CN116710276A - 绝热多层片、制造方法和使用其的制品 - Google Patents
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Abstract
用于防止热失控的绝热多层片包括：无孔弹性体屏障层，所述无孔弹性体屏障层具有第一表面和相反的第二表面；设置在所述屏障层的第一表面上的柔性泡沫层；以及阻燃组分，其中所述阻燃组分分布于所述柔性泡沫层内，接触所述柔性泡沫层的表面，或者既分布于所述柔性泡沫层内又接触所述柔性泡沫层的表面。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年1月15日提交的美国申请第63/137,838号的权益，其通过引用整体并入本文。
背景技术
本申请涉及用于电池中的绝热多层片，特别是用于延迟或防止电池中的热失控的绝热多层片。本申请还涉及用于制造绝热多层片的方法，以及包括所述绝热多层片的电池组件和电池。
由于诸如电动交通工具和电网储能系统的应用以及诸如电动自行车、不间断电源电池系统和用于铅酸电池的替代物的其他多个电池单体的电池应用的增长，对诸如锂离子电池的电化学储能装置的需求不断增长。由于其使用的增加，期望用于热管理的方法。对于大规格应用例如电网存储和电动交通工具，经常使用以串联和并联阵列连接的多个电化学单电池(cell)，这可能导致热失控。一旦单电池处于热失控模式，由单电池产生的热可能引起相邻单电池中的热失控传播反应，有可能导致可以点燃整个电池的级联效应。
虽然已经考虑了减少电池中的热失控的尝试，但是许多具有缺点。例如，已经考虑了通过添加阻燃添加剂对电解质进行改性或者使用固有地不易燃的电解质，但是这些方法可能负面地影响锂离子单电池的电化学性能。用于热管理或者防止级联热失控的其他方法包括在单电池或单电池组之间并入增加量的绝缘，以减少热事件期间的热传递量。然而，这些方法可能限制可以实现的能量密度的上限。
随着对具有改善的热管理或降低的热失控风险的电池的需求增加，相应地需要用于电池的防止或延迟热量、能量或二者向周围单电池扩散的方法和组件。
发明内容
在一个方面中，用于防止热失控的绝热多层片包括：无孔弹性体屏障层，所述屏障层具有第一表面和相反的第二表面；设置在屏障层的第一表面上的柔性泡沫层；以及阻燃组分，其中阻燃组分分布于柔性泡沫层内，接触柔性泡沫层的表面，或者既分布于柔性泡沫层内又接触柔性泡沫层的表面。
还描述了包括上述绝热多层片的电化学单电池、未连接阵列和电池。
上述特征和另外的特征通过以下附图、详细描述、实施例和权利要求来例示。
附图说明
以下为附图的简要说明，出于举例说明本文中所公开的示例性实施方案的目的而不是出于限制本文中所公开的示例性实施方案的目的而呈现附图。
图1A为具有粘附至袋状单电池的外部的绝热多层片的袋状单电池的示意图；图1B为电化学单电池和绝热多层片的另一个方面的示意图；
图2为位于两个单电池之间的绝热多层片的一个方面的图示；
图3为位于两个单电池之间的绝热多层片的一个方面的图示；
图4为位于单电池阵列之间的绝热多层片的一个方面的图示；
图5为包括绝热多层片的电池的一个方面的图示；
图6为分布于柔性泡沫层内的阻燃组分的一个方面的示意性截面图示；
图7为用于热板测试的装置的示意图；以及
图8为示出实施例1至3的模拟热失控测试结果的温度(℃)相对于时间(分钟(min))的图。
具体实施方式
防止电池特别是包括大量电化学单电池的电池中的热失控是难题，由于与经历热失控的单电池相邻的单电池可以从事件中吸收足够的能量以使其升高高于其设计的工作温度，从而引起相邻单电池也进入热失控。引发的热失控事件的这种传播可能导致连锁反应，其中由于单电池点燃相邻的单电池，因此单电池进入一系列级联的热失控。为了防止这样的级联热失控事件发生，可以使用绝热多层片。然而，在非常薄的多层片(例如，总厚度为30毫米(mm)或更小、或20mm或更小、或15mm或更小、或10mm或更小、或8mm或更小、或6mm或更小的片)中实现有效的热失控特性特别困难。越来越期望薄的多层片以减小制品尺寸和重量，并节约材料。
用于防止电池中的热失控的绝热多层片包括：无孔弹性体屏障层，所述无孔弹性体屏障层具有第一表面和相反的第二表面；设置在屏障层的第一表面上的柔性泡沫层；以及阻燃组分，其中所述阻燃组分分布于柔性泡沫层内，接触柔性泡沫层的表面，或者既分布于柔性泡沫层内又接触柔性泡沫层的表面。已经出乎意料地发现，使用具有低水蒸气透过的固体无孔弹性体屏障层在制造非常薄(即，30mm或更小、或20mm或更小、或15mm或更小、或10mm或更小、或8mm或更小、或6mm或更小)并且具有良好的绝热特性的多层片方面尤其有用。绝热多层片可以具有另外的有利特性，例如良好的抗穿刺性。绝热多层片可以经受多次加热和冷却循环，并且仍提供良好的绝热。绝热多层片还可以为电化学单电池和电池提供压力管理。由绝热多层片提供的热屏障可以用于电池中的各个位置以防止热失控。绝热多层片还可以改善电池的抗燃性。
绝热多层片可以具有：0.01瓦/米开尔文(W/m*K)至0.09W/m*K的在23℃下的热导率；0.2mm至30mm、或0.2mm至20mm、或0.2mm至15mm、或0.2mm至10mm、或0.5mm至10mm、或0.5mm至8mm、或1mm至6mm的厚度；或者6磅/立方英尺(lb/ft3)至30lb/ft3(96千克/立方米(kg/m3)至481kg/m3)、10lb/ft3至25lb/ft3(160kg/m3至400kg/m3)、或15lb/ft3至20lb/ft3(240kg/m3至320kg/m3)的密度；或其组合。
如图1所示，绝热多层片100可以直接放置在预成型单电池的外表面上或者粘附至预成型单电池的外表面，例如放置在袋状单电池200的外表面上。如所示的，将无孔弹性体屏障层10设置在袋状单电池200上，将柔性泡沫层22设置在无孔弹性体屏障层10上，以及阻燃组分为接触柔性泡沫层22的表面的阻燃层24。优选地，弹性体屏障层10不是简单地遵循泡沫的轮廓粘附至泡沫表面的涂层，而是具有足以提供光滑外表面的厚度。
在如图1所示的一个方面中，阻燃层24接触柔性泡沫层22的外表面。替代地，或者除此之外，阻燃层可以接触柔性泡沫层内的孔的内表面。例如，可以将阻燃层24涂覆在柔性泡沫层22的表面上。这样的涂覆可能导致孔被阻燃层填充(即，完全浸渍)或部分涂覆。优选用有效地保持空孔体积的量的阻燃组分涂覆孔的内表面，以便提供压力管理。在一个方面中，一部分孔可以被阻燃层完全填充。在另一个方面中，阻燃层接触仅一部分孔的内表面，例如与阻燃层24相邻的一部分孔。在上述方面中，阻燃层可以为连续的或不连续的。优选地，阻燃层为连续的，并且至少存在于柔性泡沫层22的外表面上。
绝热多层片100可以通过粘合剂层附接至袋状单电池200。此外，如图1A中所示，将粘合剂层30设置在袋状单电池与无孔弹性体屏障层10之间。在一个方面中，不存在粘合剂，并且可以将柔性泡沫层直接设置在单电池例如袋状单电池200上。任选地，可以在各单独层之间设置一个或更多个粘合剂层。可以存在多个粘合剂层。下面将进一步详细描述这些层中的每一者。
不受理论束缚，认为由于不同的机制协同工作而提供优异的结果。首先，柔性泡沫层和阻燃层中的每一者均为热传导提供了屏障。由于阻燃层的热容量和由阻燃层产生的水蒸气的热量，热量被进一步吸收。然而，水蒸气的产生导致通过柔性泡沫层的热对流增加。无孔弹性体屏障层阻挡了水蒸气和热气体，从而为绝热多层片提供了改善的耐热性。特别地，无孔弹性体屏障层约束了在绝热多层片的经加热的表面上产生的水蒸气。
