CN218535893U - 复合材料和应用其的壳体、电芯单体、电池模组、电池包 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种复合材料和应用其的壳体、电芯单体、电池模组、电池包，该复合材料包括基底层(10)和第一防火涂层(20)，所述第一防火涂层涂覆在所述基底层(10)的至少一部分表面上，所述第一防火涂层(20)的厚度为0.3mm至1.5mm。该复合材料兼具防火和轻量化的优点，进一步地，该复合材料还具有隔热的优点。

Description

复合材料和应用其的壳体、电芯单体、电池模组、电池包
技术领域
本实用新型涉及电池领域。更具体而言，本实用新型涉及一种复合材料，以及包括所述复合材料的壳体、电芯单体、电池模组、电池包。
背景技术
近年来，新能源汽车电池设备热失控事故时有发生，相应地，汽车行业对电池设备的防火要求越来越高。此外，为了提高行车里程，汽车行业对电池设备的轻量化要求也越来越高。
因此，仍然需要不断开发一种新的轻量化且具有优异的防火性能的复合材料，用作电池设备的壳体以更好地适用于现代新能源汽车的性能要求。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种重量轻且具有优异的防火性能的复合材料。
在本实用新型的第一方面，提供了一种复合材料，用作电池设备的壳体，其特征在于，包括
基底层(10)；和
第一防火涂层(20)，其涂覆在所述基底层(10)的至少一部分表面上，所述第一防火涂层(20)的厚度为0.3mm至1.5mm。
在一些实施方式中，所述复合材料还包括纤维增强树脂层(30)，所述纤维增强树脂层(30)位于所述基底层(10)和所述第一防火涂层(20) 之间，所述纤维增强树脂层(30)包括增强纤维以及包裹所述增强纤维的树脂。
在另一些实施方式中，所述复合材料还包括介电层(40)，所述介电层(40)位于所述基底层(10)和所述第一防火涂层(20)之间，或位于所述基底层(10)和所述纤维增强树脂层(30)之间。
在另一些实施方式中，所述复合材料还包括面板层(50)，其位于所述第一防火涂层(20)远离所述基底层(10)的表面上，所述面板层(50)为树脂材料。
在另一些实施方式中，所述复合材料还包括第二防火涂层(20')，其涂覆在所述基底层(10)与所述第一防火涂层(20)相对的一侧的至少一部分表面上，所述第二防火涂层(20')的厚度为0.3mm至1.5mm。
在另一些实施方式中，所述复合材料还包括隔热层(60)，所述隔热层(60)设置在所述基底层(10)与所述第一防火涂层(20)相对的一侧的表面上或所述第二防火涂层(20')的表面上，所述隔热层(60) 采用多孔材料制成。
进一步地，本实用新型提供了一种壳体，用于电池设备，所述壳体的材料为上述复合材料，所述壳体为电池设备的顶盖、底板和/或侧板。
此外，本实用新型还提供一种包括所述壳体的的电池设备，例如电芯单体、电池模组和电池包等。
有益效果
本实用新型的复合材料不仅重量轻而且防火性能优异，不仅可以显著地减轻电池设备的总重量，而且还可以提高电池设备的安全系数。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的实施例，下面将对实施例描述中所需要的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本实用新型的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来说，还可以根据这些附图进行简单的替换/变更以获得其他的实施方案。
图1为本实用新型的一些实施方案的复合材料的结构示意图。
图2为本实用新型的另一些实施方案的复合材料的结构示意图；
图3为本实用新型的另一些实施方案的复合材料的结构示意图；
图4为本实用新型的另一些实施方案的复合材料的结构示意图；
图5为本实用新型的另一些实施方案的复合材料的结构示意图；
图6为本实用新型的另一些实施方案的复合材料的结构示意图；
图7A至7C为本实用新型的另一些实施方案的复合材料的结构示意图；
图8为本实用新型的另一些实施方案的复合材料的结构示意图。
其中，10-基底层；20-第一防火涂层；20'-第二防火涂层；30-纤维增强树脂层；40-介电层；50-面板层；60-隔热层；70-防水层。
具体实施方式
