CN117861103A - 具有复合系统的防火装置、复合系统和具有防火装置的电池包 - Google Patents

具有复合系统的防火装置、复合系统和具有防火装置的电池包 Download PDF

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CN117861103A
CN117861103A CN202311315234.0A CN202311315234A CN117861103A CN 117861103 A CN117861103 A CN 117861103A CN 202311315234 A CN202311315234 A CN 202311315234A CN 117861103 A CN117861103 A CN 117861103A
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composite system
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aluminum
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弗洛里安·温特
迪德里克·卡伊利兹
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Cuylits Holding GmbH
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Abstract

本发明涉及一种复合系统，包括至少一个载体层；至少一个设计为防火纤维毡的层；和至少一个用于屏蔽电辐射、磁辐射和/或电磁辐射的组成部分。此外，还涉及用于制备该复合系统的方法和该复合系统的用途。

Description

具有复合系统的防火装置、复合系统和具有防火装置的电 池包
本发明涉及一种复合系统，该复合系统可同时用于防火和电磁屏蔽。本发明的其他主题为用于制备根据本发明的该复合系统的方法以及根据本发明的复合系统同时用于防火和EMI屏蔽的用途，特别是在电池领域。
目前，汽车行业的趋势是用电动机或电动机与内燃机的组合替代内燃机，并且由此通过减少(混合动力)或完全消除(电动车)汽车尾气排放来降低汽车对环境的影响。然而，驱动技术领域的这一变革并非没有技术障碍，因为电动机的使用意味着需要低成本、能量密度高、使用寿命长、使用条件多样的可充电电池(蓄电池)。此外，至关重要的是，车辆电池在车辆使用或存放期间不得对健康造成不合理的危害。
可充电电池，如锂离子电池，比原电池更易热失控(thermal runaway)。当内部反应速度加快，使得产生的热量超过了能够从电池中排出的热量，导致反应速度和产生的热量均进一步增加时，就会出现热失控。最后，所产生的热量足以导致电池损毁(例如通过过压(爆裂)或由于气体排放)。此外，在此还可导致起火。
热失控可例如由电池内部短路、电池使用不当、制造缺陷或极端外部温度触发。如果电动车中所用的电池包包含多个电池，交通事故可导致电池包中的多个电池同时发生热失控。
在热失控期间，迅速放出大量热能，从而使整个电池升温至850℃或更高温度。由于发生热失控的电池的温度升高，电池包内相邻电池的温度也会升高。如果相邻电池的温度不受阻碍地升高，它们也会发生热失控。这种级联效应可导致当单个电池发生热失控时，整个电池包中的所有电池最终都发生热失控。
电池包具有用于保护电池的壳体，并且包含用于电池的温控和控制的装置。通过使用专门开发的壳体，可减少在存放和/或搬运期间由于短路而造成的危险。
在现有技术中已知可改善电池包，例如汽车领域的电池包的防火性能的措施。
从US2005/01700238A1中已知一种由玻璃纤维增强塑料制成的电池壳体。
从US2012/0225331 A1中已知一种电池包，在该电池包的由坚固材料制成的壳体内布置有由带有聚合物涂层的玻璃纤维材料制成的保护层。如果电池发生故障，那么这种结构会阻止所产生的气体。壳体吸收所产生的力。
从US2011/0192564 A中已知一种用于保护电池的复合系统。该复合系统在现有技术的图1中示出，其中上层(108)是粘合剂层，经由该粘合剂层将复合系统与电能储存器，如电池，连接起来。该粘合剂层紧接着是泡沫层(102)，泡沫层又与外层(110)连接。根据US2011/0192564 A，该外层可为玻璃纤维毡。在该布置中，任选在泡沫层(102)中存在所谓的起烧蚀作用的化合物。从US 2016/0192564A中已知的该构造的缺点在于，在出现热效应的情况下，起烧蚀作用的化合物只能在复合系统内发挥作用，因此其功能性受到限制。起烧蚀作用的化合物对电池的直接影响因防火层与电池之间所设置的粘合剂层而受限。
从US2011/064997 A中已知一种设置在壳体中的电池。该壳体的一侧由直接接触电化学电池的离子聚合物层形成。再往外(即在离子聚合物层与电化学电池相对的一侧)设置有玻璃纤维垫。在US2011/064997 A中，离子聚合物层可包含膨胀组成部分，如石墨。因此，在US2011/064997 A中所用的玻璃纤维垫充当的是载体层，而且并非直接附接在电化学电池(电池)的壳体上。从现有技术中已知的该复合系统具有下述缺点：用作载体材料的玻璃纤维垫不具备足够的刚度，并且由此无法对复合系统进行形状稳定的压印。此外，设有膨胀化合物的离子聚合物层的制备费时费力且成本密集。
WO 2014/018107 A涉及一种作为防火屏障的层压板，用于实现热绝缘和声绝缘。在一种具体的实施例中，为聚醚醚酮薄膜的一侧设置网眼布和热封，为聚醚醚酮薄膜的另一侧设置硅胶粘合剂层、玻璃纤维层和阻燃层。六层层压板的制备费时费力，特别是因为要在单独的方法步骤中在硅胶粘合剂上先涂覆玻璃纤维织物，再涂覆阻燃层。此外，复合材料不适合塑性变形，因为上述各层都不具备足够的刚度。
