DE102021119483A1

DE102021119483A1 - Mehrschichtige brandschutzschicht- und batteriepack, die dieselbe umfasst

Info

Publication number: DE102021119483A1
Application number: DE102021119483.0A
Authority: DE
Inventors: Tae Il Kim
Original assignee: SK Innovation Co Ltd
Current assignee: SK On Co Ltd
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2022-02-03
Also published as: KR20220014117A; US20220037715A1; US11996536B2; CN114006105A

Abstract

Es wird ein Batteriemodul bereitgestellt, das eine mehrschichtige Brandschutzschicht enthält, die in der Lage ist, ein Wärmeübertragungsphänomen aufgrund eines Batteriebrands zu kontrollieren. Das Batteriemodul beinhaltet eine Vielzahl von Sekundärbatteriezellen, die in einem Gehäuseelement untergebracht sind, wobei eine Sekundärbatteriezelle aus der Vielzahl von Batteriezellen eine Elektrodenanordnung beinhaltet, in der eine Vielzahl von negativen Elektroden und positiven Elektroden abwechselnd mit einem dazwischen angeordneten Separator gestapelt sind und ein Beutelgehäuse, das die Elektrodenbaugruppe umhüllt, wobei eine mehrschichtige Brandschutzschicht zwischen der Vielzahl von Sekundärbatteriezellen eingefügt ist und die mehrschichtige Brandschutzschicht eine Wärmeabsorptionsschicht und feuerfeste Schichten, die auf gegenüberliegenden Oberflächen der Wärmeabsorptionsschicht gestapelt sind, beinhaltet.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNG(EN)
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0093791 , eingereicht am 28. Juli 2020 beim Korean Intellectual Property Office, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
HINTERGRUND
1. GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Batteriepack mit einer mehrschichtigen Brandschutzschicht, die ein Wärmeübertragungsphänomen aufgrund eines Batteriebrands kontrollieren kann.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Da Technologien für mobile Geräte und Elektrofahrzeuge entwickelt wurden und die Nachfrage danach zugenommen hat, hat die Nachfrage nach Sekundärbatteriezellen als Energiequelle schnell zugenommen. Sekundärbatteriezellen, bei denen die gegenseitige Umwandlung zwischen chemischer Energie und elektrischer Energie reversibel ist, sind Batterien, die in der Lage sind, wiederholt Strom zu laden und zu entladen.
Eine solche sekundäre Batteriezelle umfasst eine Elektrodenanordnung mit einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode, einen Separator und einen Elektrolyten, die Hauptkomponenten der Sekundärbatterie sind, und ein Zellenkörperelement eines laminierten Filmgehäuses, das die Elektrodenanordnung schützt.
Außerdem können mehrere der Sekundärbatteriezellen als Batteriemodul in einem Elektrofahrzeug oder dergleichen installiert werden.
Wenn die Elektrodenanordnung jedoch geladen und entladen wird, wird Wärme erzeugt, und ein Temperaturanstieg aufgrund der Erwärmung kann die Leistung der Sekundärbatteriezelle verschlechtern, und zusätzlich kann jede Sekundärbatteriezelle aufgrund eines internen Faktors des Batteriemoduls, wie etwa der Temperaturerhöhung der Sekundärbatteriezelle, explodieren, oder eine beliebige Sekundärbatteriezelle kann aufgrund eines äußeren Aufpralls explodieren.
Weiterhin kann die Explosion einer Sekundärbatteriezelle eine hohe Temperatur und einen hohen Druck auf eine andere dazu benachbarte Sekundärbatteriezelle ausüben, um deren Explosion in einer kaskadenartigen Weise zu verursachen.
Es wurde eine Technologie für eine Wärmedurchgangsverhinderungsfolie zum Unterdrücken der Wärmeleitung zu benachbarten Zellen in einer Wärmedurchgangssituation einer Sekundärbatterie, wie oben beschrieben, entwickelt. Einige Technologien des Standes der Technik umfassen Technologien zum Verbessern der Wärmeübertragungseffizienz durch Einschließen eines Kühlelements zum Kühlen eines Kühlbatteriemoduls im Falle einer Wärmeerzeugung oder durch Bereitstellen einer Kartusche, die ein wärmeleitendes Additiv in einem Batteriemodul enthält. Jedoch beziehen sich solche Referenzen auf den Stand der Technik auf das Kühlen von Wärme, die während des Betriebs einer Zelle erzeugt wird, und funktionieren nicht in einer Situation des thermischen Durchgehens, wie beispielsweise einer Zellexplosion.
Ein weiterer Stand der Technik ist das Anordnen einer Folie zum Verhindern eines thermischen Durchgehens zwischen Zellen, um die von einer Zelle erzeugte Wärme schnell zu absorbieren und eine Flamme in einer Situation des thermischen Durchgehens zu blockieren. Die im Stand der Technik offenbarte Folie zum Verhindern eines thermischen Durchgehens hat eine Wärmeabsorptionsfunktion in einem weiten Temperaturbereich oder übt eine Wärmeabsorptionsfunktion bei einer hohen Temperatur von 400°C oder höher aus. Wenn daher ein thermisches Durchgehen-Phänomen auftritt, übt die thermische Durchgehen-Verhinderungsfolie des Standes der Technik eine Wärmeabsorptionsfunktion aus, wenn die Temperatur in einer Batterie oder einem Modul ansteigt, so dass Zellen der Umgebung des thermischen Durchgehens für eine relativ lange Zeit ausgesetzt sein können, und somit kann eine Batteriefunktion durch Wärme, die auf eine benachbarte Zelle in einem Modul oder sogar auf ein benachbartes Batteriemodul übertragen wird, beschädigt werden.
Daher wird eine Erforschung an einem Batteriemodul mit einer mehrschichtigen Brandschutzschicht mit einer Wärmeabsorptionsfunktion, die eine Flamme blockieren kann, um Wärme zu absorbieren, bevor eine bestimmte Temperatur erreicht wird, vorzugsweise bevor eine vorbestimmte Temperatur, bei der eine benachbarte Zelle eine Funktion einer Batterie verlieren kann, erreicht wird, wenn eine Zelle, ein Batteriemodul oder ein Batteriepack einer thermischen Durchgehumgebung ausgesetzt ist, durchgeführt.
[Dokument zum Stand der Technik]
[Patentdokument]
(Patentdokument 1) JP 2018-503233 A
ZUSAMMENFASSUNG
Verschiedene Ausführungsformen stellen ein Batteriemodul bereit, das in der Lage ist, die Übertragung von Wärme einer Sekundärbatteriezelle auf eine andere Sekundärbatteriezelle zu verhindern.
