CN218472091U - 复合热管理片、用于电池的组合件和包括其的电池 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及复合热管理片、用于电池的组合件和包括其的电池。用于电池的复合热管理片包括有机硅泡沫层；以及设置在所述有机硅泡沫层内的反应性填料组合物，所述反应性填料组合物包含第一填料，所述第一填料在最初暴露于热时分解以产生水；和与所述第一填料不同的第二填料，其中所述第二填料与所述第一填料的分解产物形成热屏障层，或所述第二填料吸收所述水，或两者兼有。

Description

复合热管理片、用于电池的组合件和包括其的电池
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年3月9日提交的美国申请第63/158,675号的权益，其通过引用整体并入本文。
技术领域
本申请涉及用于电池中的复合热管理片，特别是用于延迟或防止锂离子电池中的热失控的复合热管理片。本申请还涉及用于制造复合热管理片的方法以及包括所述复合热管理片的电池组件和电池。
背景技术
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铅酸电池的替代物的其他多电池单元电池应用的增长，因此对诸如锂离子电池的电化学储能装置的需求不断增长。由于其增加的使用，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电池单元，这可能导致热失控。一旦电池单元处于热失控模式，则由电池单元产生的热可能引起相邻电池单元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。
虽然已经考虑了降低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电池单元或电池单元组之间并入增加量的绝缘以减少热事件期间的热传递的热量。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，因此需要防止或延迟热、能量或二者向周围电池单元扩散的用于电池的方法和组件。
实用新型内容
在一个方面中，用于电池的复合热管理片包括有机硅泡沫层(silicone foamlayer)；以及设置在所述有机硅泡沫层内的反应性填料组合物，所述反应性填料组合物包含第一填料，所述第一填料在最初暴露于热时分解以产生水；和与所述第一填料不同的第二填料，其中所述第二填料与所述第一填料的分解产物形成热屏障层，或所述第二填料吸收所述水，或两者兼有。
用于电池的组合件包括设置在电化学电池单元(cell)的表面上的上述复合热管理片。
还公开了包括上述组合件的电池。
通过以下附图、具体实施方式、实施例和权利要求来举例说明上述特征和其他特征。
附图说明
以下为附图的简要说明，出于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1是复合热管理片的一个方面的示意性截面图示；
图2是位于两个电池单元之间的复合热管理片的一个方面的示意图；
图3是位于两个电化学电池单元之间的复合热管理片的一个方面的示意图；
图4是位于电池单元阵列中的复合热管理片的一个方面的示意图；
图5是包括复合热管理片的用于电池的组合件的一个方面的示意图；
图6是用于热板测试的装置的示意图；
图7是位于用于热板测试的装置的热板与顶层之间的变形屏障层的图示；
图8是示出比较例1和实施例1至6的模拟热失控测试结果的温度 (℃)相对于时间(分钟(min))的图；
图9A是用于钉子穿透测试(nail penetration testing)的第一装置的示意图的分解图；
图9B是图9A中示出的示意图的非分解图；
图10是示出比较例3和实施例7的钉子穿透测试结果的温度(℃) 相对于时间(分钟)的图；
图11是示出比较例2和3以及实施例7在不同厚度下的钉子穿透测试结果的电压(V)相对于时间(分钟)的图；
图12是比较例3的热释放速率(HRR)(瓦特每克(W/g))相对于温度(℃)的图；
图13是实施例7的HRR(W/g)相对于温度(℃)的图；
图14是实施例8的HRR(W/g)相对于温度(℃)的图；
图15A是用于钉子穿透测试的第二装置的示意图的分解图；
图15B是图15A中示出的示意图的非分解图；
图16是示出比较例3的钉子穿透测试结果的温度(℃)相对于时间 (秒(s))的图；
图17是示出实施例7的钉子穿透测试结果的温度(℃)相对于时间 (秒)的图；
图18是示出实施例8的钉子穿透测试结果的温度(℃)相对于时间 (秒)的图。
具体实施方式
电池中的热管理，例如防止电池中，特别是包括大量电化学电池单元的电池中的热失控是一个难题，因为与经历热失控的电池单元相邻的电池单元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，从而引起相邻的电池单元也进入热失控。引发的热失控事件的这种传播可以导致连锁反应，其中由于电池单元点燃相邻的电池单元，因此电池单元进入一系列级联的热失控。在非常薄的片(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)中实现有效的热管理特性特别困难。越来越期望薄片以减小制品尺寸和重量，并节约材料。
本实用新型的发明人已经发现，包括有机硅泡沫和反应性填料组合物的复合热管理片可以用于防止或降低这样的级联热失控事件的强度。反应性填料组合物被配制为使得当暴露于热源时，填料组合物首先产生水并吸收水，这可以减轻向相邻电池单元的热传递。在一个方面中，水可以被捕获或者可以被解吸，以提供水的再循环。在另一个方面中，当持续暴露于热时，柔性有机硅层和反应性填料组合物可以形成热屏障层，所述热屏障层可以进一步减轻向相邻电池单元的热传递。
已经出乎意料地发现，反应性填料组合物的使用尤其可用于制造非常薄(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)并且具有良好的隔热特性的复合热管理片。复合热管理片可以具有另外的有利特性，例如良好的抗穿刺性。复合热管理片可以经受多次加热和冷却循环，并且仍提供良好的隔热。复合热管理片还可以为电化学电池单元和电池提供压力管理。复合热管理片可以用于电池中的各个位置以防止热失控。复合热管理片还可以改善电池的阻燃性。
如上所述，复合热管理片包括柔性多孔层，以及至少两种具有特定特性的填料。图1中示出了一个方面，其中复合热管理片10包括具有第一外表面14和相反的第二外表面16的柔性有机硅泡沫层12。尽管示出为平坦的，但外表面中的一者或两者或全部可以为起伏状的以提供与电化学电池单元的表面的更好匹配。
