CN218586124U - 用于延迟或防止热失控的绝热多层片，以及包括其的电化学电池单元，未连接阵列和电池 - Google Patents

用于延迟或防止热失控的绝热多层片，以及包括其的电化学电池单元，未连接阵列和电池 Download PDF

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Abstract

提供一种用于延迟或防止热失控的绝热多层片，以及包括其的电化学电池单元，未连接阵列和电池。一种绝热多层片，其包括可压缩层以及设置在所述可压缩层上的绝热层、阻燃层、或其组合。

Description

用于延迟或防止热失控的绝热多层片，以及包括其的电化学 电池单元，未连接阵列和电池
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年12月4日提交的美国临时申请第63/121,334号的优选权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及用于电池的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，特别是用于延迟或防止电池中的热失控的绝热多层片。本申请还涉及用于制造绝热多层片和包括所述绝热多层片的电池组件和电池的方法。
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用于铅酸电池的替代物的其他多电池单元电池应用的增长，对诸如锂离子电池的电化学储能装置的需求日益增长。对于大规格应用例如电网存储和电动交通工具，经常使用以串并联阵列连接的多个电化学电池单元。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的易燃性的尝试，但是多数具有缺点。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，但是这些方法可能不利地影响锂离子电池单元的电化学性能。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。
随着对具有减少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，用于延迟或防止热失控的绝热多层片包括可压缩层以及包含气凝胶或含有微球的聚合物基体的绝热层。
在一个方面中，还描述了包括上述绝热多层片的电化学未连接阵列和电池。
通过以下附图、具体实施方式、实施例和权利要求来示例上述特征和其他特征。
附图说明
以下为附图说明，出于说明本文中所公开的示例性方面的目的并且不是出于限制本文中所公开的示例性方面的目的而呈现附图。
图1A为袋状电池单元的示意图，其中用于延迟或防止热失控的绝热多层片粘附至袋状电池单元外部；图1B为电化学电池单元和另一个方面的用于延迟或防止热失控的绝热多层片的示意图；图1C为电池单元和另一个方面的用于延迟或防止热失控的绝热多层片的示意图；图1D为电池单元和另一个方面的用于延迟或防止热失控的绝热多层片的示意图；以及图1E为电池单元和另一个方面的用于延迟或防止热失控的绝热多层片的示意图；
图2为位于两个电池单元之间的一个方面的用于延迟或防止热失控的绝热多层片的例图；
图3为位于两个电池单元之间的一个方面的用于延迟或防止热失控的绝热多层片的例图；
图4为位于电池单元阵列之间的一个方面的用于延迟或防止热失控的绝热多层片的例图；
图5为一个方面的包括绝热多层片的电池的例图；
图6为用于热板测试的装置的示意图；
图7为示出比较例1和实施例2至7的模拟热失控测试结果的温度 (℃)相对于时间(秒)的图；
图8为示出比较例1和实施例8至11的模拟热失控测试结果的温度 (℃)相对于时间(秒)的图；
图9为示出比较例1和实施例12至17的模拟热失控测试结果的温度 (℃)相对于时间(秒)的图；
图10为用于热板测试的装置的示意图；
图11为示出实施例18和比较例19的模拟热失控测试结果的温度 (℃)相对于时间(分钟(min))的图；
图12为示出比较例20和21以及实施例22至24的压缩力挠度 (compression forcedeflection，CFD)曲线的应力(磅每平方英寸(psi)) 与应变(百分比(％))的图；
图13为示出比较例20和25以及实施例26至28的压缩力挠度曲线的应力(psi)相对于应变(％)的图；
图14为示出比较例20和29以及实施例30至32的压缩力挠度曲线的应力(psi)相对于应变(％)的图；
图15为用于钉子穿透测试的装置的示意图；
图16为示出比较例19和实施例33的钉子穿透测试结果的温度(℃) 相对于时间(分钟)的图；以及
图17为示出比较例19和实施例34的钉子穿透测试结果的温度(℃) 相对于时间(分钟)的图。
具体实施方式
防止电池，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，因为与正经历热失控的电池单元相邻的电池单元可以从事件吸收足够的能量，以使其升高高于其设计的运行温度，从而触发相邻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电池单元，电池单元进入一系列级联的热失控。为了防止这样的级联热失控事件发生，可以使用用于延迟或防止热失控的绝热多层片。所述绝热多层片包括至少可压缩层以及包含气凝胶或含有微球的聚合物基体的绝热层。由绝热多层片提供的热屏障可以用于电池中的各个位点以防止热失控。绝热多层片还可以改善电池的耐火性。
绝热多层片可以具有0.2毫米(mm)至30毫米(mm)，优选0.5mm 至10mm，更优选1mm至3mm的总厚度；以及6磅每立方英尺(lb/ft3) 至30磅每立方英尺(lb/ft3)(96千克每立方米(kg/m3)至481千克每立方米(kg/m3))，优选6lb/ft3至15lb/ft3(96kg/m3至240kg/m3)，更优选 6lb/ft3至10lb/ft3(96kg/m3至160kg/m3)的密度。
如图1A中所示，用于延迟或防止热失控的绝热多层片100可以直接放置在预成型的电池单元的外表面上或粘附至预成型的电池单元的外表面，例如放置在袋状电池单元200的外表面上。如所示出的，可压缩层 10设置在袋状电池单元200上，绝热层和任选的阻燃层直接设置在可压缩层10上。在一个方面中，层20仅包括绝热层。在一个优选的方面中，层20包括绝热层和阻燃层二者。
绝热多层片100可以通过粘合剂层附接至袋状电池单元200。进一步如图1A所示，粘合剂层30设置在袋状电池单元与可压缩层10之间。在一个方面中，不存在粘合剂，并且可压缩层可以直接设置在电池单元例如袋状电池单元200上。进一步如图1A所示，绝热层和任选的阻燃层直接设置在压缩层上。在另一个方面中，绝热层和任选的阻燃层可以通过粘合剂层粘附可压缩层10。可以存在多个粘合剂层。以下进一步详细地描述这些层中的每一者。
绝热多层片的各个层可以以任意顺序存在并直接接触。任选地，可以在各单独层之间设置一个或更多个粘合剂层。
