E满足关系式：0.002≤(T2/T1)/E≤29.091，其中T1和T2的单位为W/(m*K)，E的单位为Wh/L。

如下表2所示，通过实验验证，当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，根据不同的单体电芯能量密度E要求，单体电芯能量密度E、隔热防护层沿横向导热系数T2与沿轴向导热系数T1的比值T2/T1，满足如下要求：

0.002≤(T2/T1)/E≤29.091，其中T1和T2的单位为W/(m*K)，E的单位为Wh/L。在该范围内，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。例如，(T2/T1)/E可以是0.002、0.010、0.030、0.050、0.080、0.10、0.50、0.80、1.0、3.0、5.0、8.0、10、15、20、25、29，具体不作限定。且(T2/T1)/E≤29.091范围，以降低隔热防护层制备的成本，提高性价比。

进一步地，T1、T2和E满足关系式：10≤(T2/T1)/E≤29.091，其中T1和T2的单位为W/(m*K)，E的单位为Wh/L。

如下表2所示，通过实验验证，当E≤1000Wh/L，热失控产生的热量在1600℃及以内，第一表面的温度小于等于1600℃，10≤(T2/T1)/E≤29.091，其中T1和T2的单位为W/(m*K)，E的单位为Wh/L，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过600℃。

进一步地，T1、T2和E满足关系式：18≤(T2/T1)/E≤29.091，E≤550。

如下表2所示，通过实验验证，当E≤550Wh/L，热失控产生的热量在1000℃及以内，第一表面的温度小于等于1000℃，18≤(T2/T1)/E≤29.091，其中T1和T2的单位为W/(m*K)，E的单位为Wh/L，第一表面的温度小于等于1000℃时，第二表面的温度不超过600℃

进一步地，隔热防护层包括石墨层，石墨层的石墨材料呈片状，片状的石墨材料定向层状排列。

隔热防护层可以是单层，由单一材料制成，也可以是多层构成的复合材料。

通过单一材质实现沿横向及沿轴向导热系数存在各项异性，如片层石墨，因石墨材质的结构特性，使得沿石墨基面方向上的导热系数理论上可以达到2000W/(m*K)，而垂直于基面方向上的导热系数理论上仅可达到6W/(m*K)，通过控制石墨片的取向一致性，可以获得沿横向与轴向不同导热系数的第一防护材料。

进一步地，隔热防护层包括层叠设置的至少两层结构，至少两层结构包括第一层结构和第二层结构，第一层结构面向热源体，第二层结构设于第一层结构背离热源体的一侧，第一层结构的导热系数大于第二层结构的导热系数。

第一层结构和第二层结构可以是不同的材料。通过两种及以上材料复合实现沿横向的高导热系数及沿轴向的低导热系数。

同时依靠两层结构材料具有两种材料的特性，可以形成具备设计要求的隔热防护层。比如靠近电池泄压机构的第一层结构具有熔点较高但强度较低的特性，而远离电池泄压机构的第二层结构具有熔点较低，但是强度更高的特性，在确保隔热防护层不发生熔穿的前提下，通过隔热防护层的第二层结构提高其整体结构强度。

进一步地，第一层结构的轴向导热系数大于第二层结构的轴向导热系数。

使第一层结构的轴向导热系数大于第二层结构的轴向导热系数，使得热量通过第一层结构传递至第二层结构时，第二层结构在轴向方向上具有热损失，使第二层结构背离第一层结构的一侧的温度不会过高。

例如，两层结构的隔热防护层可以理解为，在靠近电池泄压机构方向上使用具有高导热系数材料(第一层结构)，而在远离泄压机构方向上使用具有低导热系数材料(第二层结构)。最终复合而成的材料既具有靠近泄压机构侧的高横向导热系数，又具备低的轴向导热系数。例如，两层结构的隔热防护层包括石墨复合金属铜(轴向导热系数T1为48W/(m*K)、横向导热系数T2为587W/(m*K))、石墨复合金属镍(轴向导热系数T1为28W/(m*K)、横向导热系数T2为512W/(m*K))、石墨复合金属钢(轴向导热系数T1为34W/(m*K)、横向导热系数T2为525W/(m*K))或石墨复合金属铝(轴向导热系数T1为48W/(m*K)、横向导热系数T2为568W/(m*K))。