在一个方面中，可以存在多于一个无孔弹性体屏障层、柔性泡沫层或阻燃层。例如，图1B示出了直接设置在第一柔性泡沫层22a上的第一阻燃层24a，第一柔性泡沫层22a设置在无孔弹性体屏障层10上。与第一柔性泡沫层22a和第一阻燃层24a相反，将另外的第二阻燃层24b设置在第二柔性泡沫层22b上，第二柔性泡沫层22b设置在无孔弹性体屏障层10上。将绝热多层片102设置在单电池202上。各柔性泡沫层和各阻燃层可以相同或不同。同样，一个或更多个粘合剂层可以存在于各层之间或者层与电化学单电池之间。如在另一些方面中，一个或更多个粘合剂层可以存在于任何两层之间或者层与电化学单电池之间。
图2示出了绝热多层片在多单电池布置1000中的定位的非限制性实例。图3示出了绝热多层片在多单电池布置2000中的定位的非限制性实例，以及图4示出了绝热多层片在多单电池布置3000中的定位的非限制性实例。图2和图3示出了绝热多层片100可以位于第一单电池300与第二单电池400之间。图2示出了绝热多层片100可以为与单电池300、400的高度和宽度大致相同的尺寸。图3示出了绝热多层片100可以小于各自的单电池300、400。
图4示出了多单电池布置3000可以包括多于两个单电池(例如300、400)，其中绝热多层片100位于各自的单电池300、400之间。单电池可以为锂离子单电池，特别是袋状单电池。
在一个方面中，在制造单电池期间，可以在单电池上/单电池中设置二至十个绝热多层片。例如，可以将二至十个绝热多层片设置在例如面向电极的内部或者面向电池的外侧的外部上。例如，可以将二至十个绝热多层片设置在袋状单电池上(粘合剂面向外)或者粘附至袋状单电池，或者既设置在袋状单电池上(粘合剂面向外)又粘附至袋状单电池。在一个方面中，如图5中所示，绝热多层片100可以在电池4000中提供压力管理或热管理。例如，电池4000可以在壳体或单电池载体600内包括复数个未连接阵列500。如本文中所使用的，短语“未连接阵列”是指未连接至电池端部的单电池的组。可以将绝热多层片100放置于未连接阵列中的各个单电池之间。可以将绝热多层片100放置、粘附、或其组合在电池4000中的未连接阵列500、其一部分或者未连接阵列的选定单电池的侧面的顶部、之间、下方、相邻、或其组合。可以将绝热多层片100放置、粘附、或其组合在电池4000、各单电池或未连接阵列的一部分、或者单电池或未连接阵列的选定组的下方。在侧面(其包括正面或背面)中的一者或更多者上放置或粘附也是可以的。同样，可以将绝热多层片100放置、粘附、或其组合在一个或更多个侧面的一部分或全部上。
在一个方面中，电池包括容纳一个或更多个单电池或未连接阵列的电池壳体。可以将绝热多层片放置在电池中的各个单电池或未连接阵列之间。可以将绝热多层片放置在电池中的单电池或未连接阵列、其一部分、或者电池中的单电池或未连接阵列的选定组的侧面的顶部、之间、下方、相邻、或其组合。例如，在没有暴露的粘合剂的情况下，可以将绝热多层片放置或粘附至复数个袋状单电池、压力管理垫、冷却板、或其他内部电池组件。电池的组装压力可以将堆叠的组件固定就位。
绝热多层片可以用于包括未连接阵列(即复数个电化学单电池)的电池。单电池包括棱柱形单电池、袋状单电池、圆柱形单电池等。
接下来将描述绝热多层片100的各个层和组件。
无孔弹性体屏障层
无孔弹性体屏障层被配置成延迟或防止热失控，特别是在非常薄的多层结构中。无孔弹性体屏障层包含弹性体，所述弹性体具有：小于20g-mm/m2/天、或小于10g-mm/m2/天、或小于5g-mm/m2/天的各自在25℃和1个大气压下测量的对水的渗透系数；或者0.5兆帕至15兆帕的根据ASTM 412在21℃下测量的100％伸长率下的拉伸应力；或其组合。无孔弹性体屏障层的厚度可以为0.25mm至1mm或0.4mm至0.8mm。
无孔弹性体屏障层可以包含疏水的弹性体材料，以防止水或水蒸气透过。例如，弹性体屏障层可以包含热塑性弹性体(thermoplastic elastomer，TPE)，条件是其具有优选的疏水性(缺乏水或水蒸气透过)。TPE的类别包括苯乙烯嵌段共聚物(TPS或TPE-s)、(TPO或TPE-o)、热塑性硫化橡胶(TPV或TPE-v)、热塑性聚氨酯、热塑性共聚酯(TPC或TPE-E)、热塑性聚酰胺(TPA或TPE-A)等等。
可以优选的疏水性(缺乏水或水蒸气透过)的弹性体材料的具体实例包括：丙烯酸类橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、共聚酯、表氯醇橡胶、乙烯-丙烯酸类橡胶、乙烯-丁基丙烯酸类橡胶、乙烯-二烯橡胶(EPR)例如乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯单体橡胶(EPDM)、乙烯-乙酸乙烯酯、含氟弹性体、全氟弹性体、聚酰胺、聚丁二烯、聚氯丁二烯、聚烯烃橡胶、聚异戊二烯、聚硫橡胶、天然橡胶、丁腈橡胶、低密度聚乙烯、聚丙烯、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、硅橡胶、氟硅橡胶、苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-异戊二烯、乙烯基橡胶、或其组合。在一个方面中，屏障层包含乙烯-丙烯-二烯单体橡胶、聚氯丁二烯、或其组合。
柔性泡沫层
柔性泡沫层提供压力管理，并且可以为允许单电池膨胀的低密度、多孔材料。柔性泡沫层还可以具有良好的耐压缩永久变形性和极小的应力松弛，优选小于10％压缩和大于50％的力保持。柔性泡沫层可以为导热的。例如，柔性泡沫层可以具有低热导率(Tc)，例如在23℃下0.01W/m*K至0.5W/m*K、或在23℃下0.01W/m*K至0.09W/m*K的Tc。柔性泡沫层可以为聚合物泡沫或柔性气凝胶。
在一个方面中，各柔性泡沫层独立地具有0.2磅/平方英寸(psi)至125psi(1千帕(kPa)至862kPa)、或0.25psi至20psi(1.7kPa至138kPa)、或0.5psi至10psi(3.4kPa至68.90.5kPa)的各自在25％挠度下并且根据ASTM D3574-17确定的压缩负荷变形(compression force deflection)；0％至15％、或0％至10％、或0％至5％的根据ASTM D3574-95测试D在70℃下确定的压缩永久变形(compression set)；或者5lb/ft3至65lb/ft3(80kg/m3至1,041kg/m3)、或6lb/ft3至20lb/ft3(96kg/m3至320kg/m3)、或8lb/ft3至15lb/ft3(128kg/m3至240kg/m3)的密度。
各柔性泡沫层可以独立地具有0.1mm至5mm、1mm至3mm、或1.5mm至2.5mm的厚度。各柔性泡沫层可以独立地为有机硅、聚氨酯、气凝胶、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)、或其组合。示例性柔性泡沫层可以包括聚合物泡沫例如聚氨酯泡沫或有机硅泡沫，或者弹性体聚合物例如乙酸乙烯酯(EVA)、热塑性弹性体(TPE)、EPM(乙烯-丙烯橡胶)或EPDM(乙烯-丙烯-二烯单体)橡胶。例如，柔性泡沫层可以包括例如在宽的温度范围内具有可靠的耐压缩永久变形性(c-set)和应力松弛性能的聚氨酯泡沫或/>有机硅泡沫。