在一个方面中，绝热多层片包括阻燃层和绝热层二者。阻燃层可以设置在绝热层的第一侧上，绝热层的第二相反侧可以设置在可压缩层上。绝热多层片还可以包括另外的绝热层，所述另外的绝热层设置在可压缩层的与绝热层相对/相反(opposite)的一侧上。绝热多层片还可以包括另外的阻燃层，所述另外的阻燃层设置在另外的绝热层上与可压缩层相对/相反。绝热多层片还可以包括另外的阻燃层，所述另外的阻燃层设置在可压缩层的与绝热层相对/相反的第二侧上。
例如，图1B示出了直接设置在绝热层24上的阻燃层22，绝热层24 直接设置在压缩层10上，压缩层10直接设置在电池单元202(例如袋状电池单元)的表面上。任选地，可以在阻燃层22与绝热层24之间，或者绝热层24与压缩层10之间，或者压缩层10与电池单元202的表面之间，或者所有层与电池单元202的表面之间设置粘合剂层。
在另一个方面中，层20可以直接设置在电池单元的表面上。例如，如图1C中所示，可压缩层10直接设置在阻燃层22上，阻燃层22直接设置在绝热层24上，绝热层24直接设置在电池单元202优选袋状电池单元的表面上。与在其他方面中一样，在任意两个层之间或者在层与电化学电池单元之间可以存在一个或更多个粘合剂层。
可压缩层或绝热层(或二者)还可以设置在阻燃层与绝热层之间。如图1D中所示，绝热层24设置在可压缩层10上，可压缩层10设置在阻燃层22上，阻燃层22直接设置在电池单元202优选袋状电池单元的表面上。或者，绝热层可以直接设置在电池单元202优选袋状电池单元的表面上。与在其他方面中一样，在任意两个层之间或者在层与电化学电池单元之间可以存在一个或更多个粘合剂层。
在一个方面中，可以存在多于一个的可压缩层、绝热层、或阻燃层。在一个方面中，可以存在两个绝热层。例如，图1E示出了直接设置在可压缩层10上的第一绝热层24a，可压缩层10直接设置在第二绝热层24b 上，第二绝热层24b直接设置在电池单元202优选袋状电池单元的表面上。各个绝热层可以相同或不同。可以任选地包括这样的阻燃层：例如设置在第一绝热层24a上在与可压缩层10相对/相反的一侧上、或者在绝热层中的一者或两者与压缩层之间、或其组合。而且，在各层之间或者在层与电化学电池单元之间可以存在一个或更多个粘合剂层。与在其他方面中一样，在任意两个层之间或者在层与电化学电池单元之间可以存在一个或更多个粘合剂层。
图2示出了绝热多层片在多电池单元布置1000中的定位的非限制性实例。图3示出了绝热多层片在多电池单元布置2000中的定位的非限制性实例，以及图4示出了绝热多层片在多电池单元布置3000中的定位的非限制性实例。图2和图3示出了绝热多层片100可以位于第一电池单元 300与第二电池单元400之间。图2示出了绝热多层片100可以为与电池单元300、400的高度和宽度大致相同的尺寸。图3示出了绝热多层片100 可以小于相应的电池单元300、400。
图4示出了多电池单元布置3000可以包括多于两个的电池单元(例如300、400)，其中绝热多层片100位于相应的电池单元300、400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。
在一个方面中，在电池单元的制造期间，可以在电池单元上/中设置二至十个耐火绝热多层片。例如，二至十个绝热多层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。例如，二至十个耐火绝热多层片可以设置在(粘合剂面向外)袋状电池单元上或粘附至袋状电池单元，或二者。在一个方面中，如图5中所示，绝热多层片100可以在电池4000 中提供压力或热管理。例如，电池4000可以在壳体或电池单元载体600 内包括复数个未连接阵列500。如本文中所使用的，短语“未连接阵列”是指未连接至电池的端的电池单元的组。绝热多层片100可以放置在未连接阵列中的各个电池单元之间。在电池4000中，绝热多层片100可以放置、粘附、或其组合在未连接阵列500的侧面、侧面的一部分或未连接阵列的选定电池单元的顶部、之间、下方、相邻、或其组合。绝热多层片100可以放置、粘附、或其组合在电池4000、各个电池单元或未连接阵列的一部分、或者电池单元或未连接阵列的选定组的下方。放置或粘附在侧面(包括正面或背面)中的一者或更多者上也是可能的。而且，绝热多层片100 可以放置、粘附、或其组合在一个或更多个侧面的一部分或全部上。
在一个方面中，电池包括容纳一个或更多个电池单元或未连接阵列的电池壳体。绝热多层片可以放置在电池中的各个电池单元或未连接阵列之间。绝热多层片可以放置在电池中的电池单元或未连接阵列的侧面、侧面的一部分、或者电池中的电池单元或未连接阵列的选定组的顶部、之间、下方、相邻、或其组合。例如，在没有暴露的粘合剂的情况下，绝热多层片可以放置或粘附至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。
绝热多层片可以用于包括未连接阵列即复数个电化学电池单元的电池。电池单元包括棱柱形电池单元、袋状电池单元、圆柱形电池单元等。
接下来将描述绝热多层片100的各个层。
可压缩层
可压缩层提供压力管理，并且可以为允许电池单元的膨胀的低密度、多孔材料。可压缩层还应具有良好的耐压缩永久变形性和最小的应力松弛，优选小于10％压缩和大于50％的力保持。可压缩层可以为导热的。例如，可压缩层可以具有低热导率(Tc)，例如在23℃下0.01瓦每米开尔文 (W/m*K)至0.5瓦每米开尔文(W/m*K)、或在23℃下0.01W/m*K至0.09W/m*K的Tc。可压缩层可以为聚合物泡沫、弹性体聚合物、或气凝胶。
示例性可压缩层可以包含：聚合物泡沫，例如聚氨酯泡沫或有机硅泡沫；或者弹性体聚合物，例如乙酸乙烯酯(EVA)、热塑性弹性体(TPE)、 EPM(乙烯-丙烯橡胶)和EPDM橡胶(乙烯-丙烯-二烯橡胶)。例如，可压缩层可以包含在宽温度范围内具有可靠的耐压缩永久变形性(c-永久变形)和应力松弛性能的泡沫例如
Figure DEST_PATH_GDA0003784613810000074
聚氨酯泡沫或
Figure DEST_PATH_GDA0003784613810000075
有机硅泡沫。
如本文中所使用的，“泡沫”是指具有多孔结构的材料。用于可压缩层中的示例性泡沫具有低于65lb/ft3(1,041kg/m3)，优选小于或等于55lb/ft3 (881kg/m3)，更优选小于或等于25lb/ft3(400kg/m3)的密度；基于聚合物泡沫的总体积的至少5％至99％，优选大于或等于30％的空隙体积含量；或其组合。在一个方面中，泡沫具有5lb/ft3至30lb/ft3(80kg/m3至481 kg/m3)的密度，0.5psi至100psi(3.4千帕(kPa)至689千帕(kPa)) 的25％压缩力挠度，以及小于10％、优选小于5％的70°F(21℃)下的压缩永久变形。
可以用于聚合物泡沫的聚合物热固性树脂的实例包括聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、聚酰胺、有机硅等，或其组合。可以使用热固性树脂的共混物以及热塑性树脂与热固性树脂的共混物。