进一步地，隔热防护层还包括第三层结构，第三层结构设于第一层结构背离第二层结构的一侧，第三层结构面向热源体，第一层结构的导热系数大于第三层结构的导热系数。

进一步地，第一层结构的轴向导热系数大于第三层结构的轴向导热系数。

第一层结构的轴向导热系数大于第三层结构的轴向导热系数，使热量通过第三层结构到达第一层结构后，将经过第三层隔热的热量通过第一层快速向四周散热，最终再经过第二层材料隔热，确保到达第二层结构中心的温度足够低。

如图2所示，一种隔热防护层10，具有第一层结构11、第二层结构12、第三层结构13，第一层结构11位于第二层结构12和第三层结构13之间，第一表面10b位于第三层结构13，第二表面10a位于第二层结构1。

进一步地，第一层结构的材质为铜、镍、钢或铝，第二层结构为石墨层，石墨层的石墨材料呈片状，片状的石墨材料定向层状排列。

进一步地，第一层结构的材质为铜、镍、钢或铝，第二层结构和第三层结构为石墨层，石墨层的石墨材料呈片状，片状的石墨材料定向层状排列。

同理，石墨层具有较低的轴向导热系数T1和较高的横向导热系数T2，作为第三层结构，能使热量在横向快速散热的过程中，热量快速损失，待热量传递至第一层结构时，第一层结构的温度降低，同时，第一层结构的材质为铜、镍、钢或铝，具有较高的导热系数，用以快速散热，使热量到达第二层结构时，第二层结构为石墨层，再进一步使热量在横向快速散热的过程中，热量快速损失，待热量传递至第二表面的温度不超过1200℃。

进一步地，本申请还提供一种箱体，用于承载电器装置，箱体的内表面设有隔热防护层。由于隔热防护采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

其中，隔热防护层设于箱体内表面的位置具体不作限定，可以是部分内表面设置有隔热防护层，也可以是全部内表面均设有隔热防护层，且如何设置，设置的位置具体不作限定，可根据实际需要进行选择。

如图3所示，一种用于装载电池组40的箱体20，箱体20于开口处设有盖体30，盖体30内表面设有隔热防护层10，隔热防护层10正对于箱体20内电池组40上的电池泄压机构41，以使电池组40热失控产生的热量直接冲击隔热防护层10，在面对热冲击的热量使隔热防护层的第一表面温度小于等于1600℃时，隔热防护层能有效的阻隔热量，将温度控制在一定范围内，避免第二表面产生较高的温度，使第二表面处设置的盖体结构受到较高温度的破坏，产生安全隐患。

进一步地，本申请还提供一种电池，电池包括箱体和设于箱体内的电池组，电池组上设有电池泄压机构，隔热防护层于电池组上的投影覆盖电池泄压机构的部位。由于箱体采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

如图3至图7所示，电池包括箱体20和设于箱体20内的电池组40，箱体20作为承载体，用来承载电池组40，电池组40上设有电池泄压机构41，隔热防护层10于电池组40上的投影覆盖电池泄压机构41的部位。

在发生热失控过程中，热量最初从电池泄压机构41处排泄出来，电池泄压机构41处所对应的的盖体30部位最易受到温度影响，因此，隔热防护层10于电池组40上的投影覆盖电池泄压机构41的部位，在发生热失控时，保护箱体不发生破损。

进一步地，隔热防护层的面积大于电池泄压机构的面积。

发生热失控时，电池泄压机构处喷射的热气是呈扇形，隔热防护层的面积大于电池泄压机构的面积，使隔热防护层能有效覆盖热气流，隔热防护层的面积大小依据电池泄压机构的面积大小，以及两者之间的间距进行设计，具体根据需要进行考虑，不作限定。

本申请提供一种用电装置，用电装置包括上述电池。由于电池采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

由于上述电池具有隔热防护层进行防护，其安全性提升，采用上述电池的用电装置，安全性得到保障，该用电装置的具体类型不做限定，可以是需要用电的任何设备，例如，可以是汽车、轮船等。