JP H07300912A公开了一种复合系统，该复合系统在图2中示出。根据该公开，在下层上涂覆粘合层，该下层为载体层2并且由玻璃纤维织物层形成。该粘合层用附图标号6表示。紧接着在粘合层上布置减热层(10)。该减热层(10)可包含烧蚀介质。紧接着布置不可燃层(4)。所产生的复合体由此包括玻璃纤维织物作为载体材料，而玻璃纤维织物通常不具备足以实现塑性变形能力的刚度。此外，这种制备费时费力且成本密集。
US 5,735,098描述了一种防火组合物，该防火组合物包含起烧蚀作用的化合物和玻璃纤维。然而，该现有技术中的防火组合物既不包括玻璃纤维毡，也不包括刚度足以使可能产生的复合体发生塑性变形的载体材料。
在DE 10 2010 043 899 A1中描述了一种电池盒，也被称为电池壳。在该解决方案中，电池壳被设计为具有壳体盖和壳体底，该壳体盖根据电池的外轮廓设计而成，该壳体底附接在罩形壳体盖处。电池壳采用阻燃塑料制成。此类解决方案无法承受长时间放热。
除防火问题外，电辐射、磁辐射和/或电磁辐射的屏蔽问题在此期间也很重要。因此，将防火层与电磁兼容层(EMC或EMI层)相结合的解决方案也是已知的。该附加层用于改善电磁兼容性(EMC)，并且由此优选用于屏蔽车辆的其他驱动元件和控制/调节元件。
从WO 2021/156095 A中已知一种用于电动车辆电池的此类覆盖结构，其中该覆盖结构由具有防火覆层和EMC层的SMC基体(Sheet Molding Compound，片状模塑料)制成。防火覆层、SMC基体和EMC层在一个工序中优选借助压胶机彼此粘合。防火涂层和EMC层设置在SMC基体的相对的两侧。在现有技术中，防火覆层由云母板或云母模制件形成。WO 2021/156095 A的核心理念在于，在SMC基体上产生永久粘性层，为此使用粉末粘合剂。因此，根据该专利公布文件，可将层以粘贴的方式仅布置在SMC基体的上方和下方。
US2021/376405 A公开了一种在电动车和混合动力车的电池包中用作热屏障的热复合材料，其中该复合材料包括多孔芯层、布置在多孔芯层两侧的阻燃层以及布置在多孔芯层与阻燃层之间的至少一个辐射阻挡层。在US2021/376405A的图6中描述了一种复合材料，该复合材料具有由第一阻火层、辐射阻挡层、辐射阻挡层的上侧、具有上侧和下侧的多孔载体层以及第二阻火层组成的构造。多孔载体层可被形成为由玻璃垫、陶瓷垫或其他防燃垫或橡胶基垫组成的热膨胀层，该橡胶基具有蛭石等可膨胀颗粒或分布在橡胶基层中的可膨胀石墨。辐射阻挡层可由金属箔形成，如铝箔、铜箔或金属箔带，如3M公司(位于美国明尼苏达州圣保罗)的3MTM 1170铝箔屏蔽胶带。其他示例性材料可为金属补偿材料或金属涂层聚合物复合材料。US2021/376405 A中并未公开带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维的用途，也未公开如下文那样具体描述的复合系统的构造。
US2021/074960 A公开了一种多层隔热元件，用于为电池隔热，其中该隔热元件具有第一覆盖层、第二覆盖层和设置在两个覆盖层之间的衬垫，该衬垫具有至少一个耐热层，其中该耐热层由针织网形成，和/或覆盖层的组织薄弱，因此该隔热元件作为整体可压缩且可弯曲。在US2021/074960 A的图1A中描述了一种复合材料，该复合材料具有由载体层、具有纤维层(该纤维层优选由针刺毯和/或粘合无纺布组成)的中间层和用于热绝缘的中间层(该中间层特别是可由铝箔形成)组成的构造。US2021/074960 A中并未公开带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维的用途，也未公开如下文那样具体描述的复合系统的构造。
US2022/069402 A公开了一种复合系统，该复合系统包括载体层、粘合剂层和防火层，该防火层包含至少一种烧蚀化合物。作为带涂层的玻璃纤维毡或涂层玻璃纤维织物(作为载体层)的替代方案，该复合系统还可具有至少一个不锈钢箔作为屏障，用于将金属颗粒从电池中分离出来。不锈钢箔的相应层厚介于0.02mm与0.40mm之间，优选介于0.04mm与0.30mm之间，进一步优选介于0.05mm与0.20mm之间。2022/069402A中并未公开带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维的用途，也未公开如下文那样具体描述的复合系统的构造。
US 6,399,737一种组合物，包括热塑性树脂和约1wt％至约30wt％的电磁屏蔽剂，其中该电磁屏蔽剂包括金属涂层纤维和金属纤维，并且其中，根据ASTM D4935所测量的，该组合物在成型后具有至少约为10分贝的屏蔽效果。
这些复合系统和复合材料具有下述缺点：防火性能不足、电屏蔽性能不足、塑性变形能力有限。该现有技术中的复合系统和复合材料的缺点特别是在于，它们并非同时具备足够的防火性能和/或电屏蔽性能以及良好的塑性变形能力。
与此相对地，本发明的目的在于提供一种复合系统，该复合系统一方面符合防火技术要求，另一方面符合EMC要求，同时，该复合系统能被不费力地制备而成，并且可以塑性变形，且在成型过程期间不会出现层裂或分层。根据本发明的复合系统的三维变形能力是必要的，这样该复合系统才能与电池的三维形状适配。
此外，本发明的目的在于提供一种用于制备此类覆盖结构的方法。
该目的在复合系统方面通过权利要求1的特征组合来实现，并且在方法方面通过从属权利要求14的特征组合来实现。
本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。
因此，根据本发明，首先提供复合系统，包括层系统，该层系统包括：
(a)至少一个载体层；和
