CN118056317A - 用在封装热障材料的材料、系统和方法 - Google Patents

用在封装热障材料的材料、系统和方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及用在管理能量存储系统中的热失控问题的材料和系统。例示性实施例包括由层压膜封装以形成隔热屏障的绝缘层。支撑构件放置在隔热层的至少一部分的周围。所述支撑构件为所述隔热层提供支撑，使得所述隔热层能够容易地封装并安装在电池模块或电池组中。

Description

用在封装热障材料的材料、系统和方法
相关应用的交叉引用
本公开要求2021年12月1日所提交的标题为"用在封装材料的材料、系统和方法"的美国临时专利申请案第63/284,917号的权益和优先权，其内容通过引用其整体并入本文。
技术领域
本公开总体涉及用在封装材料的材料、系统和方法。具体而言，本公开涉及用在能量存储系统中的电池单元或电池模块间的热障材料的封装的材料、系统和方法。本公开进一步涉及气凝胶热障的封装。本公开进一步涉及一种具有一个或多个包括经封装的热障材料的电池单元的电池模块或电池组，及包括此类电池模块或电池组的系统。
背景技术
锂离子电池等可充电电池已广泛应用在动力驱动和储能系统。与传统电池相比，锂离子电池(LIB)因其高工作电压、低记忆效应和高能量密度而广泛应用在为手机、平板电脑、笔记本电脑、动力工具等便携式电子装置和电动车等其他高电流装置供电。然而，安全性是一个问题，因为LIB在"滥用条件"下运行，例如当可充电电池过度充电(充电超过设计电压)、过度放电或在高温和高压下运行，容易发生灾难性故障。因此，狭窄的工作温度范围和充电/放电速率是使用LIB的限制，因为当受到超出其设计窗口的条件时，LIB可能会因快速自热或热失控事件而故障。
当内部反应速率增加至产生的热量多于可排出的热量时，可能会发生热失控，导致进一步增加反应速率和热量产生。在热失控其间，高温会引发电池中一系列放热反应，导致电池温度迅速地升高。在许多情况下，当一个电池单元发生热失控时，产生的热量会迅速地加热与发生热失控的电池单元紧密邻近的电池单元。添加至热失控反应中的各电池都含额外的能量来继续反应，导致热失控在电池组内传播，最终导致火灾或爆炸的灾难。及时散热和有效阻断传热路径是减少热失控传播危害的有效对策。
基于对导致电池热失控的机制的理解，许多方法正在研究中，旨在通过电池组件的合理设计来减少安全隐患。为防止此类级联热失控事件发生，LIB通常设计为经存储的能量保持得足够低，或在电池模块或电池组内的电池单元间采用足够的隔热材料，以使其或其组合免受相邻电池单元中可能发生的热事件的影响。前者严重限制了此类装置中可能存储的能量。后者限制了电池单元的放置距离，从而限制了有效能量密度。
目前有许多不同的方法用在最大化能量密度同时防止级联热失控。一种方法是在电池单元或电池单元簇间加入足量的隔热体。从安全角度来看，此类方法通常视为理想的；然而，在此类方法中，隔热材料容纳热量的能力与所需的隔热体积限定了可实现的能量密度上限。
另一种方法是通过使用相变材料。此类材料在达到特定温升时会经历吸热相变。吸热相变吸收部分所产生的热量，从而冷却局部区域。通常，对于电力存储装置来说，此类相变材料依赖碳氢化合物材料，诸如蜡和脂肪酸。此类系统在冷却方面是有效的，但其本身是可燃的，因此一旦存储装置内发生着火，就无益于防止热失控。
加入膨胀材料是防止级联热失控的另一种策略。此类材料在超过特定温度时会膨胀，产生一种设计为轻量的炭，并在需要时提供隔热作用。此类材料可有效地提供隔热效果，但在设计存储装置时必须考虑到材料的膨胀。
气凝胶材料也已用在热障材料。与其他热障材料相比，气凝胶热障具有许多优势。其中一些优点包括对热传播和火焰传播具有良好的耐受性，同时最大限度地减少所用材料的厚度和重量。气凝胶热障也具有良好的可压缩性、压缩回弹性和顺应性。一些基于气凝胶的热障由于重量轻且刚度低，难以安装在电池单元间，特别是在大规模生产环境中。此外，气凝胶热障往往会产生微粒物质(灰尘)，对蓄电系统有害，从而产生制造问题。
由于有许多不同材料可供使用，各材料都具有许多不同的特性，无论是有利的或其他的，封装热障材料以向电池单元和热障两者提供额外的保护，同时也简化制造工艺，将是有利的。
发明内容
本公开的目的是消除或减轻上述先前方法和材料的至少一个缺点。本文提供的支撑构件和封装材料设计为改进电池模块或电池组中使用的热障的封装和处理。
在本公开的一方面中，一种用在电能存储系统中的隔热屏障包含：至少一隔热层、围绕至少一部分所述隔热层的支撑构件；和至少部分围绕所述隔热层的封装层。封装层接触至少一部分支撑构件。封装层包含层压膜，其包含外聚合物层、刚性层和内聚合物层，其中，内聚合物层与隔热层接触，且其中刚性层设置在外聚合物层和内聚合物层间。
支撑构件可为由单件材料构成的单一支撑构件，或可由连接在一起以形成支撑构件的两个或多个支撑件构成。在一实施方案中，支撑构件包含定位在隔热层相对侧上的两个支撑构件。在另一实施方案中，支撑构件围绕隔热层的周边。在另一实施方案中，支撑构件基本上是U形的。
为了提供用在隔热层的支撑，支撑构件可由挠曲模量大于隔热层的挠曲模量的材料形成。在本公开的一方面中，支撑构件应具有大于100MPa的挠曲模量。在一实施方案中，支撑构件由与用在隔热层的材料不同的材料构成。在一优选的实施方案中，支撑构件由聚合材料构成。在一实施方案中，支撑构件可包含膨胀材料。在一实施方案中，支撑构件具有的厚度小于隔热层的厚度。
隔热层可由可用在减少电池单元之间的热传递的任何材料构成。一般而言，隔热层在所述隔热层的厚度维度上将具有在25℃小于约50mW/m-K且在600℃小于约60mW/m-K的热导率。在一优选的实施方案中，隔热层包含气凝胶。
封装层可附接至支撑构件。或者，所述封装层围绕所述隔热层和所述支撑构件。接着，将封装层本身密封以形成至少部分围绕隔热层的外壳。
在本公开的一方面中，隔热屏障包含耦合至封装层的一个或多个粘合垫。粘合垫可在相邻电池单元间提供缓冲。而且，粘合垫可粘合至相邻的电池单元，在制造和使用期间抑制隔热屏障与电池单元的不对准。
外聚合物层包含对电能存储系统中的介电传热流体具有耐受性的聚合物。例如，外聚合物层包含对选自由烃流体、酯流体、硅流体、氟醚流体及其组合组成的组的传热流体具有耐受性的聚合物。在本公开的一方面中，外聚合物层由选自由聚甲醛、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚砜、聚酰亚胺和对苯二甲酸酯组成的组的聚合物制成。
内聚合物层包含可热焊接至其自身的聚合物。例如，内聚合物层包含聚烯烃聚合物。在一些方面中，内聚合物由与外聚合物层中的聚合物不同的聚合物构成。
在本公开的一特定方面中，外聚合物层由聚对苯二甲酸乙二醇酯("PET")或尼龙聚合物构成，且内聚合物层由聚丙烯("PP")或聚乙烯("PE")构成。
在某些方面中，刚性层包含金属箔。可用作刚性层的特定金属箔包括但不限于铝、铜、钢和钛。
在某些方面中，刚性层包含聚合物。可用作刚性层的特定聚合物包括但不限于聚苯并咪唑纤维(PBI纤维)、尼龙、三聚氰胺、变性聚丙烯腈和芳香族聚酰胺(芳纶)。
其他可用在刚性层的材料包括但不限于碳纤维、石墨、碳化硅和云母。
在本公开的一方面中，封装层进一步包含设置在外聚合物层和刚性层和/或内聚合物层和刚性层间的粘合剂。
在本公开的一方面中，外聚合物层具有约10μm至约50μm的厚度。在本公开的一方面中，刚性层具有约50μm至约150μm的厚度。在本公开的一方面中，内聚合物层具有约10μm至约50μm的厚度。在本公开的一方面中，封装层具有约70μm至约200μm间的总厚度。
在本公开的一方面中，封装层附接至支撑构件。可使用一个或多个粘合垫将封装层耦合至支撑构件。
在本公开的另一方面中，一种封装隔热层的方法包含：以支撑构件围绕至少一部分隔热层；在至少一部分隔热层和支撑构件上方形成封装层。封装层接触至少一部分支撑构件。在一特定实施方案中，至少一部分封装层附接至至少一部分支撑构件。在一实施方案中，通过在封装层与支撑构件接触的同时加热封装层，将封装层附接至至少一部分支撑构件。在此过程中，封装层通过加热元件与支撑构件保持接触。或者，封装层可通过粘合剂附接至支撑构件。
在另一实施方案中，形成封装层包含：以封装层覆盖至少一部分隔热层和支撑构件，并将封装层的两个或多个单独部分连接在一起以形成围绕至少一部分隔热层和支撑构件的外壳。在此过程中，通过在两个或多个单独部分接触的同时加热两个或多个单独部分而将封装层的两个或多个单独部分附接在一起。在隔热层上方形成封装层的任一实施方案中，封装层可部分或可完全围绕隔热层和支撑构件。