在一个方面中，绝热多层片包含可压缩聚氨酯泡沫，例如开孔、低模量聚氨酯泡沫，其可以具有如可以例如根据ASTM D 3574-95测量的0.05 mm至0.25mm的平均孔尺寸，5lb/ft3至50lb/ft3(80kg/m3至801kg/m3)、优选6lb/ft3至25lb/ft3(96kg/m3至400kg/m3)的密度，小于10％的压缩永久变形，以及1psi至250psi(7kPa至1724kPa)的力挠度。这样的材料由Rogers Corporation,Woodstock,Conn以名称
Figure DEST_PATH_GDA0003784613810000071
4700，优选
Figure DEST_PATH_GDA0003784613810000072
EVExtend 4701-43RL销售。
Figure DEST_PATH_GDA0003784613810000073
泡沫已经配制成提供优异范围的特性，包括耐压缩永久变形性。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。
也可以使用包含聚硅氧烷聚合物的有机硅泡沫。在一个方面中，有机硅泡沫由水与聚硅氧烷聚合物前体组合物中的氢化物基团之间反应，随后释放出氢气而产生。该反应可以通过贵金属优选铂催化剂催化。在一个方面中，聚硅氧烷聚合物具有在25℃下100泊至1,000,000泊的粘度，并且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。聚硅氧烷聚合物上的端基可以为氢化物、羟基、乙烯基、乙烯基二有机甲硅烷氧基、烷氧基、酰氧基、烯丙基、肟、氨氧基、异丙烯氧基 (isopropenoxy)、环氧基、巯基、或其他反应性端基。有机硅泡沫还可以通过使用各自具有不同分子量(例如，双峰或三峰分子量分布)的数种聚硅氧烷聚合物来生产，只要组合的粘度处于指定值内即可。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聚合物以产生期望的泡沫。在一个方面中，聚硅氧烷聚合物包含0.2摩尔的氢化物(Si-H)基团每摩尔水。
根据所使用的聚硅氧烷聚合物的化学性质，可以使用催化剂例如铂或含铂催化剂以催化发泡反应和固化反应。催化剂可以沉积在惰性载体例如硅胶、氧化铝或炭黑上。在一个方面中，使用了非负载型催化剂，所述非负载型催化剂可以为氯铂酸、其六水合物形式、其碱金属盐及其与有机衍生物的配合物。
某些气凝胶可以用作可压缩层。气凝胶为具有大于50体积百分比(体积％)，更优选大于90体积％的孔隙率的包括互连纳米结构的网络的开孔固体基体。气凝胶可以通过以下而来源于凝胶：用气体替换凝胶中的液体组分，或者将湿凝胶例如通过超临界干燥来干燥。示例性气凝胶包括聚合物气凝胶，例如聚(乙烯醇)气凝胶、聚脲气凝胶、聚氨酯气凝胶、聚酰亚胺气凝胶、间苯二酚-甲醛聚合物气凝胶、聚异氰酸酯气凝胶、环氧气凝胶和聚丙烯酰胺气凝胶；多糖气凝胶，包括甲壳素气凝胶和壳聚糖气凝胶；以及无机气凝胶，例如碳(例如石墨烯)气凝胶、陶瓷气凝胶(例如氮化硼气凝胶)以及金属氧化物气凝胶和准金属氧化物气凝胶(例如氧化铝气凝胶、氧化钒气凝胶和二氧化硅气凝胶)。可以使用前述材料的组合。
气凝胶的根据ASTM D3574-17确定的分别在25％挠度下的压缩力挠度可以为0.2psi至150psi(1.4kPa至1,034kPa)，优选2psi至25psi(13.8 kPa至172kPa)。气凝胶的密度可以为1lb/ft3至20lb/ft3(16kg/m3至320 kg/m3)，优选2lb/ft3至15lb/ft3(32kg/m3至240kg/m3)，更优选2lb/ft3至10lb/ft3(32kg/m3至160kg/m3)。气凝胶的厚度可以为0.5mm至10mm，优选1mm至6mm，更优选1mm至3mm。
在一个方面中，气凝胶可以为包含增强纤维的二氧化硅气凝胶。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、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、或其组合。
任选的添加剂可以存在于弹性体聚合物、聚合物泡沫、或气凝胶中。例如，添加剂可以包括填料(例如，氧化铝三水合物、二氧化硅、滑石、碳酸钙、或粘土)、染料、颜料(例如，二氧化钛或氧化铁)、抗氧化剂、抗臭氧剂、紫外光稳定剂、增强纤维(例如，聚酯纤维、碳纤维、玻璃纤维或聚芳酰胺纤维，其中纤维可以呈任意形式例如织造垫或非织造垫)、增强颗粒状材料(例如，炭黑、滑石、云母、或木质素)、导热颗粒状材料(例如，氮化硼或氧化铝)、或导电填料(例如，炭黑或颗粒状导电聚合物)。可以使用添加剂的组合。
在一个方面中，可压缩层包含这样的聚氨酯泡沫：其具有5lb/ft3至 65lb/ft3(80kg/m3至1,041kg/m3)，优选6lb/ft3至20lb/ft3(96kg/m3至 320kg/m3)，更优选8lb/ft3至15lb/ft3(128kg/m3至240kg/m3)的密度； 0.2mm至30mm，优选0.5mm至6mm，更优选1mm至3mm的厚度； 0.2psi至125psi(1kPa至862kPa)，优选0.25psi至20psi(1.7kPa至138kPa)，更优选0.5psi至10psi(3.4kPa至68.95kPa)的根据ASTM D3574-17确定的分别在25％挠度下的压缩力挠度；以及0％至15％，优选 0％至10％，更优选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。
绝热层
绝热层可以被配置成延迟或防止热失控。其厚度可以为0.002英寸至 0.039英寸(0.05mm至0.99mm)，优选0.006英寸至0.020英寸(0.15mm 至0.5mm)。绝热层具有低热导率(Tc)(例如在23℃下0.01瓦每米开尔文(W/m*K)至0.09瓦每米开尔文(W/m*K))、高熔化潜热(例如70 焦耳每克(J/g)至350焦耳每克(J/g))、或其组合以延迟热失控。示例性绝热层可以包含气凝胶、微球、或其组合。
如上所述，气凝胶为具有大于50体积％，更优选大于90体积％的孔隙率的包括互连纳米结构的网络的开孔固体基体，并且可以通过以下而来源于凝胶：用气体替换凝胶中的液体组分，或者将湿凝胶例如通过超临界干燥来干燥。用于绝热层中的示例性气凝胶包括聚合物气凝胶，例如聚(乙烯醇)气凝胶、聚氨酯气凝胶、聚酰亚胺气凝胶、间苯二酚-甲醛聚合物气凝胶、聚异氰酸酯气凝胶、环氧气凝胶和聚丙烯酰胺气凝胶；多糖气凝胶，包括甲壳素气凝胶和壳聚糖气凝胶；以及无机气凝胶，例如碳(例如石墨烯)气凝胶、陶瓷气凝胶(例如氮化硼气凝胶)以及金属氧化物气凝胶和准金属氧化物气凝胶(例如氧化铝气凝胶、氧化钒气凝胶和二氧化硅气凝胶)。可以使用前述材料的组合。
气凝胶可以具有大于或等于0.1兆帕(MPa)的压缩屈服强度和大于或等于1MPa的压缩模量中的一者或更多者。气凝胶的密度可以为1lb/ft3至20lb/ft3(16kg/m3至320kg/m3)，优选2lb/ft3至15lb/ft3(32kg/m3至 240kg/m3)，更优选2lb/ft3至10lb/ft3(32kg/m3至160kg/m3)。气凝胶的厚度可以为0.5mm至10mm，优选1mm至6mm，更优选1mm至3mm。