如本文所使用的，“泡沫”是指具有永久性例如热固性、多孔结构的材料。与刚性相反，泡沫是柔性的。用于柔性泡沫层的示例性泡沫具有：低于65lb/ft3(1,041kg/m3)、优选小于或等于55lb/ft3(881kg/m3)、更优选小于或等于25lb/ft3(400kg/m3)的密度；基于泡沫的总体积，至少5％至99％、优选大于或等于30％的空隙体积含量；或其组合。在一个方面中，泡沫的密度为5lb/ft3至30lb/ft3(80kg/m3至481kg/m3)。
用作泡沫的聚合物可以为各种热塑性塑料、热塑性塑料的共混物或热固性树脂中的一者或更多者。可以使用的热塑性塑料的实例包括聚缩醛、聚丙烯酸类、苯乙烯-丙烯腈、聚烯烃、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、酯例如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺(例如尼龙6、尼龙6,6、尼龙6,10、尼龙6,12、尼龙11或尼龙12)、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯(polyarylates)、聚氨酯、乙烯丙烯橡胶(EPR)、聚芳砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚砜、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、聚氯三氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮等。
可以用于聚合物泡沫的热塑性聚合物的共混物的实例包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/尼龙、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚氯乙烯、聚苯醚/聚苯乙烯、聚苯醚/尼龙、聚砜/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯/热塑性聚氨酯、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯、热塑性弹性体合金、聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯、苯乙烯-马来酸酐/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚醚醚酮/聚醚砜、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚乙烯/尼龙、聚乙烯/聚缩醛、乙烯丙烯橡胶(EPR)等、或其组合。
可以用于聚合物泡沫的聚合物热固性树脂的实例包括聚氨酯、环氧树脂、酚醛塑料、聚酯、聚酰胺、有机硅等，或其组合。可以使用热固性树脂的共混物以及热塑性树脂与热固性树脂的共混物。
还可以使用包含聚硅氧烷聚合物的有机硅泡沫。在一个方面中，有机硅泡沫作为水与聚硅氧烷聚合物前体组合物中的氢化物基团之间的反应以及随后释放出氢气的结果而生产。该反应可以由贵金属优选铂催化剂催化。在一个方面中，聚硅氧烷聚合物具有100泊至1,000,000泊的在25℃下的粘度，并且具有链取代基例如氢化物、甲基、乙基、丙基、乙烯基、苯基和三氟丙基。聚硅氧烷聚合物上的端基可以为氢化物、羟基、乙烯基、乙烯基二有机甲硅烷氧基、烷氧基、酰氧基、烯丙基、肟基、氨氧基、异丙烯氧基、环氧基、巯基、或其他反应性端基。有机硅泡沫还可以通过使用各自具有不同分子量(例如，双峰或三峰分子量分布)的数种聚硅氧烷聚合物来生产，只要组合的粘度在规定值内即可。还可以具有数种具有不同官能团或反应性基团的聚硅氧烷基础聚合物，以产生期望的泡沫。在一个方面中，聚硅氧烷聚合物包含每摩尔水0.2摩尔的氢化物(Si--H)基团。
根据所使用的聚硅氧烷聚合物的化学性质，可以使用催化剂例如铂或含铂催化剂来催化发泡反应和固化反应。可以将催化剂沉积在惰性载体例如硅胶、氧化铝或炭黑上。在一个方面中，使用了可以为以下的非负载型催化剂：氯铂酸、其六水合物形式、其碱金属盐、及其与有机衍生物的配合物。
可以将某些气凝胶用作柔性泡沫层。气凝胶为具有大于50体积百分比(体积％)，更优选大于90体积％的孔隙率的包括相互连接的纳米结构网络的开孔固体基体。气凝胶可以通过用气体取代凝胶中的液体组分，或者通过将湿凝胶干燥(例如通过进行超临界干燥)而从凝胶中得到。示例性气凝胶包括：聚合物气凝胶，例如聚(乙烯醇)气凝胶、聚脲气凝胶、聚氨酯气凝胶、聚酰亚胺气凝胶、间苯二酚-甲醛聚合物气凝胶、聚异氰酸酯气凝胶、环氧树脂气凝胶和聚丙烯酰胺气凝胶；多糖气凝胶，包括甲壳素气凝胶和壳聚糖气凝胶；以及无机气凝胶，例如碳(例如石墨烯)气凝胶、陶瓷气凝胶(例如，氮化硼气凝胶)以及金属氧化物气凝胶和类金属氧化物气凝胶(例如，氧化铝气凝胶、氧化钒气凝胶和二氧化硅气凝胶)。可以使用上述材料的组合，例如通过有机二异氰酸酯交联的二氧化硅气凝胶。
气凝胶可以具有0.2psi至150psi(1.4kPa至1,034kPa)、优选2psi至25psi(13.8kPa至172kPa)的各自在25％挠度下根据ASTM D3574-17确定的压缩负荷变形。气凝胶的密度可以为1lb/ft3至20lb/ft3(16kg/m3至320kg/m3)、优选2lb/ft3至15lb/ft3(32kg/m3至240kg/m3)、更优选2lb/ft3至10lb/ft3(32kg/m3至160kg/m3)。气凝胶的厚度可以为0.5mm至10mm，优选为1mm至6mm，更优选为1mm至3mm。
在一个方面中，气凝胶可以为包含增强纤维的二氧化硅气凝胶。增强纤维可以包括聚酯、氧化聚丙烯腈、碳、二氧化硅、聚芳酰胺、聚碳酸酯、聚烯烃、人造丝、尼龙、玻璃纤维、高密度聚烯烃、陶瓷、丙烯酸类树脂、氟聚合物、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、或其组合。
弹性聚合物、聚合物泡沫或气凝胶中可以存在任选的添加剂。例如，添加剂可以包括增强材料例如增强颗粒状材料或增强纤维材料。示例性增强颗粒状材料包括木质素、炭黑、滑石、云母、二氧化硅、石英、金属氧化物、玻璃微球、多面体低聚倍半硅氧烷、经取代的多面体低聚倍半硅氧烷、或其组合。示例性增强纤维材料包括纤维材料，其中增强纤维材料的纤维包括聚酯、氧化聚丙烯腈、碳、二氧化硅、聚芳酰胺、聚碳酸酯、聚烯烃、人造丝、尼龙、玻璃纤维、高密度聚烯烃、陶瓷、丙烯酸类树脂、氟聚合物、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、或其组合，其中纤维可以呈任何形式，例如织造垫或非织造垫。可以使用增强颗粒状材料和增强纤维材料的组合。添加剂可以包括填料(例如，碳酸钙或粘土)、染料、颜料(例如，二氧化钛或氧化铁)、抗氧化剂、抗臭氧剂、紫外线稳定剂、导热颗粒状材料(例如氮化硼或氧化铝)、或导电填料(例如颗粒状导电聚合物)。可以使用添加剂的组合。
示例性玻璃纤维可以为织造的或非织造的，例如毡。玻璃纤维可以包括例如E玻璃纤维、S玻璃纤维、D玻璃纤维、L玻璃纤维、石英纤维、或其组合。玻璃纤维的厚度可以为例如0.005mm至10mm、0.05mm至5mm、0.25mm至3mm、0.005mm至0.05mm、0.05mm至0.5mm、0.5mm至3mm、0.25mm至10mm、0.5mm至5mm、或1mm至3mm。玻璃纤维可以任选地用热固性聚合物或热塑性聚合物进行浸渍或涂覆。示例性热固性聚合物包括环氧树脂、聚酯和乙烯基酯。
