CN117013187A - 电池和用电设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种电池和用电设备。该电池包括：多个电池单体，多个电池单体包括相邻的第一电池单体和第二电池单体，第一电池单体和第二电池单体沿第一方向排列；隔热板，隔热板设置于第一电池单体和第二电池单体之间，其中，隔热板包括第一隔热层，第一隔热层为高分子基体复合纤维板。本申请实施例的技术方案，能够有效阻止电池内热失控的扩散，从而增强电池的安全性。

Description

电池和用电设备
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池和用电设备。
背景技术
节能减排是汽车产业可持续发展的关键。在这种情况下，电动车辆由于其节能环保的优势成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。而对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。
在电池技术的发展中，除了提高电池的性能外，安全问题也是一个不可忽视的问题。如果电池的安全问题不能保证，那该电池就无法使用。因此，如何增强电池的安全性，是电池技术中一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种电池和用电设备，能够有效阻止电池内热失控的扩散，从而增强电池的安全性。
第一方面，提供了一种电池，包括：多个电池单体，所述多个电池单体包括相邻的第一电池单体和第二电池单体，所述第一电池单体和所述第二电池单体沿第一方向排列；隔热板，所述隔热板设置于所述第一电池单体和所述第二电池单体之间，其中，所述隔热板包括第一隔热层，所述第一隔热层为高分子基体复合纤维板。
在本申请实施例中，在第一电池单体和第二电池单体之间设置有隔热板，当电池中的部分电池单体发生热失控时，该隔热板可以阻止发生热失控的电池单体将热量传递给相邻的电池单体，从而避免热失控的扩散。现有技术中常将气凝胶毡或其他不具有结构强度的板材用作隔热板，气凝胶毡或其他不具有结构强度的板材在电池单体间受到挤压时会变形，厚度变薄，其隔热效果也会大大降低。而本申请方案中的隔热板包括第一隔热层，该第一隔热层为高分子基体复合纤维板，高分子基体复合纤维板是一种耐高温、高强度的硬质防护板材，在高温下也不易变形，设置于电池单体之间，可以有效阻止电池内热失控的扩散，从而增强电池的安全性。
在一种可能的实现方式中，所述高分子基体复合纤维板为纤维增强树脂复合板。
以高分子材料中的树脂为基体制备纤维增强树脂复合板作为防护板，相较于其他的高分子材料基体，纤维增强树脂复合板的耐高温性能较好，具有更高的强度，不易变形。
在一种可能的实现方式中，所述隔热板设置于所述第一电池单体的第一壁和所述第二电池单体的第二壁之间，所述第一壁为所述第一电池单体中表面积最大的壁，所述第二壁为所述第二电池单体中表面积最大的壁。
隔热板设置于相邻的两个电池单体的表面积最大的壁之间，这样，隔热板阻止电池单体热失控的扩散的范围更大，更利于阻止电池内热失控的扩散。
在一种可能的实现方式中，所述隔热板包括第二隔热层和两个所述第一隔热层，所述第二隔热层和两个所述第一隔热层沿所述第一方向排列，且所述第二隔热层位于两个所述第一隔热层之间。
第一隔热层为纤维增强树脂复合板，具有强度高，高温下不变形、不破损等优点，将第二隔热层设置于两个第一隔热层之间，形成“夹心”结构，这样，第一隔热层可以保护第二隔热层不被电池单体挤压变形，使第二隔热层更好发挥隔热的作用，保证隔热板有效阻止电池内热失控的扩散。
在一种可能的实现方式中，在第二方向上，两个所述第一隔热层的端部相连，所述第二方向垂直于所述第一方向。
两个第一隔热层的端部相连，将第二隔热层封装于两个第一隔热层之间，保护第二隔热层不被电池单体挤压变形。另外，两个第一隔热层的端部相连，提升了外部第一隔热层的结构强度。
在一种可能的实现方式中，在所述第二方向上，两个所述第一隔热层的至少一个中间位置相连。
两个第一隔热层之间有多处相连，提升了第一隔热层的结构强度，对置于两个第一隔热层之间的第二隔热层起到更好的支撑作用，使第二隔热层不被电池单体挤压变形。
在一种可能的实现方式中，在所述第二方向上，两个所述第一隔热层的相连的位置均匀分布。
在一种可能的实现方式中，所述隔热板在所述第一方向上的尺寸L1为0.2～5mm。
当隔热板在第一方向上的尺寸L1太小时，隔热板的隔热效果较差，且隔热板的强度较小，易被两侧的电池单体挤压变形，导致隔热效果变差；当隔热板在第一方向上的尺寸L1太大时，会占据电池内过多的空间，降低电池的能量密度。因此，设置隔热板在第一方向上的尺寸L1为0.2～5mm，在保证隔热板的强度较大和隔热效果好的情况下，同时保证电池具有较高的能量密度。
