DE112021001583T5 - Mehrschichtige Wärmemanagementfolie für eine Batterie - Google Patents

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Abstract

Mehrschichtige Wärmemanagementfolie, die eine erste wärmeverteilende Schicht, eine erste Seite einer ersten Integritätsschicht, die auf einer Seite der ersten wärmeverteilenden Schicht angeordnet ist, eine erste Seite einer ersten Klebeschicht, die auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Integritätsschicht angeordnet ist, eine zweite Integritätsschicht und eine zweite wärmeverteilende Schicht enthält, wobei eine erste Seite der zweiten Integritätsschicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Klebeschicht angeordnet ist und die zweite wärmeverteilende Schicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten Integritätsschicht angeordnet ist; oder eine erste Seite der zweiten Wärmeausbreitungsschicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Klebstoffschicht angeordnet ist, eine erste Seite der zweiten Integritätsschicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten -Wärmeausbreitungsschicht angeordnet ist -und eine zweite Klebstoffschicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten Integritätsschicht angeordnet ist.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht Priorität und Nutzen der am 12. März 2020 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/988,662 , deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND
  • Diese Offenbarung bezieht sich auf eine mehrschichtige Wärmemanagementfolie zur Verwendung in Batterien, insbesondere zur Verzögerung oder Verhinderung des thermischen Durchgehens in Lithium-Ionen-Batterien. Die Offenbarung bezieht sich ferner auf Verfahren zur Herstellung der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie, Baugruppen für Batterien und Batterien, die die mehrschichtige Wärmemanagementfolie enthalten.
  • Die Nachfrage nach elektrochemischen Energiespeichern wie Lithium-lonen-Batterien nimmt aufgrund des Wachstums von Anwendungen wie Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen für das Stromnetz sowie anderen mehrzelligen Batterieanwendungen wie Elektrofahrrädern, unterbrechungsfreien Batteriesystemen und Bleisäure-Ersatzbatterien ständig zu. Für großformatige Anwendungen wie Netzspeicher und Elektrofahrzeuge werden häufig mehrere elektrochemische Zellen in Reihen- und Parallelschaltung verwendet. Sobald sich eine Zelle im thermischen Durchgeh-Modus befindet, kann die von der Zelle erzeugte Wärme eine thermische Durchgeh-Ausbreitungsreaktion in benachbarten Zellen auslösen, die zu einem Kaskadeneffekt führen kann, der die gesamte Batterie entzünden kann.
  • Es wurden zwar Versuche unternommen, die Entflammbarkeit solcher Batterien zu verringern, aber viele davon können Nachteile haben. So wurde beispielsweise erwogen, den Elektrolyten durch Zugabe von flammhemmenden Zusätzen zu verändern oder von Natur aus nicht entflammbare Elektrolyte zu verwenden, doch können sich diese Ansätze negativ auf die elektrochemische Leistung der Lithium-Ionen-Zelle auswirken. Andere Ansätze zur Verhinderung eines kaskadierenden thermischen Durchgehens umfassen eine verstärkte Isolierung zwischen den Zellen oder Zellgruppen, um die Wärmeübertragung während eines thermischen Ereignisses zu verringern. Diese Ansätze können jedoch die Obergrenzen der erreichbaren Energiedichte begrenzen.
  • Angesichts der steigenden Nachfrage nach Batterien mit geringerem Risiko eines thermischen Durchgehens besteht daher ein Bedarf an Materialien für Batterien, die die Ausbreitung von Wärme, Energie oder beidem auf die umliegenden Zellen verhindern oder verzögern.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG
  • Hierin wird eine mehrschichtige Wärmemanagementfolie offenbart, die eine erste wärmeverteilende Schicht, eine erste Seite einer ersten Integritätsschicht, die auf einer Seite der ersten wärmeverteilenden Schicht angeordnet ist, eine erste Seite einer ersten Klebeschicht, die auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Integritätsschicht angeordnet ist, eine zweite Integritätsschicht und einer zweiten wärmeausbreitenden Schicht, wobei eine erste Seite der zweiten Integritätsschicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Klebstoffschicht angeordnet ist und die zweite wärmeausbreitende Schicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten Integritätsschicht angeordnet ist, wobei die erste Klebstoffschicht ein einlagiger oder mehrlagiger Klebstoff ist; oder eine erste Seite der zweiten wärmeverteilenden Schicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Klebstoffschicht angeordnet ist, eine erste Seite der zweiten Integritätsschicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten wärmeverteilenden Schicht angeordnet ist und eine zweite Klebstoffschicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten Integritätsschicht angeordnet ist.
  • Hierin wird auch eine Baugruppe für eine Batterie offenbart, die mindestens zwei elektrochemische Zellen und eine mehrschichtige Wärmemanagementfolie umfasst, wobei die mehrschichtige Wärmemanagementfolie eine erste wärmeverteilende Schicht, eine erste Seite einer ersten Integritätsschicht, die auf einer Seite der ersten wärmeverteilenden Schicht angeordnet ist, und eine Klebstoffschicht, die auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Integritätsschicht angeordnet ist, umfasst.
  • Batterien, die die oben beschriebene Anordnung enthalten, werden ebenfalls offengelegt.
  • Die oben beschriebenen und andere Merkmale werden durch die folgenden Figuren, die detaillierte Beschreibung, die Beispiele und die Ansprüche veranschaulicht.
  • Figurenliste
  • Die folgenden Figuren sind beispielhafte Aspekte, die zur Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung dienen. Die Abbildungen, die zur Veranschaulichung der Beispiele dienen, sollen nicht dazu dienen, die in Übereinstimmung mit der Offenbarung hergestellten Vorrichtungen auf die hierin dargelegten Materialien, Bedingungen oder Prozessparameter zu beschränken.
    • 1 ist eine schematische Darstellung einer Beutelzelle mit einer mehrschichtigen Wärmemanagementfolie, die an der Außenseite der Beutelzelle haftet;
    • 2 ist eine Illustration eines Aspekts einer mehrschichtigen Wärmemanagementfolie;
    • 3 ist eine Illustration eines Aspekts einer mehrschichtigen Wärmemanagementfolie;
    • 4 ist eine Illustration eines Aspekts einer mehrschichtigen Wärmemanagementfolie, die sich zwischen zwei elektrochemischen Zellen befindet;
    • 5 ist eine Illustration eines Aspekts einer mehrschichtigen Wärmemanagementfolie, die zwischen zwei elektrochemischen Zellen angeordnet ist;
    • 6 ist eine Illustration eines Aspekts einer mehrschichtigen Wärmemanagementfolie, die sich in einer Zellenanordnung befindet;
    • 7 ist eine Illustration eines Aspekts einer Beutelzellenbatterie; und
    • 8 ist eine Illustration eines Aspekts einer Baugruppe für eine Batterie, die die mehrschichtige Wärmemanagementfolie enthält.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die Verhinderung des thermischen Durchgehens in Batterien, die eine Vielzahl von Zellen umfassen, ist ein schwieriges Problem, da Zellen, die an eine Zelle mit einem thermischen Durchgehen angrenzen, genug Energie aus dem Ereignis absorbieren können, um zu bewirken, dass sie über ihre vorgesehene Betriebstemperatur ansteigen, was dazu führt, dass die angrenzenden Zellen ebenfalls in ein thermisches Durchgehen geraten. Diese Ausbreitung eines thermischen Durchbruchs kann zu einer Kettenreaktion führen, bei der die Speichergeräte in eine Kaskade von thermischen Durchbrüchen eintreten, da die Zellen Wärme auf benachbarte Zellen übertragen.