柔性有机硅泡沫层12还包括多个开口，即孔18。孔由柔性泡沫材料的内表面20限定。孔可以是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。孔可以完全包含在片内，或者至少一部分孔可以对片的表面敞开，从而允许与周围环境连通。在一个方面中，至少一部分孔是相互连接的并且至少一部分孔是敞开的，从而允许空气、水、水蒸气等从第一外表面14通过至相反的第二外表面16，在本文中称为“开孔泡沫”。在另一个方面中，泡沫可以是“闭孔泡沫”，其中孔可以相互连接或可以不相互连接，并且基本上不对片的表面敞开，或完全封闭，使得片不允许空气、水、水蒸气等从一个外表面大量通过至另一个外表面。在一个方面中，泡沫是基本闭孔泡沫，或完全闭孔泡沫。
进一步参照图1，填料组合物包含分布在柔性有机硅泡沫层12内的两种或更多种不同的填料22、24。填料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在第二外表面16的方向上增加。如本文所使用的，短语“设置在……内”可以意指反应性填料组合物分布在有机硅泡沫层的基体内，如图1所示。此外，如本文所使用的，短语“设置在……内”可以意指反应性填料组合物可以位于有机硅泡沫层的孔18内，例如涂覆柔性泡沫材料的内表面20，或者以颗粒状形式位于孔内。有机硅泡沫层中的一部分数量的孔可以包含反应性填料组合物，或者基本上全部或全部孔可以包含反应性填料组合物。每个包含反应性填料组合物的孔可以独立地被部分填充、基本上完全填充或完全填充。
选择有机硅泡沫以对电池(例如锂离子电池)的一般工作条件呈惰性，以充当反应性填料组合物的载体，以及提供用于形成如以下更详细地描述的热屏障层的硅源。各种有机硅泡沫在本领域中是已知的，并且可以使用各种有机硅泡沫。在一个方面中，有机硅泡沫包括聚(二烷基硅氧烷)，例如聚(二甲基硅氧烷)。
反应性填料组合物包含至少两种不同的具有特定特性的填料。如将从以下讨论中理解的，与填料组合物结合使用的术语“反应性”包括化学反应(例如破坏现有的化学键或形成新的化学键)和物理过程(例如氢键断裂和形成)两者。首先选择反应性填料组合物中的至少两种填料中的每一者的类型和量以在暴露于热时产生水。如本文所使用的，“产生水”可以指例如从水合物中释放水，或者例如通过化学反应过程形成水。此外，产生的水可以呈液体或水蒸气的形式。如本文所使用的，因此“水”包括液态水、水蒸气或其组合。如本文所使用的“热”意指高于电池的一般工作温度的热，并且包括由火焰或与火焰接触产生的热。这样的温度可以是 100℃或更高、或200℃或更高、或300℃或更高、或500℃或更高。不受理论的束缚，认为由反应性填料组合物产生水可以通过吸收热、重新分配热或者通过水的蒸发来提供热屏障特性。
还可以选择至少两种填料中的每一者的类型和量以在暴露于热时原位形成热屏障层，吸收水，或者两者兼有。如本文所使用的，“热屏障层”是这样的层：其与复合热管理片在物理上不同、在化学上不同、或者在物理上和在化学上都不同，并且其可以提供对热、火焰或两者的传导热屏障或对流热屏障。“热屏障层”包括炭层(如同该术语可以在本领域中使用一样)或水溶胀聚合物。本实用新型的发明人已经发现，在没有原位形成热屏障层的情况下，热空气和水蒸气通过柔性多孔层(包括通过电池单元壁)的传输可以产生向相邻电池单元的快速热传递。不受理论的束缚，认为在原位形成热屏障层的情况下，在复合热管理片的失效电池单元侧上产生的热空气和水被限制在失效电池单元表面，或被内部地限制在复合热管理片内，或两者兼有。这可以经由热屏障层的压力产生以及通过阻止对流热传递、传导热传递或两者进入到相邻电池单元中来保护相邻电池单元。
至少两种填料优选呈颗粒状形式以允许在其制造期间容易地并入到有机硅泡沫中。如上所述，呈颗粒状形式的反应性填料组合物可以位于有机硅泡沫层的有机硅基体内、有机硅泡沫层的孔内、或两者兼有。有机硅泡沫层中的一部分数量的孔可以包含颗粒状反应性填料组合物，或者基本上全部或全部孔可以包含颗粒状反应性填料组合物。每个包含颗粒状反应性填料组合物的孔可以独立地被部分填充、基本上完全填充或完全填充。在其中反应性填料组合物的颗粒相对于孔的直径为大的或者孔基本上或完全被多个较小颗粒填充的方面中，颗粒在孔内的移动可以受到限制。在该方面，颗粒状反应性填料组合物可以在层的制造期间位于孔中(例如，通过在用于形成有机硅泡沫层的组合物中包含颗粒状反应性填料组合物)，或者颗粒状反应性填料组合物可以在制造有机硅泡沫层之后使用合适的液体载体、真空或其他已知方法浸渍到孔中。
可以使用不同的反应性填料组合物(包括不同类型、形式或布置)的组合。例如，有机硅泡洙层的孔内的呈颗粒状形式的反应性填料组合物可以与分布在有机硅泡沫层内的颗粒状反应性填料组合物组合使用。
反应性颗粒状物或颗粒可以是任何形状，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的最大尺寸小于它们所位于的层或孔的厚度，以为层提供平滑的表面。因此使用的特定直径取决于颗粒的位置。可以使用颗粒的双模态、三模态或更高的多模态分布。例如，当填料颗粒存在于有机硅泡沫层的基体内和有机硅泡沫层的孔内时，可以存在颗粒的双模态分布。
至少两种填料彼此不同，并且为三水合铝、硝酸铵、硼砂、水合硅酸钠、氢氧化镁、碳酸镁氢氧化物五水合物(magnesium carbonate hydroxide pentahydrate)、磷酸三镁八水合物(magnesium phosphate tribasic octahydrate)、硼酸锌、超吸收性聚合物或水玻璃中的至少两者。
在暴露于热时可以产生水的填料包括各种水合矿物填料，例如三水合铝(也称为氢氧化铝或ATH)、硼砂(五水合四硼酸钠)、水合硅酸钠、碳酸镁氢氧化物五水合物、磷酸三镁八水合物；超吸收性聚合物；和水玻璃。可以使用前述的组合。应当理解，水合矿物填料和水玻璃可以由不同的化学式表示，并且前述包括各种分子式。不使用已知用作相变材料(其在较低温度(例如，低于100℃或低于200℃)下释放水)的某些水合矿物填料，以防止在一般工作温度下的相变。
可以参与形成热屏障层、吸收水或两者的填料包括各种含钠、含硅和含硼的矿物填料。单一填料可以既产生水又参与形成热屏障层。这种类型的示例性填料可以包括ATH、硝酸铵、硼砂、水合硅酸钠、氢氧化镁、碳酸镁氢氧化物五水合物、磷酸三镁八水合物、硼酸锌、超吸收性聚合物或其组合。
在第一方面中，反应性填料组合物包含ATH和硼酸锌。该组合在暴露于热源时产生水。水可以使有机硅泡沫膨胀以提供反压。不受理论束缚，产生水可以吸收热以防止热失控。可以通过液态水向水蒸气的转化吸收另外的热。ATH和硼酸锌的热容可以进一步有助于热吸收。多孔热屏障层可以在暴露于热源时形成。