在本公开的一方面中，至少一刚性层设置在封装层的两个或多个单独部分间。在一实施方案中，所述至少一刚性层可嵌入在封装层的两个或多个单独部分间。在一实施方案中，所述方法包括在所述至少一刚性层中形成弯曲以提供从隔热层延伸的延伸部分。在一实施方案中，所述两个或多个单独部分通过位于所述两个或多个单独部分相对侧上的一对元件保持在一起，其中至少一元件为经加热的。
在本公开的另一方面中，电池模块包含多个电池单元和如本文所述设置在相邻电池单元间的一个或多个隔热屏障。
在另一方面中，本文提供一种包括根据任一上述方面的电池模块或电池组的装置或车辆。在一些实施方案中，所述装置是笔记本电脑、PDA、手机、标签扫描器、音频装置、视频装置、显示屏、摄像机、数码相机、台式电脑、军用便携式电脑、军用电话、激光测距仪、数字通信装置、智能收集感测器、电子集成服装、夜视装置、动力工具、计算器、收音机、遥控电器、GPS装置、手持式和便携式电视、汽车起动器、手电筒、音响装置、便携式加热装置、携带式吸尘器或便携式医疗器械。在一些实施方案中，车辆是电动车。
在一个或多个实施方案中，根据任一上述方面的隔热屏障在未经压缩的状态具有范围在约2mm至约10mm间的平均厚度。
本文所述的隔热屏障可提供优于现有热失控缓解策略的一个或多个优点。本文所述的隔热屏障可最小化或消除电池热失控传播，而不显著影响电池模块或电池组的能量密度和组装成本。本公开的隔热屏障可提供有利的可压缩性、压缩回弹性和顺应性以适应在电池寿命期间持续的电池膨胀，同时在正常操作条件下及热失控条件下拥有有利的热性质。本文所述的隔热屏障耐用且易于处理，对热传播和火焰传播具有良好的耐受性，同时最小化所用材料的厚度和重量，且也具有良好的可压缩性、压缩回弹性和顺应性。
附图说明
在对本公开进行一般性的描述后，现将参考附图，其不一定按比例绘制，并且其中：
图1是本公开的示例性隔热屏障的爆炸图。
图2是完全由支撑构件围绕的隔热层的侧视图。
图3是由U形支撑构件围绕的隔热层的侧视图。
图4是耦合至两个单独支撑构件的隔热层的侧视图。
图5A示意性地示出组装前的电池单元和屏障。
图5B示意性地示出组装后的电池单元和屏障。
图5C示意性地示出电池单元和在电池单元寿命结束时的屏障。
图6示意性地示出用在制造层压封装层的制造工艺。
图7示意性地示出具有延伸部分的封装层，其与电池单元外壳的内表面形成密封。
图8示意性地示出具有粘合垫的隔热屏障。
图9A描绘放置在两个电池单元之间的隔热屏障的俯视图。
图9B描绘具有支撑构件的图9A的详细视图。
图9C描绘无支撑构件的图9A的详细视图。
图10描绘具有用在将隔热屏障与电池单元对准的对准引导件的电池模块的俯视图。
图11描绘由膨胀材料和热导封装层构成的隔热屏障的替代实施方案。
图12描绘耦合至隔热层的支撑构件的特写视图。
图13描绘高温事件之前和之后的膨胀支撑构件的示意图。
图14描绘包括基本上围绕隔热层的U形支撑构件的隔热层的实施方案。
图15描绘具有至少一部分由支撑构件围绕的隔热层的隔热屏障的实施方案。
图16描绘支撑构件的替代实施方案，所述构件具有并入形成于支撑构件角落的开口中的微粒捕获构件。
图17描绘具有耦合至隔热层和封装层的膨胀支撑构件的隔热屏障的侧视图。
图18描绘具有包裹在封装层边缘周围的膨胀支撑构件的隔热屏障的侧视图。
图19描绘具有包裹在U形封装层边缘周围的膨胀支撑构件的隔热屏障的侧视图。
图20描绘具有膨胀支撑构件的隔热屏障的侧视图，所述膨胀支撑构件具有U形封装层。
图21描绘具有隔热层的电池模块/电池组的示意图，所述隔热层具有密封片。
图22描绘具有隔热层的电池模块/电池组的示意图，所述隔热层具有成对的密封片。
图23描绘具有放置在膨胀材料上方的密封片的电池模块/电池组的示意图。
图24描绘具有耦合至外壳的密封片的电池模块的示意图。
图25描绘具有层压隔热层的隔热屏障的示意图。
图26A描绘隔热层的示意图。
图26B描绘完全由支撑构件围绕的隔热层。
图26C描绘部分由支撑构件围绕的隔热层。
图26D描绘由具有粗糙表面的支撑构件围绕的隔热层。
图27A描绘具有设置在支撑构件中的隔热层的隔热屏障。
图27B描绘具有聚合物膜封装层的隔热屏障。
图27C描绘具有由刚性层封装的隔热层的隔热屏障。
图28A描绘具有由刚性层和聚合物膜封装的隔热层的隔热屏障。
图28B描绘具有由层压膜封装的隔热层的隔热屏障。
图29A描绘具有多个电池单元和位于电池单元之间的多个封装隔热屏障的电池模块的分解图。
图29B描绘包括保持由隔热屏障隔开的电池单元的壳体的电池模块。
图30描绘电池模块的爆炸图，所述电池模块包括保持由隔热屏障和刚性层隔开的电池单元的壳体。
图31描绘替代电池模块，其包括保持由隔热屏障隔开的电池单元的壳体。
具体实施方式
在下述优选的实施方案的详细描述中，参考附图，其形成优选的实施方案的一部分，并在其中以说明的方式示出可实施本公开的具体实施方案。应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可利用其他实施方案且可进行结构改变。
本公开涉及隔热屏障和包括隔热屏障的系统以管理能量存储系统中的热失控问题。示例性实施方案包括隔热屏障，其包含至少一隔热层、围绕至少一部分隔热层的支撑构件、及至少部分围绕隔热层的封装层。在一实施方案中，封装层接触至少一部分各支撑构件。
隔热层可包括通常用在隔开电池单元或电池模块的任何类型的隔热层。例示性隔热层包括但不限于聚合物基热障(诸如聚丙烯、聚酯、聚酰亚胺和芳香族聚酰胺(芳纶))、相变材料、膨胀材料、气凝胶材料、矿物基屏障(例如云母)和无机隔热层(例如，含玻璃纤维的隔热层)。
在一优选的实施方案中，隔热层包含气凝胶材料。气凝胶隔热层的说明描述于美国专利申请公开号2021/0167438和美国临时专利申请号63/218,205中，两者均通过引用并入本文。
本公开的隔热层在25℃和高达约5MPa负载下，在所述隔热层的厚度维度上具有约50mW/mK或更小、约40mW/mK或更小、约30mW/mK或更小、约25mW/mK或更小、约20mW/mK或更小、约18mW/mK或更小、约16mW/mK或更小、约14mW/mK或更小、约12mW/mK或更小、约10mW/mK或更小、约5mW/mK或更小、或这些值任两个之间的范围内的热导率。
隔热层可具有多种不同的物理性质，其使隔热层难以并入电池模块或电池组中。例如，一些隔热层具有非常低的挠曲模量(例如，小于10MPa)，使材料难以处理和定位在电池单元间。此外，低挠曲模量材料难以操作，特别是在使用自动封装工艺时。其他隔热层可具有较高的挠曲模量，但可为脆性的，使隔热层在电池模块或电池组的制造期间容易破裂。
本公开通过使用围绕至少一部分隔热层的支撑构件来帮助减轻此等问题。支撑构件位于隔热层外围并提供隔热层支撑。此外，封装层可附接至支撑构件。在支撑构件沿着隔热层外围定位的情况下，封装层至支撑构件的附接将隔热层至少部分包封在封装层中。
图1描绘隔热屏障的实施方案。隔热屏障100包括隔热层110。隔热层110由支撑构件120围绕。在一实施方案中，支撑构件120包括形状与隔热层的外围互补的开口125。开口125的尺寸可设定为与隔热层的尺寸大约相同。在组装期间，隔热层110可放置在开口125中并由支撑构件120保持到位。例如，支撑构件120可具有与隔热层的相应尺寸相同尺寸(长度×宽度)或稍小的开口。在此等实施方案中，隔热层110装配于支撑构件120的开口125内并通过摩擦配合保持到位。或者或除上述方法之外，隔热层可通过使用将隔热层固定在支撑构件的粘合剂(诸如胶或胶带)黏合至支撑构件。图2描绘设置在支撑构件120的开口内的封装隔热层110的侧视图。
封装层130附接至支撑构件120，以封装材料覆盖隔热层110的至少一侧。优选地，封装层130覆盖隔热层110的两侧。在本公开的一方面中，封装层130由两片封装材料130a和130b构成。在一实施方案中，一个或多个封装层附接至支撑构件以包封至少一部分隔热层。在一实施方案中，当使用两个片材时，封装片材附接至支撑构件以包封隔热材料。
在一替代实施方案中，封装层可形成为袋(参见图6)。含隔热层的支撑构件可放置在袋状封装层内。然后将封装层附接至支撑构件以包封至少一部分隔热层。
在一实施方案中，支撑构件形成为单块材料。例如，支撑构件可由单件材料形成，且在材料的中间形成有开口。单件材料中的开口可通过在材料中切割开口(例如，使用激光切割机)来形成。或者，支撑构件可通过注射成型工艺形成，其中可通过选择用在形成支撑构件的模具来控制支撑构件的形状。在另一实施方案中，支撑构件可由接在一起以形成支撑构件的两个或多个支撑件制成。例如，矩形支撑构件可由接在一起以形成支撑构件的四个单独的支撑件形成。支撑构件可胶黏或焊接在一起。
虽然图1和图2的实施方案将支撑构件描绘为矩形框架，但应理解，支撑构件不需要完全包封隔热层才有效。例如，图3描绘具有基本上U形的支撑构件320的隔热屏障300。因此，支撑构件仅覆盖隔热层310的三个侧面。U形支撑构件提供允许部分或完全封装隔热层的表面。隔热层可通过摩擦配合或通过使用粘合剂(胶或胶带)设置在U形开口中。