用于绝热层中的气凝胶可以为包含增强纤维的气凝胶，例如包含增强纤维的二氧化硅气凝胶。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、如下面进一步描述的玻璃纤维垫、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、或其组合。
用作绝热层的示例性聚合物泡沫包括本文中描述的泡沫，特别是如本文所述的聚氨酯泡沫和有机硅泡沫。在一个方面中，用于绝热层的泡沫可以具有与用于可压缩层的泡沫不同的耐压缩永久变形性、压缩力挠度、密度、或其组合。
示例性微球包括空心微球、玻璃微球例如硼硅酸盐微球、或其组合。微球为平均直径小于300微米(μm)，例如为15μm至200μm、或20μm 至100μm的中空球。中空微球的密度可以为0.1克每立方厘米(g/cc)或更大，例如为0.2g/cc至0.6g/cc、或0.3g/cc至0.5g/cc。
中空微球可从许多商业来源得到，例如，可从Trelleborg Offshore (Boston)(以前是Emerson and Cuming,Inc.)、W.R.Grace and Company (Canton，MA)和3M Company(St.Paul,MN)得到。这样的中空微球被称为微球(microballoon)、玻璃泡、微泡等，并且以各种等级销售，例如，其可以根据密度、尺寸、涂层、表面处理、或其组合而变化。
例如，微球可以具有通过用偶联剂处理而在化学上改性的外表面，所述偶联剂可以与存在于玻璃表面上的羟基反应。在一个方面中，偶联剂为硅烷或环氧树脂，例如在一端处具有可以与存在于玻璃微球的外表面上的羟基反应的基团并且在另一端上具有将有助于微球在具有低极性的聚合物基体中的可分散性的有机基团的有机硅烷。双官能硅烷偶联可以具有选自乙烯基、羟基、和氨基中的基团的组合，例如3-氨基-丙基三乙氧基硅烷。硅烷涂层还可以使水吸收最小化。
硼硅酸盐微球可以由碱金属硼硅酸盐玻璃制成。碱金属硼硅酸盐的示例性氧化物组合物可以包含76.6重量百分比(重量％)SiO2、21.3重量％ Na2O、1.9重量％B2O3、以及0.2重量％其他组分。示例性钠钙硼硅酸盐可以包含80.7重量％SiO2、6.9重量％Na2O、10.3重量％CaO、2.1重量％ B2O3、以及1.9重量％的杂质。因此，根据起始材料，所述组合物(尽管主要是SiO2且包含至少1百分比B2O3)可以在一定程度上改变。
微球的尺寸及其尺寸分布可以改变。在一个示例性方面中，硼硅酸盐微球表现出20μm至100μm，例如20μm至75μm、25μm至70μm、30 μm至65μm、35μm至60μm、或者40μm至55μm的平均粒径。尺寸分布可以为双峰、三峰等。
微球例如硼硅酸盐微球分散在聚合物基体中。示例性聚合物基体材料在电池的环境中是稳定的，并且可以为热塑性的或热固性的。所述组合物可以包含聚合物，所述聚合物包括热塑性聚合物或热固性聚合物。如本文中所使用的，“聚合物”包括低聚物、离聚物、树枝状聚合物、均聚物和共聚物(例如，接枝共聚物、无规共聚物、嵌段共聚物(例如，星形嵌段共聚物)、无规共聚物等)。可以使用的热塑性聚合物的实例包括环状烯烃聚合物(包括聚降冰片烯和包含降冰片烯基单元的共聚物，例如诸如降冰片烯的环状聚合物和诸如乙烯或丙烯的无环烯烃的共聚物)、氟聚合物(例如，聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、氟化乙烯-丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚(乙烯-四氟乙烯)(PETFE)、全氟烷氧基(PFA))、聚缩醛(例如，聚氧乙烯和聚甲醛)、聚(C1-6烷基)丙烯酸酯、聚丙烯酰胺 (包括未经取代的(C1-8烷基)丙烯酰胺和单-N-(C1-8烷基)丙烯酰胺和二 -N-(C1-8烷基)丙烯酰胺)、聚丙烯腈、聚酰胺(例如，脂族聚酰胺、聚邻苯二甲酰胺和聚芳酰胺)、聚酰胺酰亚胺、聚酸酐、聚亚芳基醚(例如，聚苯醚)、聚亚芳基醚酮(例如，聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK))、聚亚芳基酮、聚亚芳基硫醚(例如，聚苯硫醚(PPS))、聚亚芳基砜(例如，聚醚砜(PES)、聚亚苯基砜(PPS)等)、聚苯并噻唑、聚苯并
Figure DEST_PATH_GDA0003784613810000111
唑、聚苯并咪唑、聚碳酸酯(包括均聚碳酸酯和聚碳酸酯共聚物例如聚碳酸酯 -硅氧烷、聚碳酸酯-酯和聚碳酸酯-酯-硅氧烷)、聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚芳酯和聚酯共聚物例如聚酯-醚)、聚醚酰亚胺(包括共聚物例如聚醚酰亚胺-硅氧烷共聚物)、聚酰亚胺(包括共聚物例如聚酰亚胺-硅氧烷共聚物)、聚(C1-6烷基)甲基丙烯酸酯、聚烷基丙烯酰胺(包括未经取代的(C1-8烷基)丙烯酰胺和单-N-(C1-8烷基)丙烯酰胺和二-N-(C1-8烷基)丙烯酰胺)、聚烯烃(例如，聚乙烯例如高密度聚乙烯 (HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯、和其卤化衍生物(如聚四氟乙烯)、及其共聚物例如乙烯-α-烯烃共聚物)、聚
Figure DEST_PATH_GDA0003784613810000112
二唑、聚甲醛、聚苯酞(polyphthalide)、聚硅氮烷、聚硅氧烷 (有机硅)、聚苯乙烯(包括共聚物例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS))、聚硫化物、聚磺酰胺、聚磺酸酯、聚砜、聚硫酯、聚三嗪、聚脲、聚氨酯、乙烯基聚合物(包括聚乙烯醇、聚乙烯酯、聚乙烯醚、聚卤代乙烯(例如，聚氯乙烯)、聚乙烯酮、聚乙烯腈、以及聚乙烯硫醚)等。可以使用包括前述热塑性聚合物中的至少一者的组合。
热固性聚合物包括醇酸树脂、双马来酰亚胺聚合物、双马来酰亚胺三嗪聚合物、氰酸酯聚合物、苯并环丁烯聚合物、苯并
Figure DEST_PATH_GDA0003784613810000121
嗪聚合物、邻苯二甲酸二烯丙酯聚合物、环氧树脂、羟甲基呋喃聚合物、三聚氰胺-甲醛聚合物、酚醛树脂(包括酚-醛聚合物如线性酚醛清漆和可溶酚醛树脂)、苯并
Figure DEST_PATH_GDA0003784613810000122
嗪、聚二烯例如聚丁二烯(包括其均聚物和共聚物，例如聚(丁二烯- 异戊二烯))、聚异氰酸酯、聚脲、聚氨酯、氰脲酸三烯丙酯聚合物、异氰脲酸三烯丙酯聚合物、某些有机硅、以及可聚合预聚物(例如，具有烯属不饱和性的预聚物，例如不饱和聚酯、聚酰亚胺)等。预聚物可以例如与如下反应性单体聚合、共聚或交联：例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、氯苯乙烯、丙烯酸、(甲基)丙烯酸、丙烯酸(C1-6烷基)酯、甲基丙烯酸(C1-6烷基)酯、丙烯腈、乙酸乙烯酯、乙酸烯丙酯、氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、或丙烯酰胺。