Verschiedene Ausführungsformen stellen ein Batteriemodul bereit, das ein Problem löst, bei dem eine weitere Sekundärbatteriezelle durch eine Flamme aufgrund einer Explosion einer beliebigen Sekundärbatteriezelle kaskadierend explodiert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Batteriemodul eine Vielzahl von Sekundärbatteriezellen, die in einem Gehäuseelement untergebracht sind, wobei eine Sekundärbatteriezelle aus der Vielzahl von Batteriezellen eine Elektrodenanordnung umfasst, in der eine Vielzahl von negativen Elektroden und positive Elektroden abwechselnd mit einem dazwischen angeordneten Separator und einem die Elektrodenbaugruppe umschließenden Beutelgehäuse gestapelt sind, wobei eine mehrschichtige Brandschutzschicht zwischen die Vielzahl von Sekundärbatteriezellen eingefügt ist und die mehrschichtige Brandschutzschicht eine Wärmeabsorptionsschicht und feuerfeste Schichten, die auf gegenüberliegenden Oberflächen der Wärmeabsorptionsschicht gestapelt sind, beinhaltet.
Die Wärmeabsorptionsschicht kann mindestens ein anorganisches Pulver umfassen, das aus einer Gruppe, die aus Aluminiumhydroxid, Talkum, Calciumcarbonat, Diatomeenerde, Titanoxid, Vermiculit, Zeolith und Weißruß (synthetisches Siliziumdioxid) besteht, ausgewählt ist.
Die feuerfeste Schicht kann mindestens ein flammhemmendes Mittel umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem flammhemmenden Mittel auf Brombasis, einem flammhemmenden Mittel auf Chlorbasis, einem flammhemmenden Mittel auf Phosphorbasis, einem flammhemmenden Mittel auf Borbasis, einem Silizium- Flammschutzmittel auf Basis von Stickstoff und ein Flammschutzmittel auf Stickstoffbasis.
Die mehrschichtige Brandschutzschicht kann eine Dicke von 0,12 mm bis 3 mm aufweisen, und eine Dicke der Wärmeabsorptionsschicht kann größer sein als die Dicke einer beliebigen feuerfesten Schicht.
Die Wärmeabsorptionsschicht kann eine Dicke von 0,1 mm bis 1 mm aufweisen und die feuerfeste Schicht kann eine Dicke von 10 µm bis 1 mm aufweisen.
Die mehrschichtige Brandschutzschicht kann eine Dicke von 0,12 mm bis 3 mm aufweisen, eine Dicke eines mittleren Abschnitts der Wärmeabsorptionsschicht kann größer sein als eine Dicke eines mittleren Abschnitts der feuerfesten Schicht und kann größer als eine Dicke eines äußeren Abschnitts der Wärmeabsorptionsschicht sein.
Eine Dicke eines äußeren Abschnitts der Wärmeabsorptionsschicht kann gleich oder kleiner als eine Dicke eines äußeren Abschnitts der feuerfesten Schicht sein.
Die mehrschichtige Brandschutzschicht kann eine endotherme Reaktion bei 110° C bis 150° C aufweisen, und mindestens eine Strukturänderung zwischen Phasenänderung, Expansion, Schäumen und Aushärten kann durch die endotherme Reaktion erfolgen.
Eine Gewichtsreduktionsmenge der mehrschichtigen Brandschutzschicht aufgrund der endothermen Reaktion kann 20 bis 40 Gew.-% betragen.
Die feuerfesten Schichten bestehen aus einem nicht brennbaren Material mit einem Schmelzpunkt von mehr als mindestens 1000°C.
Die feuerfesten Schichten sind jeweils ein Blech aus Aluminium, Eisen, rostfreiem Stahl, Zinn, Blei, einer Zinn-Blei-Legierung, Kupfer oder einer beliebigen Kombination davon.
Die feuerfesten Schichten sind jeweils ein Blatt aus anorganischen Fasern, einschließlich Glasfasern, Steinwollfasern, Keramikwollfasern, Gipsfasern, Kohlefasern, Edelstahlfasern, Schlackenfasern, Aluminiumoxidfasern, Siliziumdioxidfasern, Siliziumdioxid-Aluminiumoxidfasern, Zirkonoxidfasern und jede Kombination davon.
Das anorganische Faserblatt wird auf eine Metallfolie laminiert.
Das Flammschutzmittel auf Brombasis erzeugt ein Gas auf Brombasis, um Sauerstoff zu blockieren, um dadurch die Verbrennung zu hemmen, und umfasst mindestens eines von Tetrabrombisphenol A, Decabrombiphenyl und Pentabromdiphenylether.
Das Flammschutzmittel auf Chlorbasis hemmt die Verbrennung, indem es ein Gas auf Chlorbasis erzeugt, um Sauerstoff zu blockieren, und umfasst Paraffin auf Chlorbasis und Polyethylen auf Chlorbasis.
Das flammhemmende Mittel auf Phosphorbasis blockiert Sauerstoff und Wärme durch Erzeugen einer karbonisierten Schicht auf einer Oberfläche von oder innerhalb der feuerfesten Schichten und umfasst Phosphatester und Ammoniumpolyphosphate.
Das flammhemmende Mittel auf Borbasis blockiert Sauerstoff und Wärme, indem es eine karbonisierte Schicht auf der Oberfläche oder innerhalb der feuerfesten Schichten erzeugt und umfasst Natriumpolyborat, Natriumborat und Zinkborat.
Das flammhemmende Mittel auf Silikonbasis bildet eine anorganische wärmeisolierende Si-C-Schicht auf der Oberfläche oder innerhalb der feuerfesten Schichten und enthält ein Silikonharz.
Das Flammschutzmittel auf Stickstoffbasis blockiert Sauerstoff durch ein Gas auf Stickstoffbasis und umfasst Ammoniumphosphat, eine Guanidinverbindung und eine Melaminverbindung.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Batteriemodul: eine Vielzahl von Sekundärbatteriezellen, die innerhalb eines Gehäuseelements nebeneinander gestapelt sind, und eine Vielzahl von mehrschichtigen Brandschutzschichts, wobei jede Brandschutzschicht zwischen einem entsprechenden Paar benachbarter Sekundärbatteriezellen angeordnet ist, wobei die mehrschichtige Brandschutzschicht feuerfeste Schichten und eine Wärmeabsorptionsschicht, die zwischen zwei feuerfesten Schichten angeordnet ist, umfasst.
Figurenliste
Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen klarer verstanden, in denen:

1 eine Vorderansicht einer Elektrodenanordnung ist, bei der eine Vielzahl von negativen Elektroden und positiven Elektroden abwechselnd mit einem dazwischen angeordneten Separator gestapelt sind;
2 eine perspektivische Explosionsansicht einer Batteriezelle ist, bei der die Elektrodenanordnung in ein Gehäuse der vorliegenden Offenbarung eingesetzt ist;
3 eine perspektivische Explosionsansicht eines Batteriemoduls der vorliegenden Offenbarung ist;
4 eine Vorderansicht eines Batteriemoduls der vorliegenden Offenbarung ist;
5 eine Vorderansicht ist, die ein Beispiel darstellt, bei dem eine mehrschichtige Brandschutzschicht mit einer feuerfesten Schicht und einer Wärmeabsorptionsschicht mit konstanter Dicke zwischen zwei benachbarten Sekundärbatteriezellen installiert ist;
6 eine Vorderansicht ist, die ein Beispiel darstellt, bei dem eine mehrschichtige Brandschutzschicht mit einer feuerfesten Schicht und einer Wärmeabsorptionsschicht, deren Dicken angepasst sind, zwischen zwei benachbarten Sekundärbatteriezellen installiert ist;
7 eine Vorderansicht ist, die ein weiteres Beispiel darstellt, bei dem eine mehrschichtige Brandschutzschicht mit einer feuerfesten Schicht und einer Wärmeabsorptionsschicht, deren Dicken angepasst sind, zwischen zwei benachbarten Sekundärbatteriezellen installiert ist; und
8 eine Vorderansicht ist, die ein weiteres Beispiel veranschaulicht, bei dem eine mehrschichtige Brandschutzschicht, bei der sich die Dicken einer feuerfesten Schicht und einer Wärmeabsorptionsschicht allmählich von der Mitte zur Außenseite ändert, zwischen zwei benachbarten Sekundärbatteriezellen installiert ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Jedoch können Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen anderen Formen modifiziert werden, und der Umfang der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die unten beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Darüber hinaus werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt, um die vorliegende Offenbarung einem Durchschnittsfachmann vollständiger zu erklären. In den Zeichnungen können die Formen und Größen der Elemente zur klareren Erklärung übertrieben sein.