示例性微球包括空心微球、玻璃微球例如硼硅酸盐微球、或其组合。微球为平均直径小于300微米(μm)，例如15μm至200μm、或20μm至100μm的中空球。中空微球的密度可以在0.1克/立方厘米(g/cc)或更大，例如0.2g/cc至0.6g/cc、或0.3g/cc至0.5g/cc的范围内。
中空微球可从许多商业来源获得，例如可从Trelleborg Offshore(Boston)(以前是Emerson and Cuming,Inc.)、W.R.Grace and Company(Canton,MA)和3M Company(St.Paul,MN)获得。这样的中空微球被称为微球(microballoon)、玻璃泡、微泡等，并且以各种等级销售，例如，其可以根据密度、尺寸、涂层、表面处理、或其组合而改变。
例如，微球可以具有通过用偶联剂处理而在化学上改性的外表面，所述偶联剂可以与存在于玻璃表面上的羟基反应。在一个方面中，偶联剂为硅烷或环氧树脂，例如在一端处具有可以与存在于玻璃微球的外表面上的羟基反应的基团并且在另一端处具有将有助于微球在具有低极性的聚合物基体中的可分散性的有机基团的有机硅烷。双官能硅烷偶联可以具有选自乙烯基、羟基、和氨基的基团的组合，例如3-氨基-丙基三乙氧基硅烷。硅烷涂层还可以使水吸收最小化。
硼硅酸盐微球可以由碱金属硼硅酸盐玻璃制成。碱金属硼硅酸盐的示例性氧化物组成可以包含76.6重量百分比(重量％)SiO2、21.3重量％Na2O、1.9重量％B2O3、以及0.2重量％其他组分。示例性钠钙硼硅酸盐可以包含80.7重量％SiO2、6.9重量％Na2O、10.3重量％CaO、2.1重量％B2O3、以及1.9重量％的杂质。因此，根据起始材料，所述组成(尽管主要为SiO2且包含至少1百分比B2O3)可以在一定程度上改变。
微球的尺寸及其尺寸分布可以改变。在一个示例性方面中，硼硅酸盐微球表现出20微米(μm)至100μm，例如20μm至75μm、25μm至70μm、30μm至65μm、35μm至60μm、或者40μm至55μm的平均粒径。尺寸分布可以为双峰、三峰等。
增强颗粒状材料可以包括多面体低聚倍半硅氧烷(通常被称为“POSS”，在本文中还被称为“倍半硅氧烷”)、经取代的多面体低聚倍半硅氧烷、或其组合。包含倍半硅氧烷可以具有改善柔性泡沫层在氧化环境中的耐久性的额外的益处。倍半硅氧烷为具有二氧化硅核的纳米尺寸的无机材料，其可以在表面上具有反应性官能团。倍半硅氧烷可以具有包含在顶点处的硅原子和相互连接的氧原子的立方体或类立方体结构。每个硅原子可以共价键合至悬垂的R基团。结构式(I)的倍半硅氧烷(R8Si8O12)包括围绕核的硅原子和氧原子的笼，具有8个悬垂的R基团。
倍半硅氧烷可以为经取代的或未经取代的，使得每个R基团可以独立地为氢、羟基、烷基、芳基或烯基，其中R基团可以包含1至12个碳原子和一个或更多个杂原子(例如，氧、氮、磷、硅或卤素中的至少一者)。每个R基团可以独立地包含一个或更多个反应性基团，例如醇、环氧基、酯、胺、酮、醚、卤化物、或其组合中的至少一者。每个R基团可以独立地包含硅烷醇、醇化物或氯化物中的至少一者。倍半硅氧烷的一个实例为八(二甲基甲硅烷氧基)倍半硅氧烷。
可以将柔性泡沫层例如有机硅柔性泡沫层在溶剂例如水中浸泡一段时间例如24小时，以使水渗入有机硅柔性泡沫层中。液态水的高热容量可以有助于显著延缓热从柔性泡沫层的一个表面向柔性泡沫层的另一个表面传递。
阻燃组分
阻燃组分可以包含膨胀材料、阻燃无机材料，例如勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁等(如下面进一步描述的)、或其组合。如上所述，阻燃组分可以作为接触柔性泡沫的表面的阻燃层存在。每个阻燃层的厚度可以为0.1mm至2mm、或0.5mm至1.5mm、或0.8mm至1.1mm，特别是当接触柔性泡沫层的外表面时。接触孔的内表面的阻燃层可以更薄，例如0.01mm至1mm、0.01mm至0.8mm、或0.01mm至0.8mm。
替代地，或者除此之外，阻燃组分可以为分布于柔性泡沫层本身的基体内的阻燃材料。图6示出了分布于柔性泡沫层12的基体内的阻燃组分的一个方面。柔性泡沫层12具有第一外表面14和相反的第二外表面16。虽然示出为平坦的，但可以对外表面中的一者或两者或全部进行轮廓化以提供与电化学单电池的表面的更好适配。
柔性泡沫层12还包括多个孔18。孔是由聚合物泡沫基体中的孔的内表面20限定的。孔可以为相互连接的或离散的。可以存在相互连接的孔和离散的孔的组合。孔可以完全包括在片内，或者至少一部分孔可以为开放的，允许与周围环境连通。在一个方面中，至少一部分孔为相互连接的，并且至少一部分孔为开放的，允许空气、水、水蒸气等从第一外表面14通过至相反的第二外表面16，在本文中被称为“开孔泡沫”。在另一个方面中，孔不相互连接，并且不允许空气、水、水蒸气等从一个外表面通过至另一个外表面。
进一步参考图6，阻燃组分可以包括分布于柔性泡沫层12的基体内的两种或更多种不同的阻燃组分23、25。阻燃组分可以基本上均匀地分布，或者作为梯度分布，例如从第一外表面14向第二外表面16的方向增加。如图6所示，阻燃组分可以以颗粒物形式分布于柔性泡沫层基体内。呈颗粒物形式的阻燃组分可以允许在制造柔性泡沫层期间容易地并入到柔性泡沫层中。
替代地，或者除此之外，呈颗粒物形式的阻燃组分可以在柔性泡沫层的孔内。柔性泡沫层中的孔的数量的一部分可以包含颗粒状阻燃组分，或者基本上全部或全部的孔均可以包含颗粒状阻燃组分。包含颗粒状阻燃组分的每个孔可以独立地被部分填充、基本上完全填充、或完全填充。在颗粒状阻燃颗粒相对于孔的直径大，或者孔基本上或完全被复数个较小的颗粒填充的方面中，阻燃颗粒在孔内的移动可能受到限制。在这方面中，颗粒状阻燃组分可以在制造该层期间位于孔中(例如，通过在用于形成柔性泡沫层的组合物中包含颗粒状阻燃组分)，或者颗粒状阻燃组分可以在制造柔性泡沫层之后使用合适的液体载体、真空或其他已知方法包含至孔中。
可以使用不同阻燃组分的组合，包括不同的类型、形式或位置。例如，阻燃层可以与分布于柔性泡沫基体内的阻燃颗粒状材料组合使用；或者阻燃层可以与设置在柔性聚合物层的孔内的颗粒状阻燃组分组合使用。在一个方面中，使用阻燃膨胀层与分布于柔性泡沫基体内的阻燃颗粒状材料组合。在一个优选方面中，为了便于制造并保持柔性聚合物泡沫期望的薄度和柔性，单独使用阻燃膨胀层。
膨胀材料可以包含酸源、发泡剂、和碳源。每种组分可以存在于单独的层中，或者作为混合物优选紧密的混合物存在。例如，膨胀材料可以包含聚磷酸酯酸/聚磷酸盐酸源、发泡剂和季戊四醇碳源。不受理论束缚，认为膨胀材料可以利用两种能量吸收机制(包括形成炭然后使炭膨胀)来减少火焰的蔓延。例如，当温度达到例如200℃至280℃的值时，酸性物质(例如，聚磷酸酯酸/聚磷酸盐酸的酸性物质)可以与碳源(例如季戊四醇)反应以形成炭。当温度升高至例如280℃至350℃时，然后发泡剂可以分解以产生引起炭膨胀的气态产物。
酸源可以包括例如有机或无机的磷化合物、有机或无机的硫酸酯/盐(例如硫酸铵)、或其组合。有机或无机的磷化合物可以包括有机磷酸酯/盐或有机膦酸酯/盐(例如，三(2,3-二溴丙基)磷酸酯、三(2-氯乙基)磷酸酯、三(2,3-二氯丙基)磷酸酯、三(1-氯-3-溴异丙基)磷酸酯、双(1-氯-3-溴异丙基)-1-氯-3-溴异丙基膦酸酯、多氨基三嗪磷酸酯、三聚氰胺磷酸酯、磷酸三苯酯或磷酸脒基脲)；有机亚磷酸酯(例如，亚磷酸三甲酯或亚磷酸三苯酯)；磷腈(例如，六苯氧基环三磷腈)；含磷的无机化合物(例如，磷酸、亚磷酸、亚磷酸盐、磷酸脲、磷酸铵(例如，磷酸一氢铵、磷酸二氢铵或多磷酸铵))；或其组合。