阻燃层
阻燃层可以包含阻燃性无机材料(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、发泡剂和碳源。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，膨胀材料可以包含聚磷酸酯酸源/聚磷酸盐酸源、发泡剂和季戊四醇碳源。不受理论束缚，认为膨胀材料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。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，然后发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。
发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。发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。可压缩层例如聚氨酯泡沫可以用作碳源。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、聚硫化物、聚硅氧烷、聚硅亚芳基(polysilalkylene)、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％或者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。
粘合剂层
本领域已知的多种粘合剂可以用于绝热多层片中。可以选择粘合剂以便于电池的应用和电池在运行条件下的稳定性。每个粘合剂层可以相同或不同，并且可以具有相同或不同的厚度。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、或有机硅粘合剂，优选丙烯酸类粘合剂或有机硅粘合剂。在一个方面中，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(0.006 mm至0.25mm)、或0.0005英寸至0.003英寸(0.01mm至0.08mm)。
另外的层
在绝热多层片中可以存在另外的层以改善制造、处理、性能、或其他期望的特性。例如，可以在气凝胶或可压缩层上设置或直接设置支承层以改善处理的容易性。这样的层可以为聚合物层，例如聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酯(例如，聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯)等。
当绝热多层片包括粘合剂层时，绝热多层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5μm至150μm、 10μm至125μm、20μm至100μm、40μm至85μm、或50μm至75μm。
绝热多层片可以通过本领域已知的方法来组装。可以将这些片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。在一个方面中，将片单独组装，然后放置或粘附至电池单元、组件、或二者。可以单独制造这些片中的每一者，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、或使用热和压力进行层合将一个或更多个单独层制造在另一个单独层上。例如，在一个方面中，可以将呈泡沫形式的可压缩层直接浇铸到绝热层例如气凝胶上。层合以及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。
在一个优选的方面中，绝热多层片包括设置在作为绝热层的气凝胶 (优选二氧化硅气凝胶，更优选纤维增强的二氧化硅气凝胶)上的作为可压缩层的聚氨酯泡沫。聚氨酯泡沫的厚度与气凝胶的厚度的比例可以在 1:10至10:1的范围内。在一个方面中，在聚氨酯可压缩层与气凝胶绝热层之间不存在粘合剂层。在这些方面的任一者中，阻燃层可以任选地设置在气凝胶的与可压缩层相对/相反的一侧上，或者设置在可压缩层的与可压缩层相对/相反的一侧上。
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制造的装置限制于其中阐述的材料、条件或过程参数。
实施例
在实施例中使用以下表1中列出的组分。
表1
Figure DEST_PATH_GDA0003784613810000151
Figure DEST_PATH_GDA0003784613810000161
Figure DEST_PATH_GDA0003784613810000171
在以下实施例中，通过机械混合例如手动混合、使用台式搅拌器或混合器来制备混合物。在室温(21℃)下制备混合物。
在实施例2、3、5和6中，向混合物中添加硅烷偶联剂KH-550。
比较例1
对单独的PU1进行测试。
实施例2
通过刮刀法在PU1的第一侧上将中空玻璃微球和有机硅树脂的混合物(基于混合物的总重量，包含40重量百分比的中空玻璃微球)涂覆至 0.3mm的厚度，并在固化2小时之后，在PU1的第二侧上将相同的混合物涂覆至相同的厚度并固化。
实施例3
通过刮刀法在PU1的第一侧上将二氧化硅气凝胶粉末和有机硅树脂的混合物(基于混合物的总重量，包含6重量百分比的二氧化硅气凝胶粉末)涂覆至0.3mm的厚度，并在固化2小时之后，在PU1的第二侧上将相同的混合物涂覆至相同的厚度并固化。
实施例4
通过刮刀法在PU1的第一侧上将膨胀蛭石和有机硅树脂的混合物(基于混合物的总重量，包含20重量百分比的膨胀蛭石)涂覆至0.3mm的厚度，并在固化2小时之后，在PU1的第二侧上将相同的混合物涂覆至相同的厚度并固化。
实施例5
通过刮刀法在玻璃织物的一侧上将中空玻璃微球和有机硅树脂的混合物(基于混合物的总重量，包含40重量百分比的中空玻璃微球)涂覆至0.3mm的厚度。在固化2小时之后，在没有粘合剂的情况下在PU1的每一侧上堆叠一个经涂覆的玻璃织物的层，其中玻璃织物接触PU1。
实施例6
通过刮刀法在玻璃织物的一侧上将二氧化硅气凝胶粉末和有机硅树脂的混合物(基于混合物的总重量，包含6重量百分比的二氧化硅气凝胶粉末)涂覆至0.3mm的厚度。在固化2小时之后，在没有粘合剂的情况下在PU1的每一侧上堆叠一个经涂覆的玻璃织物，其中玻璃织物接触 PU1。
实施例7
通过刮刀法在玻璃织物的一侧上将膨胀蛭石和有机硅树脂的混合物 (基于混合物的总重量，包含20重量百分比的膨胀蛭石)涂覆至0.3mm 的厚度。在固化2小时之后，在没有粘合剂的情况下在PU1的每一侧上堆叠一个经涂覆的玻璃织物，其中玻璃织物接触PU1。
实施例8
在没有粘合剂的情况下在PU1的每一侧上堆叠一个气凝胶1(0.5mm 厚度)。
实施例9
在没有粘合剂的情况下在PU1的每一侧上堆叠一个气凝胶2(0.3mm 厚度)。
实施例10
在PU1的每一侧上堆叠气凝胶3，其中气凝胶3的PET膜接触PU1。