Die Artikel „ein“, „eine“ und „der“ sollen auch die Pluralformen einschließen, es sei denn, der Kontext weist eindeutig auf etwas anderes hin, und gleiche oder ähnliche Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Elemente oder entsprechende Elemente in der gesamten Beschreibung.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Batteriemodul, und bei dem Batteriemodul, wie es in den 3 und 4 gezeigt ist, ist eine Vielzahl von Sekundärbatteriezellen 10 in einem Gehäuseelement 20 untergebracht.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Sekundärbatteriezelle 10 eine Elektrodenanordnung 5, in der eine negative Elektrode 1 und eine positive Elektrode 2 abwechselnd gestapelt sind und ein Separator 3 dazwischen als Grenze eingefügt ist. Und wie in 2 gezeigt, wird die Elektrodenanordnung 5 in ein Gehäuse 7 eingesetzt und das Gehäuse 7 wird mit einem Elektrolyten gefüllt.
Der Elektrolyt kann Lithiumsalze wie LiPF₆ oder LiBF₄ in einem organischen Lösungsmittel wie Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Dimethylcarbonat (DMC) usw., enthalten. Weiterhin kann der Elektrolyt eine Flüssigkeit, ein Feststoff oder ein Gel sein.
In der vorliegenden Offenbarung schützt das Gehäuse 7 die Elektrodenanordnung 5 und nimmt den Elektrolyten auf und ist ein beutelartiges Gehäuse. Das beutelartige Gehäuse 7, das aus einem oberen Gehäuse 8 und einem unteren Gehäuse 9 besteht, dichtet die Elektrodenanordnung von drei Seiten oder vier Seiten ab, um die Elektrodenanordnung 5 und den Elektrolyten aufzunehmen.
Die vorliegende Offenbarung soll eine Flamme und eine Wärmeübertragung aufgrund des Rahmens auf benachbarte Zellen verhindern, wenn die Flamme aufgrund einer Explosion oder dergleichen in einer der mehreren Sekundärbatteriezellen 10, die in dem Batteriemodul enthalten sind, auftritt. Im Allgemeinen ist im Fall einer Batterie vom Dosentyp, selbst wenn eine Flamme aufgrund einer Explosion einer Zelle oder dergleichen auftritt, eine solche Flamme nicht der Außenseite der Dose ausgesetzt, und somit tritt das Problem wie in der vorliegenden Offenbarung nicht auf. Bei der Sekundärbatteriezelle 10 vom Taschentyp, die das Gehäuse vom Beuteltyp verwendet, wird jedoch, wenn eine Explosion im Inneren der Zelle auftritt, das Gehäuse vom Beuteltyp zerstört und eine Flamme wird der Außenseite des Beutels ausgesetzt, und als Ergebnis wird Flamme und Hitze können leicht auf benachbarte Zellen übertragen werden. Daher kann die vorliegende Offenbarung effektiv auf die Sekundärbatteriezelle 10 vom Beuteltyp angewendet werden.
Eine Vielzahl von Sekundärbatteriezellen 10 vom Beuteltyp ist in dem Gehäuseelement 20 untergebracht, um ein Batteriemodul zu bilden. Das Gehäuseelement 20 dient als Körper des Batteriemoduls, in dem die mehreren Sekundärbatteriezellen 10 untergebracht sind.
Außerdem schützt das Gehäuseelement 20 ein Element, in dem eine Vielzahl von Sekundärbatteriezellen 10 untergebracht sind, schützt die Sekundärbatteriezelle 10 und überträgt elektrische Energie, die von der Sekundärbatteriezelle 10 erzeugt wird, überträgt elektrische Energie extern von außen an die Sekundärbatteriezelle 10.
Zu diesem Zweck kann, wie in 3 gezeigt, das Gehäuseelement 20 beispielsweise ein Bodenelement 21 und ein Seitenwandelement 22 und dergleichen umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Das Bodenelement 21 ermöglicht, dass die Vielzahl von Sekundärbatteriezellen 10 darauf sitzt, und trägt die Vielzahl von darauf sitzenden Sekundärbatteriezellen 10. Darüber hinaus kann das Bodenelement 21 konfiguriert sein, um von der Sekundärbatteriezelle 10 erzeugte Wärme an einen externen Kühlkörper zu übertragen, wodurch eine Kühlung durchgeführt wird.
Außerdem bildet das Seitenwandelement 22 einen Seitenabschnitt des Gehäuseelements 20 und kann von der Sekundärbatteriezelle 10 erzeugte Wärme nach außen abführen.
Das Gehäuseelement 20 kann ferner ein Abdeckelement 23 umfassen, das an einem oberen Ende des Seitenwandelements 22 vorgesehen ist, um ein oberes Ende der Sekundärbatterie zu schützen. Außerdem kann das Gehäuseelement 20 ein vorderes Element 26 und ein hinteres Element 27 angrenzend an das Seitenwandelement 22 beinhalten, und dementsprechend kann das Gehäuseelement 20 dazu konfiguriert sein, die Vielzahl von Sekundärbatteriezellen 10 zu umschließen.
Ferner kann das Gehäuseelement 20 eine zusätzliche Komponente aufweisen, wie beispielsweise ein Sammelschienenelement 25, das die Sekundärbatteriezelle elektrisch mit der Außenseite verbindet.
Außerdem kann ein Kompressionselement 24 an einer Innenfläche des Seitenwandelements 22 bereitgestellt sein, um die Sekundärbatterie 10 fester zu schützen.
Wärme, die von einer der mehreren in dem Modul aufgenommenen Sekundärbatteriezellen 10 erzeugt wird, kann auf eine andere benachbarte Sekundärbatteriezelle 10 übertragen werden. Außerdem kann, wenn eine beliebige Sekundärbatteriezelle 10 explodiert, eine Flamme davon bewirken, dass eine andere dazu benachbarte Sekundärbatteriezelle 10 kaskadenartig explodiert.