发泡剂可以包括在大于或等于120℃例如在120℃至200℃或在130℃至200℃的温度下分解(例如，分解为较小的化合物例如氨或二氧化碳)的试剂。发泡剂可以包括双氰胺、偶氮二甲酰胺、三聚氰胺、胍、甘氨酸、脲(例如，脲醛树脂或羟甲基化磷酸脒基脲)、卤化有机材料(例如，氯化石蜡)、或其组合。
膨胀材料可以包含碳源。柔性泡沫层可以起碳源的作用。碳源可以包括糊精、酚醛树脂、季戊四醇(例如，其二聚物或三聚物)、粘土、聚合物(例如，聚酰胺6、氨基-聚(咪唑啉-酰胺)或聚氨酯)、或其组合。氨基-聚(咪唑啉-酰胺)可以包含重复的酰胺键和咪唑啉基团。
膨胀材料还可以任选地包含粘结剂。粘结剂可以包括环氧树脂、多硫化物、聚硅氧烷、聚硅亚芳基(polysilarylene)、或其组合。基于膨胀材料的总重量，粘结剂可以以小于或等于50重量％、或5重量％至50重量％、或35重量％至45重量％的量存在于膨胀材料中。基于膨胀材料的总重量，粘结剂可以以5重量％至95重量％、或40重量％至60重量％的量存在于膨胀材料中。
膨胀材料可以任选地包含增效化合物以进一步改善膨胀材料的阻燃性。增效化合物可以包括硼化合物(例如，硼酸锌、磷酸硼或氧化硼)、硅化合物、铝硅酸盐、金属氧化物(例如，氧化镁、氧化铁或氧化铝水合物(勃姆石))、金属盐(例如，有机磺酸的碱金属盐或碱土金属盐、或者碱土金属碳酸盐)、或其组合。优选的增效组合包括含磷化合物和上述中的至少一者。
阻燃层还可以包含成炭剂，优选木质素、勃姆石、粘土纳米复合材料、可膨胀石墨、季戊四醇、纤维素、纳米二氧化硅、多磷酸铵、木质素磺酸盐、三聚氰胺、氰尿酸盐、硼酸锌、碳钙镁石、水碳镁石、或其组合。不受理论束缚，与膨胀材料类似，认为成炭剂可以利用两种能量吸收机制(包括形成炭然后使炭膨胀)来减少火焰的蔓延。
阻燃组分可以包含有机阻燃化合物，例如三聚氰胺、三嗪、磷酰胺、芳基或烷基磷酸酯/盐、芳基或烷基膦酸酯/盐、芳基或烷基亚膦酸酯/盐、芳基或烷基膦或其相应的氧化物、磷腈等、或其组合。在一个方面中，不存在包含卤素例如溴或氯的阻燃化合物。阻燃组分可以包含无机阻燃剂，例如氢氧化铝(如本文所使用的氢氧化铝包括三水合铝和氧化铝的各种水合物)、勃姆石、硼砂(五水四硼酸钠)、水合硅酸钠、氢氧化镁、五水合碱式碳酸镁(magnesium carbonate hydroxide pentahydrate)、磷酸三镁八水合物(magnesiumphosphate tribasic octahydrate)、或硼酸锌，优选三水合铝、硼砂、水合硅酸钠、氢氧化镁、五水合碱式碳酸镁、磷酸三镁八水合物或硼酸锌中的至少两者。例如，阻燃组分可以包含三水合铝和硼酸锌；或硼砂和水合硅酸钠；或三水合铝、硼酸锌和水合硅酸钠；或硼砂和硼酸锌；或硼砂、硼酸锌和三水合铝。
在一个方面中，阻燃组分中存在有机阻燃剂和无机阻燃剂，而在另一个方面中，阻燃组分中仅存在无机阻燃剂。无机阻燃剂通常可以颗粒的形式获得。颗粒可以具有任何形状，不规则的或规则的，例如近似球形、球形、或板状。在一个重要特征中，大多数、基本上全部或全部颗粒具有小于它们所位于的层或孔的厚度的最大尺寸，以为层提供光滑的表面。因此所使用的特定直径取决于颗粒的位置。可以使用双峰、三峰或更高的多峰分布的颗粒。例如，当阻燃颗粒存在于柔性泡沫层的基体内和柔性泡沫层的孔内时，可以存在颗粒的双峰分布。
如上所述，阻燃组分例如膨胀材料、成炭剂和阻燃剂(优选无机阻燃剂)可以呈层的形式。阻燃层还可以包含用于阻燃组分的聚合物粘结剂。与柔性泡沫层类似，阻燃层的聚合物粘结剂可以包括例如有机硅、聚氨酯、乙烯-乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸丁酯、或其组合。不重复这样的材料的描述。相对于膨胀材料、成炭剂和阻燃剂(优选无机阻燃剂)的量，粘结剂的量可以根据诸如阻燃层的期望特性和用于形成该层的组合物的可加工性的因素而改变。例如，各自基于用于形成阻燃层的组合物的总体积，粘结剂可以以20体积百分比(体积％)至80体积％的量、或40体积％至70体积％的量存在。
在一个方面中，阻燃组分可以分布于柔性泡沫层的基体内。优选地，当阻燃组分分布于柔性泡沫层的基体内时，也存在如上所述的阻燃层，因为仅使用柔性泡沫层和无孔弹性体层来实现期望的阻燃特性和泡沫特性可能更具挑战性。在这方面中，阻燃组分可以包括膨胀组合物、成炭剂、有机阻燃化合物、无机阻燃剂、或其组合，例如有机阻燃剂和无机阻燃剂的组合。或者，分布于柔性泡沫层的基体内的阻燃组分仅包含有机阻燃剂。在另一个方面中，阻燃组分仅包含如上所述的无机阻燃剂。例如，阻燃组分可以包含如本文所公开的分布于柔性泡沫层内的三水合铝、硼砂、水合硅酸钠、氢氧化镁、五水合碱式碳酸镁、磷酸三镁八水合物、或硼酸锌。
阻燃组分例如三水合铝、硼砂、水合硅酸钠、氢氧化镁、五水合碱式碳酸镁、磷酸三镁八水合物、或硼酸锌可以在使泡沫成型组合物发泡和固化之前并入到柔性泡沫层的泡沫成型组合物中。阻燃组分例如三水合铝、硼砂、水合硅酸钠、氢氧化镁、五水合碱式碳酸镁、磷酸三镁八水合物或硼酸锌可以基本上均匀地分布，或者作为梯度分布，例如在其内部分布有阻燃组分的柔性泡沫层的厚度方向上增加。
相对于膨胀材料、成炭剂和阻燃剂(优选无机阻燃剂)的量，用于形成柔性泡沫层的组合物的量可以根据诸如阻燃层的期望特性和用于形成该层的组合物的可加工性的因素而改变。例如，当存在无机阻燃剂时，各自基于用于形成柔性泡沫层的组合物的总体积，阻燃组分可以以10体积百分比(体积％)至90体积％的量、或20体积％至80体积％的量存在。当仅存在有机阻燃剂或成炭剂时，各自基于用于形成柔性泡沫层的组合物的总重量，阻燃组分可以以0.1重量百分比(重量％)至15重量％的量、或1重量％至10重量％的量存在。
粘合剂层
本领域中已知的各种粘合剂可以用于绝热多层片。可以选择粘合剂以便于电池的应用和在工作条件下的稳定性。每个粘合剂层可以相同或不同，并且可以具有相同或不同的厚度。合适的粘合剂包括酚醛树脂、环氧粘合剂、聚酯粘合剂、聚氟乙烯粘合剂、丙烯酸类或甲基丙烯酸类粘合剂或有机硅粘合剂，优选丙烯酸类粘合剂或有机硅粘合剂。在一个方面中，粘合剂为有机硅粘合剂。可以使用溶剂浇铸粘合剂、热熔粘合剂、和两部分粘合剂。每个粘合剂层可以独立地具有0.00025英寸至0.010英寸(0.006mm至0.25mm)、或0.0005英寸至0.003英寸(0.01mm至0.08mm)的厚度。
另外的层
在绝热多层片中可以存在另外的层以改善制造、处理、性能、或其他期望的特性。例如，可以在柔性泡沫层上(或直接在柔性泡沫层上)设置支撑层以改善处理的便利性。这样的层可以为聚合物层，例如聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酯(例如，聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯)等。
当绝热多层片包括粘合剂层时，绝热多层片还可以包括离型层。“离型层”意指任选地由包括离型衬里的一个或更多个另外的层支承的包括离型涂层的任何单层或复合层。每个离型层的厚度可以为5μm至150μm、10μm至125μm、20μm至100μm、40μm至85μm、或50μm至75μm。