在第二方面中，选择第一填料和第二填料以在暴露于热时既产生水又原位产生硼硅酸盐玻璃热层。在该方面，第一填料和第二填料可以包括硼砂和水合硅酸钠的组合。硼砂和水合硅酸钠可以产生水，并且可以提供钠和硼以形成硼硅酸盐玻璃。柔性硅层的分解可以提供硅以形成硼硅酸盐玻璃。此外，在该方面，可以使用ATH、硼酸锌和水合硅酸钠的组合。不受理论束缚，认为在暴露于热源期间，由于有机硅和硼砂的热容，由硼砂二者的水产生和任何蒸发的热，以及吸热形成硼硅酸盐玻璃，复合热管理片吸收热。热屏障层可以在暴露于热源时形成并膨胀。
有利地，可以在反应性填料组合物中使用硼砂和硼酸锌的组合。出乎意料地发现，当使用硼砂和硼酸锌时，硼硅酸盐玻璃热屏障层既膨胀又变形以形成柔性而坚硬的层。变形可以充当针对相邻膨胀电池单元的法向力，这可以减少或防止由已经进入热失控的膨胀电池单元造成的损坏。不受理论束缚，认为通过膨胀压力产生法向力以及炭层的形状可以进一步阻止对流热传递和传导热传递。
在这些方面中，可以选择反应性填料组合物的组分和浓度以提供水的分阶段释放，从而提供连续的热减少。例如，已经发现在包含硼砂和硼酸锌的组合的填料组合物的热板测试期间，来自热板的热扩散到柔性泡沫中，并且首先在140℃下由硼砂产生水蒸气，然后在340℃下由硼酸锌产生水蒸气。再次不受理论束缚，认为水从硼砂中的最初释放引发并维持热屏障层的产生，并且影响最终硼硅酸盐玻璃热屏障层的厚度，并因此影响所施加的压力。由于有机硅、硼酸锌和硼砂的热容，由硼酸锌和硼砂二者的水产生和任何蒸发的热，以及吸热形成硼硅酸盐玻璃，该过程也吸收热。此外，复合层的变形提供了对热传递的抗性。
在分阶段的水释放的另一个实例中，包含硼砂和三水合铝的反应性填料组合物可以首先在140℃下由硼砂产生水蒸气，然后在220℃下由ATH 的分解产生水蒸气。
可以提供分阶段的水释放的另一种反应性填料组合物可以包含硼砂、 ATH和硼酸锌。该组合可以提供在140℃下由硼砂、在220℃下由ATH以及在340℃下由硼酸锌产生水的3阶段水产生系统。
在第三方面中，进一步配制反应性填料组合物以吸收可以被捕获或被释放(再循环)的水。在该方面，水的吸收提供了另外的机制以延迟、减少或阻止对流热传输。水吸收可以进一步有助于复合导热层的膨胀以提供另外的压力减小。在该方面，反应性填料组合物包含在暴露于热时产生水的填料和可以吸收产生的水的填料。水可以被永久地吸收(即捕获)或可释放地吸收(解吸)，从而允许水的再循环。
在该方面，产生水的填料可以包括硼砂、ATH、氢氧化镁五水合物 (MDH)或其组合。
可以吸收所产生的水的填料包括超吸收性聚合物(SAP)。在一些条件下，SAP吸收并捕获水，其中被捕获的水仅通过SAP的分解而释放。在另一些条件下，SAP可以吸收水并且在没有SAP的分解的情况下释放水。超吸收性聚合物在本领域中是已知的，例如接枝有丙烯腈均聚物或共聚物的淀粉的水解产物，例如水解的淀粉-聚丙烯腈)；接枝有丙烯酸、丙烯酰胺、聚乙烯醇(PVA)或其组合的淀粉，例如淀粉-g-聚(2-丙烯酰胺- 共-2-丙烯酸，钠盐)；水解的淀粉-聚丙烯腈乙烯-马来酸酐共聚物；交联的羧甲基纤维素；丙烯酸酯均聚物及其共聚物，例如聚(丙烯酸钠)和聚(丙烯酸酯-共-丙烯酰胺)，具体地，聚(丙烯酸钠-共-丙烯酰胺)；水解的丙烯腈均聚物；2-丙烯酸的均聚物和共聚物，例如聚(2-丙烯酸，钠盐)和聚(2-丙烯酰胺-共-2-丙烯酸，钠盐)或聚(2-丙烯酰胺-共-2-丙烯酸，钾盐)；交联改性聚丙烯酰胺；聚乙烯醇共聚物，交联聚环氧乙烷；等等。可以使用两种或更多种不同的SAP的组合。
SAP优选为电解质，例如聚(丙烯酸酯)的盐，例如聚(丙烯酸钠)。SAP 的溶胀比可以为15∶1至1000∶1。优选更高的比例。在吸收水时，SAP捕获水并膨胀。膨胀可以充当针对相邻膨胀电池单元的法向力，这可以减少或防止由已经进入热失控的膨胀电池单元造成的损坏。
SAP可以任选地在水中与水(通过喷洒、浸渍或其他方法)水合。例如，SAP可以在掺入到有机硅泡沫中之前水合，或者可以将具有SAP的复合热管理层浸入到室温下的水中24小时。
不受理论束缚，认为在该方面，如上所述，随着温度升高(任选地在多个温度下)，水首先由填料产生。水被SAP吸收。在一个方面中，被SAP 吸收的水被捕获并且不被释放。在另一个方面中，被SAP吸收的水吸收热然后被释放，离开包括电化学电池单元的系统，或者被复合热管理片中不同位置处的其他脱水SAP吸收。最终，硼硅酸盐玻璃可以形成为连续且柔性的热屏障层。
可以用于吸收水的另一种填料为水玻璃。如本领域中已知的，水玻璃可溶于水，并且包含氧化钠(Na2O)和二氧化硅(硅石，SiO2)。在一些条件下，水玻璃可以吸收水以将其捕获，或者吸收水并将其释放。
在又一方面，可以配制反应性填料组合物以原位产生水玻璃，而无需柔性有机硅层的分解。在该方面，填料可以包括硼砂和水合硅酸钠。可以存在其他组分，例如三水合铝、氢氧化镁、碳酸镁氢氧化物五水合物或硝酸铵等，或其组合。不受理论束缚，认为热扩散到有机硅泡沫中，根据所使用的产生水的填料的组合在多种温度下产生水。来自产生水的填料的分解的剩余离子可以形成路易斯酸或路易斯碱，并与水合硅酸钠反应以形成水玻璃。水可以被释放以再循环。或者，当水因热加热而蒸发时，水玻璃溶液可以固化以提供可以充当有机硅泡沫内部或外部的传热屏障层的玻璃状固体。
复合热管理片可以通过本领域已知的方法由形成有机硅泡沫的组合物制造。可以在反应性填料组合物发泡和固化之前将反应性填料组合物掺入到形成有机硅泡沫的组合物中。例如，合适的有机硅泡沫可以通过形成有机硅泡沫的组合物的反应发泡和固化来生产，所述形成有机硅泡沫的组合物包含具有末端不饱和度例如乙烯基的聚硅氧烷和具有末端氢化物基团的聚硅氧烷。用于形成有机硅泡沫的聚硅氧烷在25℃下的粘度可以为 100泊至1,000,000泊。用于形成有机硅泡沫的聚硅氧烷可以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，以及除末端氢化物和乙烯基之外，羟基、烷氧基、酰氧基、烯丙基、肟、氨氧基、异丙烯氧基(isopropenoxy)、环氧基、巯基、或其他已知的反应性末端基。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。有机硅泡沫还可以使用数种具有不同分子量(例如，双模态或三模态分子量分布)的聚硅氧烷生产，只要组合的粘度允许准备好掺入反应性填料组合物并准备好制造即可。
形成有机硅泡沫的组合物还可以包含催化剂，例如包含贵金属优选铂的催化剂。催化剂可以沉积在惰性载体例如硅胶、氧化铝或炭黑上。还可以存在各种铂催化剂抑制剂以控制起泡和固化反应的动力学，从而控制有机硅泡沫的孔隙率和密度。这样的抑制剂的实例包括聚甲基乙烯基硅氧烷环状化合物和炔醇。这些抑制剂不应以破坏泡沫的方式干扰发泡和固化。可以存在化学起泡剂。