Um dieses Problem zu unterdrücken oder zu verhindern, wird in der vorliegenden Offenbarung, wie in 4 gezeigt, eine mehrschichtige Brandschutzschicht 30 zwischen einer beliebigen Sekundärbatteriezelle 10 aus der Vielzahl von Sekundärbatteriezellen 10, die in dem Batteriemodul untergebracht sind, und einer daran angrenzenden Sekundärbatteriezelle 10 vorgesehen.
Die mehrschichtige Brandschutzschicht 30 blockiert eine Flamme, so dass die Hitze und/oder Flamme, die von einer beliebigen Sekundärbatteriezelle 10 erzeugt wird, sich nicht zu einer benachbarten Sekundärbatteriezelle 10 ausbreitet und absorbiert erzeugte Wärme, um die Übertragung von Wärme zu der benachbarten Sekundärbatteriezelle zu blockieren. Dementsprechend kann eine Wärmeübertragung oder Explosionsausbreitung von einer der Sekundärbatteriezellen 10 verhindert werden.
Somit umfasst die mehrschichtige Brandschutzschicht 30 gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Wärmeabsorptionsschicht 32. Die Wärmeabsorptionsschicht 32 kann Wärme absorbieren, die aufgrund einer Explosion der Sekundärbatteriezelle 10 erzeugt wird, um das Auftreten einer Wärmeübertragung auf die benachbarte Sekundärbatteriezelle 10 zu verhindern oder zu verzögern.
Die Wärmeabsorptionsschicht 32 enthält mindestens ein anorganisches Pulver ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumhydroxid, Talkum, Calciumcarbonat, Diatomeenerde, Titanoxid, Vermiculit, Zeolith und Weißruß (synthetisches Siliziumdioxid). Das anorganische Pulver erfüllt die Funktion des Absorbierens von Wärme durch eine Dehydratisierungsreaktion und bildet eine anorganische wärmeisolierende Schicht.
Insbesondere wenn eine Flamme aufgrund einer Explosion oder dergleichen einer in dem Batteriemodul untergebrachten Sekundärbatteriezelle 10 erzeugt wird, breiten sich die Flamme und die Hitze schnell auf die benachbarte Sekundärbatteriezelle 10 aus. Daher ist es wünschenswert, die entstehende Wärme schnell aufzunehmen.
Ein Teilchen des anorganischen Pulvers ist in seiner Form nicht besonders eingeschränkt, sondern kann kugelförmig, granulär, faserig, stäbchen- und flockenförmig sein und bevorzugter kugelförmig sein.
Die Wärmeabsorptionsschicht 32 umfasst ein Bindemittel, um das anorganische Pulver in Blattform zu bilden. Das Bindemittel kann beispielsweise ein wärmehärtbares Harz, ein thermoplastisches Harz, ein thermoplastisches Elastomer und Gummi umfassen.
Ferner kann die Wärmeabsorptionsschicht 32 einem Phänomen wie einer Phasenänderung des anorganischen Pulvers aufgrund von Wärmeabsorption und Expansion, Schäumen und Härten aufgrund der Phasenänderung unterliegen. Während der Entwicklung dieses Phänomens kann ein Zusammenbruch einer Struktur der Wärmeabsorptionsschicht 32 unterdrückt werden und die Festigkeit eines Rückstands des anorganischen Pulvers kann erhöht werden. Außerdem kann eine Beständigkeit gegen das Zusammenfallen des Rückstands aufgrund von Hitze verliehen werden.
Das thermoplastische Harz kann beispielsweise synthetische Harze wie ein Polypropylenharz, ein Polyethylenharz, ein Poly(1-)butenharz, ein Polyolefinharz wie beispielsweise Polypentenharz, ein Polyesterharz wie beispielsweise Polyethylenterephthalat, Polystyrolharz, ein Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)-Harz, ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA), ein Polycarbonatharz, ein Polyphenylenetherharz, ein (Meth)acrylharz, ein Polyamidharz, ein Polyvinylchloridharz (PVC), ein Novolakharz, ein Polyurethanharz und Polyisobutylen, usw. umfassen.
Das wärmehärtbare Harz kann beispielsweise synthetische Harze wie Polyurethan, Polyisocyanat, ein Phenolharz, ein Epoxidharz, ein Harnstoffharz, ein Melaminharz, ein ungesättigtes Polyesterharz und Polyimid umfassen.
Das thermoplastische Elastomer kann zum Beispiel Elastomer auf Olefinbasis, Elastomer auf Styrolbasis, Elastomer auf Esterbasis, Elastomer auf Amidbasis, Elastomer auf Vinylchloridbasis und Kombinationen davon umfassen.
Darüber hinaus kann der Kautschuk beispielsweise Naturkautschuk, Isoprenkautschuk, Butadienkautschuk, 1,2-Polybutadienkautschuk, Styrol-ButadienKautschuk, Chloroprenkautschuk, Nitrilkautschuk, Butylkautschuk, chlorierter Butylkautschuk, Ethylen- Propylenkautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), chlorsulfoniertes Polyethylen, Acrylkautschuk, Epichlorhydrin-Kautschuk, hochvulkanisierter Kautschuk, unvulkanisierter Kautschuk, Silikonkautschuk, Fluorkautschuk, Urethankautschuk usw., umfassen.
Als Bindemittel kann eines von Kunstharz und/oder Gummi allein verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Typen zusammen verwendet werden.
Von diesen synthetischen Harzen und/oder Kautschukmaterialien werden PVC und EVA im Hinblick auf die Formbarkeit bevorzugt. Um flexible und gummiartige Eigenschaften zu erhalten, werden unvulkanisierte Kautschuke wie Butylkautschuk und Polyolefinharze bevorzugt. Polyimid und PVC sind im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit bevorzugt. Epoxidharze werden im Hinblick auf die Verbesserung der Flammhemmung des Harzes selbst und die Verbesserung der Brandschutzleistung bevorzugt.
Die Wärmeabsorptionsschicht 32 gemäß der vorliegenden Offenbarung startet eine endotherme Reaktion bei einer Temperatur von 110°C oder höher, und mindestens 50 % der gesamten endothermen Leistung, zum Beispiel eine endotherme Leistung von 50 % bis 80 %, zeigt sich in einem Temperaturbereich von 110°C bis 150°C. Da insbesondere die Wärmeabsorptionsschicht 32 gemäß der vorliegenden Offenbarung Wärme absorbiert, wird das Gewicht der Wärmeabsorptionsschicht 32 verringert und weist eine Gewichtsreduzierungsrate von 26% oder mehr in einem Temperaturbereich bis zu 150°C auf. Dementsprechend kann die Wärmeabsorptionsschicht 32 in einer Situation des thermischen Durchgehens schnell Wärme absorbieren, um einen Temperaturanstieg innerhalb des Batteriemoduls zu unterdrücken oder zu verzögern.
Wenn die Wärmeabsorptionsschicht 32 jedoch direkt einer Flamme ausgesetzt wird, kann das in der Wärmeabsorptionsschicht 32 enthaltene anorganische Pulver, das eine wärmeabsorbierende Komponente ist, oxidiert werden und die Wärmeabsorptionsleistung kann signifikant verschlechtert werden. Daher ist es vorzuziehen, zu verhindern, dass die Wärmeabsorptionsschicht 32 direkt einer Flamme ausgesetzt wird, und zu diesem Zweck beinhaltet die mehrschichtige Brandschutzschicht 30 der vorliegenden Offenbarung eine feuerfeste Schicht 31, die Flammen auf beiden Seiten der Wärmeabsorptionsschicht 32 blockiert.