在另一实施方案中，如图4所示，隔热屏障400包括设置在隔热层410边缘上的两个单独的支撑构件420a和420b。两个单独的支撑构件可设置在隔热层相对边缘上(如图4所示)或沿着隔热层两个相邻边呈L形设置(未示出)。支撑构件可通过使用粘合剂(胶或胶带)附接至隔热层。
在一实施方案中，支撑构件是由与用在形成隔热层的材料不同的材料形成。在一优选的实施方案中，支撑构件的挠曲模量大于隔热层的挠曲模量。例如，许多不同类型的隔热层由具有低挠曲模量的材料形成。如本文所用，短语"低挠曲模量"是指小于约10MPa的挠曲模量。在一优选的实施方案中，支撑构件的挠曲模量大于100MPa。
可使用多种材料来形成支撑构件，包括聚合物和金属。聚合物因其易于制造、重量轻、介电性质及耐热性和耐燃性，优选的作为用在形成支撑构件的材料。在一实施方案中，选择用以形成支撑构件的聚合物具有大于约100MPa的挠曲模量。可用作形成支撑构件的材料的示例性聚合物包括但不限于聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺和芳香族聚酰胺。添加剂可存在于用在形成支撑构件的聚合物中，以改善挠曲模量、降低热导率、降低可燃性、或改变此等特性的任何组合。
在一实施方案中，支撑构件在25℃具有在所述隔热层的厚度维度上约50mW/mK或更小、约40mW/mK或更小、约30mW/mK或更小、约25mW/mK或更小、约20mW/mK或更小、约18mW/mK或更小、约16mW/mK或更小、约14mW/mK或更小、约12mW/mK或更小、约10mW/mK或更小、约5mW/mK或更小、或这些值任两个之间的范围内的热导率。
在某些实施方案中，本公开的支撑构件可具有约750cal/g或更小、约717cal/g或更小、约700cal/g或更小、约650cal/g或更小、约600cal/g或更小、约575cal/g或更小、约550cal/g或更小、约500cal/g或更小、约450cal/g或更小、约400cal/g或更小、约350cal/g或更小、约300cal/g或更小、约250cal/g或更小、约200cal/g或更小、约150cal/g或更小、约100cal/g或更小、约50cal/g或更小、约25cal/g或更小、约10cal/g或更小、或这些值任两个之间的范围内的燃烧热("HOC")。在本公开的上下文中，具有小于第二材料的燃烧热的第一材料将视为第一材料相对于第二材料的改善。在本公开的某些实施方案中，通过将防火级添加剂掺入支撑构件中来改善隔热层的燃烧热。
在某些实施方案中，本公开的支撑构件具有约300℃或更高、约320℃或更高、约340℃或更高、约360℃或更高、约380℃或更高、约400℃或更高、约420℃或更高、约440℃或更高、约460℃或更高、约480℃或更高、约500℃或更高、约515℃或更高、约550℃或更高、约600℃或更高、或这些值任两个之间的范围内的热分解起始点。在本公开的上下文中，例如，具有高于第二组成物的热分解起始点的第一组成物将视为第一组成物相对于第二组成物的改善。本文预期，与不包括任何防火级添加剂的组成物相比，当加入一种或多种防火级添加剂时，组成物或材料的热分解起始点提高。
在一实施方案中，支撑构件可由膨胀材料形成。膨胀材料是一种当暴露于热时会膨胀的材料。在电池模块的背景下，当电池单元开始故障时，电池单元的温度迅速升高，从而增加模块内部的温度。温度升高会引起用在形成支撑构件的膨胀材料的热致膨胀，从而在相邻电池单元之间形成密封。支撑构件的此类膨胀可提供对高压气体和电池单元爆裂时释放的微粒物质增加的抵抗力。例示性的膨胀材料公开于Hahn等人的美国专利号3,513,114；McGinniss等人的美国专利号5,487,946；Deogon等人的美国专利号5,591,791；Gottfried等人的美国专利号5,723,515；Nguyen等人的美国专利号6,790,893；Buckingham等人的PCT专利申请公开号WO 94/17142；Janci的PCT专利申请公开号WO 98/04639；和Fleetwood等人的PCT专利申请公开号WO 2020/077334，其所有皆通过引用完全并入本文。
在一实施方案中，支撑构件具有小于隔热层的厚度。图5A示出耦合至支撑构件520的隔热层510的侧视图。如图可见，在预组装阶段(隔热层上无压缩)，支撑构件520具有小于隔热层510的厚度。如图所示，隔热层因此从支撑构件凸出。在安装过程中，在电池单元生命周期的开始，隔热层与电池单元接触并轻微压缩，如图5B所示。结果发现，在某些情况下，若支撑构件具有大于或等于隔热层的厚度，则支撑构件将接触电池单元，从而防止隔热层接触电池单元。使用比隔热层薄的支撑构件可克服此问题。
如图5C所示，在电池单元寿命结束时，电池单元将开始膨胀。围绕隔热层的周边定位的支撑构件的构造允许电池单元膨胀并压靠在隔热层上，其中在本公开中，隔热层比支撑构件更可压缩。允许电池单元随着电池单元老化而膨胀将有助于防止电池单元外壳发生灾难性故障。
封装层是单层或多层材料。封装层可为膜、信封或袋的形式。封装层可由任何适合封包隔热层的材料制成。用在形成封装层的材料可选自聚合物、弹性体或其组合。适合的聚合物实施例诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺(PI)、橡胶、聚丙烯、聚酰胺和尼龙，具有非常低的热导率(小于1W/m)，具有降低整个系统穿透热导率的效果。在一实施方案中，封装层包含聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物。
在另一实施方案中，封装层由多层材料构成。例如，可使用类似用在形成小袋式电池单元壳体的材料的多层材料。在一实施方案中，封装层包含层压体，所述层压体包含三层：第一聚合物层、第二热导层和第三聚合物层，其中热导层夹在第一聚合物层和第三聚合物层间。第一和第三聚合物层优选地由具有非常低的热导率(小于1W/m)的聚合物形成。可用在第一和第三聚合物层的聚合物实施例包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯、聚酰胺和尼龙。可用在第二层的热导材料实施例包括但不限于金属(诸如铜、不锈钢或铝)、碳纤维、石墨和碳化硅。当使用金属热导层时，金属可为夹在聚合物层之间的箔的形式。
在另一实施方案中，封装层包含层压体，所述层压体包含三层：第一聚合物层、第二阻燃层和第三聚合物层，其中阻燃层夹在第一聚合物层和第三聚合物层间。如先前所讨论，第一和第三聚合物层优选地由具有非常低热导率(小于1W/m)的聚合物形成。可用在第二层的阻燃材料实施例包括但不限于金属(诸如铜、不锈钢或铝)、云母、聚苯并咪唑纤维(PBI纤维)、涂层尼龙、三聚氰胺、变性聚丙烯腈和芳香族聚酰胺(芳纶)。当使用金属热导层时，金属可为夹在聚合物层之间的箔的形式。
金属是用在层压封装层的优选材料。金属为封装层提供热导性和阻燃性。通过使用单一材料来提供阻燃性和热导性，可最小化封装层的厚度。
无论使用单层(聚合物或金属)或层压层，隔热层都可通过将封装层附接至至少一部分支撑构件分而由封装层封装。封装层可通过热融附接。如本文所用，术语"热融"是指通过热融合连接两片单独的聚合物材料的工艺。在热融工艺中，将一个或两个聚合物件加热至高于用在形成一个或两个聚合物件的材料的玻璃化转化温度。将聚合物件加热至玻璃转化温度以上会使一个或两个片材变软并与另一片融合。在一实施方案中，使用热融工艺将封装层附接至至少一部分支撑构件。
在一替代实施方案中，封装层本身密封。在此替代实施方案中，封装层延伸超出支撑构件并接触其自身。再次，可使用热融工艺将封装层融合在一起，从而在两层之间形成密封。在一实施方案中，使用单一封装片来封装隔热层。在此实施方案中，封装片覆盖隔热层的一侧，然后折叠以覆盖隔热层的另一侧。将封装片的端部彼此叠置并热融以将隔热层包封在封装层中。封装片的一个、两个或三个边缘可连在一起以形成封装层。
在另一实施方案中，可使用两个单独的封装片来封装隔热层。第一片材可放置为覆盖隔热层与支撑构件接触的一侧。然后放置第二片材为覆盖隔热层的相对侧，也与支撑构件的相对侧接触。然后将第一片材和第二片材热融合以将片材附接至至少一部分支撑构件的相对侧。在另一实施方案中，第一片材和第二片材如前所述定位在隔热层的相对侧上。第一片材和第二片材延伸超出支撑构件，从而允许片材彼此接触。将封装片的端部彼此叠置并热融以将隔热层包封在由两个封装片构成的封装层中。
图6示出生产层压封装层的系统和方法。在图6描绘的实施方案中，层压材料由用作层压片的外表面的两个聚合物膜制成。金属箔用作热导/阻燃层。将两个单独的聚合物膜卷与两个单独的金属箔片一起送入层压机。在层压步骤中将片材组合并密封，金属箔夹在两个聚合物片材之间。将金属箔片间隔开，以允许在层压体中进行折叠。