在一种可能的实现方式中，所述隔热板在所述第一方向上的尺寸L1为3mm。
设置隔热板在第一方向上的尺寸L1为3mm，使隔热板具有高强度，不易被挤压变形，高温下也不变形，隔热效果好，有效阻止电池热失控的扩散，同时，不会占据电池内过多的空间，保证电池具有较高的能量密度。
在一种可能的实现方式中，所述隔热板在所述第一方向上的尺寸L1与所述电池单体的能量Q满足：2×10-3mm/Wh≤L1/Q≤10-2mm/Wh。
当隔热板在第一方向上的尺寸L1与电池单体的能量Q的比值太小，即电池单体单位能量对应的隔热板在第一方向上的尺寸L1太小时，隔热板的隔热效果较差；在电池单体的能量Q一定时，L1/Q越大，即L1越大，会占据电池内过多的空间，降低电池的能量密度。因此，设置隔热板在第一方向上的尺寸L1与电池单体的能量Q的比值满足2×10-3mm/Wh≤L1/Q≤10-2mm/Wh，在保证隔热板的隔热效果好的情况下，同时保证电池具有较高的能量密度。
在一种可能的实现方式中，L1/Q为8×10-3mm/Wh。
设置隔热板在第一方向上的尺寸L1与电池单体的能量Q的比值为8×10-3mm/Wh，使得隔热板具有好的隔热效果，有效阻止电池热失控的扩散，同时，不会占据电池内过多的空间，保证电池具有较高的能量密度。
在一种可能的实现方式中，所述第二隔热层在所述第一方向上的尺寸L2与所述隔热板在所述第一方向上的尺寸L1满足：0.2≤L2/L1≤0.6。
当L2远小于L1，即L2/L1过小时，第二隔热层较第一隔热层很薄，那么第二隔热层发挥的隔热效果较弱；当L2/L1过大时，第二隔热层较第一隔热层很厚，即第二隔热层占据隔热板的绝大部分，那么隔热板的强度就较低，容易被电池单体挤压变形，影响隔热效果，因此设置0.2≤L2/L1≤0.6，这样，可以保证隔热板的隔热效果，有效阻止电池内热失控的扩散。
在一种可能的实现方式中，所述第一隔热层在所述第一方向上的尺寸L3为1mm，所述第二隔热层在所述第一方向上的尺寸L2为1mm。
这样，一个第一隔热层和两个第二隔热层组装形成的隔热板在第一方向上的总尺寸为3mm，一方面保证隔热板的高强度，不易变形以及好的隔热效果，另一方面保证隔热板不会占据电池内过多的空间，保证电池具有较高的能量密度。
在一种可能的实现方式中，所述第二隔热层为气凝胶毡。
气凝胶毡具有质轻﹑易裁剪﹑密度小、无机防火﹑整体疏水、绿色环保等特性，气凝胶毡的隔热效果是传统隔热材料2-5倍。
在一种可能的实现方式中，所述第二隔热层为空气夹层。
这种情况下，两个第一隔热板之间形成空腔，这种结构的隔热板既具有一定的结构强度，不易被挤压变形，也不易高温变形，还具有一定的隔热效果，能够有效阻止电池内热失控的扩散。
在一种可能的实现方式中，所述第一隔热层包括多层纤维增强树脂层，所述纤维增强树脂层由纤维材料和树脂材料复合形成。
纤维增强树脂复合材料具有质轻，高强度，高刚性，耐高温的特性，多层纤维增强树脂层形成第一隔热层，因此，第一隔热层具有强度高，耐高温的特性，从而保证隔热板有效阻止电池内热失控的扩散。
在一种可能的实现方式中，所述树脂材料为硅基气凝胶改性树脂或耐高温阻燃性树脂。
硅基气凝胶改性树脂具有低导热系数的特性，耐高温阻燃性树脂具有耐高温、低导热系数的特性，相较于一般的树脂材料，硅基气凝胶改性树脂和耐高温阻燃性树脂与纤维材料复合，形成纤维增强树脂复合材料，具有更好的耐高温和高强度的特性，纤维增强树脂复合材料形成的第一隔热层可以有效阻止电池内热失控的扩散。
在一种可能的实施方式中，所述纤维材料为玻璃纤维、陶瓷纤维、碳纤维、石英纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维、玄武岩纤维、水镁石纤维、凹凸棒石纤维、硼纤维、碳纳米管纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维等纤维中的至少一种。
在一种可能的实施方式中，所述纤维材料为陶瓷纤维材料。
陶瓷纤维材料较其他的纤维材料有着更优越的耐高温性能，陶瓷纤维材料与树脂材料复合而成的材料具有更好的耐高温和高强度的特性，该复合材料形成的第一隔热层可以有效阻止电池内热失控的扩散。
在一种可能的实施方式中，所述陶瓷纤维材料为氧化硅或氧化铝。
采用氧化硅或氧化铝的陶瓷纤维材料与树脂材料复合制备出的第一隔热层，其耐高温性能最佳。
第二方面，提供了一种用电设备，包括：上述第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的电池，所述电池用于提供电能。