实施例

隔热防护层应用在电池的箱体中，以验证在电池热失控情况下隔热防护层对箱体的防护效果。

提供同一种电池，电池包括箱体及电池组，箱体的材质为钢制材料，电池组由多个电池单体连接构成。电池具备电池泄压机构，电池泄压机构在电池内部气压/温度达到阈值时开启。在电池泄压机构正对箱体位置内表面设计有隔热防护层，也即，在盖体内表面设置隔热防护层，隔热防护层的轴向导热系数T1小于横向导热系数T2。

热导系数参照ASTM D5470或者ISO-22007-2标准方法进行测试，能量密度E为电池固有特性，通过电池的电量/体积获得。参照GB38031-2020热失控方法对电池单体进行触发，进行热失控条件下的实验测试。

假设电池轴向方向为垂直于电池泄压机构的方向，以下简称为“轴向”，与电池轴向方向相垂直的方向为“横向”。假设隔热防护层沿轴向导热系数为T1，沿横向的导热系数为T2。

如表1所示，为实施例1-实施例9以及对比例1-对比例6的实验数据。

在其他条件不变的情况下，调整横向的导热系数T2、单体电芯能量密度E参数，测试热失控条件下，箱体的功能是否正常，也即箱体是否被熔破。

如下表1数据所示，根据不同的电池能量密度E要求，隔热防护层沿横向的导热系数T2满足如下要求：

T2/E≥0.1，其中，所述T2的单位为W/(m*K)，所述E的单位为Wh/L。在该范围内，热失控条件下，箱体的功能是正常，也即箱体未熔破。

且，在满足0.1≤T2/E≤2.73时，其中，T2的单位为W/(m*K)，E的单位为Wh/L，减少隔热防护层成本。随电池能量密度E增大，电池热失控后产生的热冲击更加剧烈，热冲击温度更高，此时需要有更高的横向导热系数T2以加快热量沿横向传热，降低隔热防护层第二表面热冲击中心点温度。当能量密度E处于极大值(热失控温度使第一表面的温度达到1600℃)时，隔热防护层沿横向的导热系数T2存在极限值，以确保热冲击的热量能够通过隔热防护层快速导走，降低轴向的传热量，确保隔热防护层第二表面温度不过高，保证箱体结构完整性；当能量密度E处于极小值时，隔热防护层沿横向的导热系数T2存在极大值，在确保横向快速导热功能要求的同时，减少隔热防护层成本(一般导热系数越高，制作隔热防护层的成本越高)。

如下表1为实际实验结果，对比例1-对比例3为T2/E值小于下限值，此时T2过小，热冲击能量无法快速通过横向进行导热，导致隔热防护层第二表面温度过高，隔热防护层或箱体发生熔破。对比例4-对比例6为T2/E值大于上限值，此时T2过大，隔热防护层第二表面温度已经远小于常规箱体材料的熔点(钢：-1500℃，铝：-660℃)，属于过设计状态，所需成本过高，性价比不足。优选的，T2/E存在优选范围0.1-2.73，此时箱体不因过高温度而导致发红，减少外部烟气被点燃的可能性。

如实施例9、对比例4-对比例6所示，T2和E满足关系式：1.82≤T2/E≤2.73，E为550Wh/L时，第一表面的温度小于等于1000℃时，第二表面的温度不超过600℃。考虑到现有技术中，在高电芯能量密度E的电池中，常用钢制材料和铝制材料作为盖体，钢制材料的熔点大约在1500℃左右，铝制材料的熔点大约在660℃左右，为了实现铝制材料的应用广泛性，本申请的隔热防护层具有更进一步的隔热效果，在第一表面在面向电池时，电池发生热失控，热失控产生的热量使第一表面的温度小于等于1000℃时，第二表面的温度不超过600℃。如此，在较高温度的情况下，也能使用铝制材料作为盖体。