将层压片运送至压痕装置，所述装置在层压片中置入折痕以允许将层压片折叠成信封形式。在层压片中置入折痕后，将片材延伸并切割成适当的尺寸以封装隔热层。切割后，将层压片折叠成信封形状，并将隔热层和周围的支撑构件放置在信封形状的封装层中。将形成在层压片边缘处的翼片折叠以将隔热层和支撑构件密封在层压片内。在最后一步骤中，将层压片加热，使聚合物层熔化并融合在一起。或者，在最终加热步骤中，可将层压片熔化并与支撑构件融合。热融工艺可用在最终密封步骤。在热融合工艺中，将金属融合装置加热至高于聚合物玻璃转化温度。将金属融合装置压靠在层压片上，使层压片的接触部分在冷却时熔化并融合。在一优选的实施方案中，聚合物是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)而金属箔是不锈钢。
封装构件可减少或消除从隔热层脱落的灰尘或微粒材料的产生。此外，封装层可由允许在隔热屏障上进行标记或印刷文字的材料形成。隔热层的标记并非总是可行的。
封装层可包括至少一个允许空气流入和流出面板的通风口。封装构件可包括至少一个过滤微粒物质的过滤器。在一示例性实施方案中，封装层包括允许空气流入和流出面板的通风口及位于通风口上方的将微粒物质保持在封装构件内的微粒过滤器。在另一实施方案中，封装层包括边缘密封件，其包括至少一个通风口和至少一个微粒过滤器。在进一步实施方案中，封装层包括边缘密封件，其包括至少一个通气口和至少一个微粒过滤器，其中边缘密封件中的通气口允许空气流入和流出封装构件边缘，且其中过滤器捕获和截留流动空气中的微粒物质以防止微粒物质污染封装层外的空气。
在另一实施方案中，封装层可包括延伸部分。封装层可由金属箔、包括金属箔或具有弹性性质的聚合物的层压体构成，或封装层可由具有弹性性质的聚合物构成。两片封装层可放置在隔热层的相对侧上，与支撑构件接触。图7描绘在相对侧上由封装层720覆盖的隔热层710的侧视图。封装层部分或优选地完全封装隔热层并附接至支撑构件730。若金属箔层用作封装层，则金属箔可通过压接或通过焊接附接至支撑构件。
在图7描绘的实施方案中，一个或两个封装层包含延伸部分740，其朝向含电池单元的外壳的内表面750(诸如侧壁或顶部)延伸超过部份支撑构件。在组装期间，内表面从位置755a开始。在此位置，内表面755a与延伸部分740a接触。当容纳电池单元或模块的外壳组装时(例如通过将顶部放置到外壳上)，内表面755a移动至位置755b。在此组装过程中，延伸部分740a弯曲至位置740b。在一实施方案中，延伸部分可在使用之前折皱，使当延伸部分与外壳的内部接触时，延伸部分在正确的位置处自动弯曲以允许延伸部分形成密封。
如图7所示，位置740b处的延伸部分与位置755b处的外壳的内表面接触形成电池单元760之间的密封。隔热屏障与外壳的内表面间的密封的形成可有助于将电池单元与相邻电池单元热隔离。这对防止经历热失控的电池单元引起相邻电池中的热失控事件特别有用。
在一实施方案中，隔热屏障具有耦合至封装层的一个或多个粘合垫。图8描绘具有粘合垫840的隔热屏障800的俯视图和侧视图。隔热层810由封装层830封装。如先前所讨论，支撑构件820用在支撑和促进隔热层的封装。除了封装层外，一个或多个粘合垫840(例如，一个、两个、三个、四个或多个粘合垫)附接至封装层的外表面。优选地，粘合垫耦合至靠近支撑构件的封装层，如图8所描绘。图1也描绘具有粘合垫140的隔热屏障的实施方案。
图9A描绘放置在两个电池单元之间的隔热屏障的俯视图。在图9B中，粘合垫定位在隔热屏障和电池单元间以在隔热屏障和电池单元间提供缓冲。粘合垫可为单面粘合垫或双面粘合垫。在粘合垫是单面的实施方案中，粘合剂用在将粘合垫粘合至封装层。反之，粘合垫的非粘合部分将抵靠相邻的电池单元，从而在隔热屏障和电池单元间提供缓冲。在一优选的实施方案中，粘合垫由双面粘合剂形成。与单面粘合垫类似，双面粘合垫的一侧附接至封装层。双面粘合垫的相对侧包含用在将粘合垫粘合至电池单元的黏合表面。将隔热屏障(经由粘合垫)黏合至电池单元可通过在组装电池模块(或电池组)时保持隔热屏障与电池对齐来帮助制造。在无粘合剂的情况下，隔热屏障可能会从与电池单元对齐滑脱，从而需要制造商定期将隔热屏障与电池单元重新对齐。
如图9所示，在一优选的实施方案中，双面粘合垫放置在隔热屏障的相对侧上。使用相对的粘合垫使隔热屏障能黏合至两个相邻的电池单元。这确保在整个制造工艺中保持电池单元和隔热层间的正确对准。粘合剂的使用也可有助于在电池单元的使用期间保持隔热屏障与电池单元的对准。如先前所讨论，电池在能量存储系统的使用寿命期间会膨胀。鉴于组装好的电池模块或电池组内部的严格公差，电池单元的膨胀可能导致隔热屏障从对齐位置移位。具有将隔热屏障黏合至电池单元的粘合垫可帮助抑制或防止在能量存储系统的正常操作期间隔热屏障相对于电池单元的移位。
或者或除使用粘合剂来保持电池单元与隔热屏障对准之外，可使用对准系统来辅助对准。在图10所描绘的实施方案中，一个或多个对准引导件1040定位在电池模块(或电池组)外壳1000内部。在一实施方案中，对准引导件可为从外壳的一端延伸至外壳的相对端的杆，基本上垂直于电池单元和隔热屏障的纵轴。如图2所描绘，对准元件145可形成于支撑构件中。在此特定实施方案中，对准元件是形成于支撑构件中的开口。开口具有等于或稍大于对准引导件的直径。在组装期间，可通过使用对准元件(例如开口)将隔热屏障沿着对准引导件(例如杆)移动到位，以将隔热屏障与电池单元对齐。可使用其他类型的对准系统，包括使用凸部/凹部作为对准引导件/元件的对准系统。托盘或通道也可用在对准系统。
图9进一步示出使用具有隔热层的支撑框架的优点。图9C描绘位于两个电池单元之间的隔热层。在图9C中，无支撑构件附接至隔热层。随着电池膨胀，隔热层压缩。这在隔热层中产生剪切应变，使隔热层移位并延伸远离电池单元，如图9C所描绘。相比之下，在图9B中，支撑构件围绕隔热层的侧面。当电池单元开始膨胀时，隔热层的膨胀由支撑框架遏制，其防止隔热层延伸超过电池单元。当电池单元组装在紧密的外壳中且隔热层的位移会影响外壳和与外壳的侧壁相关的电子装置的完整性时，这可能特别有用。
图11描绘由膨胀材料和热导封装层构成的隔热屏障的替代实施方案。隔热屏障1100包括由封装层1130封装的隔热层1110。如先前所讨论，支撑构件1120用在支撑和促进隔热层的封装。在此实施方案中，支撑构件1120包含三个部分(1120a、1120b和1120c)，其接在一起以部分围绕隔热层。
图12描绘耦合至隔热层的支撑构件的特写视图。支撑构件1120至少部分围绕隔热层1110，如图11所示。使用密封件1135将封装层1130附接至支撑构件。可通过将封装层靠支撑构件放置并熔化封装层以形成结合来产生密封。或者，可将密封材料(诸如粘合剂或熔化的聚合物)施加至支撑构件，并将封装层压至密封材料上。将封装层密封在支撑构件上可最小化来自电池外壳内的隔热层的微粒物质数量。
图13描绘高温事件(例如热失控事件)之前和之后的膨胀支撑构件1120的示意图。在正常使用期间(左图)，支撑构件1120具有最小厚度且在支撑构件和电池单元/模块外壳的壁1140间存在间隙。如本文所用，当温度达到高于90℃、高于130℃或高于180℃时，就会发生高温事件。当发生高温事件时，电池单元组件将开始退化，导致失控情况传播至其他电池单元。如图13所示，当高温事件发生时，膨胀支撑构件将膨胀，填充隔热层1110和外壳壁1140间的间隙。填充间隙在隔热层和外壳壁间产生热和物理屏障，从而防止热及微粒物质接触相邻电池单元。
图14描绘隔热层1110的实施方案，其包括基本围绕隔热层1110的U形支撑构件1120。在此实施方案中，隔热层的下侧保持开放，且通常与外壳的底部接触。
隔热层，特别是包括气凝胶的隔热层，往往会产生对电存储系统有害的微粒物质(灰尘)，从而产生制造问题。如上所述，可通过使用封装层来减轻微粒物质的释放。封装层通常密封于隔热层周围，使微粒和气体无法进入或离开封装层。在压缩封装层期间，封装层可能会破裂，将微粒和气体释放至电池模块中。为缓解此问题，可将微粒捕获构件加入至支撑构件。可将在隔热体压缩时产生的微粒捕获且至少部分保留在微粒捕获构件内。如本文所用，微粒捕获构件是指能捕获撞击到材料上的微粒的材料层。用在微粒捕获构件的材料的实施例包括但不限于泡沫(开孔或闭孔)、编织材料、非编织材料(诸如毛毡、棉絮、无光泽面料)或网状材料。通常，微粒捕获构件由允许气体穿过的材料制成，同时微粒保留在微粒捕获构件中。