本申请实施例的技术方案中，在相邻的第一电池单体和第二电池单体之间设置有隔热板，当电池中的部分电池单体发生热失控时，该隔热板可以阻止发生热失控的电池单体将热量传递给相邻的电池单体，从而避免热失控的扩散。现有技术中常将气凝胶毡或其他不具有结构强度的板材用作隔热板，气凝胶毡或其他不具有结构强度的板材在电池单体间受到挤压时会变形，厚度变薄，其隔热效果也会大大降低。而本申请方案中的隔热板包括第一隔热层，该第一隔热层为高分子基体复合纤维板，高分子基体复合纤维板是一种耐高温、高强度的硬质防护板材，在高温下也不易变形，设置于电池单体之间，可以有效阻止电池内热失控的扩散，从而增强电池的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例公开的一种车辆的结构示意图；
图2是本申请一实施例公开的一种电池的分解结构示意图；
图3是本申请一实施例公开的一种电池单体的分解结构示意图；
图4是本申请一实施例公开的一种电池的分解结构示意图；
图5是本申请一实施例公开的一种电池的部分结构示意图；
图6是本申请一实施例公开的一种电池单体和隔热板的剖面图；
图7是本申请一实施例公开的一种电池单体和隔热板的剖面图；
图8是本申请一实施例公开的一种隔热板的分解结构示意图；
图9是本申请一实施例公开的一种隔热板的分解结构示意图；
图10是本申请一实施例公开的一种电池单体和隔热板的剖面图；
图11是本申请一实施例公开的一种电池单体和隔热板的剖面图；
图12是本申请一实施例公开的一种纤维增强树脂层的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。
本申请中，电池单体可以包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等，本申请实施例对此并不限定。电池单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本申请实施例对此也不限定。电池单体一般按封装的方式分成三种：柱形电池单体、方形电池单体和软包电池单体，本申请实施例对此也不限定。
本申请的实施例所提到的电池是指包括一个或多个电池单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本申请中所提到的电池可以包括电池模块或电池包等。电池一般包括用于封装一个或多个电池单体的箱体。箱体可以避免液体或其他异物影响电池单体的充电或放电。
电池单体包括电极组件和电解液，电极组件由正极极片、负极极片和隔离膜组成。电池单体主要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作。正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面，未涂敷正极活性物质层的正极集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的正极集流体，未涂敷正极活性物质层的正极集流体作为正极极耳。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面，未涂敷负极活性物质层的负极集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的负极集流体，未涂敷负极活性物质层的负极集流体作为负极极耳。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质可以为碳或硅等。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。隔离膜的材质可以为聚丙烯(polypropylene，PP)或聚乙烯(polyethylene，PE)等。此外，电极组件可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本申请实施例并不限于此。
为了满足不同的电力需求，电池可以包括多个电池单体，其中，多个电池单体之间可以串联或并联或混联，混联是指串联和并联的混合。可选地，多个电池单体可以先串联或并联或混联组成电池模块，多个电池模块再串联或并联或混联组成电池。也就是说，多个电池单体可以直接组成电池，也可以先组成电池模块，电池模块再组成电池。电池再进一步设置于用电设备中，为用电设备提供电能。
目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。
在电池技术的发展中，除了提高电池的性能外，安全问题也是一个不可忽视的问题。在电池使用过程中，电池热失控危险性极高，因此如何有效阻止热失控的扩散，降低热失控的风险成为研究人员关注的重点。
鉴于此，本申请实施例提供了一种技术方案，在相邻的第一电池单体和第二电池单体之间设置有隔热板，当电池中的部分电池单体发生热失控时，该隔热板可以阻止发生热失控的电池单体将热量传递给相邻的电池单体，从而避免热失控的扩散。本申请方案中的隔热板包括第一隔热层，该第一隔热层为高分子基体复合纤维板，高分子基体复合纤维板是一种耐高温、高强度的硬质防护板材，在高温下也不易变形，设置于电池单体之间，可以有效阻止电池内热失控的扩散，从而增强电池的安全性。