(b)至少一个设计成防火纤维毡(Brandschutzvlies)的层。
根据本发明的复合系统的特征在于，它包括
(c)至少一个用于屏蔽电辐射、磁辐射和/或电磁辐射的组成部分
并且该至少一个组成部分(c)由布置在层(a)和层(b)外的铝箔，和/或由具有金属涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维形成。
根据本发明的复合系统已被证明在同时实现防火和EMC屏蔽方面非常有效。本发明所提供的复合系统与WO 2021/156095 A公开的现有技术的根本区别在于，它具有防火纤维毡。
通过使用本发明意义上的防火纤维毡，实现各种技术优势。一方面，通过防火纤维毡提供塑性变形能力。所产生的成型模体不脆，更易于加工。结合根据本发明的复合系统的其他层，产生更好的防火性能，即使是与云母(Mica)等普通材料相比。此外，特别是云母等材料的缺点还在于其来源不明确，其中可能会产生供应链法律问题或合规性或可持续性问题。在本发明的上下文中，“纤维毡”应理解为一种无纺布(不织布)，该无纺布由任何种类和任何来源的有限长度的纤维、连续纤维(长丝)或短切纤维组成的结构，其以任意方式接合形成纤维毡(纤维层、纤维绒、纤维纱)，并且以任意方式相互连接。根据本发明的纤维毡是柔性纺织织物，即这些纤维毡相对容易弯曲，纤维毡其主要结构元素是纺织纤维，它们的厚度相比其长度和宽度相对较小。下文将详细介绍防火纤维毡。
在现有技术WO 2021/156095 A中，防火层和用于屏蔽电辐射、磁辐射和/或电磁辐射的组成部分之间通过SMC基体彼此隔开。在本发明的上下文中，避免根据WO 2021/156095A所述的这种层结构结构，下面会进一步描述。此外，WO 2021/156095A的复合系统一般不会设置防火纤维毡。
在本发明的上下文中，该至少一个用于屏蔽电辐射、磁辐射和/或电磁辐射的组成部分(c)可为铝箔(本发明的第一实施方式)和/或带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维(本发明的第二实施方式)。下面将对这两种实施方式进行描述。
作为防火装置，根据本发明的复合系统，该复合系统可例如被设计为毡或垫或板，可例如安装在用于汽车的电池包的壳体盖下，作为隔热和/或防火装置，以便一方面保护电池免受外部温度和/或火焰的影响，另一方面在电池发生热失控时防止热量和/或火势蔓延到车辆的其他部件和/或乘员舱。
因此，根据本发明的复合系统通常直接接触电池。
下面将对根据本发明的复合系统的单个层进行描述。
载体层
复合系统的载体层同时可被设计为绝缘层，可设计为刚性的或柔性的。
该载体层包括例如由AES玻璃、E玻璃、ECR玻璃、石英玻璃、S玻璃、R玻璃、M玻璃、C玻璃、D玻璃、AR玻璃、T玻璃和/或Q玻璃制成的玻璃纤维毡或玻璃纤维织物。优选的是石英玻璃。特别优选的是硅酸盐纤维针刺毯。
优选地，载体层包含硅酸盐纤维针刺毯，其硅酸盐纤维具有在5μm至20μm的范围内，优选在6μm至12μm的范围内的纤维厚度。
此外，优选使用密度为120kg/m3至180kg/m3，进一步优选为130kg/m3至170kg/m3，再进一步优选为140kg/m3至160kg/m3，再进一步优选在150kg/m3范围内的硅酸盐纤维针刺毯。
根据本发明使用的硅酸盐纤维针刺毯优选具有200g/m2至2000g/m2，进一步优选250g/m2至1500g/m2，进一步优选300g/m2至1000g/m2，更进一步优选350g/m2至500g/m2的标称基重。
根据本发明使用的硅酸盐纤维针刺毯具有标称厚度优选为2mm至15mm，进一步优选为3mm至12mm，再进一步优选为4mm至8mm的纤维。
根据本发明使用的硅酸盐纤维针刺毯的导热率优选选自0.038W/mk至0.046W/mk(100℃)、0.048W/mk至0.056W/mk(200℃)、0.061W/mk至0.69W/mk(300℃)、0.78W/mk至0.86W/mk(400℃)、0.094W/mk至0.102W/mk(500℃)、0.115W/mk至0.123W/mk(600℃)、0.144W/mk至0.152W/mk(700℃)、0.171W/mk至0.179W/mk(800℃)和0.186W/mk至0.194W/mk(900℃)。
硅酸盐纤维针刺毯通常是可商购的，并且通常使用针织技术并且优选不添加粘结剂来制备。硅酸盐纤维针刺毯优选完全由石英玻璃纤维形成，其中石英玻璃纤维由至少94wt％的SiO2，进一步优选由至少96wt％的SiO2制成，使得形成的硅酸盐纤维针刺毯具备足够的耐温性。根据本发明提供的硅酸盐纤维针刺毯的特征在于出色的热绝缘性能和良好的抗振性。它们具有非常好的耐化学性、高物理性能和高机械承载能力，这使得它们特别优选用作载体材料，因为根据本发明的复合系统必须优选可塑性变形的，以适配电池或电池壳的三维形状。
根据本发明优选的硅酸盐纤维针刺毯的上述特性使得根据本发明的复合系统在高温下具有所期望的良好绝缘性能。当具有上述特性的硅酸盐纤维针刺毯被用于制备根据本发明的复合系统时，密度的增加(例如在根据本发明的制备方法中通过压缩)进一步改善对热辐射的绝缘性能。硅纤维含量至少为94wt％或96wt％SiO2的硅酸盐纤维针刺毯可承受非常高的温度，因此比其他纤维更能抵抗烧穿。
在本发明的上下文中，已证明特别优选的是，载体层不仅由硅酸盐纤维针刺毯形成，而且还包括两个离散的层，即上述硅酸盐纤维针刺毯和附加的不锈钢箔。在本发明的该实施方式中，不锈钢箔优选为由VA钢制成的不锈钢箔。
不锈钢箔优选具有0.02mm至0.40mm，进一步优选0.08mm至0.22mm，进一步优选0.10mm至0.20mm，更进一步优选0.12mm至0.18mm的层厚。在根据本发明的复合系统中，将不锈钢箔作为燃烧的金属颗粒的穿透屏障是特别有利的。