下文将结合本实用新型的附图，对本实用新型中的实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如上所述，当前电池设备壳体材料存在偏重、防火性能不足等问题。
针对此，参阅图1，本实用新型提供了一种用作电池设备的壳体复合材料100，其包括基底层10和第一防火涂层20，所述第一防火涂层涂覆在所述基底层的至少一部分表面上，且所述第一防火涂层的厚度为0.3mm 至1.5mm。
该第一防火涂层具有很强的耐火能力，并且可以减缓高温向周围环境传导，从而在一定时间内阻止燃烧。通过在基底层上涂覆一层防火涂层制成的壳体，可以作为一道防护屏障及时阻隔电池设备局部热失控产生的高温向周围扩散，从而能够抑制或延缓电池设备起火、爆炸。
此外，在本实用新型中，第一防火涂层是超薄的，即其厚度为0.3mm 至1.5mm，例如0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm或1.5mm等。当第一防火涂层厚度过小时，会影响复合材料的隔热防火性能；而当第一防火涂层厚度过大时，则会影响复合材料的重量，另一方面，当第一防火涂层是(微) 膨胀型防火涂层时，涂层厚度过大也会导致防火涂层过度膨胀占用有限的空间。本实用新型发明人发现，通过将第一防火涂层的厚度设置为0.3mm 至1.5mm，根据本实用新型的复合材料兼具防火和轻量化的优点。
在一些实施例中，所述第一防火涂层涂覆在所述基底层的至少一部分表面上，例如所述基底层表面的30％至100％。当该复合材料100 用作电池包的壳体时，优选将第一防火涂层仅设置在与电池包内部电池模组上的泄压阀(也称为排气阀)相对应的壳体位置。这是因为电池模组发生热失控时，与泄压阀对应的壳体首先面临高温气体的热冲击，将第一防火涂层仅设置在与泄压阀相对应的壳体位置可以减少防火涂料的使用量。
在一些实施例中，基底层可以是金属材料或树脂材料，即基底层可以由金属材料制成，亦可以由树脂材料制成。基底层作为电池设备的结构件，须具有一定的机械强度以保护内部电池元件在受到外界撞击、挤压时不被破坏，和/或承载内部电池元件的重量。此外，该基底层还具有防水的作用。示例性的金属材料包括铝合金、铁、钢和铝等。示例性的树脂材料包括聚氨酯、聚脲、环氧树脂和不饱和树脂等。
在一些实施例中，所述基底层的厚度为0.3mm至3.5mm。特别地，当基底层是由金属材料制成时，其厚度优选为0.5mm至2mm，例如 0.5mm、1mm、1.5mm或2mm；当基底层是由树脂材料制成时，其厚度优选为1mm至3.5mm，例如0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm 或3.5mm。如上所述，第一防火涂层具有优异的隔热防火性能，从而允许将本实用新型的基底层的厚度设置的较低，以达到电池设备轻量化的期望。
在一些实施例中，所述第一防火涂层是微膨胀型防火涂层，所述微膨胀型防火涂层的膨胀倍率为2-20倍，优选3-15倍。膨胀倍率是指防火涂层受热膨胀后与膨胀前的厚度的比值。当电池设备发生局部热失控产生高温时，该第一防火涂层受热之后微膨胀，可以释放不燃性气体降低电池设备内部的氧气密度。此外，该第一防火涂层还可以形成比原涂层厚数倍至数十倍的膨胀隔热层，例如2至20倍，优选3至 15倍。形成的膨胀隔热层一方面可以将容纳的电池元件与周围环境隔绝起来以阻隔氧气；另一方面因其自身的疏松材质还具有良好的隔热性能，可阻挡高温向周围扩散构成隔热屏障，并保护下面的基底层不受破坏。
上述微膨胀型防火涂层采用微膨胀型防火涂料制成。通过采用微膨胀型防火涂料，这使得形成的膨胀隔热层不会太厚，从而避免第一防火涂层膨胀过度破坏壳体内部容纳的或相邻的电池元件例如电池模组、电芯单体或裸电芯，以满足电池设备内部空隙有限的要求。
具体而言，该微膨胀型防火涂料主要包括树脂、酸源和膨胀剂。合适的树脂包括聚氨酯、聚脲和环氧树脂等，优选聚氨酯。树脂基防火涂料具有优越的黏结强度、耐候耐水性好和流平性好等特点。此外，由于该微膨胀型防火涂料不含含碳量较高的物质例如膨胀石墨，使得其在受热之后不会过度膨胀。
酸源在防火涂层暴露于高温时可以释放不燃性气体例如二氧化硫、氨气等稀释周围氧气密度，并促进膨胀隔热层的形成。合适的酸源包括但不限于含磷化合物和含硫化合物。所述含磷化合物包括磷酸盐和磷酸酯，比如磷酸钠、磷酸钾或磷酸铵、多磷酸铵(APP)、磷酸单铵、磷酸氢二铵、磷酸三氯乙酯(TCEP)、磷酸三氯丙酯(TCPP)、焦磷酸铵、磷酸三苯酯等。含硫化合物包括磺酸盐，比如磺酸钠、磺酸钾或磺酸、对甲苯磺酸，硫酸盐、比如硫酸钠、硫酸钾或硫酸铵。
