DE202023101421U1

DE202023101421U1 - Materialien und Systeme zur Folienverkapselung von Aerogelen und Aerogel-Verbundstoffen

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Publication number: DE202023101421U1
Application number: DE202023101421.6U
Authority: DE
Original assignee: Aspen Aerogels Inc
Current assignee: Aspen Aerogels Inc
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2023-01-27
Publication date: 2023-08-30
Anticipated expiration: 2033-01-28
Also published as: EP4334124A1; KR20240059656A; TW202346083A; WO2023144777A1

Abstract

Isolierbarriere (100) zur Verwendung in einem elektrischen Energiespeichersystem, wobei die Isolierbarriere (100) umfasst:
mindestens eine Isolierschicht (110); und
eine Verkapselungsschicht (120), die die Isolierschicht (110) mindestens teilweise umgibt, wobei die Verkapselungsschicht (120) einen Laminatfilm umfasst und vorzugsweise dazu ausgelegt ist, die Isolierschicht (110) vor chemischen, mechanischen Beschädigungen und/oder Hitzeschäden zu schützen.

Description

GEBIET DER TECHNOLOGIE
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Materialien und Systeme zum Verkapseln von Materialien. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Materialien und Systeme zur Verkapselung von Thermobarrieren, die zwischen Akkuzellen oder Akkumodulen in Energiespeichersystemen verwendet werden. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich ferner auf die Verkapselung von Aerogel-Thermobarrieren. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich ferner auf ein Akkumodul oder Akkupack mit einer oder mehreren Akkuzellen, welche die verkapselten thermischen Barrierematerialien einschließen, sowie auf Systeme, die diese Akkumodule oder Akkupacks einschließen.
HINTERGRUND
Wiederaufladbare Batterien wie Lithium-Ionen-Batterien haben eine breite Anwendung in leistungsgetriebenen und Energiespeicherungssystemen gefunden. Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) sind in tragbaren elektronischen Vorrichtungen mit Leistungsantrieb wie Mobiltelefonen, Tablets, Laptops, Elektrowerkzeugen und anderen Hochstromvorrichtungen wie Elektrofahrzeugen aufgrund ihrer hohen Betriebsspannung, niedrigen Speichereffekten und hohen Energiedichte im Vergleich zu herkömmlichen Batterien weit verbreitet. Die Sicherheit ist jedoch ein Problem, da LIBs für katastrophale Fehler bei „unsachgemäßen Bedingungen“ anfällig sind, wie etwa, wenn ein wiederaufladbarer Akku übergeladen wird (über die ausgewiesene Spannung hinaus geladen wird), überentladen oder bei hoher Temperatur und hohem Druck betrieben wird. Infolgedessen sind enge Betriebstemperaturbereiche und Lade-/Entladeraten Einschränkungen bei der Verwendung von LIBs, da LIBs durch ein schnelles Selbsterwärmungs- oder thermisches Durchgehereignis versagen können, wenn sie Bedingungen außerhalb ihres Designfensters ausgesetzt werden. Thermisches Durchgehen kann auftreten, wenn die interne Reaktionsrate soweit zunimmt, dass mehr Wärme erzeugt wird als abgeführt werden kann, was zu einer weiteren Erhöhung sowohl der Reaktionsrate als auch der Wärmeerzeugung führt. Während eines thermischen Durchgehens lösen hohe Temperaturen eine Kette exothermer Reaktionen in einer Batterie aus, wodurch die Temperatur der Batterie schnell ansteigt. In vielen Fällen erwärmt die erzeugte Wärme beim thermischen Durchgehen in einer Batteriezelle schnell die Zellen in unmittelbarer Nähe der Zelle, die das thermische Durchgehen durchmacht. Jede Zelle, die einer Reaktion des thermischen Durchgehens hinzugefügt wird, enthält zusätzliche Energie, um die Reaktionen fortzusetzen, was thermisches Durchgehen innerhalb des Akkupacks bewirkt und ggf. zu einer Katastrophe mit Feuer oder Explosion führt. Eine schnelle Wärmeabgabe und eine wirksame Blockierung von Wärmeübertragungswegen können wirksame Gegenmaßnahmen sein, um die Gefahr zu verringern, die durch das thermische Durchgehen verursacht wird.