  • Die thermische Barriere, die durch die mehrschichtige Wärmemanagementfolie bereitgestellt wird, kann auch an verschiedenen Stellen in Batterien verwendet werden, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern. So kann die Verwendung der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie die Wärmeleitfähigkeit in einer oder mehreren Richtungen verringern. Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie kann die Feuerbeständigkeit von Batterien weiter verbessern.
  • Dementsprechend werden hier Baugruppen für eine Batterie und Batterien beschrieben, die eine elektrochemische Zelle oder ein elektrochemisches Zellenarray mit einer mehrschichtigen Wärmemanagementfolie umfassen, wobei die mehrschichtige Wärmemanagementfolie direkt auf einer Oberfläche angeordnet ist (d. h. mindestens einen Teil mindestens einer Oberfläche berührt) einer elektrochemischen Zelle . Wie hierin verwendet, ist eine elektrochemische Zelle (oder „Zelle“) die Grundeinheit einer Batterie, die eine Anode, eine Kathode und einen Elektrolyten enthält. Ein „Zellenarray“ ist eine Anordnung von zwei oder mehr elektrochemischen Zellen, z. B. zwei, fünf, zwanzig, fünfzig oder mehr. Die Zelle oder das Zellenarray in Verbindung mit der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie und optional einer anderen Batteriekomponente, wie einem Separator, einem Stromabnehmer, einem Gehäuse, wie einem flexiblen Beutel oder ähnlichem, werden hier als „Baugruppe für eine Batterie“ bezeichnet. Eine Baugruppe für eine Batterie und eine Batterie können eine einzelne elektrochemische Zelle, ein einzelnes Zellenarray oder eine Vielzahl von Zellenarrays umfassen.
  • Es kann eine Vielzahl von elektrochemischen Zelltypen verwendet werden, darunter Pouch-Zellen, prismatische Zellen oder zylindrische Zellen. Eine einzelne Zelle oder ein Zellenarray kann in einem flexiblen Gehäuse wie einer Pouch-Zelle untergebracht sein. In einem Aspekt sind die Zellen Lithium-Ionen-Zellen, z. B. Lithium-Eisen-Phosphat-, Lithium-Kobalt-Oxid- oder andere Lithium-Metalloxid-Zellen. Andere Zelltypen, die verwendet werden können, sind Nickel-Metallhydrid-, Nickel-Cadmium-, Nickel-Zink- oder Silber-Zink-Zellen.
  • Wie in 1 dargestellt, kann die mehrschichtige Wärmemanagementfolie 400 direkt auf der Außenfläche einer vorgeformten Zelle, z. B. auf der Außenfläche einer Beutelzelle 100, platziert oder darauf geklebt werden. Die Beutelzelle 100 kann eine erste Klebeschicht 85 aufweisen, die an ihrer Außenfläche haftet, und eine erste Integritätsschicht 84 kann auf einer der Beutelzelle 100 gegenüberliegenden Seite der ersten Klebeschicht 85 angeordnet sein. Eine erste wärmeverteilende Schicht 61 ist auf einer Seite der ersten Integritätsschicht 84 gegenüber der ersten Integritätsschicht 84 angeordnet. Die erste Klebeschicht 85, die erste Integritätsschicht 84 und die erste wärmeverteilende Schicht 61 können ein DW 407-Plasmaband sein.
  • 2 zeigt einen Aspekt einer mehrschichtigen Wärmemanagementfolie 401, die eine erste wärmeverteilende Schicht 61 umfasst, die auf einer ersten Seite 84a einer ersten Integritätsschicht 84 angeordnet ist. Eine zweite Seite 84b der ersten Integritätsschicht 84 umfasst eine erste Klebeschicht 85. Bei der ersten Klebstoffschicht 85 kann es sich um eine einzelne Schicht oder einen Mehrschichtklebstoff handeln. Eine zweite Integritätsschicht 86 ist auf einer der ersten Integritätsschicht 84 gegenüberliegenden Seite der ersten Klebstoffschicht 85 angeordnet. Die erste Klebstoffschicht 85 verklebt die erste und zweite Integritätsschicht 84, 86. Eine zweite wärmeverteilende Schicht 63 ist auf einer Seite der zweiten Integritätsschicht 86 gegenüber der ersten Klebstoffschicht 85 angeordnet.
  • 3 zeigt einen Aspekt einer mehrschichtigen Wärmemanagementfolie 402, die eine erste wärmeverteilende Schicht 61 umfasst, die auf einer ersten Seite 84a einer ersten Integritätsschicht 84 angeordnet ist. Eine zweite Seite 84b der ersten Integritätsschicht 84 umfasst eine erste Klebeschicht 85. Eine zweite wärmeverteilende Schicht 63 ist auf einer der ersten Integritätsschicht 84 gegenüberliegenden Seite der ersten Klebstoffschicht 85 angeordnet. Eine zweite Integritätsschicht 86 ist auf einer Seite der zweiten wärmeverteilenden Schicht 63 gegenüber der ersten Klebstoffschicht 85 angeordnet. Eine zweite Klebstoffschicht 87 ist auf einer Seite der zweiten Integritätsschicht 86 angeordnet, die der zweiten wärmeverteilenden Schicht 63 gegenüberliegt.
  • Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie kann zusätzlich zu den in den 1-3 gezeigten Schichten wärmeverteilende Schichten, Integritätsschichten und Klebeschichten enthalten. Im Allgemeinen können bis zu zehn wärmeverteilende Schichten und zehn Integritätsschichten mit Klebeschichten verwendet werden, um die gewünschte mehrschichtige Wärmemanagementfolie zu erhalten.
  • Wie bereits erwähnt, kann es sich bei den Zellen des Zellenarrays um prismatische Zellen, Pouch-Zellen, zylindrische Zellen und dergleichen handeln, vorzugsweise jedoch um Pouch-Zellen. In einem Aspekt sind die Zellen Lithium-Ionen-Zellen. Ein anderer Aspekt ist, dass die Zellen Lithium-Ionen-Beutelzellen sind.
  • Die erste und die zweite wärmeverteilende Schicht 61, 63 bestehen jeweils unabhängig voneinander aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit (Tc), z. B. mehr als 10 Watt pro Meter-Kelvin (W/m*K), vorzugsweise mehr als 50 W/m*K oder noch bevorzugter mehr als 100 W/m*K, jeweils gemessen bei 23 °C. Beispielsweise kann das Material eine Wärmeleitfähigkeit von 10 bis 6.000 W/m*K) bei 23°C, oder 50 bis 6.000 W/m*K) bei 23°C, oder 100 bis 6.000 W/m*K), oder 100 bis 1.000 W/m*K, oder 100 bis 500 W/m*K, jeweils gemessen bei 23°C, aufweisen. Zu diesen Materialien gehören Metalle wie Kupfer, Aluminium, Silber oder eine Legierung aus Kupfer, Aluminium oder Silber; eine Keramik wie Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid oder Berylliumoxid; oder ein kohlenstoffhaltiges Material wie Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen oder Graphit. In einem Aspekt können die erste und zweite wärmeverteilende Schicht unabhängig voneinander Kupfer, Aluminium, Silber, eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung, eine Silberlegierung, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Berylliumoxid, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen, Graphit oder eine Kombination davon enthalten. Die wärmeverteilende Schicht kann beispielsweise ein Band oder eine Folie sein, die Kohlenstofffasern oder Kohlenstoff-Nanoröhren enthält, wie sie von Huntsman unter dem Handelsnamen MIRALON erhältlich sind. In anderen Aspekten ist die wärmeverteilende Schicht eine Folie aus Metall oder einer Metalllegierung, vorzugsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. In einem Aspekt sind die erste und die zweite wärmeverteilende Schicht jeweils unabhängig voneinander eine Folie, eine gewebte oder nicht gewebte Fasermatte oder ein Polymerschaum. Die erste und die zweite wärmeverteilende Schicht 61, 63 können gleich oder verschieden sein.