Die feuerfeste Schicht 31 blockiert nicht nur eine Flamme, die in der benachbarten Sekundärbatteriezelle 10 auftritt, sondern verhindert auch, dass während einer Explosion gebildete Partikel und Ölnebel auf die benachbarte Sekundärbatteriezelle 10 übertragen werden, um die benachbarte Sekundärbatteriezelle 10 zu schützen.
Zu diesem Zweck kann die feuerfeste Schicht 31 des Batteriemoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aus einem Material mit einer höheren Feuerbeständigkeit als der der Wärmeabsorptionsschicht 32 gebildet sein.
Wenn Hitze oder eine Flamme durch Erhitzen oder eine Explosion in der benachbarten Sekundärbatteriezelle 10 auftritt, wird die feuerfeste Schicht 31, die eine äußere Schicht der mehrschichtigen Brandschutzschicht 30 bildet, direkt Hitze oder einer Flamme ausgesetzt. Um zu verhindern, dass die Wärmeabsorptionsschicht 32 durch Hitze oder eine Flamme schmilzt oder verbrennt, ist die feuerfeste Schicht 31 aus einem Material mit einer höheren Feuerbeständigkeit als die der Wärmeabsorptionsschicht 32 gebildet.
Als Beispiel kann die feuerfeste Schicht 31 des Batteriemoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aus einem Material mit einem Schmelzpunkt von mehr als mindestens 1000°C gebildet sein. Dementsprechend schmilzt in einem Fall, in dem durch Erhitzen oder eine Explosion in der angrenzenden Sekundärbatteriezelle 10 erzeugte Wärme unter 1000°C gebildet wird, die feuerfeste Schicht 31 nicht, und ferner wird die Wärmeabsorptionsschicht 32 nicht direkt der Flamme ausgesetzt. Somit kann die mehrschichtige Brandschutzschicht 30 die Haltbarkeit sicherstellen.
Beispielsweise kann die feuerfeste Schicht 31 aus einem nicht brennbaren Basismaterial gebildet sein, und Beispiele für das nicht brennbare Basismaterial umfassen ein Metallbasismaterial und ein anorganisches Basismaterial. Unter diesen kann als Metallbasismaterial beispielsweise ein Blech aus Aluminium, Eisen, rostfreiem Stahl, Zinn, Blei, einer Zinn-Blei-Legierung, Kupfer oder einer Legierung von zwei oder mehr davon verwendet werden.
Darüber hinaus kann das anorganische Grundmaterial ein blattartiges Material sein, das aus anorganischen Fasern unter Verwendung von Glasfasern, Steinwolle, Keramikwolle, Gipsfasern, Kohlefasern, Edelstahlfasern, Schlackenfasern, Aluminiumoxidfasern, Siliziumdioxidfasern, Siliziumdioxid Aluminiumoxidfasern, Zirkoniumoxidfasern usw., gebildet ist. Darüber hinaus kann die in einer anorganischen Faserschicht verwendete anorganische Faser auch auf eine Metallfolie laminiert werden.
Die feuerfeste Schicht 31 kann ein flammhemmendes Mittel umfassen. Das Flammverzögerungsmittel kann mindestens eine Art von Flammverzögerungsmittel umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Flammverzögerungsmitteln auf Brombasis, Flammverzögerungsmitteln auf Chlorbasis, Flammverzögerungsmitteln auf Phosphorbasis, Flammverzögerungsmitteln auf Borbasis, Flammverzögerungsmitteln auf Siliziumbasis und Stickstoff -basierte Flammschutzmittel. Das Flammschutzmittel kann allein oder in Kombination von zwei oder mehr Typen verwendet werden.
Das Flammschutzmittel auf Brombasis erzeugt ein Gas auf Brombasis, um Sauerstoff zu blockieren, wodurch die Verbrennung gehemmt wird, und kann Tetrabrombisphenol A, Decabrombiphenyl, Pentabromdiphenylether und dergleichen umfassen.
Das Flammschutzmittel auf Chlorbasis hemmt die Verbrennung, indem es ein Gas auf Chlorbasis erzeugt, um Sauerstoff zu blockieren, und Beispiele davon umfassen Paraffin auf Chlorbasis und Polyethylen auf Chlorbasis.
Das Flammschutzmittel auf Phosphorbasis blockiert Sauerstoff und Wärme durch Erzeugen einer karbonisierten Schicht auf einer Oberfläche oder innerhalb der feuerfesten Schicht und kann Phosphatester, Ammoniumpolyphosphate und dergleichen umfassen.
Das flammhemmende Mittel auf Borbasis blockiert auch Sauerstoff und Wärme, indem es eine karbonisierte Schicht auf der Oberfläche oder innerhalb der feuerfesten Schicht erzeugt, und Beispiele davon umfassen Natriumpolyborat, Natriumborat und Zinkborat.
Das flammhemmende Mittel auf Silikonbasis soll eine anorganische wärmeisolierende Si-C-Schicht auf der Oberfläche oder innerhalb der feuerfesten Schicht bilden und kann ein Silikonharz oder dergleichen umfassen.
Das Flammschutzmittel auf Stickstoffbasis blockiert Sauerstoff durch ein Gas auf Stickstoffbasis und umfasst Ammoniumphosphat, eine Guanidinverbindung, eine Melaminverbindung und dergleichen.
Wie oben beschrieben, weist die mehrschichtige Brandschutzschicht 30 gemäß der vorliegenden Offenbarung eine mehrschichtige Struktur auf, bei der die feuerfesten Schichten 31 auf beiden Seiten der Wärmeabsorptionsschicht 32 gestapelt sind. Wenn eine Zündung in einer beliebigen Sekundärbatteriezelle 10 auftritt, die in dem Batteriemodul untergebracht ist, blockiert die feuerfeste Schicht 31 eine Übertragung einer Flamme und die Wärmeabsorptionsschicht 32 absorbiert Wärme basierend auf dem Rahmen, wodurch eine Wärmeübertragung auf die benachbarte Sekundärbatteriezelle 10 verhindert oder verzögert wird, und somit kann, da die Wärmeübertragung zu einem anderen Batteriemodul blockiert wird, verhindert werden, dass die andere Sekundärbatteriezelle 10 oder ein anderes Batteriemodul ihre Funktion aufgrund von Wärme verliert, wodurch ein Verlust einer Gesamtfunktion der Batterie verhindert wird.
Die feuerfeste Schicht 31 kann bei Bedarf ferner ein thermisch expandierbares Material umfassen. Das thermisch expandierbare Material kann verwendet werden, um eine wärmeisolierende Schicht zu bilden, um einen Effekt des Schließens eines Raums, der als Strömungsweg einer Flamme oder Wärme dient, bereitzustellen, wodurch die Übertragung einer Flamme oder übermäßiger Wärme auf die Wärmeabsorptionsschicht 32 verhindert oder reduziert wird.