实施例11
在PU1的每一侧上经由粘合剂层粘附一个气凝胶4，其中气凝胶4的 PI膜的粘合剂侧接触PU1。
实施例12
通过刮刀法在玻璃织物的一侧上将勃姆石和有机硅树脂的混合物(基于混合物的总重量，包含50％重量百分比的勃姆石)涂覆至0.3mm的厚度。在固化2小时之后，在没有粘合剂的情况下在PU1的每一侧上堆叠一个经涂覆的玻璃织物，其中玻璃织物接触PU1。
实施例13
通过刮刀法在玻璃织物的一侧的一侧上将氢氧化铝和有机硅树脂的混合物(基于混合物的总重量，包含42％重量百分比的氢氧化铝)涂覆至 0.3mm的厚度。在固化2小时之后，在没有粘合剂的情况下在PU1的每一侧上堆叠经涂覆的玻璃织物，其中玻璃织物接触PU1。
实施例14
通过刮刀法在玻璃织物的一侧上将氢氧化铝、氢氧化镁和有机硅树脂的混合物(基于混合物的总重量，包含50％重量百分比的氢氧化铝和氢氧化镁)涂覆至0.3mm的厚度。在固化2小时之后，在没有粘合剂的情况下在PU1的每一侧上堆叠一个经涂覆的玻璃织物，其中玻璃织物接触 PU1。
实施例15
通过涂刷将膨胀阻燃涂层(厚度0.45mm)涂覆在玻璃织物的一侧上。在固化之后，在没有粘合剂的情况下在PU1的每一侧上堆叠一个经涂刷的玻璃织物，其中玻璃织物接触PU1。
实施例16
通过以下形成第一层：通过刮刀法在玻璃织物的一侧上将二氧化硅气凝胶粉末和有机硅树脂的混合物(基于混合物的总重量，包含6重量百分比的二氧化硅气凝胶粉末)涂覆至0.3mm的厚度。通过以下形成第二层：通过涂刷将膨胀阻燃涂层(厚度为0.3mm)涂覆在第二玻璃织物的一侧上。在没有粘合剂的情况下在PU1的每一侧上堆叠一个第一层，其中第一层的玻璃织物接触PU1，并在没有粘合剂的情况下在第一层的每个外表面上堆叠一个第二层，其中第二层的玻璃织物接触第一层的二氧化硅气凝胶粉末和有机硅树脂的混合物。
实施例17
通过粘附气凝胶4在PU1的每一侧上形成一个第一层，其中气凝胶4 的PI膜的粘合剂侧接触PU1。通过经由涂刷将膨胀阻燃涂层(厚度0.24 mm)涂覆在玻璃织物的一侧上来形成第二层。在没有粘合剂的情况下在第一层的每个外表面上堆叠一个第二层，其中第二层的玻璃织物接触第一层的共混有聚合物的二氧化硅气凝胶。
在实施例18、实施例22至24、实施例26至28以及实施例30至32 中，使用0.001”(25.4微米)厚的丙烯酸类粘合剂层通过在23℃下、在1 psi(6.9kPa)的压力下进行层合将指定的聚氨酯泡沫层施加至指定的气凝胶层。
实施例18
将PU2施加至气凝胶5，其中气凝胶5:PU2的厚度比为2:1。
比较例19
对单独的PU2进行测试。
比较例20
对单独的气凝胶5进行测试。
比较例21
对单独的PU3进行测试。
实施例22
将PU3施加至气凝胶5，其中气凝胶5:PU3的厚度比为2:1。
实施例23
将PU3施加至气凝胶5，其中气凝胶5:PU3的厚度比为1:1。
实施例24
将PU3施加至气凝胶5，其中气凝胶5:PU3的厚度比为1:2。
比较例25
对单独的PU4进行测试。
实施例26
将PU4施加至气凝胶5，其中气凝胶5:PU4的厚度比为2:1。
实施例27
将PU4施加至气凝胶5，其中气凝胶5:PU4的厚度比为1:1。
实施例28
将PU4施加至气凝胶5，其中气凝胶5:PU4的厚度比为1:2。
比较例29
对单独的PU5进行测试。
实施例30
将PU5施加至气凝胶5，其中气凝胶5:PU5的厚度比为2:1。
实施例31
将PU5施加至气凝胶5，其中气凝胶5:PU5的厚度比为1:1。
实施例32
将PU5施加至气凝胶5，其中气凝胶5:PU5的厚度比为1:2。
实施例33
将厚度为1.5mm的PU2施加至厚度为1.5mm的气凝胶6(通过将厚度为0.5mm的气凝胶6和厚度为1.0mm的气凝胶6堆叠而形成)。
实施例34
厚度为0.5mm的PU2由厚度为1.0mm的PU2样品形成并被施加至厚度为1mm的气凝胶6。
热失控模拟
在被设计成模拟热失控事件的高温的测试中评估样品。图6示出了用于比较例1和实施例2至17的热板测试装置5000。将用于延迟或防止热失控的绝热多层片100设置在热板700上。将1盎司电沉积的 (electrodeposited，ED)铜箔750放置在绝热多层片100与热板700之间以保护热板700的表面。将热电偶传感器800设置在绝热多层片100上。将热板预热至500℃的温度。
将绝热多层片放置在经预热的热板上之后的结果作为温度(℃)相对于时间(秒)作图。在图7、8和9中，(i)比较例1和实施例2至7示于图7中，(ii)比较例1和实施例8至11示于图8中，以及(iii)比较例1和实施例12至17示于图9中。参照图7，实施例2至4在绝热层中不包含玻璃织物，而实施例5至7在绝热层中包含玻璃织物。实施例2与实施例5以及实施例3与实施例6的比较表明，玻璃织物可以改善热屏障效果，从而延迟加热。参照图8，与实施例9和10的结果相比，实施例 11的结果表明，聚酰亚胺层的存在可以改善热屏障效果。表2提供了比较例1和实施例2至17的达到200℃的时间(秒，sec)的结果。
表2
Figure DEST_PATH_GDA0003784613810000221
图10示出了用于实施例18和比较例19的热板测试装置6000。将用于延迟或防止热失控的绝热多层片100设置在热板700上，其中绝热层例如气凝胶最靠近热板。将0.001”铝箔850放置在绝热多层片100与热板700 之间以保护热板700的表面。将12.7mm的云母板电池单元类似物900放置在绝热多层片100上。在电化学电池单元类似物900中在与绝热多层片 100相对/相反的面上钻通孔，并插入热电偶传感器800。
将热板预热至550℃的温度10分钟，并将绝热多层片放置在经预热的热板上。实施例18和比较例19的结果(温度(℃)相对于时间(分钟 (min))示于图11中。参照图11，由气凝胶的低热导率和固有的耐燃烧性引起的，实施例18始终具有与比较例19相比更低的温度。比较例19 在约3分钟之后达到150℃的温度，而实施例18即使在10分钟之后也甚至没有达到100℃的温度。
硬度
使用基于ASTM D 3574的测试利用压缩力挠度(CFD)测量实施例 20至32的硬度。将测量2英寸(5.08厘米(cm))×2英寸的样品以0.2 英寸(0.5厘米)每分钟的恒定速率压缩，并记录样品在不同的压缩应变 (百分比(％))水平下被施加的力(应力(磅每平方英寸(psi))的量。
结果示于图12至图14中。实施例22至24、实施例26至28以及实施例30至32(聚氨酯和气凝胶)产生了期望的与比较例20(气凝胶5) 相比更平坦的压缩力挠度曲线。
钉子穿透测试
进行钉子穿透测试。图15为用于钉子穿透测试的装置7000的示意图，所述装置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，绝热多层片)。电池单元 201、202为80安时(Ah)的锂离子镍锰钴(nickel manganese cobalt，NMC) 电池单元。将电池单元201通过8mm的钉子刺穿以引发失控。电池单元 201、202是电隔离的。九个热电偶测量了温度曲线。位置T3在失效电池单元201与所测试的样品950之间，位置T5在所测试的样品950与相邻电池单元202之间。还测量了电压。图16为示出比较例19和实施例33的钉子穿透测试结果的温度(℃)相对于时间(分钟)的图。图17为示出比较例19和实施例34的钉子穿透测试结果的温度(℃)相对于时间(分钟)的图。如图16和图17中所示，实施例33和实施例24能够使测试中的热失控停止。