在有机硅泡沫的生产中，可以将形成有机硅泡沫的组合物的反应性组分配制成两部分：包含具有末端不饱和性的聚硅氧烷和反应性填料组合物、和(如果使用)催化剂、抑制剂和化学起泡剂的一部分(“部分A”)；以及包含具有氢化物基团的聚硅氧烷的另一部分(“部分B”)。所述部分可以被计量加入、混合并浇铸到例如模具或连续涂覆线中。然后在模具中或在连续涂覆线上发生发泡和固化。在另一种生产方法中，可以将形成有机硅泡沫的组合物的反应性组分与反应性填料组合物和化学起泡剂、物理起泡剂、或其他添加剂(如果使用)一起引入到挤出机中。然后可以将催化剂计量加入挤出机中以开始发泡和固化反应。物理起泡剂例如液态二氧化碳或超临界二氧化碳与化学起泡剂例如水一起使用可以产生具有低得多的密度的泡沫。
任选地，可以将复合热管理片浸入水中持续一段时间，例如24小时，以将水吸收到复合热管理片中。液态水的高热容可以有助于显著延迟从复合热管理片的一个表面到复合热管理片的另一个表面的热传递。
如上所述，调节反应性填料组合物中每种填料的量以提供期望程度的水产生和热屏障形成。基于部分A的总重量，形成有机硅泡沫的组合物的部分A可以包含10重量百分比至80重量百分比(重量％)或20重量％至70重量％、或30重量％至60重量％的反应性填料组合物，其中部分A 组合物的剩余部分为部分A的其他组分。
在反应性填料组合物包含ATH和硼酸锌的情况下，各自基于部分A 的总重量，部分A可以包含5重量％至40重量％、或10重量％至40重量％、或20重量％至40重量％的ATH和5重量％至40wt％、或10重量％至40 重量％、或20重量％至40重量％的硼酸锌，其中部分A组合物的剩余部分为部分A的其他组分。
在反应性填料组合物包含硼砂和水合硅酸钠的情况下，各自基于部分 A的总重量，部分A可以包含5重量％至50重量％、或10重量％至40 重量％、或20重量％至40重量％的硼砂和5重量％至30重量％、或10 重量％至30重量％的水合硅酸钠，其中部分A组合物的剩余部分为部分A 的其他组分。
在反应性填料组合物包含ATH、水合硅酸钠和硼酸锌的情况下，各自基于部分A的总重量，部分A可以包含5重量％至30重量％、或10重量％至20重量％的ATH，5重量％至30重量％、或10重量％至30重量％的水合硅酸钠和5重量％至40重量％、或10重量％至30重量％、或20重量％至30％的10重量％至30重量％的硼酸锌，其中部分A组合物的剩余部分为部分A的其他组分。
在反应性填料组合物包含硼砂和硼酸锌的情况下，各自基于部分A 的总重量，硼砂可以以5重量％至45重量％、或10重量％至40重量％，优选地15重量％至35重量％，并且最优选地20重量％至30重量％的量存在，硼酸锌可以以5重量％至40重量％、或10重量％至40重量％，优选地15重量％至35重量％，并且最优选地20重量％至30重量％的量存在，其中部分A组合物的剩余部分为部分A的其他组分。
当反应性填料组合物中存在SAP时，各自基于部分A的总重量，部分A可以以1重量％至60重量％、或5重量％至35重量％、或10重量％至35重量％的量包含SAP，其中部分A组合物的剩余部分为一种或更多种不同的填料和部分A的其他组分。
复合热管理片可以包含本领域已知的其他添加剂，例如加工助剂、抗氧化剂、抗臭氧剂、紫外线(UV)稳定剂或热稳定剂、染料、颜料、阻燃剂(例如，有机含磷化合物)、阻燃增效剂(例如氧化锑)、或其组合。可以存在绝热填料以增加绝热、热吸收或热变形(heatdeflection)特性。示例性绝热填料包括陶瓷例如二氧化硅、滑石、碳酸钙、粘土、云母、蛭石等，或其组合。在另一方面，可以存在导热填料以增加导热特性，例如氮化硼、氮化铝等，或其组合。可以存在增强颗粒状填料。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(例如，空心微球、玻璃微球例如硼硅酸盐微球、或其组合)、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。这些添加剂可以与增强填料组合物同时添加。
形成有机硅泡沫的组合物可以在增强纤维的存在下发泡和固化以提供纤维增强。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(例如，E玻璃、 S玻璃、D玻璃、L玻璃、石英纤维、或其组合)、高密度聚烯烃、陶瓷、丙烯酸类树脂、氟聚合物、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺等、或其组合。增强纤维可以呈任何形式，例如织造或非织造垫或带。垫或带的厚度可以为例如0.005mm至10mm、或0.05mm至8mm、或0.25mm至6mm、或 0.5mm至10mm、或0.25mm至10mm、或0.5mm至10mm、或1mm至10、或1mm至6mm。可以使用增强颗粒状材料和增强纤维的组合。
复合热管理片的厚度可以为0.5mm至30mm、或0.5mm至20mm、或0.5mm至15mm、或0.5mm至10mm、或0.5mm至8mm、或1mm 至6mm、或1mm至5mm、或1mm至4.5mm、或1mm至4mm、或1mm至3.5mm、或1mm至3mm、或1mm至2.5mm。与用于阻燃片的竞争技术相比，所公开的复合热管理片可以以更薄的厚度提供等效或改善的热阻。在一些方面，例如在形成热屏障层的情况下，复合热管理层的厚度优选为1.5mm至30mm、或1.5mm至20mm、或1.5mm至15mm、或1.5mm至10mm、或1.5mm至8mm、或1.5mm至6mm、或1.5mm 至5mm、或1.5mm至4.5mm、或1.5mm至4mm、或1.5mm至3.5mm、或1.5mm至3mm、或1.5mm至2.5mm。较厚的复合热管理片可以提供较大的压力产生、变形和硼硅酸盐玻璃产生，从而改善热延迟。在该方面，复合热管理层的厚度优选为1.5mm至30mm、或1.5mm至20mm、或 1.5mm至15mm、或1.5mm至10mm、或1.5mm至8mm、或1.5mm至6mm、或2mm至30mm、或2mm至20mm、或2mm至15mm、或 2mm至10mm、或2mm至8mm、或2mm至6mm、或3mm至0mm、或3mm至8mm、或3mm至6mm。
在一方面，复合热管理片的密度可以为5磅每立方英尺至65磅每立方英尺(lb/ft3)(1,041千克每立方米(kg/m3))、或5lb/ft3至55lb/ft3(881 kg/m3)、或10lb/ft3至25lb/ft3(400kg/m3)。在一方面，泡沫的密度为5lb/ft3至30lb/ft3(80kg/m3至481kg/m3)。基于泡沫的总体积，复合热管理片的空隙体积含量可以为5％至99％，优选地大于或等于30％。