Das thermisch expandierbare Material kann eine thermisch expandierbare Mikrokapsel, eine wasserenthaltende Mikrokapsel, ein Schäumungsmittel, ein mikroverkapseltes Schäumungsmittel, ein thermisch expandierbares geschichtetes anorganisches Material und dergleichen umfassen und kann eine Kombination von zwei oder mehreren davon umfassen.
Die thermisch expandierbare Mikrokapsel enthält ein flüchtiges Expansionsmittel, das bei einer Temperatur unterhalb eines Erweichungspunkts eines plastischen Polymers in einer Hülle gasförmig wird, wobei die Hülle aus dem Polymer gebildet wird, das durch Polymerisieren einer Zusammensetzung, die eine oder mehrere Arten von Monomeren und ein Vernetzungsmittel enthält, erhalten wird. Zum Beispiel kann die Hülle eine expandierbare Mikrokapsel sein, die ein Polymer enthält, das durch Polymerisieren einer Monomermischung gebildet wird, die 95 Gew.-% oder mehr (Meth)acrylnitril enthält, von denen 70 Gew.-% oder mehr Acrylnitril sind, und mit 60 Gew.-% mehr Vernetzungsdichte aufweist, die auf die internationale Anmeldungsveröffentlichung Nr. 2010/052972 verwiesen werden kann. Wenn das Polymer ein anderes Monomer als (Meth)acrylnitril enthält, umfassen Beispiele für solche Monomere Monomere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methacrylsäureestern, Acrylsäureestern, Styrol, Vinylidenchlorid und Vinylacetat.
Beispiele für das flüchtige Treibmittel können ein organisches Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt oder eine Verbindung umfassen, die durch Erhitzen pyrolysiert wird, um einen gasförmigen Zustand zu bilden. Von diesen wird ein organisches Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt besonders geeignet verwendet. Diese flüchtigen Expansionsmittel können allein oder in Kombination von zwei oder mehreren davon verwendet werden.
Das organische Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt kann Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Ethan, Ethylen, Propan, Propen, n-Butan, Isobutan, n-Buten, Isobuten, n-Pentan, Isopentan, Neopentan, n-Hexan, Heptane, Nonan, Decan und Petrolether; Fluorchlorkohlenwasserstoffe wie CCI3F, CCI2F2, CCIF3, CCIF2-CCI2F2; Tetraalkylsilane wie Tetramethylsilan, Trimethylethylsilan, Trimethylisopropylsilan und Trimethyl-n-propylsilan und dergleichen, umfassen. Von diesen können Kohlenwasserstoffe wie n-Butan, Isobutan, n-Pentan, Isopentan, n-Hexan, Nonan, Decan und Petrolether verwendet werden. Vorzugsweise können Kohlenwasserstoffe mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen verwendet werden. Darüber hinaus können auch lineare Kohlenwasserstoffe und Ester verwendet werden. Besonders bevorzugt kann ein Kohlenwasserstoff mit 4 oder mehr Kohlenstoffatomen verwendet werden. Diese organischen Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt können allein oder in Kombination von zwei oder mehreren davon verwendet werden.
Die Wasser enthaltende Mikrokapsel ist eine wasserenthaltende Mikrokapsel.
Beispiele des Schäumungsmittels umfassen anorganische Schäumungsmittel, organische Schäumungsmittel und Kombinationen davon. Beispiele des anorganischen Schäumungsmittels umfassen gaserzeugende Mittel, die anorganische Verbindungen wie Wasser und Natriumbicarbonat sind. Diese anorganischen Schäumungsmittel können allein oder in Kombination von zwei oder mehreren davon verwendet werden.
Beispiele des organischen Treibmittels umfassen Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Ethylen, Propan, Propen, n-Butan, Isobutan, n-Buten, Isobuten, n-Pentan, Isopentan, Neopentan, n-Hexan, Heptan, Nonan, Decan und Petrolether; Azoverbindung enthaltende Schäumungsmittel wie Azodicarbonamid (ADCA) und Azodiaminobenzol; Nitrosoverbindung enthaltende Schaummittel wie Dinitrosopentamethylentetramin (DPT) und N,N'-Dinitroso-N,N'-dimethylterephthalamid; und Sulfonylhydrazid enthaltende Schaummittel wie Benzolsulfonylhydrazid, p,p'-Oxybisbenzolsulfonylhydrazid (OBSH) und Hydrazodicarbonamid (HDCA). Diese organischen Schäumungsmittel können allein oder in Kombination von zwei oder mehreren davon verwendet werden.
Mikroverkapselte Schäumungsmittel sind ein oder zwei oder mehrere Schäumungsmittel, die in einer Mikrokapsel verkapselt sind. Als synthetisches Harz, das für Mikrokapseln verwendet wird, kann beispielsweise ein thermoplastisches synthetisches Harz mit einer Viskosität verwendet werden, die bei einer bestimmten Temperatur oder höher schmilzt und sich zu einer im Wesentlichen kugelförmigen Form ausdehnt, ohne die Mikrokapseln zu zerbrechen.
Als eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie in 5 gezeigt, kann die mehrschichtige Brandschutzschicht 30 eine mehrschichtige Struktur aufweisen, bei der die Wärmeabsorptionsschicht 32 dick ist, die feuerfeste Schicht 31 dünn ist und eine Gesamtdicke konstant ist.
Zum Beispiel kann eine Gesamtdicke der mehrschichtigen Brandschutzschicht 30 mit der Struktur aus feuerfester Schicht 31/Wärmeabsorptionsschicht 32/feuerfester Schicht 31 eine Dicke von 0,12 mm bis 3 mm oder weniger aufweisen, und die feuerfeste Schicht 31 und die Wärmeabsorptionsschicht 32 weist eine konstante Dicke auf. Beispielsweise kann in der vorliegenden Ausführungsform die Wärmeabsorptionsschicht 32, die die mehrschichtige Brandschutzschicht 30 bildet, eine Dicke von 0,1 mm bis 1 mm aufweisen und kann eine Dicke von 0,1 mm bis 0,8 mm, 0,3 mm bis 0,8 mm und 0,3 mm bis 0,5 mm aufweisen. Wenn die Dicke weniger als 0,1 mm beträgt, kann die Wärmeabsorptionsschicht 32 zu dünn sein, um eine schnelle Wärmeabsorption in einer in einer thermischen Runaway-Umgebung zu zeigen, und wenn die Dicke 1 mm überschreitet, nimmt die Dicke des Batteriemoduls zu, was zu einer Verringerung der Batteriekapazität führt, was nicht bevorzugt ist.
Indessen kann die feuerfeste Schicht 31, die die mehrschichtige Brandschutzschicht 30 bildet, eine Dicke von 10 µm bis 1 mm aufweisen und kann eine Dicke von beispielsweise 10 µm, 30 µm, 50 µm, 100 µm oder 300 µm oder mehr und 1 mm, 0,7 mm oder 0,5 mm oder weniger aufweisen.