特别是不锈钢箔的层厚的选择与本发明相关。一方面，必须在足够的层厚(因为足够的层厚才能提供足够的阻燃性能和足够的穿透屏障)和不锈钢箔的重量考量之间找到平衡。这种平衡特别是通过上述层厚来实现。
此外，根据本发明具体提出的由VA钢制成的不锈钢箔带来了令人惊喜的优势。由VA钢制成的不锈钢箔为所得到的复合体带来了机械稳定性，从而保留了三维压印的可能性。与根据本发明的复合系统中所用的织物部件相比，VA钢制成的不锈钢箔基本上没有表现出恢复行为。
已经表明，通过从硅酸盐纤维针刺毯和不锈钢箔中选择载体材料可以产生形状稳定的复合系统。在此，根据本发明优选提供的硅酸盐纤维针刺毯具有下述优点：所产生的复合系统是可塑性变形的。
在另一实施方案中，也可使用由带有铝涂层的纤维构成的无定向纤维毡(无规纤维毡)。无定向纤维毡(也可以称为无定向毡、无定向无纺布)，是指短纤维或长丝可以任意方向分布的纤维毡，即短纤维或长丝相对均匀地分布在无纺布的各个方向上。
被设计为防火纤维毡的层(＝防火层)
防火层优选包含带有防火组合物(包括至少一种起烧蚀作用的化合物)涂层的玻璃纤维毡或玻璃纤维织物。
在本发明的上下文中，防火纤维毡是玻璃纤维毡或玻璃纤维织物的同义词。
优选地，玻璃纤维毡或玻璃纤维织物包含由AES玻璃、E玻璃、ECR玻璃、石英玻璃、S玻璃、R玻璃、M玻璃、C玻璃、D玻璃、AR玻璃、T玻璃和/或Q玻璃制成的玻璃纤维。优选的是E玻璃。
根据本发明，选择玻璃纤维毡或玻璃纤维织物，使得所制备的复合系统是可塑性变形的。用于玻璃纤维毡或玻璃纤维织物的对应材料本身是本领域技术人员已知的。
优选地，防火层包含玻璃纤维毡。玻璃纤维毡在许多实施方案和各种应用中是已知的。同样已知的还有用于制备由玻璃纤维、粘结剂以及其他可能的添加剂制成的玻璃纤维毡的方法。添加剂可改善成品玻璃纤维毡的特定性能，例如耐热水性。
优选地，玻璃纤维毡的基重介于40g/m2与60g/m2之间。
玻璃纤维毡的玻璃纤维优选具有在2mm至10mm的范围内，进一步优选在3mm至8mm的范围内，再进一步优选在4mm至7mm的范围内的长度。
就玻璃纤维毡的粘结剂而言，在此存在很大的选择空间。特别有利的粘结剂为尿素树脂、改性聚乙烯醇、聚丙烯酸、水玻璃、聚氨酯粘结剂以及上述粘结剂的混合物。特别优选的是，使用改性聚乙烯醇作为粘结剂。
玻璃纤维毡或玻璃纤维织物涂有防火组合物。该防火组合物必须包含至少一种起烧蚀作用的化合物。特别优选地，玻璃纤维毡或玻璃纤维织物包含两种或更多种起烧蚀作用的化合物。
由于玻璃纤维毡或玻璃纤维织物的多孔性，防火组合物可渗入纤维毡或纤维织物中。视纤维毡或织物的涂层或浸渍的实施方案，形成由玻璃纤维毡/玻璃纤维织物和涂层组合物组成的单层结构，或纤维毡/织物和防火组合物仍然单独存在的双层结构。
在本发明的范围内，期望的是防火组合物的一定的渗透性，因为渗透性会改善防火组合物在纤维毡中的锁紧性，使其整体更加稳定，不易剥落。
起烧蚀作用的化合物是指遇热产生冷却效果的化合物。在此过程中，通过吸热过程将结合水释放出来，并产生冷却效果。为了实现这种烧蚀冷却，可优选使用能够陶瓷化、碳化、升华或膨胀的化合物作为起烧蚀作用的化合物。
在一种优选的实施方式中，使用至少一种陶瓷化的起烧蚀作用的化合物。通过陶瓷化例如防止火焰穿透。
优选的起烧蚀作用的化合物选自LiNO3·3H2O、Na2CO3H2O(Thermonatrite)、Na2CO3·7H2O、Na2CO3·10H2O(苏打)、Na2Ca(CO3)2·2H2O(皮尔松石pirssonite)、Na2Ca(CO3)2·5H2O(斜钠钙石Gaylussite)、Na(HCO3)Na2CO3·2H2O(碳酸钠石Trona)、Na2S2O3·5H2O、Na2O3Si·5H2O、KF·2H2O、CaBr2·2H2O、CaBr2·6H2O、CaSO4·2H2O(石膏gypsum)、Ca(SO4)·1/2H2O(烧石膏bassanite)、Ba(OH)2·8H2O、Ni(NO3)2·6H2O、Ni(NO3)2·4H2O、Ni(NO3)2·2H2O、Zn(NO3)2·4H2O、Zn(NO3)2·6H2O、(ZnO)2(B2O3)2·3H2O、Mg(NO3)2·6H2O(US5985013 A)、MgSO4·7H2O(EP 1 069 172 A2)、Mg(OH)2、Al(OH)3、Al(OH)3·3H2O、AIOOH(勃姆石boehmite)、Al2[SO4]3·nH2O(其中n＝14-18)、KAl(SO4)2·12H2O(EP 1 069 172 A2)、CaO·Al2O3·10H2O、MgCO3·3H2O(碳氢镁石nesquehonite)、Ca2Mg14(Al,Fe)4CO3(OH)42·29H2O(羟铝钙镁石Wermlandite)、Ca3Si(OH)6(SO4)(CO3)·12H2O(碳硫硅钙石Thaumasite)、Ca6Al2[(OH)12|(SO4)3]·26H2O(水碳镁石Artinite)、3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O(钙矾石ettringite)、Mg5(OH)2(CO3)4·4H2O(水菱镁石hydromagnesite)、Ca4Al2(OH)14·6H2O(水铝钙石hydrocalumite)、Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O(水滑石hydrotalcite)、CaAl2(OH)4(CO3)2·3H2O(铝水方解石Alumohydrocalcite)、Al14(CO3)3(OH)36(羟碳铝石scarbroite)、3CaO·Al2O3·6H2O(水榴石hydrogarnet)、NaAl(OH)CO3(碳钠铝石dawsonite)、Al(OH)3(三水铝石hydrargillite，ATH)、水合沸石、蛭石、硬硼钙石、珍珠岩、云母、碱硅酸盐、硼砂、改性碳、石墨、硅酸及其混合物。