  • Die Dicke der ersten und zweiten wärmeverteilenden Schicht hängt vom verwendeten Material, dem gewünschten Grad der Wärmeleitfähigkeit, den Kosten, der gewünschten Dicke oder dem Gewicht der Batterie oder ähnlichen Überlegungen ab. Beispielsweise können die wärmeverteilenden Schichten eine Dicke von 5 bis 1.000 Mikrometern (µm) haben, z. B. 0,0005 bis 0,039 Zoll (12,7 bis 991 µm), 0,001 bis 0,005 Zoll (25,4 bis 127 µm) oder 0,002 bis 0,039 Zoll (51 bis 991 Mikrometer). Die Metallfolien können jeweils unabhängig voneinander eine Dicke von 0,0005 bis 0,020 Zoll (12,7 bis 508 µm) oder 0,001 bis 0,005 Zoll (25,4 bis 127 µm) haben.
  • Die Klebstoffschicht(en) kann (können) eine Dicke von 0,00025 bis 0,010 Zoll (6 bis 254 µm) oder 0,0005 bis 0,003 Zoll (12,7 bis 76 µm) haben. Eine breite Palette von Klebstoffen ist in der Technik bekannt und kann verwendet werden. Beispielsweise können die Klebstoffschichten jeweils unabhängig voneinander aus einem Polyesterklebstoff, einem Polyvinylfluoridklebstoff, einem Acryl- oder Methacrylatklebstoff oder einem Silikonklebstoff bestehen. In einem Aspekt ist der Klebstoff ein Silikonklebstoff. Es können Lösungsmittel-, Schmelz- und Zweikomponenten-Klebstoffe verwendet werden. In einem Aspekt kann jede Klebstoffschicht unabhängig einen anorganischen Füllstoff enthalten, der wärmeausbreitend oder wärmeisolierend sein kann.
  • Optional kann jede der Klebstoffschichten unabhängig einen Füllstoff enthalten, der wärmeausbreitend (wärmeleitend) oder wärmeisolierend sein kann. Zu den beispielhaften Füllstoffen gehören Aerogel-Füllstoffe, Glasmikrokugeln, gasgefüllte hohle Polymermikrokugeln, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Glimmer, Talk, Kohlenstoffnanoröhren, Graphit oder eine Kombination davon. Die Zusatzstoffe können oberflächenbeschichtet werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen, z. B. können die Füllstoffe mit einem Silan behandelt werden, um die Dispersion oder Haftung zu verbessern. Jede Klebstoffschicht kann beispielsweise einen plättchenförmigen Füllstoff mit hohem Aspektverhältnis wie Glimmer oder Talkum enthalten. In einem Aspekt ist kein Füllstoff vorhanden.
  • Ein Aerogel ist eine offenzellige feste Matrix, die ein Netzwerk miteinander verbundener Nanostrukturen mit einer Porosität von mehr als 50 Volumenprozent (Vol.%), vorzugsweise von mehr als 90 Vol. Aerogele können aus einem Gel gewonnen werden, indem die flüssige Komponente im Gel durch ein Gas ersetzt wird oder indem ein nasses Gel getrocknet wird, beispielsweise durch überkritische Trocknung. Beispiele für Aerogele sind Polymer-Aerogele, einschließlich Poly(vinylalkohol)-, Urethan-, Polyimid- oder Polyacrylamid-Aerogele, Polysaccharid-Aerogele, einschließlich Chitin- und Chitosan-Aerogele, oder anorganische keramische Aerogele, wie Aluminiumoxid- oder Silica-Aerogele.
  • Die erste und die zweite Integritätsschicht 84, 86 sind ein Verstärkungsmaterial zur Verstärkung der Festigkeit der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie. Jede kann unabhängig voneinander Endlosfasern enthalten, z. B. in Form einer gewebten oder nicht gewebten Fasermatte, die eine Dicke von 20 bis 600 µm oder von 0,001 bis 0,020 Zoll (25,4 bis 508 µm), vorzugsweise 0,001 bis 0,005 Zoll (25,4 bis 127 µm) haben kann. Die erste und die zweite Integritätsschicht können eine gewebte oder nicht gewebte Polymermatte mit hoher Wärmebeständigkeit, z. B. ein Polyetherimid, ein Polysulfon, ein Polyphthalamid, ein Polyphenylensulfid, ein Polyarylat, ein Polyetheretherketon oder ähnliches, oder eine gewebte nicht gewebte Glasmatte, wie z. B. Glasfasern, umfassen.
  • Polymerfasern können einen oder mehrere der verschiedensten Thermoplaste, Mischungen von Thermoplasten oder duroplastische Harze enthalten. Beispiele für Thermoplaste, die verwendet werden können, sind Polyacetale, Polyacrylate, Polyamide wie Nylon 6, Nylon 6,6, Nylon 6,10, Nylon 6,12, Nylon 11 oder Nylon 12, Polyamidimide, Polyarylate, Polycarbonate, Polystyrole, Polyester wie Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT) und Polyethylennaphthalat (PEN), Polyetherketone, Polyetheretherketone, Polyetherketonketone, Polyetherimide, Polyolefine wie Polypropylen, Polyethylen oder Copolymere von Polyethylen oder Polypropylen, Polyphenylensulfide, Polystyrol, Polysulfone wie Polyarylsulfone und Polyethersulfone, Polyurethane, Polyvinylchloride, fluorierte Polymere wie Polychlortrifluorethylene, Polyvinylidenfluoride (PVDF), Polyvinylfluoride Polytetrafluorethylene, Perfluormethylvinylether, fluoriertes Polyethylen-Propylen (FEP) oder Tetrafluorethylen-Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen (HFP), Ethylen-Propylen-Kautschuke (EPR), Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM), Styrol-Acrylnitril (SAN), Styrol-Maleinsäureanhydrid (SMA), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Naturkautschuk, Nitrilkautschuk, Butylkautschuk, ein zyklisches Olefin-Copolymer, Polydicyclopentadien-Kautschuk, Styrol-Ethylen-Propylen-Styrol-Blockcopolymer (SEPS), ein Styrol-Butadien-Blockcopolymer (SB) Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer (SBS), Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Block-Copolymer (SEBS), Polybutadien, Isopren, Polybutadien-Isopren-Copolymer oder dergleichen oder eine Kombination davon.