膨胀剂在防火涂层暴露于高温时可产生不燃性气体，例如氮气、氨气等进一步稀释周围氧气密度，并促进防火涂层膨胀。合适的膨胀剂包括但不限于三聚氰胺类化合物和含硼化合物。所述三聚氰胺类化合物包括三聚氰胺盐，比如三聚、氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺甲醛、羟甲基化的三聚氰胺、六甲氧基甲基三聚氰胺、三聚氰胺单磷酸盐、二(三聚氰胺磷酸盐)、三聚氰胺磷酸二氢盐等；含硼化合物包括硼酸、硼酸盐和硼酸酯，例如五硼酸铵、硼酸锌、硼酸钠、硼酸锂、硼酸铝、硼酸镁和硼硅酸盐。
应当理解，上述微膨胀型防火涂料还可以包括无机填料、其它阻燃剂等。合适的无机填料包括但不限于金属氧化物、氢氧化物、(矿物) 盐类。
基底层可以根据需要通过裁切、热压等处理预先形成期望的形状。第一防火涂层可以通过辊涂、浸涂、刷涂或喷涂等方式涂覆在基底层的表面上从而获得复合材料100。应当理解，本领域技术人员可以根据具体应用场景选择合适的施工方式。根据本实用新型的复合材料制备工艺简单，适用于车间流水线工艺。
以下结合图2至图5，继续介绍本实用新型的复合材料。
如图2所示，在一些实施例中，根据本实用新型的复合材料200还包括纤维增强树脂层30，所述纤维增强树脂层30位于所述基底层10和所述第一防火涂层20之间，所述纤维增强树脂层30包括增强纤维以及包裹所述增强纤维的树脂。
上述增强纤维和树脂均可以选用本领域已知的材料。例如，合适的树脂材料包括聚氨酯、聚脲、环氧树脂和不饱和树脂等，优选聚氨酯树脂。合适的增强纤维材料包括玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、以及非织造布等，优选玻璃纤维。通过在基底层10和第一防火涂层20之间设置一层纤维增强树脂层30，不仅可以显著提高复合材料的机械强度，而且由于该纤维增强树脂层具有优越的耐火烧性，其还可以进一步确保复合材料在经历火烧之后保持结构完整性。
纤维增强树脂层的厚度可以为0.3mm至1mm，例如0.3mm、0.5mm、 0.8mm或1mm。本领域技术人员可以根据复合材料应用的具体场景选择适当的厚度。
该纤维增强树脂层可以通过在树脂中添加增强纤维再进行热压固化一体成型，也可以通过向增强纤维制品(例如纤维毡)喷涂树脂材料再进行热压固化一体成型。制成的增强纤维树脂层，树脂材料填充在增强纤维的孔隙中并包裹增强纤维。
相应地，复合材料200可以通过先将纤维增强树脂层30层叠在基底层10上进行热压接合，然后在纤维增强树脂层的表面上涂覆防火涂料制成。应当理解，本领域技术人员可以根据需要对制备工艺和步骤顺序进行适当的调整。
如图3所示，在一些实施例中，当基底层10为金属材料时，根据本实用新型的复合材料300还包括介电层40，所述介电层40位于所述基底层10和所述第一防火涂层20之间。如图4所示，在一些替代实施例中，根据本实用新型的复合材料400同时包括纤维增强树脂层30和介电层40，所述介电层40位于所述基底层10和所述纤维增强树脂层30之间。
该介电层可以保护基底层中的金属材料并起到防腐/防水和绝缘作用。合适的介电层材料可以是环氧树脂、丙烯酸树脂、以及其它适合的有机涂层。
本实用新型对介电层的厚度没有特别地限制，本领域技术人员可以根据实际需求进行调整。在一些实施例中，介电层的厚度可以为10 μm至50μm，例如为10μm、20μm、25μm、30μm、40μm或50μm。
该介电层可以通过电泳、刷涂、滚涂、喷涂等方式形成在基底层的表面上。随后，在介电层的表面涂覆上述第一防火涂层获得复合材料300；或者在介电层的表面上先层叠纤维增强树脂层并进行热压后，再涂覆第一防火涂层获得复合材料400。
进一步地，如图5所示，在一些实施例中，根据本实用新型的复合材料500还包括面板层50，其位于所述第一防火涂层20远离所述基底层10的表面上，所述面板层为树脂材料。合适的树脂材料包括聚氨酯、聚脲、环氧树脂和不饱和树脂等。
通过在第一防火涂层的表面上设置一层面板层可以防止第一防火涂层在运输和使用过程中被破坏。面板层可以在层叠至第一防火涂层表面上之后，通过热压等方式与第一防火涂层接合。
可以理解，所述面板层50同样可以设置在如图1至图4所示的复合材料的第一防火涂层的表面上，以保护所述第一防火涂层。