绝热多层片可以通过本领域中已知的方法来组装。可以将片组装在电池的单电池或其他组件的表面(例如，电池壳体的壁)上。在一个方面中，将片分别组装，然后放置或粘附至单电池、组件、或二者。可以分别制造片中的每一者，然后以期望的顺序堆叠(放置或使用例如一个或更多个粘合剂层粘附)。或者，可以例如通过涂覆、浇铸或使用热和压力的层合将一个或更多个单独层制造在另一个单独层上。例如，在一个方面中，可以将柔性泡沫层直接浇铸在无孔弹性体屏障层上。层合和直接涂覆或浇铸可以通过消除粘合剂层来减小厚度并改善阻燃性。
绝热多层片可以用于电池，特别是多个领域(包括电动交通工具、混合动力交通工具、电网储能系统和其他多个电池单体的电池应用，例如不间断电源电池系统和铅酸电池的替代品)中的锂离子电池。如本文所用的“交通工具”包括汽车、公共汽车、摩托车、小型摩托车、自行车、火车、船舶等。其他领域包括所有类型的电子设备，包括手持式设备。
如上所述，绝热多层片可以用于期望低重量或厚度的地方。因此，在一个实施方案中，用于防止电池中的热失控的绝热多层片包括：无孔弹性体屏障层，所述无孔弹性体屏障层具有第一表面和相反的第二表面；设置在屏障层的第一表面上的柔性泡沫层；以及阻燃组分，其中阻燃组分分布于柔性泡沫层的基体内，接触柔性泡沫的表面，或者既分布于柔性泡沫层的基体内又接触柔性泡沫层的表面，并且其中绝热多层片的厚度为30mm或更小、或20mm或更小、或15mm或更小、或10mm或更小、或8mm或更小、或6mm或更小。在这方面中，无孔弹性体屏障层可以为乙烯-丙烯-二烯单体橡胶或聚氯丁二烯，以及柔性泡沫层可以为有机硅泡沫、聚氨酯泡沫、或气凝胶。
提供以下实施例以举例说明本公开内容。实施例仅为说明性的，并不旨在将根据本公开内容制造的装置限于本文所阐述的材料、条件、或工艺参数。
实施例
在实施例中使用表1中列出的材料。
表1
实施例1
用有机硅弹性体中包含66重量百分比氢氧化铝的涂层将两个有机硅柔性泡沫层的表面涂覆至5.8mm的厚度，并在85℃下在对流炉中固化15分钟。用丙烯酸类粘合剂将每个有机硅柔性泡沫层粘附至聚氯丁二烯层的相反表面上以形成其中有机硅柔性泡沫层的涂覆表面朝外的绝热多层层。
实施例2
用多用途粘合剂将焦凝胶层粘附于聚氨酯柔性泡沫层的表面上。
实施例3
将有机硅柔性泡沫层粘附于聚氯丁二烯层的相反表面上，并将层状复合材料在70℃的水中浸泡24小时，以使水渗入有机硅柔性泡沫层中，由于液态水的高热容量有利于显著延缓从一个表面到另一个表面的热传递。
热失控模拟
在设计成模拟热失控事件的高温的测试中评估了实施例1至3各自的样品。图7示出了所使用的热板测试装置5000。将绝热多层片102直接设置在设定为550℃的热板700上。将实施例2的焦凝胶表面放置在热板上。将12.7mm云母板单电池模拟物900放置在绝热多层片102的顶表面上。将热电偶传感器800插入云母板单电池模拟物900中钻出的孔中，以将热电偶传感器800设置在绝热多层片102的顶表面上。来自热板的热量扩散到样品中，并在达到约220℃时产生水蒸气。
图8示出了由热电偶检测到的所测量的每个样品随时间的温度升高。与实施例2和3相比，实施例1的绝热多层片提供了对相反表面更好的热保护。在10分钟之后，实施例1所测量的温度分别低于实施例2和3所测量的温度。对于电动交通工具电池应用，技术可行性可以通过达到150℃的时间来确定，期望该时间尽可能长，例如为至少10分钟。即使经过20分钟的长期暴露，实施例1的绝热多层片的相反表面也仅为140℃，并未达到150℃。
不受理论束缚，认为由实施例1产生的优异结果是由于不同的机制协同作用。首先，在所有实施例中，氢氧化铝、聚氯丁二烯、有机硅泡沫、聚氨酯泡沫和焦凝胶层全部都提供了热传导的屏障。实施例2中的热传导比实施例3中的更慢。当存在阻燃层(即氢氧化铝)时，由于氢氧化铝的热容量和由氢氧化铝产生的水蒸气的热量，热量被进一步吸收。然而，水蒸气的产生导致通过多孔材料(即泡沫)的热对流增加。无孔聚氯丁二烯层阻挡水蒸气和热气体，从而为多层片提供改善的耐热性。特别是，聚氯丁二烯层约束了在实施例1的绝热多层片的经加热的表面上产生的水蒸气。
下面阐述的是本公开内容的非限制性方面。
方面1：一种用于防止热失控的绝热多层片，包括：无孔弹性体屏障层，所述无孔弹性体屏障层具有第一表面和相反的第二表面；设置在所述屏障层的所述第一表面上的柔性泡沫层；以及阻燃组分，其中所述阻燃组分分布于所述柔性泡沫层内，接触所述柔性泡沫层的表面，或者既分布于所述柔性泡沫层内又接触所述柔性泡沫层的表面。
方面2：根据方面1所述的绝热多层片，还包括设置在所述无孔弹性体屏障层的所述第二表面上的另外的柔性泡沫层。
方面3：根据方面1或方面2所述的绝热多层片，其中所述无孔弹性体屏障层包含弹性体，所述弹性体具有：小于20g-mm/m2/天、或小于10g-mm/m2/天、或小于5g-mm/m2/天的各自在25℃和1个大气压下测量的对水的渗透系数；0.5兆帕至15兆帕的根据ASTM 412在21℃下测量的100％伸长率下的拉伸应力；或其组合。
方面4：根据上述方面中任一项所述的绝热多层片，其中所述无孔弹性体屏障层的厚度为0.25毫米至1毫米或者0.4毫米至0.8毫米。
方面5：根据上述方面中任一项所述的绝热多层片，其中所述无孔弹性体屏障层包含丙烯酸类橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、表氯醇橡胶、乙烯-丙烯酸类橡胶、乙烯-丁基丙烯酸类橡胶、乙烯-二烯橡胶、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯单体橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯、含氟弹性体、全氟弹性体、聚酰胺、聚丁二烯、聚氯丁二烯、聚烯烃橡胶、聚异戊二烯、聚硫橡胶、天然橡胶、丁腈橡胶、低密度聚乙烯、聚丙烯、热塑性聚氨酯弹性体、硅橡胶、氟硅橡胶、苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-异戊二烯、乙烯基橡胶、或其组合。
方面6：根据上述方面中任一项所述的绝热多层片，其中所述无孔弹性体屏障层包含乙烯-丙烯-二烯单体橡胶、聚氯丁二烯、或其组合。
方面7：根据上述方面中任一项所述的绝热多层片，其中每个柔性泡沫层独立地具有：0.2磅/平方英寸至125磅/平方英寸(1千帕至862千帕)、或0.25磅/平方英寸至20磅/平方英寸(1.7千帕至138千帕)、或0.5磅/平方英寸至10磅/平方英寸(3.4千帕至68.90.5千帕)的各自在25％挠度下并且根据ASTM D3574-17确定的压缩负荷变形；0％至15％、或0％至10％、或0％至5％的根据ASTM D 3574-95测试D在70℃下确定的压缩永久变形；5磅/立方英尺至65磅/立方英尺(80千克/立方米至1,041千克/立方米)、或6磅/立方英尺至20磅/立方英尺(96千克/立方米至320千克/立方米)、或8磅/立方英尺至15磅/立方英尺(128千克/立方米至240千克/立方米)的密度；或其组合。
方面8：根据上述方面中任一项所述的绝热多层片，其中每个柔性泡沫层独立地具有0.1毫米至5毫米、1毫米至3毫米、或1.5毫米至2.5毫米的厚度。
方面9：根据上述方面中任一项所述的绝热多层片，其中每个柔性泡沫层独立地包含有机硅、聚氨酯、气凝胶、乙烯-乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸丁酯、或其组合。