  • Beispiele für Mischungen von thermoplastischen Polymeren, die in den Polymerfasern verwendet werden können, sind ABS/Nylon, Polycarbonat/ABS, ABS/Polyvinylchlorid, Polyphenylenether/Polystyrol, Polyphenylenether/Nylon, Polysulfon/ABS, Polycarbonat/thermoplastisches Urethan, Polycarbonat/PET, Polycarbonat/PBT, thermoplastische Elastomerlegierungen, PET/PBT, SMA/ABS, Polyetheretherketon/Polyethersulfon, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polyethylen/Nylon, Polyethylen/Polyacetal oder dergleichen oder eine Kombination davon.
  • Beispiele für wärmehärtende Harze, die in den Polymerfasern verwendet werden können, sind Polyurethane, Epoxide, Phenole, Polyester, Polyamide, Silikone und dergleichen oder eine Kombination davon. Es können sowohl Mischungen von duroplastischen Harzen als auch Mischungen von thermoplastischen Harzen mit duroplastischen Harzen verwendet werden.
  • Zu den bevorzugten Polymerfasern, die in der wärmeisolierenden Schicht verwendet werden können, gehören ein Epoxid, ein Polyamid, ein Polyimid, ein Polyester wie PBT, ein Polyethylen, ein Polypropylen, ein Polystyrol, ein Polycarbonat, ein Polysulfon, ein Polyurethan, ein Silikon, ein Vinylester oder dergleichen oder eine Kombination davon. In einem Aspekt umfasst die Polymerfaser ein hitzebeständiges Polymer, z.B. ein Polymer mit einer Tg von 180°C oder höher, wie ein Polyetherimid, ein Polysulfon, ein Polyphthalamid, ein Polyphenylensulfid, ein Polyarylat, ein Polyetheretherketon oder Ähnliches oder eine Kombination davon. Die Polymerfasern können in Form von gewebten oder nicht gewebten Matten oder Bändern vorliegen.
  • Beispielhafte Glasfaserschichten bestehen aus A-Glas, C-Glas, D-Glas oder einer Kombination davon. D-Glas oder E-Glas wird bevorzugt. Die Glasfaserschicht kann sich in einer Polymermatrix befinden oder mit einem Polymer beschichtet sein. Verwendet werden kann ein Epoxid, ein Polyamid, ein Polyimid, ein Polyester wie Poly(butylenterephthalat), ein Polyethylen, ein Polypropylen, ein Polystyrol, ein Polycarbonat, ein Polysulfon, ein Polyurethan, ein Silikon, ein Vinylester oder Ähnliches. Zu den bevorzugten Bindemitteln gehören Epoxide, Polyester und Vinylester. Ein Aspekt ist, dass die erste und die zweite Integritätsschicht jeweils aus einem glatten Gewebe aus 1080 E-Glas bestehen.
  • Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie und die Unterkombinationen in der mehrschichtige Wärmemanagementfolie (z. B. das Hochtemperaturlaminat) können je nach den für die wärmeverteilenden, wärmeisolierenden und optionalen Klebeschichten verwendeten Materialien durch in der Technik bekannte Verfahren hergestellt werden. Die Herstellung kann z. B. durch Stapeln der einzelnen Schichten und Laminieren erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Hochtemperaturlaminat im Handel erhältlich sein und dann mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten zusammengesetzt werden, um die mehrschichtige Wärmemanagementfolie zu bilden. Ein Beispiel für ein im Handel erhältliches Hochtemperaturlaminat ist ein Plasmaband, z. B. ein Laminat aus Aluminiumfolie und Glasgewebe, das außerdem einen auf dem Glasgewebe aufgebrachten Hochtemperatursilikonkleber enthält. Solche Laminate sind im Handel von DeWAL unter dem Handelsnamen Plasmabänder der DW-Serie erhältlich, z. B. das Plasmaband DW 407.
  • Es versteht sich von selbst, dass die in den 1-3 dargestellten Aspekte nur beispielhaft sind und dass verschiedene Kombinationen und Unterkombinationen je nach den gewünschten Eigenschaften verwendet werden können. So können beispielsweise zusätzliche wärmeverteilende oder klebende Schichten vorhanden sein.
  • Weitere Schichten oder Komponenten, die in der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie vorhanden sein können, umfassen ein Phasenwechselmaterial. Insbesondere kann eine Schicht, die ein Phasenwechselmaterial enthält, in der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie vorhanden sein. Ein Phasenwechselmaterial ist eine Substanz mit einer hohen Schmelzwärme, die in der Lage ist, während eines Phasenübergangs, wie z. B. Schmelzen und Erstarren, große Mengen latenter Wärme aufzunehmen und abzugeben. Während des Phasenübergangs bleibt die Temperatur des Phasenwechselmaterials nahezu konstant. Das Phasenwechselmaterial hemmt oder stoppt den Fluss von Wärmeenergie durch das Material während der Zeit, in der das Phasenwechselmaterial Wärme aufnimmt oder abgibt, typischerweise während des Phasenwechsels des Materials. In einigen Fällen kann ein Phasenwechselmaterial die Wärmeübertragung während einer Zeitspanne hemmen, in der das Phasenwechselmaterial Wärme absorbiert oder abgibt, typischerweise wenn das Phasenwechselmaterial einen Übergang zwischen zwei Zuständen durchläuft. Diese Wirkung ist typischerweise vorübergehend und tritt auf, bis eine latente Wärme des Phasenwechselmaterials während eines Heiz- oder Kühlvorgangs absorbiert oder freigesetzt wird. Wärme kann in einem Phasenwechselmaterial gespeichert oder ihm entzogen werden, und das Phasenwechselmaterial kann in der Regel durch eine Wärme- oder Kältequelle effektiv wieder aufgeladen werden.
  • Geeignete Phasenwechselmaterialien sind z. B. in WO2020/227201 beschrieben. Wie dort beschrieben, können die Phasenwechselmaterialien eingekapselt oder unverkapselt sein, oder es kann eine Kombination verwendet werden. Die Phasenwechselmaterialien können in einer Zusammensetzung verwendet werden, die außerdem ein Polymer wie oben beschrieben enthält. Das Polymer kann eines oder eine Kombination wie oben beschrieben umfassen, z. B. Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyethersulfon, ABS, SAN, PEN, PBT, PET, PVDF, Perfluormethylvinylether, Polypropylen, Polyethylen, Copolymere von Polyethylen oder Polypropylen, Polytetrafluorethylen (PTFE), FEP, Vinylidenfluorid, HFP, EPR, EPDM, Naturkautschuk, Nitrilkautschuk, Butylkautschuk, zyklisches Olefin-Copolymer, Polydicyclopentadien-Kautschuk, thermoplastisches Polyurethan, SEPS, Poly(styrol-Butadien-Styrol) (SBS), SEBS, Polybutadien, Isopren, Polybutadien-Isopren-Copolymer oder eine Kombination davon. Die Menge des Phasenwechselmaterials kann 20 bis 98 Gew.-% oder 40 bis 97 Gew.-% oder 50 bis 96 Gew.-% oder 50 bis 95 Gew.-% oder 40 bis 95 Gew.-% oder 50 bis 90 Gew.-% oder 60 bis 85 Gew.-% oder 75 bis 85 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Phasenwechselzusammensetzung, betragen.