本申请实施例描述的技术方案均适用于各种使用电池的装置，例如，手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动玩具、电动工具、电动车辆、船舶和航天器等，例如，航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等。
应理解，本申请实施例描述的技术方案不仅仅局限适用于上述所描述的设备，还可以适用于所有使用电池的设备，但为描述简洁，下述实施例均以电动车辆为例进行说明。
例如，如图1所示，为本申请一个实施例的一种车辆1的结构示意图，车辆1可以为燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等。车辆1的内部可以设置马达40，控制器30以及电池10，控制器30用来控制电池10为马达40的供电。例如，在车辆1的底部或车头或车尾可以设置电池10。电池10可以用于车辆1的供电，例如，电池10可以作为车辆1的操作电源，用于车辆1的电路系统，例如，用于车辆1的启动、导航和运行时的工作用电需求。在本申请的另一实施例中，电池10不仅仅可以作为车辆1的操作电源，还可以作为车辆1的驱动电源，替代或部分地替代燃油或天然气为车辆1提供驱动动力。
为了满足不同的使用电力需求，电池10可以包括多个电池单体。例如，如图2所示，为本申请一个实施例的一种电池10的结构示意图，电池10可以包括多个电池单体20。电池10还可以包括箱体11，箱体11内部为中空结构，多个电池单体20容纳于箱体11内。例如，多个电池单体20相互并联或串联或混联组合后置于箱体11内。
可选地，电池10还可以包括其他结构，在此不再一一赘述。例如，该电池10还可以包括汇流部件，汇流部件用于实现多个电池单体20之间的电连接，例如并联或串联或混联。具体地，汇流部件可通过连接电池单体20的电极端子实现电池单体20之间的电连接。进一步地，汇流部件可通过焊接固定于电池单体20的电极端子。多个电池单体20的电能可进一步通过导电机构穿过箱体而引出。可选地，导电机构也可属于汇流部件。
根据不同的电力需求，电池单体20的数量可以设置为任意数值。多个电池单体20可通过串联、并联或混联的方式连接以实现较大的容量或功率。由于每个电池10中包括的电池单体20的数量可能较多，为了便于安装，可以将电池单体20分组设置，每组电池单体20组成电池模块。电池模块中包括的电池单体20的数量不限，可以根据需求设置。电池可以包括多个电池模块，这些电池模块可通过串联、并联或混联的方式进行连接。
如图3所示，为本申请一个实施例的一种电池单体20的结构示意图，电池单体20包括一个或多个电极组件22、壳体211和盖板212。壳体211和盖板212形成外壳或电池盒21。壳体211的壁以及盖板212均称为电池单体20的壁，其中对于长方体型电池单体20，壳体211的壁包括底壁和四个侧壁。壳体211根据一个或多个电极组件22组合后的形状而定，例如，壳体211可以为中空的长方体或正方体或圆柱体，且壳体211的其中一个面具有开口以便一个或多个电极组件22可以放置于壳体211内。例如，当壳体211为中空的长方体或正方体时，壳体211的其中一个平面为开口面，即该平面不具有壁体而使得壳体211内外相通。当壳体211可以为中空的圆柱体时，壳体211的端面为开口面，即该端面不具有壁体而使得壳体211内外相通。盖板212覆盖开口并且与壳体211连接，以形成放置电极组件22的封闭的腔体。壳体211内填充有电解质，例如电解液。
该电池单体20还可以包括两个电极端子214，两个电极端子214可以设置在盖板212上。盖板212通常是平板形状，两个电极端子214固定在盖板212的平板面上，两个电极端子214分别为正电极端子214a和负电极端子214b。每个电极端子214各对应设置一个连接构件23，或者也可以称为集流构件23，其位于盖板212与电极组件22之间，用于将电极组件22和电极端子214实现电连接。
如图3所示，每个电极组件22具有第一极耳221a和第二极耳222a。第一极耳221a和第二极耳222a的极性相反。例如，当第一极耳221a为正极极耳时，第二极耳222a为负极极耳。一个或多个电极组件22的第一极耳221a通过一个连接构件23与一个电极端子连接，一个或多个电极组件22的第二极耳222a通过另一个连接构件23与另一个电极端子连接。例如，正电极端子214a通过一个连接构件23与正极极耳连接，负电极端子214b通过另一个连接构件23与负极极耳连接。