方面10：根据上述方面中任一项所述的绝热多层片，其中每个柔性泡沫层独立地包含增强材料。
方面11：根据方面9所述的绝热多层片，其中所述增强材料为：增强颗粒状材料，所述增强颗粒状材料包括炭黑、玻璃、玻璃微球、木质素、颗粒状金属氧化物、多面体低聚倍半硅氧烷、云母、石英、二氧化硅、滑石、多面体低聚倍半硅氧烷、或其组合；增强纤维材料，其中所述增强纤维材料的纤维包括聚酯、氧化聚丙烯腈、碳、二氧化硅、聚芳酰胺、聚碳酸酯、聚烯烃、人造丝、尼龙、玻璃纤维、高密度聚烯烃、陶瓷、丙烯酸类、含氟聚合物、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、或其组合；或者所述增强颗粒状材料和所述增强纤维材料的组合。
方面12：根据上述方面中任一项所述的绝热多层片，其中所述阻燃组分为所述柔性泡沫层的孔内的颗粒物。
方面13：根据上述方面中任一项所述的绝热多层片，其中所述阻燃组分为接触所述柔性泡沫层的表面的阻燃层。
方面14：根据方面13所述的绝热多层片，其中所述阻燃层的厚度为0.1毫米至2毫米、或0.5毫米至1.5毫米、或0.8毫米至1.1毫米。
方面15：根据方面13或14所述的绝热多层片，其中所述阻燃层包含勃姆石、氢氧化铝、三水合铝、氢氧化镁、膨胀材料、或其组合。
方面16：根据方面13至15中任一项所述的绝热多层片，其中所述阻燃层还包含成炭剂，优选多磷酸铵、勃姆石、纤维素、粘土纳米复合材料、氰尿酸盐、可膨胀石墨、碳钙镁石、水碳镁石、木质素、木质素磺酸盐、三聚氰胺、纳米二氧化硅、季戊四醇、硼酸锌、或其组合。
方面17：根据方面13至16中任一项所述的绝热多层片，其中所述阻燃层还包含聚合物粘结剂，优选有机硅、聚氨酯、乙烯-乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸丁酯、或其组合。
方面18：根据上述方面中任一项所述的绝热多层片，其中所述阻燃组分分布于所述柔性泡沫层内，并且其中所述阻燃组分包含三水合铝、硼砂、水合硅酸钠、氢氧化镁、五水合碱式碳酸镁、磷酸三镁八水合物、或硼酸锌，优选三水合铝、硼砂、水合硅酸钠、氢氧化镁、五水合碱式碳酸镁、磷酸三镁八水合物或硼酸锌中的至少两者。
方面19：根据方面18所述的绝热多层片，其中分布于所述柔性泡沫层的基体内的所述阻燃组分还包含有机阻燃剂。
方面20：根据上述方面中任一项所述的绝热多层片，所述绝热多层片具有：0.01瓦/米开尔文至0.09瓦/米开尔文的在23℃下的热导率；0.2毫米至30毫米、或0.2毫米至20毫米、或0.2毫米至15毫米、或0.2毫米至10毫米、或0.5毫米至10毫米、或0.5毫米至8毫米、或1毫米至6毫米的厚度；6磅/立方英尺至30磅/立方英尺(96千克/立方米至481千克/立方米)、或10磅/立方英尺至25磅/立方英尺(160千克/立方米至400千克/立方米)、或15磅/立方英尺至20磅/立方英尺(240千克/立方米至320千克/立方米)的密度；或其组合。
方面21：一种电化学单电池，包括设置在所述电化学单电池的至少一部分表面上的根据上述方面中任一项所述的绝热多层片。
方面22：根据方面21所述的电化学单电池，其中将所述绝热多层片设置在所述电化学单电池的至少两个表面上。
方面23：根据方面21或22所述的电化学单电池，其中所述电化学单电池包括棱柱形单电池、袋状单电池或圆柱形单电池，优选袋状单电池。
方面24：一种未连接阵列，包括根据方面21至23中任一项所述的电化学单电池中的至少两者。
方面25：一种电池，包括根据方面21至23中任一项所述的电化学单电池或根据方面24所述的未连接阵列。
方面26：根据方面25所述的电池，还包括电池壳体，所述电池壳体至少部分地包围所述电化学单电池或所述未连接阵列。
组合物、方法和制品可以替代地包括本文所公开的任何合适的材料、步骤或组分，由本文所公开的任何合适的材料、步骤或组分组成，或者基本上由本文所公开的任何合适的材料、步骤或组分组成。可以将组合物、方法和制品另外地或替代地配制成没有或基本上不含以其他方式对于实现所述组合物、方法和制品的功能或者目的而言不是必需的任何材料(或物质)、步骤、或组分。
单数形式的术语不表示对数量的限制，而表示存在至少一个所提及的项目。除非通过上下文另外明确指出，否则术语“或”意指“和/或”。在整个说明书中提及“一个方面”、“另一个方面”等意指结合该方面所描述的特定要素(例如，特征、结构、步骤或特性)包括在本文中描述的至少一个方面中，并且可以存在或可以不存在于另一些方面中。此外，应理解，所描述的要素可以在多个方面中以任何适当的方式组合。
当诸如层、膜、区域或基底的要素被称为在另一要素之“上”时，其可以直接在另一要素上，或者还可以存在中间要素。相比之下，当要素被称为“直接在”另一要素之“上”时，不存在中间要素。当要素被称为“接触”另一要素时，不存在中间要素。
除非本文中相反地指出，否则所有测试标准均为截至本申请的申请日(或者，如果要求优先权的话，则为其中出现所述测试标准的最早优先权申请的申请日)生效的最新标准。
涉及相同组分或特性的所有范围的端点包括端点在内，可独立地组合，并且包括所有中间点和范围。例如，“最高至25重量％、或5重量％至20重量％”的范围包括端点和“5重量％至25重量％”的范围的所有中间值，例如10重量％至23重量％等。如本文所使用的术语“第一”、“第二”等，“初级”、“次级”等不表示任何顺序、量、或重要性，而是用于将一个要素与另一个要素区分开。术语“其组合”是开放式的，并且意指列表单独地包括各要素，以及该列表中的两个或更多个要素的组合，以及该列表中的至少一个要素与未命名的相似要素的组合。此外，术语“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。
除非另有限定，否则本文所使用的技术术语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均通过引用整体并入本文。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，则来自本申请的术语优先于来自并入的参考文献的冲突术语。
在附图中，为了使说明书清楚和便于说明，放大了层和区域的宽度和厚度。附图中相同的附图标记表示相同的要素。
本文中参照作为理想化实施方案的示意图的截面图示来描述示例性实施方案。因此，预期由例如制造技术和/或容差引起的图示形状的变化。因此，本文所描述的实施方案不应被解释为限于如本文所示出的区域的特定形状，而是包括例如由制造引起的形状偏差。例如，示出或描述为平坦的区域通常可以具有粗糙和/或非线性的特征。此外，示出的尖角可以为圆形的。因此，附图中示出的区域实质上为示意性的，并且它们的形状不旨在示出区域的精确形状，并且不旨在限制本权利要求的范围。
虽然已经描述了特定方面，但是申请人或本领域其他技术人员可能会想到目前无法预见或目前可能无法预见的替代方案、修改方案、变化方案、改进方案和实质等同方案。因此，所提交的和可能被修改的所附权利要求旨在涵盖所有这样的替代方案、修改方案、变化方案、改进方案和实质等同方案。
Claims (26)
1.一种用于防止电池中的热失控的绝热多层片，所述多层片包括：
无孔弹性体屏障层，所述无孔弹性体屏障层具有第一表面和相反的第二表面；
设置在所述屏障层的所述第一表面上的柔性泡沫层；以及
阻燃组分，其中所述阻燃组分
分布于所述柔性泡沫层内，
接触所述柔性泡沫层的表面，
或者既分布于所述柔性泡沫层内又接触所述柔性泡沫层的表面。