  • In einem Aspekt kann die mehrschichtige Wärmemanagementfolie eine Schicht mit einer anschwellenden Zusammensetzung umfassen. Die Schicht kann auf der wärmeausbreitenden Schicht angeordnet sein. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass das anschwellende Material die Ausbreitung von Flammen durch zwei energieabsorbierende Mechanismen reduzieren kann, einschließlich der Bildung einer Verkohlung und des anschließenden Aufblähens der Verkohlung. Wenn die Temperatur beispielsweise einen Wert von 200 bis 280 °C erreicht, kann die saure Spezies (z. B. die Polyphosphatsäure) mit der Kohlenstoffquelle (z. B. Pentaerythrit) reagieren und eine Verkohlung bilden. Bei einem Temperaturanstieg, z. B. auf 280 bis 350 °C, kann sich das Treibmittel dann zersetzen, wobei gasförmige Produkte entstehen, die die Verkohlung anschwellen lassen. Intumeszierende Materialien sind bekannt und werden z. B. in WO2020/251825 beschrieben. Das intumeszierende Material kann eine Säurequelle, ein Treibmittel und eine Kohlenstoffquelle enthalten. Jeder dieser Bestandteile kann in separaten Schichten oder als Gemisch, vorzugsweise als innige Mischung, vorliegen. Das aufschäumende Material kann zum Beispiel eine Polyphosphatsäurequelle wie Tris(2,3-dibrompropyl)phosphat, Tris(2-chlorethyl)phosphat, Tris(2,3-dichlorpropyl)phosphat Tris(1-chlor-3-bromisopropyl)phosphat, Bis(1-chlor-3-bromisopropyl)-1-chlor-3-bromisopropylphosphonat, Polyaminotriazinphosphat, Melaminphosphat, Guanylharnstoffphosphat oder eine Kombination davon; eine Kohlenstoffquelle wie Dextrin, ein Phenol-Formaldehyd-Harz, Pentaerythrit, ein Ton, ein Polymer oder eine Kombination davon; und ein Treibmittel wie Dicyandiamid, ein Azodicarbonamid, ein Melamin, ein Guanidin, ein Glycin, ein Harnstoff, ein halogeniertes organisches Material oder eine Kombination davon.
  • Eine Baugruppe für eine Batterie kann ferner ein Druckpolster enthalten, das auch als Kompressionspolster oder Batteriepolster bezeichnet wird, wenn es sich um eine Batterie handelt, und das hier der Einfachheit halber in allen Fällen als „Druckpolster“ bezeichnet wird. Das Polster kann zwischen benachbarten Zellen oder zwischen Zellanordnungen angeordnet werden, um Änderungen der Kompression, insbesondere während der Zellexpansion, entgegenzuwirken. Das Polster kann sicherstellen, dass ein im Wesentlichen konstanter Druck auf die Zellen ausgeübt wird.
  • Das Druckpolster kann sich auch an anderen Stellen in der Batterie befinden. In einem Aspekt kann ein Druckpolster eine Dicke von 0,010 bis 0,500 Zoll (254 bis 12.700 µm) haben und besteht aus einem komprimierbaren Material, das eine zuverlässige, gleichbleibende Druckverformungsresistenz (c-set) und Spannungsrelaxationsleistung über einen breiten Temperaturbereich aufweist. Beispielhafte Materialien dieser Art sind Polyurethan- oder Silikonschäume (wie z. B. PORON® Polyurethanschaum oder BISCO® Silikonschaum, erhältlich bei Rogers Corporation). Andere komprimierbare Materialien, die als Druckpolster verwendet werden können, sind die hier beschriebenen. Wie hier verwendet, bezieht sich „komprimierbar“ auf eine elastomere Eigenschaft, bei der das Material unter Druck komprimiert wird und bei Druckentlastung in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt.
  • Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie wird auf einer elektrochemischen Zelle angeordnet, z. B. auf mindestens einem Teil mindestens einer elektrochemischen Zelle, um eine Zellenbaugruppe für eine Batterie bereitzustellen. 4 illustriert beispielsweise einen Aspekt der Positionierung der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie in einer Baugruppe 1002 für eine Batterie und 5 illustriert einen Aspekt der Positionierung der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie in einer Baugruppe 1003 für eine Batterie. Bei den Zellen kann es sich um Lithium-lonen-Zellen handeln, insbesondere um Pouch-Zellen. 4 und 5 veranschaulichen, dass die mehrschichtige Wärmemanagementfolie 403 zwischen einer ersten Zelle 103 und einer zweiten Zelle 104 angeordnet sein kann. 4 zeigt, dass die mehrschichtige Wärmemanagementfolie 403 ungefähr die gleiche Größe wie die Höhe und Breite der Zellen 103, 104 haben kann. 5 zeigt, dass die mehrschichtige Wärmemanagementfolie 403 kleiner sein kann als die jeweiligen Zellen 103, 104. Es ist möglich, dass sich die mehrschichtige Wärmemanagementfolie über einen Rand einer elektrochemischen Zelle hinaus erstreckt, um zumindest einen Teil oder die gesamte Oberfläche der Zelle zu bedecken.
  • 6 veranschaulicht, dass eine Baugruppe 1004 für eine Batterie mehr als zwei Zellen (z. B. 103, 104) umfassen kann, wobei sich die mehrschichtige Wärmemanagementfolie 403 zwischen den jeweiligen Zellen 103, 104 und jeder der anderen Zellen befindet. In einem Aspekt können während der Herstellung der Baugruppe 1004 für eine Batterie zwei bis zehn feuerfeste Wärmemanagement-Mehrschichtfolien auf einer Zelle oder in einem Zellenfeld angeordnet werden. Beispielsweise können zwei bis zehn Wärmemanagement- Mehrschichtfolien auf der Innenseite, z. B. den Elektroden zugewandt, oder auf der Außenseite, der Außenseite der Batterie, angeordnet werden. Beispielsweise können zwei bis zehn feuerbeständige mehrschichtige Wärmemanagementfolien auf einer Zelle oder einer Tasche einer Pouch-Zelle oder auf beidem angeordnet oder aufgeklebt werden. Natürlich können je nach Anzahl der Zellen und Zellarrays auch eine oder mehr als zehn der mehrschichtigen Wärmemanagementfolien vorhanden sein. 6 zeigt ferner die mehrschichtige Wärmemanagementfolie 403a, die auf einer Außenseite der Baugruppe 1004 für eine Batterie angeordnet ist, um zur Außenseite einer Batterie zu zeigen.
  • In einem Aspekt kann zumindest ein Teil der freiliegenden Außenkanten der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie ein Material 88 umfassen, das Wärme vom Körper der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie ableitet. Beispielhafte Materialien, die auf die freiliegenden Kanten der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie aufgebracht werden können, sind Keramiken wie Bornitrid oder Aluminiumnitrid, ein Metall wie Aluminium, ein Wachs mit hoher Wärmekapazität, ein Phasenwechselmaterial oder Ähnliches oder eine Kombination davon.
  • Die Zellbaugruppen werden in Batterien verwendet. Eine Batterie umfasst ein Gehäuse, das eine oder mehrere elektrochemische Zellen oder Zellarrays zumindest teilweise umschließt. Wie in 7 dargestellt, kann eine beispielhafte Batterie 2000 ein flexibles Gehäuse, z. B. einen Beutel 51, umfassen, der eine Elektrodenanordnung 52 umgibt und abdichtet. Das Gehäuse für Pouch-Zellen oder die Batterie von 7 besteht im Allgemeinen aus einem Laminatmaterial mit einer Metallfolienschicht. Ein Laminat für Pouch-Zellen kann zum Beispiel eine Metallfolie, wie eine Aluminiumfolie, zwischen zwei Polymerschichten enthalten. Die Metallfolie soll als Barriere gegen jegliche Permeation, sowohl in die Batteriezelle hinein als auch aus ihr heraus, einschließlich Wasserdiffusion, wirken. Das Laminat umschließt daher die elektrochemische Zelle oder das Zellenfeld vollständig und versiegelt die Zelle oder das Zellenfeld. Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie ist ein zusätzliches Element des Gehäuses, d. h. des Beutels 51.