图15描绘具有至少部分由支撑构件1120围绕的隔热层1110的隔热屏障的实施方案。隔热屏障进一步包括在无支撑构件的一个或多个角落的开口，以允许空气在压缩时流出隔热层。开口可填充微粒捕获构件1150以抑制或防止微粒(例如气凝胶)逸出隔热屏障。在图15所示的实施方案中，微粒捕获构件1150可大于支撑构件，且可与支撑构件部分重叠。图16描绘支撑构件的替代实施方案，所述支撑构件具有并入形成于支撑构件的角落的开口中的微粒捕获构件。在图16中，微粒捕获构件具有与支撑构件基本相同的尺寸。
图17描绘具有耦合至隔热层1110和封装层1130的膨胀支撑构件1120的隔热屏障的侧视图。膨胀支撑构件可为T形的，以更好地密封隔热层和电池模块外壳间的间隙。如图12所示，可通过熔化一部分封装层或使用粘合剂将封装层1130黏合至T形膨胀支撑构件。
图18描绘隔热屏障的替代实施方案。在此实施方案中，T形膨胀支撑构件1120耦合至隔热层1110和封装层1130。此实施方案与图17描绘的实施方案不同之处在于，膨胀支撑构件1120包裹在封装层1130的边缘周围。将支撑构件包裹在密封构件的边缘周围将有助于在膨胀支撑构件由热失控事件触发时提供电池单元改善的隔离。
图19描绘隔热屏障的另一实施方案。在此实施方案中，封装层1130为U形，以增加封装层与热交换元件1170的表面积。支撑构件1120可包裹在封装层1130的边缘。在使用过程中，相邻电池单元产生的热量通过热导封装层1130传递至热交换元件1170。然后热量通过热交换元件从电池单元传走。
图20描绘隔热屏障的替代实施方案。类似图19的隔热屏障，图20的隔热屏障包括加宽的表面积，以增加封装层1130与热交换元件1170的接触。封装层由两个L形件构成。L形件设置在隔热屏障1110的相对面上。在使用期间，在L形封装件的端部可能存在微小间隙。此间隙为封装层提供一些灵活性。随着电池单元在使用过程中膨胀，L形封装件的底臂向彼此移动并最终彼此接触，如图20所示。
在一实施方案中，用在电能存储系统中的隔热屏障包括隔热层和围绕至少一部分隔热层的支撑构件。隔热层也包括至少部分围绕隔热层的封装层。一个或多个密封片耦合至支撑构件。密封片由形状记忆材料制成，并定位为当受热时，密封片延伸远离支撑构件。例如，在正常电池使用期间，密封片位于第一位置。在第一位置，密封片基本上抵靠支撑构件。当加热时，密封片移动至第二位置。在第二位置，密封片延伸远离支撑构件而与外壳接触。
图21描绘电池外壳(例如电池模块外壳或电池组外壳)的示意图。隔热屏障1200定位在各电池单元(或电池模块)1260之间。隔热屏障包括隔热层和封装层，如本文所述。隔热屏障1200也包括位于隔热层和电池模块/组外壳1240间的密封片1280。在电池模块/组的正常使用期间，密封片保持在"打开"位置，其中密封片向下折叠超过隔热屏障，如图右侧所示。当发生热失控事件时，事件产生的热量将到达密封片并引起位置变化，如图右侧部分所示。
在热失控事件期间，来自故障电池单元/模块的热量将引起密封片的变化，如图21所示。当热空气(例如来自故障电池单元或模块的热空气)到达密封片时，热量将使密封片形状改变并与一部分外壳接触。与外壳接触的密封片形成热失控事件期间排出的热和微粒的额外屏障。也可存在额外的凸片1265，其进一步保护电池模块免受损坏。额外的凸片1265可由膨胀材料制成。加热时，额外的凸片1265膨胀以与外壳1240接触。
密封片1280可由形状记忆合金制成。形状记忆合金是一种在加热时具有两种不同状态的合金。在第一状态中，密封片位于抵靠隔热层的松弛位置。加热时，密封片移动至第二位置，且密封片与外壳接触。可用在形成密封片的示例性形状记忆合金是镍钛合金，俗称镍钛诺。
图22描绘电池外壳的替代实施方案。在此实施方案中，两片密封片分开放置以保护模块中间的电池单元。当受热激活时，形状记忆密封片由于彼此相邻的位置而阻挡来自两个方向的热和质量传递(例如来自破裂的电池单元的微粒)。
图23和图24示出密封片1265的替代配置。在此类实施方案中，密封片可位于外壳的顶部上和/或支撑构件上。在图23中，密封片放置在膨胀材料上并朝向模块外壳弯曲。密封片以此方向放置可在热失控期间提供额外的热和微粒阻挡。在热失控事件期间，密封片通过膨胀并在电池单元之间形成密封对热做出反应，如图所示。在图24中，密封片耦合至支撑构件和外壳。附接至外壳的密封片向下膨胀，而支撑构件上的密封片则向上膨胀。在具有与一对相邻电池单元相关联的单一分隔片的装置中，分隔片可用在阻挡沿一个方向的热和质量传递。两个密封片可并排放置，以阻挡来自两个方向的热和质量传递。
图25描绘包含封装隔热层的隔热屏障的实施方案的示意图。隔热层包括如本文先前所述的隔热层。支撑构件围绕至少一部份隔热层。封装层是由三层构成的层压膜：外聚合物层；刚性层；和内聚合物层。通常，支撑构件由与用在隔热层的材料不同的材料构成。
外聚合物层为隔热层提供磨损保护。在使用过程中，外部应力会导致隔热层损坏。隔热层的损坏会损害隔热层的隔热性质。可能出现于未受保护的隔热层的外部应力包括但不限于电池单元膨胀、环境温度变化、外部冲击、外部破裂和隔热层的外部刮擦引起的应力。在本公开的一些方面中，外聚合物层选自保护隔热层免受外部应力的材料。可用作外聚合物层的示例性聚合物包括但不限于聚甲醛、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚砜、聚酰亚胺和对苯二甲酸酯。可用在外聚合物层的特定聚合物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯("PET")和取向尼龙("ONy")。
应理解，虽然上面描述单一外聚合物层，但外聚合物层可由两个或多个聚合物层构成。当使用多个外聚合物层时，额外的外聚合物层可由相同聚合物或不同聚合物形成。在本发明的一个方面中，外聚合物层由具有上覆PET聚合物层的ONy聚合物层构成。
如图25所示，内聚合物层126与隔热层110接触。内聚合物层126至少部分围绕隔热层，从而保护隔热层免受外部化学和机械损坏。内聚合物层也充当屏障，阻止微粒物质进入封装层内含的隔热层，从而抑制或防止有害微粒分散在电能存储系统中。内聚合物层可由聚烯烃聚合物构成。可使用的示例性聚烯烃聚合物包括但不限于聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)。
在一具体实施方案中，外聚合物层由聚对苯二甲酸乙二醇酯("PET")或尼龙聚合物构成。隔热层由气凝胶材料构成，内聚合物层由聚丙烯("PP")或聚乙烯("PE")构成。支撑构件由膨胀材料构成。
如图25所示，封装层可由两个单独的层压膜(例如顶部层压膜和底部层压膜)构成，其彼此连接以形成隔热层周围的密封。在一替代方面中，封装层可由单一层压膜形成，其自身折叠并密封以封装隔热层。
在一方面中，内聚合物层包含可热焊接至支撑构件的材料。如图25所示，设置在例如隔热层的顶面上的内聚合物层可热焊接至支撑构件的顶面以形成围绕隔热层的密封。热密封可通过在隔热层外部的位置将加热物体施加至顶部层压膜和/或底部层压膜来形成。来自加热物体的热量将使聚合物的温度升高至用在内聚合物层和支撑构件的聚合物可至少部分融合在一起的温度。或者，可使用粘合材料将内聚合物粘合至支撑构件。例如，可使用胶或胶带将层压膜的内聚合物层接合至支撑构件。
内聚合物层也能为隔热层提供耐化学性和/或耐热性。在使用过程中，由于电池模块的电力需求，电池单元的温度可能会升高。同样地，随着电池组电力需求的增加，电池模块的温度也可能升高。由隔热层隔开的组件的温度升高会对隔热层造成压力。此外，电池单元的化学泄漏可能会化学损坏隔热层，从而损害隔热层的热性质。在本发明的一些方面中，内聚合物层选自保护隔热层免受化学和热损坏的材料。聚烯烃聚合物为隔热层提供良好的耐化学性和耐热性。
在一方面中，刚性层设置在内聚合物层和外聚合物层间。在一些方面中，使用刚性层来提供隔热屏障的支撑和保护。例如，包含编织或非编织纤维增强支撑件的隔热层。此类基于支撑的隔热层由于其重量轻且刚度低，可能难以安装在电能存储系统之间，特别是电池单元之间。此类困境在大规模生产环境中更加复杂。在封装层中放置刚性层可充当支撑件，使隔热屏障在制造工艺中更容易操作。
用在电池模块时，刚性层也可提供额外的热和机械保护。在本公开的一些方面中，隔热屏障放置在电池模块中的电池单元之间。在热失控事件期间，电池单元可能会爆炸破裂，导致热微粒和气体喷射至整个模块中。此类喷射材料会导致相邻电池单元外壳受损，有时会导致相邻电池单元进入失控状态。包含刚性层的隔热屏障可抑制或防止微粒物质和气体损坏相邻的电池单元。可延展层也可保护隔热层免受湿气和空气的影响。
在一方面中，刚性层可为金属箔或聚合物。铝是层压封装层中最常用的金属，但也可使用其他刚性金属箔，诸如不锈钢、钛和铜箔。
使用金属箔也能为隔热屏障增加热传性质。当电池单元发生热失控时，电池单元会加热到非常高的温度。此热量可辐射至相邻电池单元，导致相邻电池单元进入失控状态的机会增加。使用金属箔可通过在隔热层中提供热导金属箔来改善隔热屏障的热性质。相邻失控电池产生的热量可传递至金属箔层。金属箔层可连接至一部分外壳(例如冷却板)，其允许热量通过金属箔从电池单元传走。