在本发明的一种优选实施方式中，起烧蚀作用的化合物包括云母、蛭石和/或钙矾石，特别是云母、蛭石和/或合成钙矾石。
在本发明的一种优选实施方式中，起烧蚀作用的化合物包括钙矾石。在本发明的一种优选的实施方式中，起烧蚀作用的化合物包括合成钙矾石。
钙矾石(Ca6Al2[(OH)12|(SO4)3]·26H2O)是一种罕见的矿物，属于带外来阴离子的水合硫酸盐类矿物。合成钙矾石例如以含水悬浮液的形式提供。此外，含水悬浮液还可包括基于聚合物基的有机粘结剂，例如丙烯酸酯等。
在本发明的另一种优选的实施方式中，起烧蚀作用的化合物包括Al(OH)3(三水铝石hydrargillite，ATH)。
Al(OH)3在超过200℃的温度下分解成氧化铝和水。水冷却火源并稀释产生的气体。产生的氧化铝形成陶瓷保护层。
在一种优选的实施方式中，防火组合物包括两种或两种以上起烧蚀作用的化合物。进一步优选的是，防火组合物包括两种起烧蚀作用的化合物。在这种情况下，特别优选的是，起烧蚀作用的化合物包括合成钙矾石和Al(OH)3。
防火组合物中的起烧蚀作用的化合物的量优选至少50wt％，更优选至少60wt％，还更优选至少70wt％并且完全特别优选至少75wt％，在每种情况下均基于防火组合物的总重量。
为了改善防火组合物的应用性能和/或防火层的防火效果，防火组合物还可以含有其他成分。
这些其他成分可特别地包括消泡剂、溶剂、粘结剂、增稠剂和/或膨胀玻璃。
为了制备防火组合物，在室温(25℃)下使这些成分在溶解器中均质化。
防火组合物被涂覆在玻璃纤维毡或玻璃纤维织物的一侧表面。这可例如借助刮板或滚筒来进行。然后使带有涂层的玻璃纤维毡或玻璃纤维织物干燥，例如使用干燥隧道在190℃左右的温度下进行干燥。
优选地，防火层的基重介于400g/m2与600g/m2之间。在本发明的上下文中，这种基重是有利的，因为它使得在基重介于40g/m2与60g/m2之间的所使用的玻璃纤维毡上进行过程安全的涂覆成为可能。玻璃纤维毡以及防火组合物的基重优选需要彼此适配，其中需要同时考虑到所产生的复合系统厚度以及材料特性(不应形成多孔结构)。
在另一种实施方式中，根据本发明的复合系统的载体层还可由上述防火层中的一个或几个防火层结构组成。如果载体层由上述防火层中的几个防火层结构组成，则这些防火层优选通过下述粘合层相互连接。
粘合剂层
根据本发明的复合系统的上述这些层以及所有其他层优选经由一个或多个粘合剂层相互连接。
在本发明的范围内，粘合剂层优选基于热熔粘合剂；因此，各个层通过热熔层压相互连接。
在这种情况下，热熔粘合剂可为物理固化型热塑性粘合剂或化学固化型热固性粘合剂。
热熔粘合剂优选选自基于橡胶的热熔胶、基于聚酰胺的热熔胶、基于聚烯烃的热熔胶、基于乙烯-醋酸乙烯酯的热熔胶和基于聚氨酯的热熔胶。
根据本发明的目的，通常优选的是，热熔粘合剂被设计为使得其可被喷涂到复合系统的相应层上。
在本发明的范围内，还优选，热熔粘合剂被设计为具有短的开放时间并且对压力敏感。
在此，还优选的是，热熔粘合剂被设计为具有永久粘合性。由于根据本发明的复合系统可能需要进行三维变形，所以在变形期间，相邻层的区域可能会失去接触，由于永久形成的粘合剂效应，这可在稍后重新得到补偿。
相应的粘合剂层还可包含例如热塑性聚合物薄膜、合成橡胶、水玻璃、聚氨酯或丙烯酸酯。根据成分和填充材料不同，分为热塑性粘合层、喷胶粘合层(合成橡胶)、丙烯酸酯粘合层或防火粘合层(水玻璃)。合适的热塑性聚合物包括例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、聚乳酸(PLA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚醚醚酮(PEEK)和聚氯乙烯(PVC)。特别优选地，粘合层包含热塑性聚乙烯薄膜。
这种粘合剂层用于根据本发明的复合系统的各个层之间，或仅用于根据本发明的复合系统的某些层之间。
用于屏蔽电辐射、磁辐射和/或电磁辐射的组成部分
在本发明的范围内，根据本发明的复合系统包括至少一个用于屏蔽电辐射、磁辐射和/或电磁辐射的组成部分。
本发明针对这种电辐射、磁辐射和/或电磁辐射的屏蔽设置了两种实施方案，现在将在下面对它们进行描述。
第一实施方案
根据本发明设置的用于电屏蔽、磁屏蔽和/或电磁屏蔽的组成部分可首先由金属箔形成，其能够有效屏蔽电磁辐射。在这种情况下，金属箔可优选为铜箔或铝箔或镍箔或银箔或金箔或由铁基材料(如不锈钢合金)制成的箔。
在本发明的第一实施方案的优选实施方式中，该组成部分由铝箔或铝带形成。根据EN485-2标准，铝箔与铝带的区别在于层厚(铝箔层厚不超过0.20mm，铝带层厚超过0.20mm)。
在下文中，这两个术语统称为铝箔。
因此，在根据本发明的复合体的第一实施方案中，该复合体包括至少一个铝箔。另外，根据本发明的复合系统还可以包含两个或更多个铝箔。
为使根据本发明的复合体有足够的屏蔽性能，优选使用具有0.1mm至0.5mm，进一步优选0.15mm至0.45mm，再进一步优选0.20mm至0.40mm的层厚的铝箔。
根据本发明的复合系统的结构
在根据本发明的下述复合系统中，优选设置成，铝箔紧邻至少一个防火纤维毡，任选地可在防火纤维毡与铝箔之间设置粘合剂层。
在本发明的上下文中，术语“紧邻”通常被理解为所述的层是相邻的，但可以通过粘合剂层相互连接。这不仅适用于铝箔和防火层的具体设计，也适用于每个层序。
根据本发明的复合系统还可包括至少两个防火纤维毡和至少两个用于屏蔽的铝箔，其中在每种情况下每个铝箔均各自与防火纤维毡紧邻布置。