表1实验数据表

如表2所示，为实施例10-实施例18以及对比例7-对比例12的实验数据。

在其他条件不变的情况下，调整横向的导热系数T2、轴向的导热系数T1、单体电芯能量密度E参数，测试热失控条件下，箱体的功能是否正常，也即箱体是否被熔破。

如表2所示，要求隔热防护层轴向的导热系数T1<横向导热系数T2，以确保电池的热冲击热量可以快速沿横向散热，大幅减少中心点位置的热量，同时，由于轴向的导热系数较小，中心点沿轴向的传热较慢，从而降低隔热防护层第二表面中心的温度，减少箱体因高温冲破的风险。一般情况下，轴向导热系数T1和横向导热系数T2的差异越大，则越有助于实现隔热防护层隔热的效果。一般T2/T1差值越大，意味着需要控制更高的材料各向异性，制作隔热防护层的成本越高。

如表2所示，根据不同的电池能量密度E要求，隔热防护层沿横向导热系数T2与沿轴向导热系数T1的比值T2/T1，满足如下要求：

(T2/T1)/E≥0.002，其中T1和T2的单位为W/(m*K)，E的单位为Wh/L。在此范围内，热失控条件下，箱体的功能是正常，也即箱体未熔破。

且，在满足0.002≤(T2/T1)/E≤29.091时，其中T1和T2的单位为W/(m*K)，E的单位为Wh/L。在此范围内，热失控条件下，箱体的功能是正常，也即箱体未熔破，且避免制作隔热防护层的成本较高，提高性价比。

随电池能量密度E增大，电池热失控后产生的热冲击更加剧烈，热冲击温度更高，此时需要有更高的T2/T1值设计的隔热防护层，在实现沿横向快速导热，降低热冲击中心区域热量的同时，减少沿轴向的热量传递，使隔热防护层第二表面中心温度更低。当能量密度E处于极大值(热失控温度使第一表面的温度达到1600℃)时，T2/T1存在极限值，以确保热冲击的热量能够通过隔热防护层快速导走，同时降低轴向的传热量，确保隔热防护层第二表面温度不过高，保证箱体结构完整性；当能量密度E处于极小值时，隔热防护层沿横向的导热系数T2/T1存在极限值，在确保横向快速导热功能要求的同时，减少隔热防护层成本(一般T2/T1差值越大，意味着需要控制更高的材料各向异性，制作隔热防护层的成本越高)。

如下为实际实验结果，对比例7-对比例9为T2/T1值小于下限值，此时T2过小，热冲击能量无法快速通过横向进行导热，导致隔热防护层第二表面温度过高，隔热防护层或箱体发生熔破。对比例10-对比例12为T2/T1值大于上限值，此时T2过大，隔热防护层第二表面温度已经远小于常规箱体材料熔点(钢：-1500℃，铝：-660℃)，属于过设计状态，所需成本过高，性价比不足。

如表2所示，优选的，(T2/T1)/E存在优选范围0.002-29.091，此时箱体不因过高温度而导致发红，减少外部烟气被点燃的可能性。

如下表2所示，从实施例18、对比例10-对比例12数据分析可知，在18≤(T2/T1)/E≤29.091，E＝550Wh/L(E＝550Wh/L，热失控的温度在1000℃及以下)，第一表面的温度小于等于1000℃时，第二表面的温度不超过600℃。在此条件下可使用铝制材料作为盖体。

表2实验数据表

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如表3所示，为实施例19-实施例27以及对比例13-对比例18的实验数据。

在其他条件不变的情况下，调整隔热防护层厚度D、单体电芯能量密度E参数，测试热失控条件下，箱体的功能是否正常，也即箱体是否被熔破。

如表3所示，随着单体电芯能量密度E上升，当电芯发生热失控时，电芯内部在短时间内发生的链式反应更加剧烈，对应电芯热失控后温度越高，所需隔热防护层厚度越大。当电芯单体能量密度(E)足够高时，电芯热失控温度较高，隔热防护层厚度D有最小值以保证隔热防护层防护效果，故D/E存在最小值；当电芯单体能量密度E足够低时，电芯热失控温度较低，隔热防护层厚度D有最大值以兼容热失控防护要求的同时具有经济性，防止设计冗余，故D/E存在最大值。