复合热管理片是柔性的，并且可以在整个电池寿命期间在压缩变形的多个循环中保持其弹性行为，这些特性通过泡沫的压缩力挠度(compressive force deflection)和压缩永久变形(compression set)反映。具有良好的耐压缩永久变形性的泡沫提供缓冲作用，并且在长期负载下保持其原始形状或厚度。在一方面，复合热管理片的根据ASTM D3574-17确定的分别在25％挠度(deflection)下的压缩力挠度为0.2磅每平方英寸至125磅每平方英寸(psi)(1千帕至862千帕(kPa))、或0.25psi至20 psi(1.7kPa至138kPa)、或0.5psi至10psi(3.4kPa至68.90.5kPa)。复合热管理片可以具有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；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。
在一方面，复合热管理片作为单层来使用。然而，多个单层可以被堆叠并作为单层来使用。其他层可以与复合热管理片组合使用，例如阻燃层、无孔弹性体屏障层、粘合剂层等，或其组合。然而，复合热管理片的一个优点为，单独使用的单个片在没有其他层的情况下即使在低至1mm至30 mm、或1mm至20mm、或1mm至15mm、或1mm至10mm、或1mm 至8mm、或1mm至6mm的厚度下也可以是有效的。
如果使用，阻燃层可以包含阻燃无机材料(例如勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁)、膨胀材料或其组合。膨胀材料可以包含酸源、起泡剂和碳源。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混合物存在。例如，膨胀材料可以包含酸源、起泡剂和碳源。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，然后起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、磷酸三苯酯或脒基脲磷酸酯)；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。
起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。起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-醛树脂或羟甲基化的磷酸脒基脲)、卤化的有机材料(例如，氯化石蜡)或其组合。
膨胀材料可以包含碳源。有机硅泡沫层可以用作碳源。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连接基团和咪唑啉基团。
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 (epoxy)、聚硫化物、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(synergistic compound)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，硼化锌、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前述中的至少一者。
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、碳酸钙镁石、水菱镁矿、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)来减少火焰的扩散。
阻燃层还可以包含聚合物粘合剂，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。阻燃层的厚度可以为0.1mm至2mm、0.5mm至1.5mm、或0.8mm至1.1mm。
如果使用，无孔弹性体屏障层包含这样的弹性体：其具有分别在25℃和1个大气压下测量的小于20g-mm/m2/天、或小于10g-mm/m2/天、或小于5g-mm/m2/天的对水的渗透系数；或者根据ASTM 412在21℃下测量的0.5兆帕至15兆帕的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(TPE)，条件是其具有优选的疏水性(水或水蒸气透过不足)。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。
可以使用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)、有机硅橡胶、氟化有机硅橡胶、苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-异戊二烯、乙烯基橡胶、或其组合。在一方面，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。
可以存在粘合剂层以将一个复合热管理片粘附到另一个复合热管理片、另一种类型的层、或粘附到电池单元阵列或电池的组件。本领域已知广泛的多种粘合剂都可以用于复合热管理片。可以选择粘合剂以在电池的运行条件下易于应用和稳定性。每个粘合剂层可以相同或不同，并且可以是相同或不同的厚度。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、或者有机硅粘合剂，优选丙烯酸类粘合剂或有机硅粘合剂。在一方面，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。每个粘合剂层的厚度可以独立地为0.00025英寸至0.010英寸(0.006mm至0.25 mm)、或0.0005英寸至0.003英寸(0.01mm至0.08mm)。
当复合热管理片包括粘合剂层时，复合热管理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5微米至150 微米(μm)、10μm至125μm、20μm至100μm、40μm至85μm、或50 μm至75μm。