在该电池单体20中，根据实际使用需求，电极组件22可设置为单个，或多个，如图3所示，电池单体20内设置有4个独立的电极组件22。
电池单体20上还可设置泄压机构213。泄压机构213用于电池单体20的内部压力或温度达到阈值时致动以泄放内部压力或温度。
泄压机构213可以为各种可能的泄压结构，本申请实施例对此并不限定。例如，泄压机构213可以为温敏泄压机构，温敏泄压机构被配置为在设有泄压机构213的电池单体20的内部温度达到阈值时能够熔化；和/或，泄压机构213可以为压敏泄压机构，压敏泄压机构被配置为在设有泄压机构213的电池单体20的内部气压达到阈值时能够破裂。
图4示出了本申请一个实施例的电池10的结构示意图。如图4所示，电池10包括多个电池单体20，多个电池单体20包括相邻的第一电池单体21和第二电池单体22，第一电池单体21和第二电池单体22沿第一方向x排列，电池10还包括隔热板101，隔热板101设置于第一电池单体21和第二电池单体22之间，其中，隔热板101包括第一隔热层1011，第一隔热层1011为高分子基体复合纤维板。
高分子基体复合纤维板是以高分子材料为基体，以纤维为增强体复合而成，具有耐高温，强度高，不易变形等优点。
在第一电池单体21和第二电池单体22之间设置有隔热板101，当电池10中的部分电池单体20发生热失控时，该隔热板101可以阻止发生热失控的电池单体20将热量传递给相邻的电池单体20，从而避免热失控的扩散。该隔热板101包括第一隔热层1011，第一隔热层1011为高分子基体复合纤维板，高分子基体复合纤维板设置于电池单体20之间，可以有效阻止电池10内热失控的扩散，从而增强电池10的安全性。
可选地，在本申请实施例中，高分子基体复合纤维板为纤维增强树脂复合板。
纤维增强树脂复合板是一种高强度的耐高温隔热板材，能够承受1500℃高温，同时受挤压时，板材不会破碎，能耐100MPa的应力，导热系数为0.2～1W/(K·m)。
以高分子材料中的树脂为基体制备纤维增强树脂复合板作为防护板，相较于其他的高分子材料基体，纤维增强树脂复合板的耐高温性能较好，具有更高的强度，不易变形。
在本申请实施例中，如图5所示，隔热板101设置于第一电池单体21的第一壁211和第二电池单体22的第二壁221之间，第一壁211为第一电池单体21中表面积最大的壁，第二壁221为第二电池单体2222中表面积最大的壁。
隔热板101设置于相邻的两个电池单体20的表面积最大的壁之间，这样，隔热板101阻止电池单体20热失控的扩散的范围更大，更利于阻止电池10内热失控的扩散。
应理解，隔热板101还可以设置于相邻的两个电池单体20的其他壁之间，若一个电池单体20的四周均有相邻的电池单体20，那么其四个侧壁均可以设置有与侧壁相对的隔热板101，也可根据电池10内电池单体20的排列情况和空间需求设置，本申请对此不做限定。
在本申请实施例中，如图6所示，隔热板101包括第二隔热层1012和两个第一隔热层1011，第二隔热层1012和两个第一隔热层1011沿第一方向x排列，且第二隔热层1012位于两个第一隔热层1011之间。
第一隔热层1011为纤维增强树脂复合板，具有强度高，高温下不变形、不破损等优点，将第二隔热层1012设置于两个第一隔热层1011之间，形成“夹心”结构，这样，第一隔热层1011可以保护第二隔热层1012不被电池单体20挤压变形，使第二隔热层1012更好发挥隔热的作用，保证隔热板101有效阻止电池10内热失控的扩散。
可选地，在本申请实施例中，如图7中的(a)所示，在第二方向y上，两个第一隔热层1011的端部相连，第二方向y垂直于第一方向x，图7的(a)中仅示出了一个示意性的方向，但第二方向y不限于此。
两个第一隔热层1011的端部相连，将第二隔热层1012封装于两个第一隔热层1011之间，保护第二隔热层1012不被电池单体20挤压变形。另外，两个第一隔热层1011的端部相连，提升了外部第一隔热层1011的结构强度。
可选地，在本申请实施例中，如图7中的(b)所示，在第二方向y上，两个第一隔热层1011的至少一个中间位置相连。
应理解，在本申请实施例中，在第三方向上，两个第一隔热层1011的中间位置也可以相连，且至少一个中间位置相连，第三方向垂直于第一方向x和第二方向y。
两个第一隔热层1011之间有多处相连，提升了第一隔热层1011的结构强度，对置于两个第一隔热层1011之间的第二隔热层1012起到更好的支撑作用，使第二隔热层1012不被电池单体20挤压变形。
可选地，在本申请实施例中，继续参照图7中的(b)，在第二方向y上，两个第一隔热层1011的相连的位置均匀分布。
可选地，在本申请实施例中，在第三方向z上，两个第一隔热层1011的端部相连。