在这种结构中，任选地，铝箔也可以通过粘合剂层各自与防火纤维毡连接。
第一实施方案的第一实施方式
根据本发明的复合系统的一种可能的结构为：在防火纤维毡的与载体层相对的一侧上设置铝箔，其中载体层例如可由上述硅酸盐纤维针刺毯和上述不锈钢箔组成，并且载体层可布置在两个防火纤维毡之间。
在本发明的上下文中，如果假定复合系统具有载体层(该载体层例如由上述硅酸盐纤维针刺毯和上述不锈钢箔组成)和两个防火纤维毡，则该复合系统可包括两个铝箔，这两个铝箔包裹着由防火纤维毡和载体层组成的层结构。
因此，在该实施方案中可设置成，铝箔包裹着层结构，该层结构由与载体层相邻设置的第一防火纤维毡组成，其中载体层在与第一防火纤维毡相对的一侧设有另一防火纤维毡。
因此，在该实施方案中还可设置成，铝箔包裹着层结构，该层结构由与载体层相邻设置的第一防火纤维毡组成，其中载体层包括前述硅酸盐纤维针刺毯和前述不锈钢箔，并且在与第一防火纤维毡相对的一侧设有另一防火纤维毡。
在该实施方案中，铝层特别是向外指向并且在铝层的一侧上至少具有载体层和防火层。
因此，本发明要求保护的是上述复合系统，在其中实现了下列层结构：
a1)铝箔，紧邻
b1)防火纤维毡，紧邻
c1)载体层，紧邻
d1)防火纤维毡，紧邻
e1)铝箔；
其中各个层b1)至d1)可各自经由上述粘合剂层相互连接，并且铝箔包裹着层b1)至d1)，特别是在没有其他粘合剂层的情况下。
因此，本发明要求保护的是上述复合系统，在其中实现了下列层结构：
a2)铝箔，紧邻
b2)防火纤维毡，紧邻
c2.1)硅酸盐纤维针刺毯，紧邻
c2.2)不锈钢箔，紧邻
d2)防火纤维毡，紧邻
e2)铝箔，
其中各个层b2)至d2)可各自经由上述粘合剂层相互连接，并且铝箔包裹着层b2)至d2)，特别是在没有其他粘合剂层的情况下。
在本发明的范围中，如果使用两个铝箔，这两个铝箔包裹着层b1/b2)至d1/d2)(含c1)或c2.1)和c2.2))，那么这两个铝箔的边缘优选卷曲在一起。
在该实施方案中，所得的具有上述层a1/a2)至e1/e2)(含c1)或c2.1)和c2.2))的复合体可用作集成电池壳；额外使用例如由塑料制成的电池壳并不是绝对必要的。在根据本发明的层结构a1/a2)至e1/e2)(含c1)或c2.1)和c2.2))被用作电池壳的情况下，电池与两个铝箔中的一个相邻布置，因为根据本发明的复合系统的层结构是对称的。
在该实施方案中，所得的具有上述层a1/a2)至e1/e2)(含c1)或c2.1)和c2.2))的复合体也可以仅用作电池壳的盖子，电池壳的其余部分由电池领域常用的塑料形成。
第一实施方案的第二实施方式
在第一实施方案的第二实施方式中，根据本发明的复合系统可具有下列层结构，其中各个层优选地如上所述形成：
a3)不锈钢箔，
b3)防火层，
c3)载体层，优选由如上所述硅酸盐纤维针刺毯制成，
d3)防火层，
e3)铝箔。
在使用铝箔和/或不锈钢箔(其在复合材料中位于防火层和载体层的布置的外侧，即向外指向)进行电磁屏蔽的情况下，电磁屏蔽性能优于下述情况，即对应的铝层和/或不锈钢层位于内侧且被防火层和/或载体层所包围。
第一实施方案的第二实施方式的另一种变体涉及一种根据本发明的由下列层结构组成的复合系统，其中各个层优选地如上所述形成：
a4)不锈钢箔，
b4)防火层，
c4)铝箔，
d4)载体层，优选由上述硅酸盐纤维针刺毯组成，
e4)防火层，
f4)不锈钢箔。
根据本发明的复合系统的两种实施方式的层结构适合安装在电池容器的盖子中。
特别是根据本发明的复合系统的第二实施方式的层结构适合安装在电池壳的盖中。电动车中的电池壳是重要部件，负责容纳和保护高性能电池。这些壳体在电动车的安全性、效率和寿命方面起着重要作用。
电池容器，也被称为电池壳或电池包壳，是坚固结实、大多由铝或其他轻型耐用材料如塑料制成的壳体，这些壳体包围着电动车的高性能电池。它们具有几项重要功能：
壳体保护敏感的电池免受潮湿、冲击、振动、温度波动和机械损坏等外部因素的影响。壳体还可用作散热器，防止电池过热。通常，壳体中集成有冷却通道和热交换器，以使电池保持在最佳工作温度。此外，电池容器的设计还使得能在发生事故或碰撞时保护电池电池，防止电池液泄漏。因此，电池容器用作承重元件并且提高汽车的抗扭刚度，从而有助于实现车辆的结构完整性。
如前所述，电池容器通常由铝或塑料制成，铝因其轻质和高强度而特别适用。在铝的情况下，其结构大多包括焊接或浇铸的嵌板，这些嵌板连接起来形成稳定的壳体。壳体的形状经过精心设计，以便为电池包创造空间，同时支撑车辆结构。
这些电池容器一般都具有可打开的盖子，通过盖子将高性能电池装入电池容器。
在本发明的范围内，这些盖子可以集成的方式具有上述根据本发明的复合系统，并且可以塑性地适配于壳体。
第二实施方案
在第二实施方案中，电辐射、磁辐射和/或电磁辐射的屏蔽可通过具有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维来实现。
具有铝涂层的纤维为复合材料，这些复合材料由玻璃纤维或玄武岩纤维制成并涂有铝涂层。这种涂层赋予了纤维额外的性能和应用可能性。
涂层通常是通过热蒸镀或喷涂的方式将铝涂覆在纤维表面。铝涂层从多个方面改善了纤维的机械性能：
涂层增加了纤维的抗拉强度，这使得纤维适用于高机械负荷应用。带涂层的纤维具有更好的抗弯强度，这有利于其在结构性应用中的用途。铝涂层有助于提高纤维的抗冲击强度，从而使其能够抵抗机械应力。
铝涂层还提高了纤维的耐热和耐高温能力。这使得它们适用于需要防热的应用，如防火应用。此外，铝涂层还具有电屏蔽效果。
铝涂层还提供一定的耐腐蚀性，这使得带涂层的纤维适合腐蚀性环境中的应用。
所用的玻璃纤维或玄武岩纤维单丝的直径优选为5μm至24μm。
铝涂层优选具有0.1μm至3μm的厚度，从而一方面达到良好的屏蔽效果，同时还确保加工性能。