In der mehrschichtigen Brandschutzschicht 30 als einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist in der Wärmeabsorptionsschicht 32 eine Dicke eines mittleren Abschnitts in Kontakt mit einer Hauptkammer der Sekundärzelle 10, d.h., ein Bereich, in dem eine Verbundschicht der Sekundärbatterie 10 ausgebildet ist, kann größer sein als eine Dicke eines äußeren Abschnitts, d.h., eine Dicke des Kantenabschnitts. Insbesondere ist eine Querschnittsstruktur der mehrschichtigen Brandschutzschicht 30 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform in den 6 oder 7 schematisch gezeigt.
Wie in 6 gezeigt, ist in der mehrschichtigen Brandschutzschicht 30 eine Dicke tc2 der Wärmeabsorptionsschicht 32 größer als eine Dicke tc1 der feuerfesten Schicht 31 in einem mittleren Abschnitt 41 des Bereichs in Kontakt mit der Hauptkammer der Sekundärbatteriezelle 10, und in einem äußeren Abschnitt 42 des Bereichs in Kontakt mit der Sekundärbatteriezelle 10 können eine Dicke te1 der feuerfesten Schicht 31 und eine Dicke te2 der Wärmeabsorptionsschicht 32 gleich sein. Dementsprechend können die Dicken der Wärmeabsorptionsschicht 32 im Mittelabschnitt 41 und im Außenabschnitt 42 unterschiedlich sein, und die Dicke der Wärmeabsorptionsschicht 32 im Mittelabschnitt 41 kann größer sein.
Auf diese Weise kann durch Ausbilden der Wärmeabsorptionsschicht 32 in dem Bereich, der dem Mittelabschnitt 41 zugewandt ist, in dem eine relativ große Wärmemenge in der Sekundärbatteriezelle 10 erzeugt wird, eine Wärmeabsorptionswirkung im Mittelabschnitt 41 konzentriert werden.
Außerdem kann, wie in 7 gezeigt, die feuerfeste Schicht 31 in einem mittleren Abschnitt 41 der mehrschichtigen Brandschutzschicht 30 in Kontakt mit einer Hauptkammer der Sekundärbatteriezelle 10 dünner als die Wärmeabsorptionsschicht 32 sein. Indessen kann in einem äußeren Abschnitt 42 eines Bereichs in Kontakt mit der Sekundärbatteriezelle 10 eine Dicke te1 der Brandschutzschichtschicht 31 größer sein als eine Dicke te2 der Wärmeabsorptionsschicht 32. Hier können in dem Bereich in Kontakt mit der Hauptkammer der Sekundärbatteriezelle die Dicke der Wärmeabsorptionsschicht und die Dicke der Brandschutzschichtschicht den gleichen Dickenbereich aufweisen, und eine Beschreibung davon wird weggelassen.
Ein Bereich, in dem eine Flamme durch eine Explosion der Sekundärbatteriezelle 10 auftritt, ist hauptsächlich ein äußerer Abschnitt 42 der Sekundärbatteriezelle 10. Somit kann durch Ausbilden der Dicke der Brandschutzschichtschicht 31 größer als die der Mittelabschnitt 41 in dem Bereich, der einem äußeren Abschnitt 42 der Sekundärbatteriezelle 10 mit einer hohen Einfallsrate zugewandt ist, der äußere Abschnitt 42 robuster gegenüber der Flamme sein. Somit kann durch Blockieren des im äußeren Abschnitt 42 auftretenden Rahmens verhindert werden, dass die Wärmeabsorptionsschicht 32 direkt mit der Flamme in Kontakt kommt, wodurch die Leistung der Wärmeabsorptionsschicht 32 aufrechterhalten wird.
Hier kann, wie in den 6 und 7 gezeigt, eine Gesamtdicke der mehrschichtigen Brandschutzschicht in einem Dickenbereich gemäß der in 5 gezeigten Ausführungsform gebildet werden.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie in 8 gezeigt, kann die mehrschichtige Brandschutzschicht 30 so ausgelegt sein, dass sie die Brandschutzschichtschicht 31 mit einer Dicke aufweist, die von einem mittleren Abschnitt zu einem äußeren Abschnitt allmählich abnimmt. Das heißt, wie in 8 gezeigt, kann die mehrschichtige Brandschutzschicht 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung so konfiguriert sein, dass eine Dicke der feuerfesten Schicht 31 von einem äußeren Abschnitt eines Bereichs in Kontakt mit der Hauptkammer der Sekundärbatteriezelle 10 zum mittleren Abschnitt hin allmählich abnimmt, während eine Dicke der Wärmeabsorptionsschicht 32 zum mittleren Abschnitt hin allmählich zunimmt. Hier kann die Dicke der feuerfesten Schicht 31 und der Wärmeabsorptionsschicht 32 kontinuierlich geändert werden, wie in 7 gezeigt. Alternativ kann, obwohl nicht gezeigt, die Dicke der feuerfesten Schicht 31 und der Wärmeabsorptionsschicht 32 stufenweise wie eine Stufe geändert werden.
Das heißt, während eine Dicke tc2 der Wärmeabsorptionsschicht 32 größer als eine Dicke tc1 der Brandschutzschichtschicht 31 in dem zentralen Abschnitt der mehrschichtigen Brandschutzschicht 30 in einem Bereich in Kontakt mit der Sekundärbatteriezelle 10 ist, kann die Dicke der Wärmeabsorptionsschicht 32 in Richtung des äußeren Abschnitts des Bereichs in Kontakt mit der Sekundärbatteriezelle 10 abnehmen. In diesem Fall kann die Dicke te1 der Brandschutzschicht-Schicht 31 größer sein als die Dicke te2 der Wärmeabsorptionsschicht 32 im äußeren Teil der mehrschichtigen Brandschutzschicht 30.
Außerdem kann durch allmähliches Ändern des Dickenanpassungsverhältnisses, wie oben beschrieben, ein Wärmeübertragungsverhinderungseffekt in Richtung der Mitte der Sekundärbatteriezelle 10 allmählich erhöht werden, in der eine relativ große Wärmemenge erzeugt wird. Außerdem kann der äußere Abschnitt der Sekundärbatteriezelle 10, in dem eine Flamme häufiger auftritt, fester ausgebildet werden, wodurch ein Verlust aufgrund des Rahmens verhindert wird.
In diesem Fall kann eine Gesamtdicke der mehrschichtigen Brandschutzschicht in der in 7 gezeigten Ausführungsform in einem Dickenbereich gemäß der in 4 gezeigten Ausführungsform ausgebildet sein.
Wie oben beschrieben, umfasst das Batteriemodul der vorliegenden Offenbarung die mehrschichtige Brandschutzschicht 30 zwischen der Vielzahl von Sekundärbatteriezellen 10, so dass eine Ausbreitung von Wärme und/oder einer Flamme, die in einer beliebigen Sekundärbatteriezelle 10, zu anderen Sekundärbatteriezellen 10 benachbart dazu auftritt.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann durch Einschließen einer mehrschichtigen Brandschutzschicht zwischen Sekundärbatteriezellen die Wärmeübertragung von einer Sekundärbatteriezelle zu einer anderen Sekundärbatteriezelle in der Batteriepackstruktur verzögert oder verhindert werden, wenn ein Feuer auftritt.