具体地，如图8所示，第一隔热层为四周凸起，中心部位凹陷的结构，两个第一隔热层1011在第二方向y上的端部相连，并且，在第三方向z上，两个第一隔热层1011的端部也相连。也就是说，两个第一隔热层1011的四个端部分别相连，形成密闭的空腔。将第二隔热层1012置于该空腔中，也就是说，第二隔热层1012完全被第一隔热层1011包裹，与外界隔绝，能够更有效避免第二隔热层1012被挤压。
可选地，在本申请实施例中，如图9所示，两个第一隔热层1011与一个第二隔热层1012沿第二方向y排列，且第二隔热层1012位于两个第一隔热层1011之间，在第三方向z上，两个第一隔热层1011的端部相连。
具体地，两个第一隔热层1011沿第二方向y排列，且在第三方向z上，两个第一隔热层1011的端部相连，这样，两个第一隔热层1011围合成“口”字形，而第二隔热层1012位于两个第一隔热层1011之间，也就是第二隔热层1012在第二方向z和第三方向y上均被两个第一隔热层1011包围，这种情况下，当电池单体20挤压第一隔热层1011和第二隔热层1012时，由于第一隔热层1011的强度高，不易变形，其在第一方向x上的尺寸基本不变，那么相邻的两个电池单体20就很难往中间的第二隔热层1012靠近，从而不会挤压第二隔热层1012，保证了第二隔热层1012有效发挥隔热的作用。
可选地，在本申请实施例中，两个第一隔热层1011可以一体成型形成“口”字形结构，本申请对此不做限定。
可选地，在本申请实施例中，如图10所示，在第三方向z上，两个第一隔热层1011的至少一个中间位置相连。
应理解，在第二方向y上，两个第一隔热层1011的中间位置也可以相连，且至少一个中间位置相连。
两个第一隔热层1011之间有多处相连，提升了第一隔热层1011的结构强度，对置于两个第一隔热层1011之间的第二隔热层1012起到更好的支撑作用，使第二隔热层1012不被电池单体20挤压变形。
可选地，在本申请实施例中，在第三方向z上，两个第一隔热层1011的相连的位置均匀分布；或者，在第二方向y上，两个第一隔热层1011的相连的位置均匀分布。
在本申请实施例中，如图6、图7以及图9-11所示，隔热板101在第一方向x上的尺寸L1为0.2～5mm。如图11所示，当隔热板101只包括第一隔热层1011时，隔热板101在第一方向x上的尺寸L1即为第一隔热层1011在第一方向x上的尺寸L3。
当隔热板101在第一方向x上的尺寸L1太小时，隔热板101的隔热效果较差，且隔热板101的强度较小，易被两侧的电池单体20挤压变形，导致隔热效果变差；当隔热板101在第一方向x上的尺寸L1太大时，会占据电池10内过多的空间，降低电池10的能量密度。因此，设置隔热板101在第一方向x上的尺寸L1为0.2～5mm，在保证隔热板101的强度较大和隔热效果好的情况下，同时保证电池10具有较高的能量密度。
可选地，在本申请实施例中，隔热板101在第一方向x上的尺寸L1为3mm。
设置隔热板101在第一方向x上的尺寸L1为3mm，使隔热板101具有高强度，不易被挤压变形，高温下也不变形，隔热效果好，有效阻止电池10热失控的扩散，同时，不会占据电池10内过多的空间，保证电池10具有较高的能量密度。
在本申请实施例中，隔热板101在第一方向x上的尺寸L1与电池单体20的能量Q满足：2×10-3mm/Wh≤L1/Q≤10-2mm/Wh。
电池单体的能量是指电池单体存储能量的大小，电池单体能量是衡量电池单体性能的重要性能指标之一。
当隔热板101在第一方向x上的尺寸L1与电池单体20的能量Q的比值太小，即电池单体20单位能量对应的隔热板101在第一方向x上的尺寸L1太小时，隔热板101的隔热效果较差；在电池单体20的能量Q一定时，L1/Q越大，即L1越大，会占据电池10内过多的空间，降低电池10的能量密度。因此，设置隔热板101在第一方向x上的尺寸L1与电池单体20的能量Q的比值满足2×10-3mm/Wh≤L1/Q≤10-2mm/Wh，在保证隔热板101的隔热效果好的情况下，同时保证电池10具有较高的能量密度。
可选地，在本申请实施例中，L1/Q为8×10-3mm/Wh。
设置隔热板101在第一方向x上的尺寸L1与电池单体20的能量Q的比值为8×10- 3mm/Wh，使得隔热板101具有好的隔热效果，有效阻止电池10热失控的扩散，同时，不会占据电池10内过多的空间，保证电池10具有较高的能量密度。
在本申请实施例中，第二隔热层1012在第一方向x上的尺寸L2与隔热板101在第一方向x上的尺寸L1满足：0.2≤L2/L1≤0.6。
当L2远小于L1，即L2/L1过小时，第二隔热层1012较第一隔热层1011很薄，那么第二隔热层1012发挥的隔热效果较弱；当L2/L1过大时，第二隔热层1012较第一隔热层1011很厚，即第二隔热层1012占据隔热板101的绝大部分，那么隔热板101的强度就较低，容易被电池单体20挤压变形，影响隔热效果，因此设置0.2≤L2/L1≤0.6，这样，可以保证隔热板101的隔热效果，有效阻止电池10内热失控的扩散。