复合热管理片被设置在电化学电池单元上以提供用于电池的电池单元组合件。电池单元可以为锂离子电池单元，特别是棱柱形电池单元、圆柱形电池单元或袋状电池单元。图2示出了复合热管理片在电池单元组合件1002中的定位的一个方面，图3示出了复合热管理片在电池单元组合件1003中的定位的另一个方面。图2和图3示出了复合热管理片10可以位于第一电池单元103与第二电池单元104之间。图2示出了复合热管理片10可以为与电池单元103、104的高度和宽度大致相同的尺寸。图3示出了复合热管理片10可以小于相应的电池单元103、104。同样如图3所示，复合热管理片10也可以延伸超过电化学电池单元103、104的边缘。延伸超过电化学电池单元的边缘的复合热管理片可以缠绕并覆盖电池单元的另一个表面的至少另一部分或全部。
图4示出了多电池单元组合件1004可以包括多于两个电池单元103、 104，其中复合热管理片10位于相应的电池单元103、104之间。电池单元可以为锂离子电池单元，特别是袋状电池单元。图4示出了用于电池的组合件1004可以包括多于两个电池单元(例如，103、104)，其中复合热管理片10位于相应的电池单元103、104与其他电池单元中的每一个之间。在一方面，在用于电池的组合件1004的制造期间，二至十个复合热管理片可以设置在电池单元上或电池阵列中。例如，二至十个复合热管理片可以设置在电池的例如面向电极的内部或者面向外侧的外部上。二至十个防火复合热管理片可以设置在袋状电池单元的电池单元或袋、或二者上或者粘附到袋状电池单元的电池单元或袋、或二者。当然，根据电池单元和电池单元阵列的数量，可以存在一个或多于十个复合热管理片。图4还示出了设置在用于电池的组合件1004的外部以面向电池的外侧的复合热管理片10a。
在一方面，复合热管理片的暴露的外边缘的至少一部分可以包括从复合热管理片的主体带走热的材料88。应用于复合热管理片的暴露的边缘的示例性材料包括陶瓷例如氮化硼或氮化铝，金属例如铝，高热容蜡，相变材料等，或其组合。
电池单元组合件用于电池中。电池包括至少部分包围一个或更多个电化学电池单元或电池单元阵列的壳体。壳体可以是任何类型，例如聚合物或袋状电池的袋。复合热管理片可以被设置在或直接设置在电池中任何配置的电池单元或电池单元阵列上。复合热管理片可以被放置在电池中的各个电池单元或电池单元阵列之间。复合热管理片可以被放置在电池中的电池单元或电池单元阵列的侧面、侧面的一部分、或者电池中的电池单元或电池单元阵列的选定组上，例如在顶部、在之间、在下方、相邻、或其组合。复合热管理片可以被放置于或粘附于复数个袋状电池单元、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。
例如，如图5所示，电池2001可以包括在壳体800内部的多个电池单元阵列700中的多个电池单元。复合热管理片10可以被设置在两个电池单元阵列700之间。进一步如图11所示，复合热管理片10可以沿着电池单元阵列的多个电池单元被设置在壳体800的侧面与电池单元阵列700 的侧面之间。同样如图11所示，绝热复合热管理片10可以被设置在壳体800的端部与一个或更多个电池单元阵列700的端部之间。
如果使用多于一个复合热管理片或其他层，则片和层可以通过本领域已知的方法来组装。可以将片和层组装在电池的电池单元或其他组件的表面(例如，电池壳体的壁)上。在一个方面，将片和层单独组装，然后放置于或粘附于电池单元、电池组件或二者。片或层中的每一者可以单独制造，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的层制造在另一个单独的层上。例如，在一个方面，可以将阻燃层或粘合剂层直接浇铸到复合热管理片上。直接涂覆或浇铸可以通过省去粘合剂层来减小厚度并改善阻燃性。
提供以下实施例以对本公开内容进行举例说明。这些实施例仅是说明性的，并且不旨在将根据本公开内容所制的装置限制于其中阐述的材料、条件或过程参数。
实施例
在实施例中使用表1中列出的材料。
表1
Figure DEST_PATH_GDA0003863935690000181
Figure DEST_PATH_GDA0003863935690000191
样品制备
通过制备具有如表2中所示的部分A和部分B的两部分制剂使用苯甲醇作为起泡剂来制造实施例1至6的样品。部分A中包含填料。然后将部分A和部分B混合，并浇铸在两个离型层之间。在使浇铸混合物发泡并固化之后，调节浇铸量以达到期望的厚度。发泡和固化在70℃下进行 10分钟。将实施例1至6的复合热管理片在94℃下固化12小时并切割成合适的尺寸。然后如下所述测试复合热管理片。
热测试
每个样品的热性能以热失控模拟确定。图6示出了用于热测试的装置5000。将复合热管理片10直接设置在设定到550℃的热板960上。将比较例1的焦凝胶(pyrogel)表面放置在热板上。将12.7mm云母板电池单元模拟物970放置在复合热管理片10的顶表面上。将热电偶传感器980 插入在云母板电池单元模拟物970中钻出的孔中以将热电偶传感器980设置在复合热管理片10的顶表面上。
比较例1
测试包括未填充的聚氨酯泡沫层和焦凝胶热屏障层的比较例。这两个层使用多用途有机硅粘合剂来粘附。
实施例1至6
使用表2中所示的组分制备实施例1至6。量以每侧的重量份显示，其中乙烯基封端的有机硅和反应性填料组合物总计100重量份。部分B仅包含硅烷(silicone hydride)。部分A和部分B以A：B＝20：1的重量比(20 份部分A比1份部分B)混合。
表2还显示了每个固化样品在测试之前的厚度、是否原位形成热屏障层以及在测试时是否发生热屏障层的变形。
表2
Figure DEST_PATH_GDA0003863935690000201
如图7所示，包含硼砂和硼酸锌的组合的反应性填料(实施例1和2) 提供了具有变形的(弯曲的)表面的热屏障层11。尽管测试装置上的电池单元模拟物(analog)970对片施加向下的力，但仍形成弯曲的表面。该力类似于可以由电池垫施加的力。由于即使在电池单元模拟物970施加向下的力的情况下也发生片的变形，并且形成的热屏障层提升电池单元模拟物970，因此热屏障层将有效地推回膨胀的电池单元，以及通过产生气穴 (airpocket)延迟对流传热。它还减少了接触点的表面积，并因此也会延迟传导性传热。
图8显示了对每个样品随时间所测量的由热电偶检测到的温度升高。有利地，所有样品都表现出热屏障特性。包含硼砂和硼酸锌的组合的反应性填料组合物(实施例1和2)提供了比实施例3至6更好的热性能。
实施例1和2具有相同的组成，但是实施例1的较厚的片比实施例2 的较薄的片对相反表面提供更好的热保护。在10分钟之后，实施例1的测量温度低于比较例1和实施例2至6的测量温度。对于电动汽车电池应用，技术可行性可以通过达到150℃的时间来确定，期望达到150℃的时间尽可能长，例如至少10分钟。甚至经过20分钟的长期暴露，实施例1 的复合热管理片的相反表面也仅为140℃，并没有达到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，认为由于硼砂和硼酸锌的热容，热被吸收。通过水从硼砂释放，热被进一步吸收。通过远离热源的柔性多孔层，水蒸气的产生可以提供增强的热对流。然而，增加暴露于热源导致形成阻挡水蒸气和热气体的热对流的热屏障层，从而提供在较高温度下改善的耐热性。形成热屏障层可以进一步降低或阻止热传导。在显示形成变形屏障的实施例1和2的情况下，可以另外降低热传导。