单丝纤维的长度优选为1mm至20mm。
在该第二实施方案中，也优选的是，起电磁屏蔽作用的材料向外指向，并且优选在复合材料中位于防火层和载体层的布置的外侧。
在第二实施方案中，根据本发明的复合系统(该复合系统例如由上述层(a1)至e1)、a2)至e2)、a3)至e3)或a4)至f4))构造而成)在至少一侧可被由塑料制成的壳体部件覆盖，其中在该由塑料制成的壳体部件中嵌入有带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维。
在第二实施方案中，根据本发明的复合系统(该复合系统例如由上述层(a1)至e1)、a2)至e2)、a3)至e3)或a4)至f4))构造而成)可完全被由塑料制成的壳体部件所包围，其中在该由塑料制成的壳体部件中嵌入有带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维。
根据本发明，将根据本发明的复合系统集成在壳体部件中，特别是壳体盖子中，是有利的，因为可在构造期间直接提供防火或电磁屏蔽。
如果将根据本发明的复合系统集成在电池壳体部件中，而电池壳体部件中包含带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维，那么也可省去在上述层序中使用铝层。
这种由塑料制成的壳体部件通常可通过注塑成型来制备，其中在塑料颗粒中已加入对应的带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维。
在第二实施方案的一种变体中，带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维等同于由涂有铝涂层的玻璃或玄武岩制成的纤维。
在第二实施方案的另一种变体中，带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维等同于由涂有铝涂层的玻璃或玄武岩制成的纤维，并且其中纤维芯由熔融的拉薄的带有铝涂层的玄武岩或玻璃形成。
因此，在该第二实施方案中，根据本发明的复合系统具有以下层：
a)具有带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维的塑料层，紧邻
b)防火纤维毡，紧邻
c)载体层，紧邻
d)防火纤维毡。
或
a)具有带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维的塑料层，紧邻
b)防火纤维毡，紧邻
c)载体层，紧邻
d)防火纤维毡，紧邻
e)具有带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维的塑料层，
其中载体层包括或由以下组成
c1)硅酸盐纤维针刺毯，紧邻
c2)不锈钢箔
或
a)不锈钢箔，
b)防火层，
c)载体层，优选由如上所述的硅酸盐纤维针刺毯组成，
d)防火层，
e)铝箔。
或
a)不锈钢箔，
b)防火层，
c)铝箔，
d)载体层，优选由如上所述的硅酸盐纤维针刺毯组成，
e)防火层，
f)不锈钢箔。
在该复合系统的范围内，塑料层可在包括按照a)至e)或a)至f)所述的上述层的情况下在边缘处相互连接。
在这种情况下，塑料层可优选由注塑材料制备而成。
根据本发明的复合系统的总厚度可为1mm至15mm，进一步优选2mm至12mm，再进一步优选3mm至10mm。
根据本发明的复合系统的布置
特别地，设置成，将复合系统的防火层布置为与电池直接接触，该防火层包含至少一种起烧蚀作用的化合物。
在本发明的上下文中，“与电池直接接触”这一特征应理解为，电池(外侧)与复合系统之间未设置有根据本发明的复合系统的其他层；电池壳体与防火层之间的接触不是必须的，因此根据本发明的复合系统与电池之间也可设置有粘合剂层。
在本发明的范围内，如果将防火层直接布置在电池壳体上，则可以避免：防火层中所包含的起烧蚀作用的化合物的作用导致所使用的复合系统在起火时爆炸。因此，对于本发明有利的是，包含起烧蚀作用的化合物的层，即防火层，直接接触电池壳体。
在使用铝层来产生屏蔽效果的情况下，铝层在防火层和载体层周围形成包裹物，复合系统自然地经由铝层与电池连接。
替代性地，可将防火装置设计为运输容器，并且例如用作锂离子电池的运输包。在这种实施方式中，防火装置优选具有开口，例如拉链或尼龙搭扣等锁合封闭装置，通过该开口，可装入和取出电池包。
如果根据本发明的防火装置被设计为运输容器，则优选的是，防火装置具有塑性变形能力。对于此目的，特别是建议使用特殊的载体材料，如上所述。
防火装置包括复合系统，任选的还可以包括包裹物，复合系统布置在该包裹物内。
特别地，防火装置可被设计为毡或垫或板的形式，并且可为在便携式设备(例如智能手机或平板电脑)或电动车中使用的电池包的组成部分。特别地，防火装置可为电池包的组成部分，该电池包具有至少一个在便携式设备或电动车中使用的可充电锂离子电池。
本申请的另一发明主题为一种电池包，包括(i)壳体，
(ii)至少一个可充电锂离子电池，和
(iii)如上所述的复合系统，该复合系统在壳体中紧邻所述至少一个可充电锂离
子电池。
在本发明的这种电池包中，优选将根据本发明的复合系统布置在可充电锂离子电池的方向上。
关于电池包的优选实施方式，比照适用针对根据本发明的复合系统所描述的内容。
特别地，可充电锂电池包括可充电钴酸锂电池、可充电钛酸锂电池、可充电锰酸锂电池、可充电磷酸铁锂电池、可充电锂空气电池、可充电双碳电池和/或锂聚合物电池。电池包通常具有几个串联的可充电锂电池。电池包可包含其他部件。作为其他部件，特别是包含电池管理系统(BMS)。电池管理系统优选为电子电路，用于监测、控制和保护可充电锂离子电池。电池包通常被设计为可更换型，并且具有可松开的电触点。