如表3所示，根据实验结果，从实施例19-实施例21分析可知，满足D/E≥1.8*10^-3，E＝550Wh/L(E＝550Wh/L，热失控的温度在1000℃及以下)，第一表面的温度小于等于1000℃时，第二表面的温度不超过1200℃。

如表3所示，根据实验结果，从实施例22-实施例27、对比例17和对比例18分析可知，D≥2，E和D满足关系式：D/E≥2.0*10^-3，E＝700Wh/L或，E＝1000Wh/L(E＝550Wh/L，E＝1000Wh/L，热失控的温度在1600℃及以下)，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过1200℃。

如表3所示，根据实验结果，从对比例17和对比例18分析可知，D/E≥7.0*10^-3，E＝1000Wh/L(E＝1000Wh/L，热失控的温度在1600℃及以下)，第一表面的温度小于等于1600℃时，第二表面的温度不超过600℃。

如表3所示，根据实验结果，E和D满足关系式：D/E≤5.0*10^-3。

此时隔热防护层不被冲穿且不存在设计冗余。

表3实验数据表

实施例28

隔热防护层为石墨层，由石墨片组成，石墨层的石墨材料呈片状，片状的石墨材料定向层状排列。通过石墨片层材料实现沿横向及沿轴向导热系数存在各项异性。

实验中，电池的单体电芯能量密度E为750Wh/L，隔热防护层的厚度D为2.5mm，轴向导热系数T1为15W/(m*K)，横向导热系数T2为687W/(m*K)，箱体采用0.7mm钣金上盖，热导系数参照ASTM D5470或者ISO-22007-2标准方法进行测试，参照GB38031-2020热失控方法对电池单体进行触发，如下图8所示，检测到电芯泄压机构出口温度为1410℃，也即，第一表面的温度为1410℃，而经隔热防护层阻隔，隔热防护层第二表面温度仅868℃，且测试后确认隔热防护层未发生破损。

实施例29

通过两种材料复合实现沿横向的高导热系数及沿轴向的低导热系数。

隔热防护层包括第一层结构(金属镍材质)和第二层结构(石墨层)。

实验中，电池的单体电芯能量密度E为使用750Wh/L电池单体，隔热防护层厚度D为2.5mm(其中石墨层1.5mm，金属镍层1.0mm)，轴向导热系数T1为28W/(m*K)，横向导热系数T2为512W/(m*K)，箱体为0.7mm钣金上盖，热导系数参照ASTM D5470或者ISO-22007-2标准方法进行测试，参照GB38031-2020热失控方法对电池单体进行触发，如下图9所示，测到电芯泄压机构出口温度为1315℃，也即，第一表面的温度为1315℃，而经隔热防护层阻隔，钣金上盖背面中心温度仅为932℃，且测试后确认隔热防护层未发生破损。

其中，复合方式为石墨层通过耐高温结构胶或制备过程中将前驱体提前涂敷在金属基材表面，经过高温石墨化过程中将片层石墨沉积在金属基材表面。

上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种隔热防护层，其特征在于，所述隔热防护层(10)包括相背对的第一表面(10b)和第二表面(10a)，所述第一表面用于面向热源体；

2.如权利要求1所述的隔热防护层，其特征在于，所述T1和T2满足：T2/T1≥2。

3.如权利要求2所述的隔热防护层，其特征在于，所述T1和T2满足：T2/T1≥100。

4.如权利要求1所述的隔热防护层，其特征在于，

所述T1满足：0.1W/(m*K)≤T1≤50W/(m*K)；

和/或，所述T2满足：100W/(m*K)≤T2≤1500W/(m*K)。

5.如权利要求1至4中任一项所述的隔热防护层，其特征在于，所述热源体包括电池组，定义所述电池组的单体电芯能量密度为E，E≤1000，所述T2和所述E满足关系式：T2/E≥0.1，其中，所述T2的单位为W/(m*K)，所述E的单位为Wh/L。

6.如权利要求5所述的隔热防护层，其特征在于，所述T2和所述E满足关系式：0.1≤T2/E≤2.73。

7.如权利要求6所述的隔热防护层，其特征在于，所述热源体包括电池组，定义所述电池组的单体电芯能量密度为E，所述E≤550，所述T2和所述E满足关系式：1.82≤T2/E≤2.73。