可选地，在本申请实施例中，如图6和图7所示，第一隔热层1011在第一方向x上的尺寸L3为1mm，第二隔热层1012在第一方向x上的尺寸L2为1mm。
这样，一个第一隔热层1011和两个第二隔热层1012组装形成的隔热板101在第一方向x上的总尺寸为3mm，一方面保证隔热板101的高强度，不易变形以及好的隔热效果，另一方面保证隔热板101不会占据电池10内过多的空间，保证电池10具有较高的能量密度。
可选地，在本申请实施例中，第二隔热层1012为气凝胶毡。
气凝胶毡具有质轻﹑易裁剪﹑密度小、无机防火﹑整体疏水、绿色环保等特性，气凝胶毡的隔热效果是传统隔热材料2-5倍。
可选地，在本申请实施例中，第二隔热层1012为空气夹层。
这种情况下，两个第一隔热板101之间形成空腔，这种结构的隔热板101既具有一定的结构强度，不易被挤压变形，也不易高温变形，还具有一定的隔热效果，能够有效阻止电池10内热失控的扩散。
可选地，在本申请实施例中，第一隔热层1011包括多层纤维增强树脂层1013，纤维增强树脂层1013由纤维材料和树脂材料复合形成。
纤维材料和树脂材料之间的复合过程，本申请对此不作任何限定。例如，如图12所示，可以将单片纤维材料层1013a浸入树脂材料浆料中，使树脂材料浆料充分浸润在单片纤维材料层1013a中的纤维孔隙1013b中，然后在60℃-120℃温度条件下烘烤3-30分钟，制得纤维增强树脂层1013。将1-20层的纤维增强树脂层1013进行叠合，在0.1-10Mpa的压力条件下，100℃-200℃的温度条件下热压成型，制成第一隔热层1011。
本申请对树脂材料浆料的制备方法同样不做任何限定。例如，在本申请实施例中，树脂材料浆料可以由水性弹性涂料、树脂材料、阻燃剂、分散剂、偶联剂、二氧化硅粉、短纤维按质量比(35-55)：(15-34)：(15-20)：(1-3)：(0.5-3)：(1-3)：(0.5-3)组成。
本申请实施例中的纤维增强树脂材料是一种颜色为深棕色、具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能的材料，即使在非常高的温度下，也能保持其结构的完整性和尺寸的稳定性，被广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂和阻燃剂。
纤维增强树脂复合材料具有质轻，高强度，高刚性，耐高温的特性，多层纤维增强树脂层形成第一隔热层1011，因此，第一隔热层1011具有强度高，耐高温的特性，从而保证隔热板101有效阻止电池内热失控的扩散。
可选地，在本申请实施例中，树脂材料为硅基气凝胶改性树脂或耐高温阻燃性树脂。
硅基气凝胶改性树脂具有低导热系数的特性，耐高温阻燃性树脂具有耐高温、低导热系数的特性，相较于一般的树脂材料，硅基气凝胶改性树脂和耐高温阻燃性树脂与纤维材料复合，形成纤维增强树脂复合材料，具有更好的耐高温和高强度的特性，纤维增强树脂复合材料形成的第一隔热层1011可以有效阻止电池10内热失控的扩散。
可选地，在本申请实施例中，纤维材料为陶瓷纤维材料。
具体地，纤维可为玻璃纤维、碳纤维、石英纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维、玄武岩纤维、水镁石纤维等纤维中的一种。陶瓷纤维在多种纤维材料中的耐高温性能较为突出。
陶瓷纤维材料较其他的纤维材料有着更优越的耐高温性能，陶瓷纤维材料与树脂材料复合而成的材料具有更好的耐高温和高强度的特性，该复合材料形成的第一隔热层可以有效阻止电池内热失控的扩散。
可选地，在本申请实施例中，陶瓷纤维材料为氧化硅或氧化铝。
采用氧化硅或氧化铝的陶瓷纤维材料与树脂材料复合制备出的第一隔热层，其耐高温性能最佳。
本申请实施例还提供了一种用电设备，该用电设备可以包括前述实施例中的电池10。可选地，该用电设备可以为车辆1、船舶或航天器等，但本申请实施例对此并不限定。
以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
对纤维增强树脂材料制成的第一隔热层进行拉伸性能测试，测试结果如表1所示；进行压缩性能测试，测试结果如表2所示；进行弯曲性能测试，测试结果如表3所示；进行断梁剪切性能测试，测试结果如表4所示；进行冲击性能测试，测试结果如表5所示。
表1不同厚度的第一隔热层的拉伸性能测试
表2不同厚度的第一隔热层的压缩性能测试
表3不同厚度的第一隔热层的弯曲性能测试
表4不同厚度的第一隔热层的断梁剪切性能测试
表5不同厚度的第一隔热层的冲击性能测试
另外，对厚度为3mm的第一隔热层的硬度测试，测试结果为邵D硬度87，巴氏硬度46。
虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (21)