钉子穿透测试
进行钉子穿透测试。图9A和图9B分别是用于钉子穿透测试的第一装置7000的示意图的分解图和非分解图，所述第一装置7000包括铝端板 910、920(尺寸为185mm×90mm×15.2mm)、聚四氟乙烯绝缘膜930、 940(尺寸为185mm×90mm×1mm)、袋状电池单元201、202以及所测试的样品950(例如，复合热管理片)。电池单元201、202的特性提供在表3中。电池单元201被以10mm/秒的压入速率插入的8mm钉子刺破以引发失控。电池单元201、202被电隔离。多个热电偶测量了温度曲线。位置V1在钉刺(例如失效)的电池单元201与所测试的样品950之间，位置V2在所测试的样品950与相邻电池单元202之间。还测量了电压。
表3
Figure DEST_PATH_GDA0003863935690000211
比较例2
测试不包括泡沫层的比较例。
比较例3
测试包括未填充的聚氨酯泡沫层的比较例。
实施例7和8
实施例7和8使用表4中所示的组分来制备。部分A和部分B以 A∶B＝20∶1的重量比(20份部分A比1份部分B)混合。
表4
组分 实施例7 实施例8
部分A
乙烯基-PDMS 0.498磅(1bs)(225.9g) 0.498lbs(225.9g)
催化剂 0.0384g 0.0384g
抑制剂 0.3592g 0.3592g
苯甲醇 0.003lbs(1.4g) 0.003lbs(1.4g)
硼酸锌 0.299lbs(135.5g) 0.2491bs(112.9g)
ATH 0.199lbs(90.4g)
硼砂2 0.249lbs(112.9g)
部分B
硅烷 0.4lbs(181.4g) 0.4lbs(181.4g)
乙烯基-PDMS 0.6lbs(272.2g) 0.6lbs(272.2g)
比较例2和实施例7的钉子穿透测试结果提供在表5和表6、图10 和图11中。图10是显示比较例3和实施例7的钉子穿透测试的结果的温度(℃)对时间(分钟)的图。如图10所示，实施例7在测试中能够使热失控停止。图11是显示比较例2和3以及实施例7在不同厚度下的钉子穿透测试的结果的电压(V)对时间(分钟)的图。图11的结果包括比较例12的18秒延迟、比较例2的31秒延迟、实施例7在2mm厚度下的102秒延迟、和实施例7在3mm厚度下没有失控。
表5
Figure DEST_PATH_GDA0003863935690000231
表6
质量减少(％) 短路延迟(秒)
实施例7 10.3 无穷大
比较例3 91.4 21
UL94 500W(125mm)垂直燃烧测试
根据UL94第6.2节调节将每种材料类型的二十(20)个在70±2℃下调节168±2小时。将所有样品均按照UL 94第9.5节进行布置和测试。表7提供了垂直燃烧材料分类要求，以及表8提供了测试结果。
表7
Figure DEST_PATH_GDA0003863935690000232
表8
Figure DEST_PATH_GDA0003863935690000241
Figure DEST_PATH_GDA0003863935690000251
Figure DEST_PATH_GDA0003863935690000253
没有点燃
比较例3的微量热法结果提供在图12和表9中，实施例7的微量热法结果提供在图13和表10中，实施例8的微量热法结果提供在图14和表11中。图12、图13和图14具有不同的X和Y轴标度。
表9
Figure DEST_PATH_GDA0003863935690000252
表10
实施例7 HRC(J/g-K) 峰值HRR(W/g) 总HR((kJ/g)
样品1 63.7 27.4 7.3
样品2 66.5 28.2 7.7
样品3 66.1 28.4 7.8
平均值 65.4±1.4 28.0±0.4 7.6±0.2
表11
实施例8 HRC(J/g-K) 峰值HRR(W/g) 总HR((kJ/g)
样品1 83.4 36.9 7.8
样品2 75.2 30.1 6.2
样品3 90.6 42.6 8.8
平均值 83.1±6.3 36.5±5 7.6±1
图15A和图15B分别是用于钉子穿透测试的第二装置8000的示意图的分解图和非分解图，所述第二装置8000包括铝端板911、921、聚四氟乙烯绝缘膜931、941、12Ah袋状电池单元203、204、205以及所测试的样品951、952(例如，复合热管理片)。电池单元204被钉子刺破以引发失控。电池单元203、204、205被电隔离。多个热电偶测量了位置V3、 V4、V5、TC1、TC2、TC8处的温度曲线，如图15A所示。
比较例3的钉子穿透测试的结果提供在表10和图16中，实施例7的钉子穿透测试的结果提供在表11以及图17中，实施例8的钉子穿透测试的结果提供在表12和图18中。图16、图17和图18中的每一者是温度 (℃)对时间(秒(s))的图。
表10
Figure DEST_PATH_GDA0003863935690000261
表11
Figure DEST_PATH_GDA0003863935690000271
表12
Figure DEST_PATH_GDA0003863935690000272
下面阐述的是本公开内容的非限制性方面。
方面1：一种用于电池的复合热管理片，所述复合热管理片包括：有机硅泡沫层；和设置在有机硅泡沫层内的反应性填料组合物，所述反应性填料组合物包含第一填料，所述第一填料在最初暴露于热时分解以产生水；和与第一填料不同的第二填料，其中第二填料与第一填料的分解产物形成热屏障层，或者第二填料吸收所述水，或者两者兼有。
方面2：根据方面1所述的复合热管理片，其中所述热屏障层包括硼硅酸盐玻璃层，优选具有弯曲表面的硼硅酸盐玻璃层。
方面3：根据方面2所述的复合热管理片，其中硼硅酸盐玻璃包含由有机硅泡沫层的分解而来的硅。
方面4：根据前述方面中任一项所述的复合热管理片，其中第一填料和第二填料为三水合铝、硝酸铵、硼砂、水合硅酸钠、氢氧化镁、碳酸镁氢氧化物五水合物、磷酸三镁八水合物、硼酸锌、超吸收性聚合物或水玻璃中的至少两者。
方面5：根据方面4所述的复合热管理片，其中第一填料包括三水合铝、水合硅酸钠、碳酸镁氢氧化物五水合物、磷酸三镁八水合物、超吸收性聚合物、水玻璃或其组合。