Genauer gesagt wird im Fall eines thermischen Durchgehen-Phänomens aufgrund einer Zündung in einer Teilsekundärbatteriezelle in einem Batteriemodul Wärme bei einer niedrigen Temperatur in einem Anfangsstadium des thermischen Durchgehen-Phänomens absorbiert, wodurch eine Verschlechterung von Leistung einer benachbarten Zelle, weiter das Batteriemodul, verhindert wird.
Obwohl oben beispielhafte Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass Modifikationen und Variationen vorgenommen werden könnten, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020200093791 [0001]
JP 2018503233 A [0011]

Claims

Batteriemodul, das eine Vielzahl von Sekundärbatteriezellen, die in einem Gehäuseelement untergebracht sind, beinhaltet, wobei eine Sekundärbatteriezelle aus der Vielzahl von Batteriezellen eine Elektrodenbaugruppe aufweist, in der eine Vielzahl von negativen Elektroden und positiven Elektroden abwechselnd mit einem dazwischen angeordneten Separator und einem die Elektrodenbaugruppe umschließenden Beutelgehäuse gestapelt sind, wobei eine mehrschichtige Brandschutzschicht zwischen der Vielzahl von Sekundärbatteriezellen eingefügt ist und die mehrschichtige Brandschutzschicht eine Wärmeabsorptionsschicht und feuerfeste Schichten umfasst, die auf gegenüberliegenden Oberflächen der Wärmeabsorptionsschicht gestapelt sind.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die Wärmeabsorptionsschicht mindestens ein anorganisches Pulver umfasst, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumhydroxid, Talkum, Calciumcarbonat, Diatomeenerde, Titanoxid, Vermiculit, Zeolith und weißem Kohlenstoff besteht.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die feuerfeste Schicht mindestens ein flammhemmendes Mittel umfasst, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einem flammhemmenden Mittel auf Brombasis, einem flammhemmenden Mittel auf Chlorbasis, einem flammhemmenden Mittel auf Phosphorbasis, einem auf Bor basierenden Flammschutzmittel, ein Flammschutzmittel auf Siliziumbasis und ein Flammschutzmittel auf Stickstoffbasis.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die mehrschichtige Brandschutzschicht eine Dicke von 0,12 mm bis 3 mm aufweist und eine Dicke der Wärmeabsorptionsschicht größer als eine Dicke einer beliebigen feuerfesten Schicht ist.
Batteriemodul nach Anspruch 4, wobei die Wärmeabsorptionsschicht eine Dicke von 0,1 mm bis 1 mm aufweist und die feuerfeste Schicht eine Dicke von 10 µm bis 1 mm aufweist.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die mehrschichtige Brandschutzschicht eine Dicke von 0,12 mm bis 3 mm aufweist, eine Dicke eines mittleren Abschnitts der Wärmeabsorptionsschicht größer als eine Dicke eines mittleren Abschnitts der feuerfesten Schicht ist und größer als eine Dicke eines äußeren Abschnitts der Wärmeabsorptionsschicht ist.
Batteriemodul nach Anspruch 6, wobei die Dicke des äußeren Abschnitts der Wärmeabsorptionsschicht gleich oder kleiner als eine Dicke eines äußeren Abschnitts der feuerfesten Schicht ist.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die mehrschichtige Brandschutzschicht eine endotherme Reaktion bei 110°C bis 150°C aufweist und mindestens eine strukturelle Änderung zwischen Phasenänderung, Expansion, Schäumen und Aushärten durch die endotherme Reaktion auftritt.
Batteriemodul nach Anspruch 8, wobei ein Gewichtsreduktionsbetrag der mehrschichtigen Brandschutzschicht aufgrund der endothermen Reaktion 20 % bis 40 % beträgt.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die feuerfesten Schichten aus einem nicht brennbaren Material mit einem Schmelzpunkt von mehr als mindestens 1000°C bestehen.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die feuerfesten Schichten jeweils ein Blech aus Aluminium, Eisen, Edelstahl, Zinn, Blei, einer Zinn-Blei-Legierung, Kupfer oder einer beliebigen Kombination davon sind.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die feuerfesten Schichten jeweils eine Schicht aus anorganischen Fasern sind, einschließlich Glasfasern, Steinwollfasern, Keramikwollfasern, Gipsfasern, Kohlefasern, Edelstahlfasern, Schlackenfasern, Aluminiumoxidfasern, Siliziumdioxidfasern, Siliziumoxid-Aluminiumoxid-Fasern, Zirkoniumoxid-Fasern und eine beliebige Kombination davon.
Batteriemodul nach Anspruch 12, wobei die anorganische Faserfolie auf eine Metallfolie laminiert ist.
Batteriemodul nach Anspruch 3, wobei das Flammschutzmittel auf Brombasis ein Gas auf Brombasis erzeugt, um Sauerstoff zu blockieren, um dadurch eine Verbrennung zu verhindern, und mindestens eines von Tetrabrombisphenol A, Decabrombiphenyl und Pentabromdiphenylether umfasst.
Batteriemodul nach Anspruch 3, wobei das chlorbasierte Flammschutzmittel die Verbrennung durch Erzeugen eines chlorbasierten Gases zum Blockieren von Sauerstoff hemmt und chlorbasiertes Paraffin und chlorbasiertes Polyethylen umfasst.
Batteriemodul nach Anspruch 3, wobei das Flammschutzmittel auf Phosphorbasis Sauerstoff und Wärme durch Erzeugen einer karbonisierten Schicht auf einer Oberfläche von oder innerhalb der feuerfesten Schichten blockiert und Phosphatester und Ammoniumpolyphosphate umfasst.
Batteriemodul nach Anspruch 3, wobei das Flammschutzmittel auf Borbasis Sauerstoff und Wärme durch Erzeugen einer karbonisierten Schicht auf der Oberfläche der oder innerhalb der feuerfesten Schichten blockiert und Natriumpolyborat, Natriumborat und Zinkborat umfasst.
Batteriemodul nach Anspruch 3, wobei das flammhemmende Mittel auf Silikonbasis eine anorganische wärmeisolierende Si-C-Schicht auf der Oberfläche oder innerhalb der feuerfesten Schichten bildet, und ein Silikonharz umfasst.
Batteriemodul nach Anspruch 3, wobei die stickstoffhaltige Verbindung Sauerstoff durch ein auf Stickstoff basierendes Gas blockiert und Ammoniumphosphat, eine Guanidinverbindung und eine Melaminverbindung umfasst.
Batteriemodul, umfassend: eine Vielzahl von Sekundärbatteriezellen, die nebeneinander innerhalb eines Gehäuseelements gestapelt sind, und eine Vielzahl von mehrschichtigen Brandschutzschichts, wobei jede Brandschutzschicht zwischen ein entsprechendes Paar benachbarter sekundärer Batteriezellen eingefügt ist, wobei die mehrschichtige Brandschutzschicht feuerfeste Schichten und eine Wärmeabsorptionsschicht umfasst, die zwischen zwei feuerfesten Schichten angeordnet ist.