  • Die Elektrodenanordnung 52 kann eine Anode, einen Separator, eine Kathode und einen Elektrolyten umfassen. Die Batterie 2000 umfasst auch einen negativen Stromkollektor 53, der mit einer Anode verbunden ist, und einen positiven Stromkollektor 54, der mit einer Kathode verbunden ist. Der negative Stromabnehmer 53 und der positive Stromabnehmer 54 können elektrisch mit einem elektronischen Steuersystem 55 verbunden werden, das die Steuerelektronik für die Batterie enthält. Die Batterie 2000 umfasst auch eine negative Außenleitung 56 und eine positive Außenleitung 57, die den Anschluss der Batterie 2000 an einen Stromkreis oder ein Gerät ermöglichen.
  • Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie kann auf einer Zelle oder einem Zellenarray in beliebiger Konfiguration in einer Batterie angeordnet werden oder direkt darauf liegen. Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie kann zwischen einzelnen Zellen oder Zellarrays in der Batterie angeordnet werden. Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie kann z. B. oben, zwischen, unter, neben oder in einer Kombination von den Seiten der Zellen oder Zellarrays in der Batterie, einem Teil davon oder einem ausgewählten Satz von Zellen oder Zellarrays in der Batterie angebracht werden. Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie kann beispielsweise ohne freiliegenden Klebstoff auf einer Vielzahl von Pouch-Zellen, Druckmanagement-Pads, Kühlplatten oder anderen inneren Batteriekomponenten platziert oder aufgeklebt werden. Der Montagedruck der Batterie kann die gestapelten Komponenten an ihrem Platz halten.
  • Wie in 8 gezeigt, kann eine Batterie 2001 beispielsweise eine Vielzahl von Zellen in einer Vielzahl von Zellarrays 700 innerhalb eines Gehäuses 800 enthalten. Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie 403 kann zwischen zwei Zellarrays 700 angeordnet sein. Wie in 8 gezeigt, kann die mehrschichtige Wärmemanagementfolie 403 zwischen einer Seite des Gehäuses 800 und einer Seite eines Zellarrays 700 entlang einer Vielzahl von Zellen des Zellarrays angeordnet werden. Wie in 8 gezeigt, kann die mehrschichtige Wärmemanagementfolie 403 auch zwischen einem Ende des Gehäuses 800 und einem Ende eines oder mehrerer Zellarrays 700 angeordnet werden.
  • Im Folgenden werden nicht-einschränkende Aspekte der vorliegenden Offenbarung dargelegt.
  • Aspekt 1: Mehrschichtige Wärmemanagementfolie, umfassend eine erste wärmeausbreitende Schicht, eine erste Seite einer ersten Integritätsschicht, die auf einer Seite der ersten wärmeausbreitenden Schicht angeordnet ist, eine erste Seite einer ersten Klebstoffschicht, die auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Integritätsschicht angeordnet ist, eine zweite Integritätsschicht und eine zweite wärmeausbreitende Schicht, wobei eine erste Seite der zweiten Integritätsschicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Klebstoffschicht angeordnet ist und die zweite wärmeausbreitende Schicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten Integritätsschicht angeordnet ist, wobei die erste Klebstoffschicht ein einschichtiger oder mehrschichtiger Klebstoff ist; oder eine erste Seite der zweiten wärmeverteilenden Schicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Klebstoffschicht angeordnet ist, eine erste Seite der zweiten Integritätsschicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten wärmeverteilenden Schicht angeordnet ist und eine zweite Klebstoffschicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten Integritätsschicht angeordnet ist.
  • Aspekt 2: Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie nach Aspekt 1, wobei die erste und die zweite wärmeverteilende Schicht jeweils unabhängig voneinander eine Dicke von 12,7 bis 508 Mikrometer, vorzugsweise 25,4 bis 127 Mikrometer, aufweisen und jeweils unabhängig voneinander Kupfer, Aluminium, Silber, eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung, eine Silberlegierung, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Berylliumoxid, Kohlenstofffasern, Kohlenstoff-Nanoröhren, Graphen, Graphit oder eine Kombination davon umfassen.
  • Aspekt 3: Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei die erste und die zweite Integritätsschicht jeweils unabhängig voneinander eine Dicke von 25,4 bis 508 µm, vorzugsweise von 25,4 bis 127 µm, aufweisen, wobei die erste und die zweite Integritätsschicht jeweils unabhängig voneinander eine gewebte oder nichtgewebte Matte umfassen, die ein hoch wärmebeständiges Polymer oder Glas enthält.
  • Aspekt 4: Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die Klebstoffschicht(en) einen Polyesterklebstoff, einen Polyvinylfluoridklebstoff, einen Acryl- oder Methacrylatklebstoff, einen Silikonklebstoff oder eine Kombination davon umfasst (umfassen).
  • Aspekt 5: Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie nach einem der vorstehenden Aspekte, bei der die Klebeschicht(en) außerdem einen Füllstoff wie Aerogel-Füllstoffe, Glasmikrokugeln, gasgefüllte hohle Polymermikrokugeln, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Glimmer, Talk, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Graphit oder eine Kombination davon enthalten.
  • Aspekt 6: Die mehrschichtige feuerbeständige Verbundwerkstoff nach einem der vorangehenden Aspekte, der zwei bis zehn Folienschichten, vorzugsweise drei bis zehn Folienschichten, und zwei bis zehn Integritätsschichten, vorzugsweise drei bis zehn Integritätsschichten, umfasst.
  • Aspekt 7: Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei mindestens ein Teil der freiliegenden Außenkanten der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie eine Zusammensetzung umfasst, die Wärme vom Körper des Verbundstoffs ableitet, wie etwa eine Keramik, ein Wachs mit hoher Wärmekapazität, ein Phasenwechselmaterial oder eine Kombination davon.
  • Aspekt 8: Baugruppe für eine Batterie, die mindestens zwei elektrochemische Zellen und die mehrschichtige Wärmemanagementfolie nach einem der vorangehenden Aspekte umfasst.
  • Aspekt 9: Die Baugruppe für eine Batterie nach Aspekt 8, wobei sich die mehrschichtige Wärmemanagementfolie zwischen den mindestens zwei elektrochemischen Zellen befindet.
  • Aspekt 10: Baugruppe für eine Batterie mit mindestens zwei elektrochemischen Zellen und einer mehrschichtigen Wärmemanagementfolie, wobei die mehrschichtige Wärmemanagementfolie eine erste wärmeverteilende Schicht, eine erste Seite einer ersten Integritätsschicht, die auf einer Seite der ersten wärmeverteilenden Schicht angeordnet ist, und eine Klebstoffschicht, die auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Integritätsschicht angeordnet ist, umfasst.