1.一种电池(10)，其特征在于，包括：
多个电池单体(20)，所述多个电池单体(20)包括相邻的第一电池单体(21)和第二电池单体(22)，所述第一电池单体(21)和所述第二电池单体(22)沿第一方向(x)排列；
隔热板(101)，所述隔热板(101)设置于所述第一电池单体(21)和所述第二电池单体(22)之间，其中，所述隔热板(101)包括第一隔热层(1011)，所述第一隔热层(1011)为高分子基体复合纤维板。
2.根据权利要求1所述的电池(10)，其特征在于，所述高分子基体复合纤维板为纤维增强树脂复合板。
3.根据权利要求1或2所述的电池(10)，其特征在于，所述隔热板(101)设置于所述第一电池单体(21)的第一壁(211)和所述第二电池单体(22)的第二壁(221)之间，所述第一壁(211)为所述第一电池单体(21)中表面积最大的壁，所述第二壁(221)为所述第二电池单体(22)中表面积最大的壁。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池(10)，其特征在于，所述隔热板(101)包括第二隔热层(1012)和两个所述第一隔热层(1011)，所述第二隔热层(1012)和两个所述第一隔热层(1011)沿所述第一方向(x)排列，且所述第二隔热层(1012)位于两个所述第一隔热层(1011)之间。
5.根据权利要求4所述的电池(10)，其特征在于，在第二方向(y)上，两个所述第一隔热层(1011)的端部相连，所述第二方向(y)垂直于所述第一方向(x)。
6.根据权利要求5所述的电池(10)，其特征在于，在所述第二方向(y)上，两个所述第一隔热层(1011)的至少一个中间位置相连。
7.根据权利要求6所述的电池(10)，其特征在于，在所述第二方向(y)上，两个所述第一隔热层(1011)的相连的位置均匀分布。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池(10)，其特征在于，所述隔热板(101)在所述第一方向(x)上的尺寸L1为0.2～5mm。
9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述隔热板(1011)在所述第一方向(x)上的尺寸L1为3mm。
10.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述隔热板(101)在所述第一方向(x)上的尺寸L1与所述电池单体的能量Q满足：2×10-3mm/Wh≤L1/Q≤10-2mm/Wh。
11.根据权利要求10所述的电池，其特征在于，L1/Q为8×10-3mm/Wh。
12.根据权利要求8所述的电池(10)，其特征在于，所述第二隔热层(1012)在所述第一方向(x)上的尺寸L2与所述隔热板(101)在所述第一方向(x)上的尺寸L1满足：0.2≤L2/L1≤0.6。
13.根据权利要求12所述的电池(10)，其特征在于，所述第一隔热层(1011)在所述第一方向(x)上的尺寸L3为1mm，所述第二隔热层(1012)在所述第一方向(x)上的尺寸L2为1mm。
14.根据权利要求4至13中任一项所述的电池(10)，其特征在于，所述第二隔热层(1012)为气凝胶毡。
15.根据权利要求4至13中任一项所述的电池(10)，其特征在于，所述第二隔热层(1012)为空气夹层。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的电池(10)，其特征在于，所述第一隔热层(1011)包括多层纤维增强树脂层，所述纤维增强树脂层由纤维材料和树脂材料复合形成。
17.根据权利要求16所述的电池(10)，其特征在于，所述树脂材料为硅基气凝胶改性树脂或耐高温阻燃性树脂。
18.根据权利要求16所述的电池(10)，其特征在于，所述纤维材料为玻璃纤维、陶瓷纤维、碳纤维、石英纤维、高硅氧纤维、硅酸铝纤维、莫来石纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维、玄武岩纤维、水镁石纤维、凹凸棒石纤维、硼纤维、碳纳米管纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维等纤维中的至少一种。
19.根据权利要求18所述的电池(10)，其特征在于，所述纤维材料为陶瓷纤维材料。
20.根据权利要求19所述的电池(10)，其特征在于，所述陶瓷纤维材料为氧化硅或氧化铝。
21.一种用电设备，其特征在于，包括：根据权利要求1至20中任一项所述的电池(10)，所述电池(10)用于提供电能。
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