以下阐述本公开内容的非限制性方面。
方面1：一种用于延迟或防止热失控的绝热多层片，包括包含气凝胶或含有微球的聚合物基体的可压缩层。
方面2：根据方面1所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述绝热层包含气凝胶。
方面3：根据方面1或2所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述绝热层的厚度为0.002英寸至0.039英寸(0.05毫米至0.99毫米)，优选0.006英寸至0.020英寸(0.15毫米至0.5毫米)。
方面4：根据前述方面中任一项所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述绝热层具有在23℃下0.01W/m*K至0.09W/m*K的热导率、70J/g至350J/g的熔化热、或其组合。
方面5：根据前述方面中任一项所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，还包括阻燃层，其中所述阻燃层包含勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、膨胀材料、或其组合。
方面6：根据前述方面中任一项所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，还包括阻燃层，其中所述阻燃层设置在所述绝热层的第一侧上，以及所述绝热层的第二相反侧设置在所述可压缩层上。
方面7：根据方面6所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，还包括另外的绝热层，所述另外的绝热层设置在所述可压缩层的与所述绝热层相对/相反的一侧上。
方面8：根据方面7所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，还包括另外的阻燃层，所述另外的阻燃层设置在所述另外的绝热层上与所述可压缩层相对/相反。
方面9：根据方面6所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，还包括另外的阻燃层，所述另外的阻燃层设置在所述可压缩层的与所述绝热层相对/相反的第二侧上。
方面10：根据方面1至9中任一项所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述可压缩层包含聚氨酯泡沫，以及所述绝热层包含气凝胶。
方面11：根据方面10所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述聚氨酯泡沫的厚度与所述气凝胶的厚度的比率在1:10至10:1的范围内。
方面12：根据方面10或11所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述聚氨酯泡沫具有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)，优选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)，更优选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毫米至30毫米，优选0.5毫米至6毫米，更优选1毫米至3毫米的厚度；0.2psi至125psi(1千帕至862千帕)，优选0.25psi至20psi(1.7 千帕至138千帕)，更优选0.5psi至10psi(3.4千帕至68.90.5千帕)的根据ASTM D3574-17确定的分别在25％挠度下的压缩力挠度；以及0％至15％，优选0％至10％，更优选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。
方面13：根据方面10至12中任一项所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述用于延迟或防止热失控的绝热多层片具有0.2毫米至30毫米，优选0.5毫米至10毫米，更优选1毫米至3毫米的厚度；以及6磅每立方英尺至30磅每立方英尺(96千克每立方米至481千克每立方米)，优选6磅每立方英尺至15磅每立方英尺(96千克每立方米至 240千克每立方米)，更优选6磅每立方英尺至10磅每立方英尺(96千克每立方米至160千克每立方米)的密度。
方面14：根据方面10至13中任一项所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述气凝胶的密度为1磅每立方英尺至20磅每立方英尺(16千克每立方米至320千克每立方米)，优选2磅每立方英尺至15 磅每立方英尺(32千克每立方米至240千克每立方米)，更优选2磅每立方英尺至10磅每立方英尺(32千克每立方米至160千克每立方米)。
方面15：根据方面10至14中任一项所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述气凝胶的厚度为0.5毫米至10毫米，优选1毫米至6毫米，更优选1毫米至3毫米。
方面16：根据方面10至15中任一项所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述气凝胶包括包含增强纤维的二氧化硅气凝胶。
方面17：根据方面16所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述增强纤维包括聚酯、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、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、或其组合。
方面18：一种电化学电池单元，包括设置在所述电化学电池单元的至少一个表面的至少一部分上的根据前述方面中任一项所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片。
方面19：根据方面18所述的电化学电池单元，其中所述用于延迟或防止热失控的绝热多层片设置在所述电化学电池单元的至少两个表面上。
方面20：根据方面要求18或19所述的电化学电池单元，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，优选袋状电池单元。
方面21：一种未连接阵列，包括至少两个根据方面18至20中任一项所述的电化学电池单元。
方面22：一种电池，包括根据方面18至20中任一项所述的电化学电池单元或根据方面21所述的未连接阵列。