  • Aspekt 11: Die Baugruppe für eine Batterie nach Aspekt 10, wobei die erste wärmeverteilende Schicht eine Dicke von 12,7 bis 508 Mikrometer, vorzugsweise 25,4 bis 127 Mikrometer, aufweist und Kupfer, Aluminium, Silber, eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung, eine Silberlegierung, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Berylliumoxid, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen, Graphit oder eine Kombination davon umfasst.
  • Aspekt 12: Die Baugruppe für eine Batterie nach Aspekt 10 oder 11, wobei die Integritätsschicht eine Dicke von 25,4 bis 508 µm, vorzugsweise 25,4 bis 127 µm, aufweist, wobei die Integritätsschicht vorzugsweise eine gewebte oder nicht gewebte Matte umfasst, die ein hoch wärmebeständiges Polymer oder Glas enthält.
  • Aspekt 13: Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Aspekte 10 - 12, wobei die Klebstoffschicht einen Polyesterklebstoff, einen Polyvinylfluoridklebstoff, einen Acryl- oder Methacrylatklebstoff, einen Silikonklebstoff oder eine Kombination davon umfasst.
  • Aspekt 14: Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Aspekte 10 - 13, wobei mindestens ein Teil der freiliegenden Außenkanten der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie eine Zusammensetzung umfasst, die Wärme vom Körper des Verbundstoffs ableitet, wie etwa eine Keramik, ein Wachs mit hoher Wärmekapazität, ein Phasenwechselmaterial oder eine Kombination davon.
  • Aspekt 15: Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Aspekte 10 - 14, wobei sich die mehrschichtige Wärmemanagementfolie zwischen den mindestens zwei elektrochemischen Zellen befindet.
  • Aspekt 16: Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Aspekte 10 - 15, die zwei bis zehn der mehrschichtigen Wärmemanagementfolien umfasst.
  • Aspekt 17: Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Aspekte 10 - 16, wobei die elektrochemischen Zellen Lithium-Ionen-Zellen sind.
  • Aspekt 18: Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Aspekte 10 - 17, wobei die elektrochemischen Zellen prismatische Zellen, Pouch-Zellen oder zylindrische Zellen sind.
  • Aspekt 19: Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Aspekte 10 - 18, wobei die elektrochemische Zelle eine Pouch-Zelle ist und die mehrschichtige Wärmemanagementfolie auf der Innenseite, der Außenseite oder beidem des flexiblen Gehäuses der Pouch-Zelle angeordnet und/oder daran angeklebt ist.
  • Aspekt 20: Eine Batterie, die die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Aspekte 8-19 umfasst.
  • Aspekt 21: Die Batterie nach Aspekt 20 umfasst ferner ein Gehäuse, das die Batterieanordnung zumindest teilweise umschließt.
  • Die hier beschriebenen Zusammensetzungen, Verfahren und Gegenstände können alternativ alle geeigneten Materialien, Schritte oder Komponenten, die hier offengelegt sind, umfassen, aus ihnen bestehen oder im Wesentlichen aus ihnen bestehen. Die Zusammensetzungen, Verfahren und Gegenstände können zusätzlich oder alternativ so formuliert werden, dass sie frei oder im Wesentlichen frei von jeglichen Materialien (oder Spezies), Schritten oder Komponenten sind, die ansonsten zur Erreichung der Funktion oder der Ziele der Zusammensetzungen, Verfahren und Gegenstände nicht erforderlich sind.
  • Die Begriffe „ein“ und „eine“ bedeuten keine Mengenbegrenzung, sondern bezeichnen das Vorhandensein von mindestens einem der genannten Elemente. Der Begriff „oder“ bedeutet „und/oder“, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Wenn in der Beschreibung von „einem Aspekt“, „einem anderen Aspekt“ usw. die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Element (z. B. ein Merkmal, eine Struktur, ein Schritt oder eine Eigenschaft), das im Zusammenhang mit dem Aspekt beschrieben wird, in mindestens einem hierin beschriebenen Aspekt enthalten ist und in anderen Aspekten vorhanden sein kann oder nicht. Darüber hinaus ist zu verstehen, dass die beschriebenen Elemente in den verschiedenen Aspekten in jeder geeigneten Weise kombiniert werden können.
  • Wenn ein Element wie eine Schicht, eine Folie (einschließlich der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie), ein Bereich oder ein Substrat als „auf“ einem anderen Element bezeichnet wird, befindet es sich neben dem anderen Element und kann direkt auf dem anderen Element liegen oder es können auch Zwischenelemente vorhanden sein. Wird ein Element dagegen als „direkt auf“ einem anderen Element bezeichnet, so sind keine Zwischenelemente vorhanden. Wenn ein Element wie eine Schicht, eine Folie (einschließlich der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie), ein Bereich oder ein Substrat als „auf“ oder „direkt auf“ einem anderen Element bezeichnet wird, kann das gesamte Element oder ein Teil davon an das gesamte oder einen Teil des anderen Elements angrenzen.
  • Sofern hier nicht anders angegeben, sind alle Prüfnormen die neueste Norm, die am Anmeldetag dieser Anmeldung in Kraft ist, oder, wenn eine Priorität beansprucht wird, der Anmeldetag der frühesten Prioritätsanmeldung, in der die Prüfnorm erscheint.
  • Die Endpunkte aller Bereiche, die sich auf dieselbe Komponente oder Eigenschaft beziehen, schließen die Endpunkte ein, sind unabhängig voneinander kombinierbar und schließen alle Zwischenpunkte und Bereiche ein. Die Begriffe „erste“, „zweite“ und ähnliche, „primäre“, „sekundäre“ und ähnliche, wie sie hier verwendet werden, bezeichnen keine Reihenfolge, Menge oder Bedeutung, sondern dienen dazu, ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Der Begriff „Kombination davon“ oder „mindestens eines davon“ bedeutet, dass die Liste sowohl jedes Element einzeln als auch Kombinationen von zwei oder mehr Elementen der Liste sowie Kombinationen von mindestens einem Element der Liste mit ähnlichen, nicht genannten Elementen umfasst. Der Begriff „Kombination“ umfasst auch Verschnitte, Mischungen, Legierungen, Reaktionsprodukte und dergleichen.
  • Sofern nicht anders definiert, haben die hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, allgemein verstanden wird.
  • Alle zitierten Patente, Patentanmeldungen und sonstigen Verweise sind durch Bezugnahme in vollem Umfang in die vorliegende Anmeldung aufgenommen. Wenn jedoch ein Begriff in der vorliegenden Anmeldung einem Begriff in der einbezogenen Referenz widerspricht oder kollidiert, hat der Begriff aus der vorliegenden Anmeldung Vorrang vor dem kollidierenden Begriff aus der einbezogenen Referenz.
  • In den Zeichnungen sind die Breiten und Dicken der Schichten und Bereiche aus Gründen der Klarheit der Beschreibung und der Einfachheit der Erklärung übertrieben dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
  • Beispielhafte Ausführungsformen werden hier unter Bezugnahme auf Querschnittsabbildungen beschrieben, die schematische Darstellungen idealisierter Ausführungsformen sind. Daher sind Abweichungen von den Formen der Abbildungen zu erwarten, die sich beispielsweise aus Fertigungstechniken und/oder Toleranzen ergeben. Daher sind die hier beschriebenen Ausführungsformen nicht so zu verstehen, dass sie auf die besonderen Formen der hier dargestellten Bereiche beschränkt sind, sondern auch Abweichungen in der Form, die sich z. B. aus der Herstellung ergeben. So kann beispielsweise ein Bereich, der als flach dargestellt oder beschrieben wird, typischerweise raue und/oder nichtlineare Merkmale aufweisen. Außerdem können die dargestellten scharfen Winkel abgerundet sein. Die in den Figuren dargestellten Bereiche sind daher schematischer Natur, und ihre Formen sind nicht dazu gedacht, die genaue Form eines Bereichs zu veranschaulichen, und sollen den Umfang der vorliegenden Ansprüche nicht einschränken.