同样应当理解的是，上述实施例和附图仅仅是示例性的，在不脱离本实用新型精神的情况下，本领域技术人员可以适当地调整材料的组合顺序和/或数量。例如，在根据上述段落描述的和/或图1至图5 所示的实施例中，亦可在基底层10的另一侧再设置一层防火涂层、纤维增强树脂层、介电层和/或面板层。如图6所示，该复合材料600还包括第二防火涂层20'，其涂覆在所述基底层10与所述第一防火涂层20 相对的一侧的至少一部分表面上，所述第二防火涂层20'的厚度为 0.3mm至1.5mm。可选地，在该基底层和第二防火涂层之间亦可以分别设置介电层、和/或纤维增强树脂层，以及在第二防火涂层的外表面设置面板层。该第二防火涂层20'和上述第一防火涂层20的材料、性能、制备工艺、性能等均相同，此处不再赘述。
此外，如图7A所示，该复合材料700还可以进一步包括一层隔热层 60，所述隔热层60设置在所述基底层10与所述第一防火涂层20相对的一侧的表面上，所述隔热层60采用多孔材料制成。所述多孔材料包括例如多孔陶瓷、玻纤毡、气凝胶、可膨胀材料(例如可膨胀石墨) 等。可选地，如图7B所示，在该复合材料700'中，所述隔热层60也可以设置在所述第二防火涂层20'的表面上。在另一个具体实施例中，如图7C所示，该复合材料700”包括依次层叠的第一防火涂层20、纤维增强树脂层30、基底层10、第二防火涂层20'、和隔热层60。
尽管图7A至7C示出的复合材料只示出了基底层10、第一防火涂层 20、第二防火涂层20'、纤维增强树脂层30和隔热层60，应当理解的是，该复合材料还可以进一步包括如上所述的介电层、和/或面板层。
由于多孔材料的孔隙中充以空气或其他低导热介质，使材料的导热率降至很低，因而多孔材料具有良好的隔热性能。通过在基底层10与所述第一防火涂层20相对的一侧的表面上或在第二防火涂层20'的表面上设置一层隔热层，使得该复合材料除了具备上述防火、轻量化效果之外，还兼具隔热的优点，从而进一步降低电池设备内部热失控产生的高温对电池设备周围部件的影响。
在另一些实施例中，该复合材料还包括防水层70，所述防水层70 设置在所述纤维增强树脂层30的一侧或两侧。在本实用新型中，所述防水层的厚度为0.01-1mm，优选0.02-0.3mm。
该防水层包括本领域中已知的金属片材或塑料片材。优选地，所述金属片材选自铝合金、铁、钢和铝。优选地，所述塑料片材选自至少一种以下的材料：聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚丙烯(PP)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚氨酯(PU)、聚酰胺(PA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。在优选的实施方案中，所述塑料片材选自聚氨酯(PU)，更优选热塑性聚氨酯(TPU)。
如图8所示，复合材料800还包括防水层70，该防水层可以设置在纤维增强树脂层30和第一防火涂层20之间。复合材料800可以通过，先将该防水层层叠在增强纤维制品(例如纤维毡)之上，喷涂树脂材料再进行热压固化一体成型；然后将获得的纤维增强树脂层和防水层一起放置在基底层上进行热压接合；最后在防水层的表面上涂覆防火涂料制成。应当理解，本领域技术人员可以根据需要对制备工艺和步骤顺序进行适当的调整。
还应当理解的是，复合材料也可以包括一层以上的防水层和纤维增强树脂层，以及防水层和纤维增强树脂层也可以位于基底层的另一侧。本领域技术人员根据具体需求，可以对防水层、纤维增强树脂层的层数和位置做适当调整。相应地，复合材料的制备方法也进行适应性调整。
通过在复合材料中额外设置防水层，可以进一步提高复合材料的防水性能。特别地，当该复合材料用作电池设备的壳体时，可以使得电池设备即使在浸泡在水中的情况下也能具有良好的防水效果。
在本实用新型的第二方面，提供了一种壳体，用于电池设备，所述壳体的材料为根据上述第一方面所述的复合材料，所述壳体为电池设备的顶盖、底板和/或侧板。例如，在一些实施例中，该复合材料仅用作电池设备的顶盖；而在另一些实施例中，该复合材料可以同时用作电池设备的顶盖、底板和侧板。此外，所述电池设备包括例如电芯单体、电池模组和电池包。
在本实用新型的第三方面，进一步提供了一种电芯单体，其包括壳体以及位于所述壳体内部的裸电芯，所述电芯单体的壳体的材料为根据上述第一方面所述的复合材料，其中，所述第一防火涂层20位于所述壳体远离所述裸电芯的一侧。