方面6：根据方面4或5所述的复合热管理片，其中第二填料包括硝酸铵、硼砂、水合硅酸钠、氢氧化镁、碳酸镁氢氧化物五水合物、磷酸三镁八水合物、硼酸锌、超吸收性聚合物或其组合。
方面7：根据方面4所述的复合热管理片，其中反应性填料组合物包含三水合铝和硼酸锌。
方面8：根据方面4所述的复合热管理片，其中反应性填料组合物包含硼砂和水合硅酸钠。
方面9：根据方面4所述的复合热管理片，其中反应性填料组合物包含三水合铝、硼酸锌和水合硅酸钠。
方面10：根据方面4所述的复合热管理片，其中反应性填料组合物包含硼砂和硼酸锌。
方面11：根据方面4所述的复合热管理片，其中反应性填料组合物包含硼砂、硼酸锌和三水合铝。
方面12：根据方面4至11中任一项所述的复合热管理片，其中反应性填料组合物还包含超吸收性聚合物、水玻璃或二者。
方面13：根据方面12所述的复合热管理片，其中反应性填料组合物包含三水合铝、水合硅酸钠、碳酸镁氢氧化物五水合物、磷酸三镁八水合物或其组合；以及超吸收性聚合物，优选聚(丙烯酸钠)。
方面14：根据前述方面中任一项所述的复合热管理片，所述复合热管理片的厚度为1毫米至30毫米、或1毫米至20毫米、或1毫米至15 毫米、或1毫米至10毫米、或1毫米至8毫米、或1.5毫米至8毫米、或1.5毫米至6毫米、或2.5毫米至6毫米。
方面15：根据前述方面中任一项所述的复合热管理片，所述复合热管理片具有5磅每立方英尺至65磅每立方英尺(80千克每立方米至1,041 千克每立方米)、或6磅每立方英尺至20磅每立方英尺(96千克每立方米至320千克每立方米)、或8磅每立方英尺至15磅每立方英尺(128千克每立方米至240千克每立方米)的密度；0.2磅每平方英寸至125磅每平方英寸(1千帕至862千帕)、或0.25磅每平方英寸至20磅每平方英寸 (1.7千帕至138千帕)、或0.5磅每平方英寸至10磅每平方英寸(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确定的压缩力挠度；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；或其组合。
方面16：一种用于电池的组合件，包括设置在电化学电池单元，优选锂离子电化学电池单元的表面上的根据前述方面中任一项所述的复合热管理片。
方面17：根据方面16所述的用于电池的组合件，其中电化学电池单元包括棱柱形电池单元、袋状电池单元或圆柱形电池单元。
方面18：根据方面16至17中任一项所述的用于电池的组合件，其中组合件包括至少两个电化学电池单元。
方面19：一种电池，包括：根据方面16至18中任一项所述的用于电池的组合件；和至少部分地包围用于电池的组合件的壳体。
组合物、方法和制品可以替代地包括本文中所公开的任何合适的材料、步骤或组分，由本文中所公开的任何合适的材料、步骤或组分组成，或者基本上由本文中所公开的任何合适的材料、步骤或组分组成。组合物、方法和制品可以另外地或替代地被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其他方面中。此外，应理解，所描述的要素可以在各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“上”时，其可以直接在另一要素上，或者也可以存在中间要素。相比之下，当要素被称为“直接在”另一要素“上”时，不存在中间要素。
除非本文中相反地指出，否则所有测试标准都是到本申请的申请日 (或者，如果要求优先权的话，则为其中出现该测试标准的最早优先权申请的申请日)为止生效的最新标准。
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，“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％”的范围内的所有中间值，例如10重量％至23重量％等。如本文中所使用的术语“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，否则本文中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，为了清楚说明和便于解释，层和区域的宽度和厚度可能被放大。附图中相同的附图标记表示相同元件。
本文中参照作为理想化实施方案的示意图的截面图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，本文中所描述的实施方案不应该被解释为限于如本文中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的特征和/或非线形的特征。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、变化、改进和实质等同方案。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、变化、改进和实质等同方案。

Claims (9)

1.一种用于电池的复合热管理片，其特征在于，所述复合热管理片包括：
有机硅泡沫层，所述有机硅泡沫层具有第一外表面和相反的第二外表面，所述第一外表面和第二外表面中的一者或两者为平坦的或为起伏状的，并且所述有机硅泡沫层包括多个孔；以及
其中所述有机硅泡沫层能够形成热屏障层和/或吸收水。
2.根据权利要求1所述的复合热管理片，其中所述热屏障层包括硼硅酸盐玻璃层。
3.根据权利要求2所述的复合热管理片，其中所述硼硅酸盐玻璃包含由所述有机硅泡沫层的分解而来的硅。
4.根据权利要求1所述的复合热管理片，其特征在于，所述复合热管理片的厚度为1毫米至30毫米。
5.根据权利要求1所述的复合热管理片，其特征在于，所述复合热管理片具有：
1千帕至862千帕的在25％挠度下并且根据ASTM D3574-17确定的压缩力挠度；
0％至15％的根据ASTM D 3574-95测试D在70℃下确定的压缩永久变形；或者
其组合。
6.一种用于电池的组合件，其特征在于，所述用于电池的组合件包括
设置在电化学电池单元的表面上的根据权利要求1所述的复合热管理片。
7.根据权利要求6所述的用于电池的组合件，其中所述电化学电池单元包括棱柱形电池单元、袋状电池单元、或圆柱形电池单元。
8.根据权利要求6所述的用于电池的组合件，其中所述组合件包括至少两个电化学电池单元。
9.一种电池，其特征在于，所述电池包括：
根据权利要求6至8中任一项所述的用于电池的组合件；和
至少部分地包围所述用于电池的组合件的壳体。
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