  • Auch wenn bestimmte Aspekte beschrieben wurden, können sich den Anmeldern oder anderen Fachleuten Alternativen, Modifikationen, Variationen, Verbesserungen und wesentliche Äquivalente bieten, die derzeit nicht vorhersehbar sind oder sein können. Dementsprechend sollen die beigefügten Ansprüche in der eingereichten und gegebenenfalls geänderten Fassung alle derartigen Alternativen, Modifikationen, Variationen, Verbesserungen und wesentlichen Äquivalente umfassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • WO 2020227201 [0034]
    • WO 2020251825 [0035]

Claims (20)

  1. Mehrschichtige Wärmemanagementfolie, umfassend eine erste wärmeverteilende Schicht, eine erste Seite einer ersten Integritätsschicht, die auf einer Seite der ersten wärmeverteilenden Schicht angeordnet ist, eine erste Seite einer ersten Klebstoffschicht, die auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Integritätsschicht angeordnet ist, eine zweite Integritätsschicht, und eine zweite wärmeverteilende Schicht, wobei eine erste Seite der zweiten Integritätsschicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der Klebeschicht angeordnet ist, und die zweite wärmeausbreitende Schicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten Integritätsschicht angeordnet ist, wobei die erste Klebstoffschicht ein Einschicht- oder Mehrschichtklebstoff ist; oder eine erste Seite der zweiten wärmeausbreitenden Schicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Klebeschicht angeordnet ist, eine erste Seite der zweiten Integritätsschicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten wärmeausbreitenden Schicht angeordnet ist, und eine zweite Klebstoffschicht auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten Integritätsschicht angeordnet ist.
  2. Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite wärmeverteilende Schicht jeweils unabhängig voneinander eine Dicke von 12,7 bis 508 Mikrometer, vorzugsweise 25,4 bis 127 Mikrometer, aufweisen und jeweils unabhängig voneinander Kupfer, Aluminium, Silber, eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung, eine Silberlegierung, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumcarbid, Berylliumoxid, Kohlenstofffasern, Kohlenstoff-Nanoröhren, Graphen, Graphit oder eine Kombination davon umfassen.
  3. Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Integritätsschicht jeweils unabhängig voneinander eine Dicke von 25,4 bis 508 µm, vorzugsweise 25,4 bis 127 µm, aufweisen, wobei die erste und die zweite Integritätsschicht jeweils unabhängig voneinander eine gewebte oder nichtgewebte Matte umfassen, die ein hoch wärmebeständiges Polymer oder Glas enthält.
  4. Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Klebstoffschicht(en) einen Polyesterklebstoff, einen Polyvinylfluoridklebstoff, einen Acryl- oder Methacrylatklebstoff, einen Silikonklebstoff oder eine Kombination davon umfasst (umfassen).
  5. Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Klebstoffschicht(en) ferner einen Füllstoff, wie Aerogel-Füllstoffe, Glasmikrokugeln, gasgefüllte hohle Polymermikrokugeln, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Glimmer, Talk, Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphit oder eine Kombination davon, umfasst.
  6. Die mehrschichtige Wärmemanagementfolie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil der freiliegenden Außenkanten der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie eine Zusammensetzung umfasst, die Wärme vom Körper des Verbundstoffs abzieht, wie beispielsweise eine Keramik, ein Wachs mit hoher Wärmekapazität, ein Phasenwechselmaterial oder eine Kombination davon.
  7. Eine Baugruppe für eine Batterie mit mindestens zwei elektrochemische Zellen, und die mehrschichtige Wärmemanagementfolie nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  8. Die Baugruppe für eine Batterie nach Anspruch 7, wobei sich die mehrschichtige Wärmemanagementfolie zwischen den mindestens zwei elektrochemischen Zellen befindet.
  9. Die Baugruppe für eine Batterie mit mindestens zwei elektrochemischen Zellen; und eine mehrschichtige Wärmemanagementfolie, wobei die mehrschichtige Wärmemanagementfolie Folgendes umfasst eine erste wärmeverteilende Schicht, eine erste Seite einer ersten Integritätsschicht, die auf einer Seite der ersten wärmeverteilenden Schicht angeordnet ist, und eine Klebstoffschicht, die auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Integritätsschicht angeordnet ist.
  10. Die Baugruppe für eine Batterie nach Anspruch 9, wobei die erste wärmeverteilende Schicht eine Dicke von 12,7 bis 508 Mikrometer, vorzugsweise 25,4 bis 127 Mikrometer, aufweist und Kupfer, Aluminium, Silber, eine Kupferlegierung, eine Aluminiumlegierung, eine Silberlegierung, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Berylliumoxid, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen, Graphit oder eine Kombination davon umfasst.
  11. Die Baugruppe für eine Batterie nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Integritätsschicht eine Dicke von 25,4 bis 508 µm, vorzugsweise 25,4 bis 127 µm, aufweist, wobei die Integritätsschicht vorzugsweise eine gewebte oder nichtgewebte Matte umfasst, die ein hoch wärmebeständiges Polymer oder Glas enthält.
  12. Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Ansprüche 9-11, wobei die Klebstoffschicht einen Polyesterklebstoff, einen Polyvinylfluoridklebstoff, einen Acryl- oder Methacrylklebstoff, einen Silikonklebstoff oder eine Kombination davon umfasst.
  13. Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Ansprüche 9-12, wobei mindestens ein Teil der freiliegenden Außenkanten der mehrschichtigen Wärmemanagementfolie eine Zusammensetzung umfasst, die Wärme vom Körper des Verbundstoffs ableitet, wie etwa eine Keramik, ein Wachs mit hoher Wärmekapazität, ein Phasenwechselmaterial oder eine Kombination davon.
  14. Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Ansprüche 9-13, wobei sich die mehrschichtige Wärmemanagementfolie zwischen den mindestens zwei elektrochemischen Zellen befindet.
  15. Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Ansprüche 9-14, die zwei bis 10 der mehrschichtigen Wärmemanagementfolien umfasst.
  16. Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Ansprüche 9-15, wobei die elektrochemischen Zellen Lithium-Ionen-Zellen sind.
  17. Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Ansprüche 9-16, wobei die elektrochemischen Zellen prismatische Zellen, Pouch-Zellen oder zylindrische Zellen -sind.
  18. Die Baugruppe für eine Batterie nach einem der Ansprüche 9-17, wobei die elektrochemische Zelle eine Pouch-Zelle ist und die mehrschichtige Wärmemanagementfolie auf der Innenseite, der Außenseite oder beidem des flexiblen Gehäuses der Pouch-Zelle angeordnet und/oder daran angeklebt ist.
  19. Eine Batterie mit der Baugruppe für eine Batterie nach einem der Ansprüche 7-18.
  20. Die Batterie nach Anspruch 19, die außerdem Folgendes umfasst ein Gehäuse, das die Baugruppe für eine Batterie zumindest teilweise umschließt.
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