在本实用新型的第四方面，提供了一种电池模组，其包括壳体以及位于所述壳体内部的多个电芯单体，所述壳体包括顶盖、底板和侧板，所述顶盖、底板和侧板中的至少一种的材料为根据上述第一方面所述的复合材料，其中，所述第一防火涂层20位于所述壳体靠近所述电芯单体的一侧。在一些实施例中，所述电芯单体为根据上述第三方面所述的电芯单体。
在本实用新型的第五方面，提供了一种电池包，其包括壳体以及位于所述壳体内部的多个电池模组，所述壳体包括顶盖、底板和侧板，所述顶盖、底板和侧板中的至少一种的材料为根据上述第一方面所述的复合材料，其中，所述第一防火涂层20位于所述壳体靠近所述电池模组的一侧。在一些实施例中，所述电池模组为根据上述第四方面所述的电池模组。
在一些具体实施例中，用作电池包壳体的复合材料，还包括第二防火涂层20'，其涂覆在所述基底层10与所述第一防火涂层20相对的一侧的至少一部分表面上，所述第二防火涂层20'的厚度为0.3mm至 1.5mm。也就是说，该第二防火涂层20'位于所述壳体远离电池模组的一侧。在另一些实施例中，用作电池包壳体的复合材料，还包括隔热层60，所述隔热层60设置在所述基底层10与所述第一防火涂层20相对的一侧的表面上或所述第二防火涂层20'的表面上，所述隔热层60 采用多孔材料制成。所述多孔材料包括例如多孔陶瓷、玻纤毡、气凝胶、可膨胀材料(例如可膨胀石墨)等。
如上所述，通过在基底层10与所述第一防火涂层20相对的一侧的表面上或第二防火涂层20'的表面上设置一层隔热层，使得该复合材料除了具备上述防火、轻量化效果之外，还兼具隔热的优点，从而进一步降低电池包内部热失控产生的高温对电池包周围部件的影响。
在一些实施例中，上述电池包内部的电池模组还包括泄压阀，第一防火涂层20仅设置在与所述泄压阀相对应的壳体位置。这是因为电池模组发生热失控时，与泄压阀对应的壳体首先面临高温气体的热冲击，将第一防火涂层仅设置在与泄压阀相对应的壳体位置可以减少防火涂料的使用量。
如上所述，根据本实用新型第一方面所述的复合材料兼具防火和轻量化的优点。因此，采用该复合材料制成的壳体可以在其容纳的裸电芯、电池单体和电池模组发生热失控时，阻止高温向外扩散波及相邻的电池单体或电池模组。特别地，该壳体还可以保护其内部容纳的裸电芯、电池单体和电池模组免于外界的机械撞击和高温冲击，确保电池设备的安全使用。
以上描述了本实用新型的基本原理和示例性实施方案。本领域技术人员应理解，以上描述只是为了说明本实用新型，本实用新型不受上述实施方案的限制。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还可以有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本实用新型要求保护的范围内。

Claims (18)

1.一种复合材料，用作电池设备的壳体，其特征在于，包括
基底层(10)；和
第一防火涂层(20)，其涂覆在所述基底层(10)的至少一部分表面上，所述第一防火涂层(20)的厚度为0.3mm至1.5mm；其中，所述第一防火涂层(20)是微膨胀型防火涂层，所述微膨胀型防火涂层的膨胀倍率为2-20倍。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料还包括纤维增强树脂层(30)，所述纤维增强树脂层(30)位于所述基底层(10)和所述第一防火涂层(20)之间，所述纤维增强树脂层(30)包括增强纤维以及包裹所述增强纤维的树脂。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述纤维增强树脂层(30)的厚度为0.3mm至1mm。
4.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述基底层(10)为树脂材料或金属材料。
5.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述基底层(10)的厚度为0.3mm至3.5mm。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述基底层(10)为金属材料，所述复合材料还包括介电层(40)，所述介电层(40)位于所述基底层(10)和所述第一防火涂层(20)之间。
7.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述基底层(10)为金属材料，所述复合材料还包括介电层(40)，所述介电层(40)位于所述基底层(10)和所述纤维增强树脂层(30)之间。