刚性层也可由聚合物构成。可用作层压膜中的刚性层的示例性聚合物包括但不限于聚苯并咪唑纤维(PBI纤维)、尼龙、三聚氰胺、变性聚丙烯腈和芳香族聚酰胺(芳纶)。也可使用其他材料作为刚性层。其他材料包括但不限于碳纤维、石墨、碳化硅和云母。
用作封装层的层压膜可构成为由多层构成的单一膜，如本文所述。在一方面中，可通过将刚性层放置在两个聚合物层之间并使用热和/或压力将内聚合物层和外聚合物层融合在一起来形成层压膜。在另一方面中，可使用粘合胶或胶带将各层保持在一起。例如，粘合剂可设置在外聚合物层和刚性层间和/或内聚合物层和刚性层间。
在一方面中，封装层的厚度为约30μm至约300μm或约70μm至约200μm。封装层可具有高达约30μm、高达约40μm、高达约50μm、高达约60μm、高达约70μm、高达约80μm、高达约90μm、高达约100μm、高达约120μm、高达约150μm、高达约200μm、高达约250μm、高达约300μm的厚度。当封装层为层压膜时，内聚合物层可具有约10μm至约50μm的厚度；刚性层可具有约50μm至约150μm的厚度；且外聚合物层可具有约10μm至约50μm的厚度。
图26A描绘隔热屏障1300的隔热层1310。图26B示出设置在完全围绕隔热层的支撑构件1320中的隔热层1310。图26C描绘一替代实施方案，其中支撑构件1320部分围绕隔热层1310，而使隔热层的底部边缘1325未经覆盖。
图26D描绘完全由支撑构件1320围绕的隔热层1310。为提高封装层至支撑构件1320的黏合力，支撑构件的表面1327可粗糙化。
图27A描绘具有设置在支撑构件1420中的隔热层1410的隔热屏障1400。此类实施方案代表向隔热层提供支撑的最简单方式。
图27B描绘具有聚合物膜封装层的隔热屏障1401的替代实施方案。隔热屏障1401具有设置在支撑构件1420中的隔热层1410。通过将聚合物膜粘合至支撑构件，聚合物膜1430用在封装隔热层。在此实施方案中，将聚合物膜1430施加至支撑构件的顶侧和底侧以将隔热层封装在支撑构件内。
图27C描绘包括刚性层作为封装层的隔热屏障1402的替代实施方案。隔热屏障1402具有设置在支撑构件1420中的隔热层1410。通过将刚性层粘合至支撑构件，刚性层1440用在封装隔热层。可使用粘合剂(诸如胶或胶带)将刚性层粘合至支撑构件。将刚性层1440施加至支撑构件的顶侧和底侧以将隔热层封装在支撑构件内。
图28A描绘隔热屏障1500的替代实施方案，其包括刚性屏障和作为封装层的聚合物膜。隔热屏障1500具有设置在支撑构件1520中的隔热层1510。通过将聚合物膜粘合至支撑构件，聚合物膜1530用在封装隔热层。在此实施方案中，将聚合物膜1530施加至支撑构件的顶侧和底侧以将隔热层封装在支撑构件内。通过将刚性层粘合至聚合物层，刚性层1540用在封装隔热层。刚性层可通过热融或使用粘合剂(诸如胶或胶带)黏合至聚合物层。将刚性层1540施加至支撑构件的顶侧和底侧以保护支撑构件内的隔热层。
图28B描绘隔热屏障1502的替代实施方案，其包括由层压膜封装的隔热层。隔热屏障1502具有设置在支撑构件1520中的隔热层1510。如本文先前所讨论，层压膜由内聚合物层1530、刚性层1540和外聚合物层1550构成。在此实施方案中，将层压膜施加至支撑构件的顶侧和底侧以将隔热层封装在支撑构件内。
根据本公开的各实施方案的隔热屏障可用在具有多个电池单元的电池模块中或具有多个电池模块的电池组中。隔热屏障可用在将单一电池单元或电池单元的模块彼此热隔开。电池组由多个电池模块构成。图29A描绘具有多个电池单元1610和定位在电池单元之间的多个封装隔热屏障1620的电池模块1600的爆炸图。虽然在隔开模块内的电池单元的背景下进行描述，但本文所述的隔热屏障也可用在隔开电池组内的电池模块。如图29B所示，电池模块包括电池单元存储于其中的壳体1630。壳体可包括盖1632和壳1635。电池单元组织在壳体内，使电池单元之间存在间隔。封装隔热屏障1620定位在电池单元1610之间。当电池单元经历热失控或任何其他灾难性电池单元故障时，封装隔热屏障可抑制或防止相邻电池单元的损坏。
为进一步抑制电池单元之间的热传递，封装的隔热屏障可具有大于电池单元的表面积。如图29B所示，封装隔热屏障1620延伸远离电池单元并与壳体的盖接触。其在电池单元之间形成屏障，在热失控事件期间阻止热和微粒传递至邻近的电池单元。
图30描绘具有多个电池单元1710和定位在电池单元之间的多个封装隔热屏障1720的电池模块1700的实施方案。在此实施方案中，封装屏障1720包括隔热层和支撑构件。可选地，隔热层可由聚合物层覆盖，如先前于图27B中所述。除了聚合物封装的隔热屏障外，刚性层1730可设置在电池单元之间。如先前所讨论，刚性层能为电池单元提供保护，使其免受热和微粒物质的影响。刚性层可放置在隔热层和电池单元间。如图30所示，刚性层可具有大于电池单元的表面积。刚性层1730延伸远离电池单元1710并与壳1735的盖1732接触。其在电池单元之间形成屏障，在热失控事件期间阻止热和微粒传递至邻近电池单元。
图31描绘具有多个电池单元1810和定位在电池单元之间的多个封装隔热屏障1820的电池模块1800的实施方案。在此实施方案中，封装隔热屏障1820至少包括隔热层和支撑构件。隔热层可选地可封装，如前所述。如图31所示，电池模块包括电池单元存储于其中的壳体1830。壳体可包括盖1832和壳1835。电池单元组织在壳体内，使电池单元之间存在间隔。封装隔热屏障1820位于电池单元1810之间。如图31所示，隔热层具有基本上与电池单元相等的表面积。隔热层与邻近的电池单元基本匹配和对准。
如本说明书和所附权利要求书中所用，单数形式"一"、"一个"和"所述"包括复数指示物，除非内容另有明确说明。如本说明书和所附权利要求书中所用，术语"或"通常以其包括"和/或"的含义使用，除非上下文另有明确说明。
如本文所用，"约"意指近似或接近，且在所阐述的数值或范围的上下文中意指数值的±5％。在一实施方案中，术语"约"可包括根据数值的有效数字的传统四舍五入。此外，短语"约'x'到'y'"包括"约'x'到约'y'"。
在本公开的上下文中，术语"气凝胶"、"气凝胶材料"或"气凝胶基质"是指包含互连结构的框架的凝胶，具有整合在框架内的相应互连孔网络，并含气体(例如空气)作为分散的间隙介质；且具有归因于气凝胶的下述物理和结构性质(根据氮孔隙率测量)的特征：(a)范围为约2nm至约100nm的平均孔径、(b)至少80％或更高的孔隙率、或(c)表面积约100m2/g或更大。
因此，本公开的气凝胶材料包括满足先前段落阐述的限定元件的任何气凝胶或其他开孔材料；包括可另外分类为干凝胶、冷凝胶、双凝胶、微孔材料等的材料。
在本公开的上下文中，对"热失控"的提及通常是指由于各种操作因素导致的电池温度和压力的突然、快速增加，且其相应可导致过高的温度传播遍及相关模块。此类系统中热失控的潜在原因可能包括例如：电池缺陷和/或短路(内部和外部)、过度充电、电池刺穿或破裂(例如发生事故时)和过高的环境温度(例如温度通常高于55℃)。在正常使用中，电池因内阻而发热。在正常功率/电流负载和环境操作条件下，多数锂离子电池内的温度可相对容易地控制在20℃至55℃范围内。然而，在高电池/环境温度下的高功耗和个别电池的缺陷可能会急剧增加局部热的产生。尤其，在临界温度以上，电池内的放热化学反应活化。此外，化学产热通常随温度呈指数增加。结果，产生的热远大于可用的散热量。热失控可能导致电池排气和内部温度超过200℃。
在本公开的上下文中，术语"柔性"和"灵活性"是指材料或组成物在无宏观结构故障的情况下弯曲或屈曲的能力。本公开的隔热层能弯曲至少5°、至少25°、至少45°、至少65°或至少85°而无宏观故障；和/或具有小于4英尺、小于2英尺、小于1英尺、小于6英寸、小于3英寸、小于2英寸、小于1英寸或小于1.75英寸的弯曲半径而无宏观故障。同样地，术语"高度柔性"或"高灵活性"是指能弯曲至少90°和/或具有小于1.75英寸的弯曲半径而无宏观故障的材料。此外，术语"分类为柔性"和"归类为柔性"是指可根据ASTM Cl 101(美国材料实验协会(ASTM International)，西康舍霍肯(West Conshohocken)，宾夕法尼亚州(PA))分类为柔性的材料或组成物。
本公开的隔热层可为柔性的、高度柔性的和/或分类为柔性的。本公开的气凝胶组成物也可为可悬垂的。在本公开的上下文中，术语"可悬垂"和"可悬垂性"是指材料以约4英寸或更小的曲率半径弯曲或屈曲至90°或更大而无宏观故障的能力。根据本公开的某些实施方案的隔热层是柔性的，使组成物是非刚性的且可施加至且顺应三维表面或物体，或预成形为多种形状和配置以简化安装或应用。