本申请的另一主题是一种用于制备根据本发明的复合体的方法。在根据本发明的该方法中，
(1)各自相继提供如上所述的单个层，并且
(2)按照上述说明，使单个层各自经由粘合剂层彼此粘合。
在第三个方法步骤中，层压层
(3)在压力作用下相互连接。
如果在本发明的范围内使用铝箔的上述第一实施方案来进行EMC屏蔽，那么根据本发明的方法还包括下列方法步骤：
(4)任选地使方法步骤(3)中产生的层结构成型，其中形成该构造的两个外层的铝箔层比其他内层的面积更大；并且
(5)对两个外侧铝箔进行卷边处理，以将其余内层完全包在里面。
本申请的另一主题是根据本发明的防火装置在包括至少一个可充电锂离子电池的装置中的用途。
关于该应用的优选实施方式，比照适用针对防火装置和电池包所描述的内容。
参照下列实施方式，再次具体说明本发明：
实施例：
按照图1制备根据本发明的复合系统，在该附图中，附图标号具有下列含义：
1：防火纤维毡的第一层
2：VA不锈钢箔
3：硅酸盐纤维针刺毯
4：防火纤维毡的第二层
5：由压敏热熔胶形成的层
依次提供单个层，并使用基于Follmann公司的合成聚合物的压敏热熔胶(MELT PSA H4402)使之各自与相邻层连接。由压敏热熔胶形成的层在图1中显示为离散层，但可特别是在渗入防火纤维毡时随着该层流开。
图2示出根据本发明的复合系统，在其中根据图1的复合系统的顶侧和底侧设有
6：第一铝层，和
7：第二铝层。
8：铝层的边缘
在层1至层5的宽度上延伸，使得两个铝层通过卷边处理而相互连接(仅在图2中示意性地示出)。
图3示出根据本发明的复合系统，在其中根据图1的复合系统的顶侧和底侧设有
9：第一塑料层，和
10：第二塑料层。
11：塑料层的边缘
在层1至层5的宽度上延伸，使得两个塑料层例如通过注塑成型而相互连接(仅在图3中示意性地示出)。
在第一塑料层和第二塑料层中，嵌入有12：带有铝涂层的玻璃纤维。

Claims (15)

1.复合系统，包括
(a)至少一个载体层；
(b)至少一个设计为防火纤维毡的层；和
(c)至少一个用于屏蔽电辐射、磁辐射和/或电磁辐射的组成部分，
其特征在于，
所述至少一个组成部分(c)由布置在所述层(a)和层(b)外的铝箔形成，和/或由带有金属涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维形成。
2.根据权利要求1所述的复合系统，其特征在于，所述带有金属涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维带有铝涂层，并且具有下列参数中的至少一个：
i)单丝直径为5μm至24μm；
ii)铝涂层厚度为0.1μm至3μm；
iii)单丝纤维长度为1mm至20mm。
3.根据权利要求1或2所述的复合系统，其特征在于，按照(a)所述的载体层选自由AES玻璃、E玻璃、ECR玻璃、石英玻璃、S玻璃、R玻璃、M玻璃、C玻璃、D玻璃、AR玻璃、T玻璃和/或Q玻璃制成的玻璃纤维毡或玻璃纤维织物。
4.根据权利要求3所述的复合系统，其特征在于，按照(a)所述的载体层为硅酸盐纤维针刺毯。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合系统，其特征在于，按照(a)所述的载体层包括硅酸盐纤维针刺毯和不锈钢箔。
6.根据权利要求5所述的复合系统，其特征在于，所述硅酸盐纤维针刺毯和所述不锈钢箔在复合体中彼此紧邻。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的复合系统，其特征在于，按照(b)所述的防火纤维毡包括玻璃纤维毡或玻璃纤维织物。
8.根据权利要求7所述的复合系统，其特征在于，按照(b)所述的玻璃纤维毡或玻璃纤维织物涂有或浸渍有防火组合物。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的复合系统，其特征在于，按照(b)所述的玻璃纤维毡或玻璃纤维织物具有防火组合物，所述防火组合物包含作为粘结剂的尿素树脂、改性聚乙烯醇、聚丙烯酸、水玻璃、聚氨酯粘结剂以及上述粘结剂和至少一种起烧蚀作用的化合物的混合物，其中所述起烧蚀作用的化合物能够在热的作用下陶瓷化、碳化、升华或膨胀。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的复合系统，其特征在于，所述复合系统包括至少一个铝箔，作为按照(c)所述的用于屏蔽电辐射、磁辐射和/或电磁辐射的组成部分。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的复合系统，其特征在于，所述复合系统具有下列层结构：
a)铝箔，紧邻
b)设计为防火纤维毡的层，紧邻
c)载体层，紧邻
d)设计为防火纤维毡的层，紧邻
e)铝箔。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的复合系统，其特征在于，所述复合系统包括带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维，或者由裹有铝涂层的玻璃或玄武岩制成的纤维，作为用于屏蔽电辐射、磁辐射和/或电磁辐射的组成部分。
13.根据权利要求12所述的复合系统，其特征在于，所述带有铝涂层的玻璃纤维或玄武岩纤维，或者所述由裹有铝涂层的玻璃或玄武岩制成的纤维嵌入到塑料层中。
14.一种用于制备权利要求1至13中任一项所述的复合系统的方法，其特征在于，提供各个层，并且通过热熔粘合剂在压力的作用下使之相互连接。
15.权利要求1至13中任一项所述的复合系统用于电池防火，特别是汽车电池防火的用途。
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