2.根据权利要求1所述的绝热多层片，还包括设置在所述无孔弹性体屏障层的所述第二表面上的另外的柔性泡沫层。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的绝热多层片，其中所述无孔弹性体屏障层包含弹性体，所述弹性体具有：
小于20g-mm/m2/天、或小于10g-mm/m2/天、或小于5g-mm/m2/天的各自在25℃和1个大气压下测量的对水的渗透系数；
0.5兆帕至15兆帕的根据ASTM 412在21℃下测量的100％伸长率下的拉伸应力；或
其组合。
4.根据前述权利要求中任一项所述的绝热多层片，其中所述无孔弹性体屏障层的厚度为0.25毫米至1毫米或0.4毫米至0.8毫米。
5.根据前述权利要求中任一项所述的绝热多层片，其中所述无孔弹性体屏障层包含丙烯酸类橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、表氯醇橡胶、乙烯-丙烯酸类橡胶、乙烯-丁基丙烯酸类橡胶、乙烯-二烯橡胶、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯单体橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯、含氟弹性体、全氟弹性体、聚酰胺、聚丁二烯、聚氯丁二烯、聚烯烃橡胶、聚异戊二烯、聚硫橡胶、天然橡胶、丁腈橡胶、低密度聚乙烯、聚丙烯、热塑性聚氨酯弹性体、硅橡胶、氟硅橡胶、苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-异戊二烯、乙烯基橡胶、或其组合。
6.根据前述权利要求中任一项所述的绝热多层片，其中所述无孔弹性体屏障层包含乙烯-丙烯-二烯单体橡胶、聚氯丁二烯、或其组合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的绝热多层片，其中每个柔性泡沫层独立地具有：
0.2磅/平方英寸至125磅/平方英寸(1千帕至862千帕)、或0.25磅/平方英寸至20磅/平方英寸(1.7千帕至138千帕)、或0.5磅/平方英寸至10磅/平方英寸(3.4千帕至68.90.5千帕)的各自在25％挠度下并且根据ASTM D3574-17确定的压缩负荷变形；
0％至15％、或0％至10％、或0％至5％的根据ASTM D 3574-95测试D在70℃下确定的压缩永久变形；
5磅/立方英尺至65磅/立方英尺(80千克/立方米至1,041千克/立方米)、或6磅/立方英尺至20磅/立方英尺(96千克/立方米至320千克/立方米)、或8磅/立方英尺至15磅/立方英尺(128千克/立方米至240千克/立方米)的密度；或
其组合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的绝热多层片，其中每个柔性泡沫层独立地具有0.1毫米至5毫米、或1毫米至3毫米、或1.5毫米至2.5毫米的厚度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的绝热多层片，其中每个柔性泡沫层独立地包含有机硅、聚氨酯、气凝胶、乙烯-乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸丁酯、或其组合。
10.根据前述权利要求中任一项所述的绝热多层片，其中每个柔性泡沫层独立地包含增强材料。
11.根据权利要求9所述的绝热多层片，其中所述增强材料为：
增强颗粒状材料，所述增强颗粒状材料包括炭黑、玻璃、玻璃微球、木质素、颗粒状金属氧化物、多面体低聚倍半硅氧烷、云母、石英、二氧化硅、滑石、多面体低聚倍半硅氧烷、或其组合；
增强纤维材料，其中所述增强纤维材料的纤维包括聚酯、氧化聚丙烯腈、碳、二氧化硅、聚芳酰胺、聚碳酸酯、聚烯烃、人造丝、尼龙、玻璃纤维、高密度聚烯烃、陶瓷、丙烯酸类树脂、含氟聚合物、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、或其组合；或者
所述增强颗粒状材料和所述增强纤维材料的组合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的绝热多层片，其中所述阻燃组分为柔性泡沫层的孔内的颗粒物。
13.根据前述权利要求中任一项所述的绝热多层片，其中所述阻燃组分为接触所述柔性泡沫层的表面的阻燃层。
14.根据权利要求13所述的绝热多层片，其中所述阻燃层的厚度为0.1毫米至2毫米、或0.5毫米至1.5毫米、或0.8毫米至1.1毫米。
15.根据权利要求13或14所述的绝热多层片，其中所述阻燃层包含氢氧化铝、三水合铝、勃姆石、氢氧化镁、膨胀材料、或其组合。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的绝热多层片，其中所述阻燃层还包含成炭剂，优选多磷酸铵、勃姆石、纤维素、粘土纳米复合材料、氰尿酸盐、可膨胀石墨、碳钙镁石、水碳镁石、木质素、木质素磺酸盐、三聚氰胺、纳米二氧化硅、季戊四醇、硼酸锌、或其组合。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的绝热多层片，其中所述阻燃层还包含聚合物粘结剂，优选有机硅、聚氨酯、乙烯-乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸丁酯、或其组合。
18.根据前述权利要求中任一项所述的绝热多层片，其中所述阻燃组分分布于所述柔性泡沫层的基体内，并且其中所述阻燃组分包含
三水合铝、硼砂、水合硅酸钠、氢氧化镁、五水合碱式碳酸镁、磷酸三镁八水合物、或硼酸锌，
优选三水合铝、硼砂、水合硅酸钠、氢氧化镁、五水合碱式碳酸镁、磷酸三镁八水合物、或硼酸锌中的至少两者。
19.根据权利要求18所述的绝热多层片，其中分布于所述柔性泡沫层的所述基体内的所述阻燃组分还包含有机阻燃剂。
20.根据前述权利要求中任一项所述的绝热多层片，具有：
0.01瓦/米开尔文至0.09瓦/米开尔文的在23℃下的热导率；
0.2毫米至30毫米、或0.2毫米至20毫米、或0.2毫米至15毫米、或0.2毫米至10毫米、或0.5毫米至10毫米、或0.5毫米至8毫米、或1毫米至6毫米的厚度；
6磅/立方英尺至30磅/立方英尺(96千克/立方米至481千克/立方米)、或10磅/立方英尺至25磅/立方英尺(160千克/立方米至400千克/立方米)、或15磅/立方英尺至20磅/立方英尺(240千克/立方米至320千克/立方米)的密度；或
其组合。
21.一种电化学单电池，包括
设置在所述电化学单电池的表面的至少一部分上的根据前述权利要求中任一项所述的绝热多层片。
22.根据权利要求21所述的电化学单电池，其中所述绝热多层片设置在所述电化学单电池的至少两个表面上。
23.根据权利要求21或22所述的电化学单电池，其中所述电化学单电池包括棱柱形单电池、袋状单电池、或圆柱形单电池，优选袋状单电池。
24.一种未连接阵列，包括至少两个根据权利要求21至23中任一项所述的电化学单电池。
25.一种电池，包括根据权利要求21至23中任一项所述的电化学单电池或者根据权利要求24所述的未连接阵列。
26.根据权利要求25所述的电池，还包括电池壳体，所述电池壳体至少部分地包围所述电化学单电池或所述未连接阵列。
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