在本公开的上下文中，术语"热导率"和"TC"是指材料或组成物在材料或组成物的任一侧上的两个具有温差的表面之间传递热量的能力的测量。热导率具体测量为每单位时间和每单位表面积传递的热能除以温差。它通常以国际单位制记录为mW/m*K(毫瓦每米*开尔文)。材料的热导率可通过本领域已知的测试方法来确定，包括但不限于用热流计装置测量稳态热通量和热传输性质的测试方法(ASTM C518，美国材料实验协会，西康舍霍肯，宾夕法尼亚州)；用防护热板装置测量稳态热通量和热传输性质的测试方法(ASTM C177，美国材料实验协会，西康舍霍肯，宾夕法尼亚州)；管道隔热稳态热传递性质的测试方法(ASTMC335，美国材料实验协会，西康舍霍肯，宾夕法尼亚州)；薄型加热器热导性测试(ASTM Cl114，美国材料实验协会，西康舍霍肯，宾夕法尼亚州)；热导性电绝缘材料热传输性质的标准测试方法(ASTM D5470，美国材料实验协会，西康舍霍肯，宾夕法尼亚州)；用防护热板和热流计测定热阻的方法(EN 12667，英国标准协会(British Standards Institution)，英国(United Kingdom))；或稳态热阻和相关性质的测定-防护热板装置(ISO 8203，国际标准化组织(International Organization for Standardization)，瑞士(Switzerland))。由于不同的方法可能导致不同的结果，应理解，在本公开的上下文中且除非另有明确说明，热导率测量是根据ASTM C518标准(用热流计装置测量稳态热传输性质的测试方法)，在周围环境的大气压力下约37.5℃的温度下，且在约2psi的压缩负载下获得的。根据ASTM C518报告的测量结果通常与根据EN 12667进行的任何测量和对压缩负载的任何相关调整具有良好的相关性。
热导率测量也可在约10℃的温度、大气压力和压缩下获得。10℃时的热导率测量值通常较37.5℃时的相应热导率测量值低0.5-0.7mW/mK。在某些实施方案中，本公开的隔热层在10℃具有约40mW/mK或更小、约30mW/mK或更小、约25mW/mK或更小、约20mW/mK或更小、约18mW/mK或更小、约16mW/mK或更小、约14mW/mK或更小、约12mW/mK或更小、约10mW/mK或更小、约5mW/mK或更小、或在这些值任两个之间的范围内的热导率。
术语"挠曲模量"或"弹性挠曲模量"是当垂直于样品的长边缘施加力时材料刚度/抗弯曲性的量度－称为三点弯曲试验。挠曲模量表示材料弯曲的能力。挠曲模量由应力-应变曲线的初始直线部分的斜率表示，并通过将应力变化除以相应的应变变化来计算。因此，应力与应变的比率是挠曲模量的量度。挠曲模量的国际标准单位是帕斯卡(Pa或N/m2或m- l.kg.s-2)。实际使用的单位是兆帕(MPa或N/mm2)或吉帕(GPa或kN/mm2)。在美国惯用单位中，其表示为每平方英吋的磅(力)(psi)。在某些实施方案中，本公开的隔热层具有约8MPa或更小、约7MPa或更小、约6MPa或更小、约5MPa或更小、约4MPa或更小、约3MPa或更小的挠曲模量。优选地，本发明的隔热层例如为：气凝胶具有约2MPa至约8MPa的挠曲模量。
在本公开的上下文中，术语"燃烧热"、"HOC"和"ΔHC"是指在材料或组成物的燃烧或放热热分解中释放的热能的量的测量。燃烧热通常以每克气凝胶材料或组成物释放的卡路里热能(cal/g)记录，或以每公斤材料或组成物释放的兆焦耳热能(MJ/kg)记录。材料或组成物的燃烧热可通过本领域已知的方法测定，包括但不限于产品的对火反应试验-总燃烧热(热值)的测定(EN ISO 1716，国际标准化组织，瑞士)。在本公开的上下文中，除非另有说明，燃烧热测量是根据EN ISO 1716标准(产品的对火反应试验-总燃烧热(热值)的测定)获得的。
在本公开的上下文中，所有热分析和相关定义皆参考通过以下进行的测量：在环境压力的空气中从25℃开始并以每分钟20℃的速率升温至1000℃。因此，在测量和计算热分解起始点、峰值放热温度、峰值吸热温度等时，须考虑这些参数的任何改变(或在这些条件下重新进行)。
在本公开的上下文中，术语"热分解起始点"和"TD"是指材料或组成物中出现有机材料分解引起的快速放热反应的环境热的最低温度的测量。材料或组成物中有机材料热分解起始点可使用热重分析(TGA)来测量。材料的TGA曲线描绘材料暴露于周围温度升高时的重量损失(质量％)，从而表明热分解。材料热分解起始点可与TGA曲线的以下切线交点相关：与TGA曲线基线相切的线，和在与有机材料分解相关的快速放热分解事件期间，在最大斜率点与TGA曲线相切的线。在本公开的上下文中，除非另有说明，有机材料热分解起始点的测量使用如本段中提供的TGA分析获得。
材料热分解起始点也可使用差示扫描量热法(DSC)分析来测量。材料的DSC曲线描绘材料暴露于周围温度逐渐升高时释放的热能(mW/mg)。材料热分解起始点温度可与DSC曲线中ΔmW/mg(热能输出变化)增加最大的点相关，从而表明气凝胶材料放热。在本公开的上下文中，除非另有明确说明，使用DSC、TGA或两者测量热分解起始点是使用20℃/分钟的升温速率获得的，如先前段落中进一步定义的。DSC和TGA各自为热分解起始点提供相似的值，且很多时候，测试同时进行，以便从两者获得结果。
在本公开的上下文中，术语"火焰时间"和"TFLAME"是指材料或组成物在热分解条件下持续燃烧的测量，其中"持续燃烧"是指样品任何可见部分的火焰持续5秒或更长时间。火焰时间通常以秒或分钟记录。材料或组成物的火焰时间可通过本领域已知的方法测定，包括但不限于建筑和运输产品的对火反应试验：不燃性测试(EN ISO 1182，国际标准化组织，瑞士；EN采用)。在本公开的上下文中，除非另有说明，火焰时间测量是根据与EN ISO1182标准(建筑和运输产品的对火反应试验：不燃性测试)相当的条件获得的。在某些实施方案中，本公开的气凝胶组成物具有约30秒或更短、约25秒或更短、约20秒或更短、约15秒或更短、约10秒或更短、约5秒或更短、约2秒或更短、或在这些值任两个之间的范围内的火焰时间。在本文的上下文中，例如，具有比第二组成物更短的火焰时间的第一组成物将视为第一组成物相对于第二组成物的改善。本文预期，与不包括任何耐火级添加剂的组成物相比，当添加一种或多种耐火级添加剂时，组成物的火焰时间减少。
在本公开的上下文中，术语"质量损失"和"ΔM"是指在热分解条件下损失或烧掉的材料、组成物或复合材料的量的测量。质量损失通常记录为重量百分比或重量％。材料、组成物或复合材料的质量损失可通过本领域已知的方法测定，包括但不限于建筑和运输产品的对火反应试验：不燃性测试(EN ISO 1182，国际标准化组织，瑞士；EN采用)。在本公开的上下文中，除非另有说明，质量损失测量是根据与EN ISO 1182标准(建筑和运输产品的对火反应试验：不燃性测试)相当的条件获得的。在某些实施方案中，本公开的隔热层或气凝胶组成物可具有约50％或更少、约40％或更少、约30％或更少、约28％或更少、约26％或更少、约24％或更少、约22％或更少、约20％或更少、约18％或更少、约16％或更少、或在这些值任两个之间的范围内的质量损失。在本文的上下文中，例如，具有比第二组成物更少的质量损失的第一组成物将视为第一组成物相对于第二组成物的改善。本文预期，与不包括任何耐火级添加剂的组成物相比，当添加一种或多种耐火级添加剂时，组成物的质量损失减少。
在本公开的上下文中，术语"峰值放热温度"是指分解放热释放最大时的环境热的温度的测量。材料或组成物的峰值放热温度可使用TGA分析、差示扫描量热法(DSC)或其组合来测量。DSC和TGA各会提供相似的峰值放热温度值，且很多时候，测试同时进行，以便从两者获得结果。在典型的DSC分析中，以热流对温度升高来绘制，峰值放热温度是此曲线中最高峰值出现的温度。在本公开的上下文中，除非另有说明，材料或组成物峰值放热温度的测量使用如本段中提供的TGA分析获得。
在吸热材料的上下文中，术语"峰值吸热温度"是指分解吸热最少时的环境热温度的测量。材料或组成物的峰值吸热温度可使用TGA分析、差示扫描量热法(DSC)或其组合来测量。在典型的DSC分析中，以热流对温度升高来绘制，峰值吸热温度是此曲线中最低峰值出现的温度。在本公开的上下文中，除非另有说明，材料或组成物峰值吸热温度的测量使用如本段中提供的TGA分析获得。
在本公开的上下文中，术语"低可燃性"和"低可燃的"是指满足以下性质组合的材料或组成物：i)炉膛温度升至50℃或更低；ii)在20秒或更短的火焰时间内；iii)质量损失为50重量％或更少。在本公开的上下文中，术语"不可燃性"和"不可燃的"是指满足以下性质组合的材料或组成物：i)炉膛温度升至40℃或更低；ii)在2秒或更短的火焰时间内；iii)质量损失为30重量％或更少。预期组成物的可燃性(例如，炉膛温度升高、火焰时间和质量损失的组合)在包括一种或多种耐火级添加剂后降低，如本文所述。