方面23：根据方面22所述的电池，还包括电池壳体，所述电池壳体至少部分地封围所述电化学电池单元或所述未连接阵列。
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不含对于实现所述组合物、方法和制品的功能或者目的而言并非必需的任何材料(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。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。
如本文中所使用的，颗粒的“直径”是指球的直径或者由颗粒尺寸分析仪或由电子显微镜分析的二维图像(例如使用诸如Image J的程序分析的透射电子显微镜图像)获得的等效直径。在一个方面中，“尺寸”是指单个颗粒的尺寸或者颗粒或颗粒群的(例如，平均或中值)平均尺寸。
当诸如层、膜、区域或基体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在本申请的申请日 (或者，如果要求优先权的话，则为其中出现测试标准的最早优先权申请的申请日)之前生效的最新标准。
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，“最高至25重量％、或为5重量％至20重量％”的范围包括端点和“5重量％至25重量％”的范围的所有中间值，例如10重量％至23重量％等。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，而是用于将一种要素与另一者区分。术语“包括前述中的至少一者的组合”或“中的至少一者”意指列表独立地包括各个要素，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，放大了层和区域的宽度和厚度。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/或容差引起的例图的形状变化。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，而是旨在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，示出的锐角可以为圆角。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没有预见或目前可能无法预见的替代方案、修改方案、变化方案、改进方案和实质等同方案。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、修改变化方案、改进方案和实质等同方案。

Claims (20)

1.一种用于延迟或防止热失控的绝热多层片，包括：
可压缩层，以及
绝热层，所述绝热层为聚合物泡沫绝热层或者气凝胶绝热层。
2.根据权利要求1所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述绝热层为气凝胶绝热层。
3.根据权利要求1或2所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述绝热层的厚度为0.002英寸至0.039英寸。
4.根据权利要求1或2所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述绝热层具有在23℃下0.01W/m*K至0.09W/m*K的热导率、70J/g至350J/g的熔化热、或其组合。
5.根据权利要求1或2所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，还包括阻燃层，其中所述阻燃层设置在所述绝热层的第一侧上，以及第二侧，即所述绝热层的相反侧设置在所述可压缩层上。
6.根据权利要求5所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，还包括另外的绝热层，所述另外的绝热层设置在所述可压缩层的与所述绝热层相反的一侧上。
7.根据权利要求6所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，还包括另外的阻燃层，所述另外的阻燃层设置在所述另外的绝热层上与所述可压缩层相反。
8.根据权利要求5所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，还包括另外的阻燃层，所述另外的阻燃层设置在所述可压缩层的与所述绝热层相反的第二侧上。
9.根据权利要求1所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述可压缩层包含聚氨酯泡沫，以及所述绝热层为气凝胶绝热层。
10.根据权利要求9所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述聚氨酯泡沫的厚度与所述气凝胶的厚度的比率在1:10至10:1的范围内。
11.根据权利要求9所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述聚氨酯泡沫具有：
5磅每立方英尺至65磅每立方英尺的密度；
0.2毫米至30毫米的厚度；
0.2psi至125psi的根据ASTM D3574-17确定的在25％挠度下的压缩力挠度；以及
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。
12.根据权利要求9所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述用于延迟或防止热失控的绝热多层片具有：
0.2毫米至30毫米的厚度；以及
6磅每立方英尺至30磅每立方英尺的密度。
13.根据权利要求9所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述气凝胶的密度为1磅每立方英尺至20磅每立方英尺。
14.根据权利要求9所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片，其中所述气凝胶的厚度为0.5毫米至10毫米。
15.一种电化学电池单元，包括：
设置在所述电化学电池单元的至少一个表面的至少一部分上的根据权利要求1或2所述的用于延迟或防止热失控的绝热多层片。
16.根据权利要求15所述的电化学电池单元，其中所述用于延迟或防止热失控的绝热多层片设置在所述电化学电池单元的至少两个表面上。
17.根据权利要求15所述的电化学电池单元，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。
18.一种未连接阵列，包括至少两个根据权利要求15所述的电化学电池单元。
19.一种电池，包括根据权利要求15所述的电化学电池单元或包括根据权利要求18所述的未连接阵列。
20.根据权利要求19所述的电池，还包括电池壳体，所述电池壳体至少部分地封围所述电化学电池单元或所述未连接阵列。
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