8.如权利要求1至5中任一项所述的隔热防护层，其特征在于，所述热源体包括电池组，定义所述电池组的单体电芯能量密度为E，定义所述隔热防护层的厚度为D，所述E和所述D满足关系式：D/E≥1.8*10^-3，所述E≤550，其中，所述E的单位为Wh/L，所述D的单位为mm。

9.如权利要求1至5中任一项所述的隔热防护层，其特征在于，所述热源体包括电池组，定义所述电池组的单体电芯能量密度为E，定义所述隔热防护层的厚度为D，D≥2，所述E和所述D满足关系式：D/E≥2.0*10^-3，其中，所述E的单位为Wh/L，所述D的单位为mm。

10.如权利要求9所述的隔热防护层，其特征在于，所述热源体包括电池组，定义所述电池组的单体电芯能量密度为E，定义所述隔热防护层的厚度为D，所述E和所述D满足关系式：D/E≥7.0*10^-3，所述E≤1000。

11.如权利要求8或9所述的隔热防护层，其特征在于，所述E和所述D满足关系式：D/E≤5.0*10^-3，其中，所述E的单位为Wh/L，所述D的单位为mm。

12.如权利要求1至5中任一项所述的隔热防护层，其特征在于，所述T1、所述T2和所述E满足关系式：(T2/T1)/E≥0.002，其中所述T1和所述T2的单位为W/(m*K)，所述E的单位为Wh/L。

13.如权利要求12所述的隔热防护层，其特征在于，所述T1、所述T2和所述E满足关系式：0.002≤(T2/T1)/E≤29.091_。

14.如权利要求13所述的隔热防护层，其特征在于，所述T1、所述T2和所述E满足关系式：10≤(T2/T1)/E≤29.091。

15.如权利要求13所述的隔热防护层，其特征在于，所述T1、所述T2和所述E满足关系式：18≤(T2/T1)/E≤29.091，所述E≤550。

16.如权利要求1至15中任一项所述的隔热防护层，其特征在于，所述隔热防护层包括石墨层，所述石墨层的石墨材料呈片状，所述片状的石墨材料定向层状排列。

17.如权利要求1至15中任一项所述的隔热防护层，其特征在于，所述隔热防护层包括层叠设置的至少两层结构，所述至少两层结构包括第一层结构和第二层结构，所述第一层结构面向所述热源体，所述第二层结构设于所述第一层结构背离所述热源体的一侧，所述第一层结构的导热系数大于所述第二层结构的导热系数。

18.如权利要求17所述的隔热防护层，其特征在于，所述隔热防护层还包括第三层结构，所述第三层结构设于所述第一层结构背离所述第二层结构的一侧，所述第三层结构面向所述热源体，所述第一层结构的导热系数大于所述第三层结构的导热系数。

19.如权利要求18所述的隔热防护层，其特征在于，所述第一层结构的轴向导热系数大于所述第二层结构的轴向导热系数，所述第一层结构的轴向导热系数大于所述第三层结构的轴向导热系数。

20.如权利要求17所述的隔热防护层，其特征在于，所述第一层结构的材质为铜、镍、钢或铝，所述第二层结构为石墨层，所述石墨层的石墨材料呈片状，所述片状的石墨材料定向层状排列。

21.如权利要求18所述的隔热防护层，其特征在于，所述第一层结构的材质为铜、镍、钢或铝，所述第二层结构和所述第三层结构为石墨层，所述石墨层的石墨材料呈片状，所述片状的石墨材料定向层状排列。

22.一种箱体，用于承载电器装置，其特征在于，所述箱体的内表面设有如权利要求1至21中任一项所述的隔热防护层。

23.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求22所述的箱体和设于所述箱体内的电池组，所述电池组上设有电池泄压机构，所述隔热防护层于所述电池组上的投影覆盖所述电池泄压机构的部位。

24.如权利要求23所述的电池，其特征在于，所述隔热防护层的面积大于所述电池泄压机构的面积。

25.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括权利要求23或24所述的电池。