在本公开的上下文中，术语"低燃烧性"和"低燃烧的"是指具有小于或等于3MJ/kg的总燃烧热(HOC)的低可燃材料或组成物。在本公开的上下文中，术语"不燃烧性"和"不燃烧的"是指燃烧热(HOC)小于或等于2MJ/kg的不可燃材料或组成物。预期组成物的HOC在包括一种或多种防火级添加剂后降低，如本文所述。
电池模块或电池组内使用隔热屏障
与传统电池相比，由于锂离子电池(LIB)高工作电压、低记忆效应和高能量密度，将其视为最重要的能量存储技术之一。然而，安全问题是阻碍LIB大规模应用的重大障碍。在滥用条件下，放热反应可能导致热量释放，从而引发随后的不安全反应。情况变得更糟，因滥用的电池释放的热量会激活一系列反应，从而导致灾难性的热失控。
随着LIB能量密度不断提高，增强其安全性对于电子装置(例如电动车)的开发变得越来越紧迫。各种不同的电池化学的安全问题背后的机制各不相同。本技术专注于定制隔热屏障和此类定制屏障的相应配置，以获得良好的热和机械性质。本技术的隔热屏障在正常和热失控条件下提供有效的散热策略，同时确保锂离子电池在正常操作模式下的稳定性(例如承受施加的压缩应力)。
本文所公开的隔热屏障可用在分隔、隔绝和保护任何构造的电池组电池单元或电池组件，诸如袋式电池、圆柱形电池、棱柱形电池和并入或包括任何此类电池的电池组和模块。本文所公开的隔热屏障可用在可充电电池，诸如锂离子电池、固态电池和任何其他需要分隔、隔绝和保护的能量存储装置或技术。
被动装置(例如冷却系统)可与电池模块或电池组内的本公开的隔热屏障连同使用。
根据本公开的各种实施方案的隔热屏障在包括多个单一电池单元或多个模块的电池组中用在将所述单一电池单元或模块彼此热隔离。电池模块由设置在单一外壳中的多个电池单元构成。电池组由多个电池模块构成。
电池模块和电池组可用在供应装置或车辆电力。使用电池模块或电池组的装置包括但不限于笔记本电脑、PDA、手机、标签扫描器、音频装置、视频装置、显示屏、摄像机、数码相机、台式电脑、军用便携式电脑、军用电话、激光测距仪、数字通信装置、智能收集感测器、电子集成服装、夜视装置、动力工具、计算器、收音机、遥控电器、GPS装置、手持式和便携式电视、汽车起动器、手电筒、音响装置、便携式加热装置、便携式吸尘器或便携式医疗器械。用在车辆时，电池组可用在全电动车或混合动力车辆。

Claims (33)

1.一种用在电能存储系统的隔热屏障，所述隔热屏障包含：
至少一隔热层；
围绕至少一部分所述隔热层的支撑构件，和
至少部分地围绕所述隔热层的封装层，其中，所述封装层包含层压膜，所述层压膜包含外聚合物层、刚性层和内聚合物层，其中，所述内聚合物层与所述隔热层接触，且其中，所述刚性层设置在所述外聚合物层和所述内聚合物层间。
2.根据权利要求1所述的隔热屏障，其中，所述支撑构件由与用在所述隔热层的材料不同的材料构成。
3.根据权利要求1或2所述的隔热屏障，其中，所述隔热屏障包含定位在所述隔热层的相对侧上的两个支撑构件。
4.根据权利要求1或2所述的隔热屏障，其中，所述隔热屏障包含U形支撑构件。
5.根据权利要求1或2所述的隔热屏障，其中，所述隔热屏障包含围绕所述隔热屏障的周边的支撑构件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的隔热屏障，其中，所述支撑构件由聚合材料构成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的隔热屏障，其中，所述支撑构件包含膨胀材料。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的隔热屏障，其中，所述隔热层在所述隔热层的厚度维度上具有在25℃小于约50mW/m-K且在600℃小于约60mW/m-K的热导率。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的隔热屏障，其中，所述隔热层包含气凝胶。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的隔热屏障，其中，所述外聚合物层选自由聚甲醛、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚砜、聚酰亚胺和对苯二甲酸酯组成的组的聚合物制成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的隔热屏障，其中，所述内聚合物层由聚烯烃聚合物构成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的隔热屏障，其中，所述内聚合物层由与所述外聚合物层中的聚合物不同的聚合物构成。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的隔热屏障，其中，所述外聚合物层由聚对苯二甲酸乙二醇酯("PET")或尼龙聚合物构成，且其中，所述内聚合物层由聚丙烯("PP")或聚乙烯("PE")构成。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的隔热屏障，其中，所述刚性层包含金属。
15.根据权利要求14所述的隔热屏障，其中，所述金属选自由铝、铜、钢和钛组成的组。
16.根据权利要求1至13中任一项所述的隔热屏障，其中，所述刚性层包含聚合物。
17.根据权利要求16所述的隔热屏障，其中，所述聚合物选自由聚苯并咪唑纤维(PBI纤维)、尼龙、三聚氰胺、变性聚丙烯腈和芳香族聚酰胺(芳纶)组成的组。
18.根据权利要求1至13中任一项所述的隔热屏障，其中，所述刚性层包含选自由碳纤维、石墨、碳化硅和云母组成的组的材料。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的隔热屏障，其中，所述封装层进一步包含设置在所述外聚合物层和所述刚性层间和/或所述内聚合物层和所述刚性层间的粘合剂。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的隔热屏障，其中，所述外聚合物层具有约10μm至约50μm的厚度。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的隔热屏障，其中，所述刚性层具有约50μm至约150μm的厚度。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的隔热屏障，其中，所述内聚合物层具有约10μm至约50μm的厚度。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的隔热屏障，其中，所述封装层具有在约70μm至约200μm间的总厚度。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的隔热屏障，其中，所述封装层附接至所述支撑构件。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的隔热屏障，进一步包含将所述封装层耦合至所述支撑构件的一个或多个粘合垫。
26.一种用在电能存储系统中的隔热屏障，所述隔热屏障包含：
至少一隔热层；
围绕至少一部分所述隔热层的支撑构件，和
至少部分地围绕所述隔热层的刚性层。
27.一种电池模块，包含：
多个电池单元，和
根据权利要求1至26中任一项所述的一个或多个隔热屏障，其中，至少一个隔热屏障设置在相邻电池单元之间。
28.根据权利要求27所述的电池模块，其中，所述电池单元设置在外壳中。
29.根据权利要求27或28所述的电池模块，其中，所述隔热屏障具有的表面积大于所述电池单元的表面积，且其中，一部分所述隔热屏障接触所述外壳的内表面。
30.一种电源系统，包含一个或多个根据权利要求27至29中任一项所述的电池模块。
31.一种装置或车辆，包含根据权利要求27至29中任一项所述的电池模块。
32.根据权利要求31所述的装置，其中，所述装置为笔记本电脑、PDA、手机、标签扫描器、音频装置、视频装置、显示面板、摄像机、数码相机、台式电脑、军用便携式电脑、军用电话、激光测距仪、数字通信装置、智能收集感测器、电子集成服装、夜视装置、动力工具、计算器、收音机、遥控电器、GPS装置、手持式和便携式电视、汽车起动器、手电筒、音响装置、便携式加热装置、便携式吸尘器或便携式医疗器械。
33.根据权利要求31所述的车辆，其中，所述车辆是电动车。
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