8.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料还包括面板层(50)，其位于所述第一防火涂层(20)远离所述基底层(10)的表面上，所述面板层(50)为树脂材料。
9.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料还包括第二防火涂层(20')，其涂覆在所述基底层(10)与所述第一防火涂层(20)相对的一侧的至少一部分表面上，所述第二防火涂层(20')的厚度为0.3mm至1.5mm。
10.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料还包括防水层(70)，所述防水层(70)设置在所述纤维增强树脂层(30)的一侧或两侧，所述防水层的厚度为0.01-1mm。
11.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料还包括隔热层(60)，所述隔热层(60)设置在所述基底层(10)与所述第一防火涂层(20)相对的一侧的表面上，所述隔热层(60)采用多孔材料制成。
12.根据权利要求9所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料还包括隔热层(60)，所述隔热层(60)设置在所述第二防火涂层(20')的表面上，所述隔热层(60)采用多孔材料制成。
13.一种壳体，用于电池设备，其特征在于，所述壳体的材料为根据权利要求1至12中任一项所述的复合材料，所述壳体为电池设备的顶盖、底板和/或侧板。
14.根据权利要求13所述的壳体，其特征在于，所述电池设备包括电芯单体、电池模组和电池包。
15.一种电芯单体，其包括壳体以及位于所述壳体内部的裸电芯，其特征在于，所述电芯单体的壳体的材料为根据权利要求1至8中任一项所述的复合材料，其中，所述第一防火涂层(20)位于所述壳体远离所述裸电芯的一侧。
16.一种电池模组，其包括壳体以及位于所述壳体内部的多个电芯单体，其特征在于，所述壳体包括顶盖、底板和侧板，所述顶盖、底板和侧板中的至少一种的材料为根据权利要求1至10中任一项所述的复合材料，其中，所述第一防火涂层(20)位于所述壳体靠近所述电芯单体的一侧。
17.一种电池包，其包括壳体以及位于所述壳体内部的多个电池模组，其特征在于，所述壳体包括顶盖、底板和侧板，所述顶盖、底板和侧板中的至少一种的材料为根据权利要求1至12中任一项所述的复合材料，其中，所述第一防火涂层(20)位于所述壳体靠近所述电池模组的一侧。
18.根据权利要求17所述的电池包，其特征在于，所述电池模组包括泄压阀，所述复合材料中的第一防火涂层(20)仅设置在与所述泄压阀相对应的壳体位置。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN207868252U (zh) * 2018-02-28 2018-09-14 北京国能电池科技股份有限公司 保温罩及电池箱
EP3822072A1 (en) * 2019-11-14 2021-05-19 Airbus Operations, S.L. Fireproof and thermal insulator product
US20220407175A1 (en) * 2019-11-20 2022-12-22 Sekisui Chemical Co., Ltd. Thermally expandable fireproof material for battery pack, fireproof sheet for battery pack, and on-vehicle battery pack
CN115244143A (zh) * 2020-02-26 2022-10-25 Ppg工业俄亥俄公司 双层介电涂层
WO2022119907A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-09 Rogers Corporation Multilayer sheet for preventing thermal runaway

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