Basierend auf dem Verständnis der Mechanismen, die zu einem thermischen Durchgehen der Batterie führen, werden derzeit viele Ansätze untersucht, mit dem Ziel, Sicherheitsgefahren durch das rationale Design von Batteriekomponenten zu reduzieren. Um zu verhindern, dass solche kaskadierenden thermischen Durchgehereignisse stattfinden, sind LIBs üblicherweise so ausgelegt, dass sie entweder die ausreichend niedrige Energie halten oder genügend Isoliermaterial zwischen Zellen innerhalb des Batteriemoduls oder -packs verwenden, um sie von thermischen Ereignissen zu isolieren, die in einer benachbarten Zelle oder einer Kombination davon auftreten können. Ersteres schränkt die Energiemenge stark ein, die möglicherweise in einer solchen Vorrichtung gespeichert werden könnte. Letzteres begrenzt, wie nahe Zellen platziert werden können und begrenzt dadurch die effektive Energiedichte.
Derzeit gibt es eine Reihe unterschiedlicher Methoden, die eingesetzt werden, um die Energiedichte zu maximieren und gleichzeitig vor kaskadierendem thermischem Durchgehen zu schützen. Ein Ansatz besteht darin, eine ausreichende Menge an Isolierung zwischen Zellen oder Zellclustern zu integrieren. Man geht im Allgemeinen davon aus, dass dieser Ansatz aus dem Blickwinkel der Sicherheit erwünscht ist; bei diesem Ansatz geben jedoch die Fähigkeit des Isoliermaterials, die Wärme zu begrenzen, kombiniert mit dem Volumen der erforderlichen Isolierung die Obergrenzen der Energiedichte vor, die erreicht werden können.
Ein weiterer Ansatz ist die Verwendung von Phasenwechselmaterialien. Diese Materialien machen bei Erreichen einer bestimmten erhöhten Temperatur einen endothermen Phasenwechsel durch. Der endotherme Phasenwechsel absorbiert einen Anteil der erzeugten Wärme und kühlt dadurch den lokalisierten Bereich. Typischerweise beruhen diese Phasenwechselmaterialien für elektrische Speichervorrichtungen auf Kohlenwasserstoffmaterialien wie zum Beispiel Wachse und Fettsäuren. Diese Systeme sind bei Kühlung wirksam, sind aber selbst brennbar und daher nicht vorteilhaft, um ein thermisches Durchgehen nach Zündung innerhalb der Speichervorrichtung zu verhindern.
Die Einbeziehung von intumeszierenden Materialien ist eine weitere Strategie, um ein kaskadierendes thermisches Durchgehen zu verhindern. Diese Materialien dehnen sich über einer festgelegten Temperatur aus und produzieren eine Veraschung, die mit einem leichten Gewicht konstruiert ist und bei Bedarf thermische Isolierung bereitstellt. Diese Materialien können wirksam sein, um Isoliervorteile bereitzustellen, aber die Expansion des Materials muss bei der Konstruktion der Speichervorrichtung berücksichtigt werden.
Auch Aerogel-Materialien werden als Wärmedämmmaterialien verwendet. Aerogel-Thermobarrieren bieten zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Thermobarrierematerialien. Einige dieser Vorteile schließen eine günstige Beständigkeit gegen Wärmeausbreitung und Feuerausbreitung ein, während Dicke und Gewicht der verwendeten Materialien minimiert werden. Aerogel-Thermobarrieren besitzen auch günstige Eigenschaften für Kompressibilität, Kompressionselastizität und elastische Nachgiebigkeit. Einige Thermobarrieren auf Aerogel-Basis können aufgrund ihres leichten Gewichts und ihrer geringen Steifigkeit schwierig zwischen Akkuzellen, insbesondere in einer Massenproduktionsumgebung, installiert werden. Darüber hinaus neigen Aerogel-Thermobarrieren dazu, Feststoffteilchen (Staub) zu erzeugen, die sich nachteilig auf die elektrischen Lagerungssysteme auswirken können, was Herstellungsprobleme erzeugen kann.
Bei vielen verfügbaren unterschiedlichen Materialien, die jeweils viele unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, sowohl günstig als auch anderweitig, wäre es vorteilhaft, ein Thermobarrierematerial zu verkapseln, um sowohl den Akkuzellen als auch der Thermobarriere zusätzlichen Schutz bereitzustellen, während gleichzeitig der Herstellungsprozess vereinfacht wird.
KURZDARSTELLUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, mindestens einen Nachteil früherer Verfahren und Materialien, die vorstehend erwähnt wurden, zu vermeiden oder abzuschwächen. Die hierin bereitgestellten Trägerelemente sind dazu ausgelegt, die Verkapselung und Handhabung von Thermobarrieren, die in Akkumodulen oder Akkupacks verwendet werden, zu verbessern.
In einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Isolierbarriere zur Verwendung in einem elektrischen Energiespeicherungssystem: mindestens eine Isolierschicht, und eine Verkapselungsschicht, die die Isolierschicht mindestens teilweise umgibt. Die Verkapselungsschicht umfasst einen Laminatfilm, der eine äußere Polymerschicht, eine formbare Schicht, die ein formbares Material umfasst, und eine innere Polymerschicht umfasst. Die innere Polymerschicht steht mit der Isolierschicht in Kontakt und die formbare Schicht ist zwischen der äußeren Polymerschicht und der inneren Polymerschicht angeordnet
Die äußere Polymerschicht umfasst ein Polymer, das gegen dielektrische Wärmeübertragungsfluide in dem elektrischen Energiespeichersystem beständig ist. Zum Beispiel umfasst die äußere Polymerschicht ein Polymer, das gegen ein Wärmeübertragungsfluid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenwasserstofffluiden, Esterfluiden, Siliconfluiden, Fluoretherfluiden und Kombinationen davon beständig ist. In einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung ist die äußere Polymerschicht aus einem Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyoxymethylen, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polyamid-Imid, Polyamid, Polycarbonat, Polyester, Polyetherimid, Polystyrol, Polysulfon, Polyimid und Terephthalat hergestellt.
Die innere Polymerschicht umfasst ein Polymer, das mit sich selbst heißverschweißt werden kann. Zum Beispiel umfasst die innere Polymerschicht ein Polyolefinpolymer. In einigen Gesichtspunkten besteht das innere Polymer aus einem Polymer, das sich von dem Polymer in der äußeren Polymerschicht unterscheidet.
Die formbare Schicht umfasst in einigen Gesichtspunkten eine Metallfolie. In einigen Gesichtspunkten umfasst die formbare Schicht ein formbares Polymer.
In einem Gesichtspunkt der Offenbarung umfasst die Verkapselungsschicht ferner einen Klebstoff, der zwischen der äußeren Polymerschicht und der formbaren Schicht und/oder der inneren Polymerschicht und der formbaren Schicht angeordnet ist.
In einem Gesichtspunkt der Offenbarung weist die äußere Polymerschicht eine Dicke von etwa 10 µm bis etwa 100 µm auf. In einem Gesichtspunkt der Offenbarung weist die formbare Schicht eine Dicke von etwa 10 µm bis etwa 100 µm auf. In einem Gesichtspunkt der Offenbarung weist die innere Polymerschicht eine Dicke von etwa 10 µm bis etwa 100 µm auf. In einem Gesichtspunkt der Offenbarung weist die Verkapselungsschicht eine Gesamtdicke von zwischen etwa 30 µm bis etwa 300 µm auf.
In einem Gesichtspunkt der Offenbarung weist die Isolierschicht eine thermische Leitfähigkeit durch eine Dickenabmessung der Isolierschicht von weniger als etwa 50 mW/m-K bei 25 °C und weniger als etwa 60 mW/m-K bei 600 °C auf. In einem Gesichtspunkt der Offenbarung umfasst die Isolierschicht ein Aerogel.
In einem Gesichtspunkt der Offenbarung umgibt die Verkapselungsschicht die Isolierschicht vollständig. Die Verkapselungsschicht besteht in einem Gesichtspunkt der Offenbarung aus zwei Laminatfilmen, die miteinander heißverschweißt sind. In einem Gesichtspunkt der Offenbarung umgibt die Verkapselungsschicht die Isolierschicht. Die Verkapselungsschicht wird dann mit sich selbst heißverschweißt, um eine Umhüllung zu bilden, die die Isolierschicht zumindest teilweise umgibt.
In einem Gesichtspunkt der Offenbarung, ein Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht zur Verwendung zwischen Batteriezellen in einem elektrischen Energiespeichersystem, wobei das Verfahren umfasst: Umgeben mindestens eines Abschnitts der Isolierschicht mit einem Laminatfilm, der eine äußere Polymerschicht, eine formbare Schicht, die ein formbares Material umfasst, und eine innere Polymerschicht umfasst, wobei die innere Polymerschicht in Kontakt mit der Isolierschicht steht und wobei die formbare Schicht zwischen der äußeren Polymerschicht und der inneren Polymerschicht angeordnet ist; und Heißverschweißen des Laminatfilms, um eine Verkapselungsschicht zu bilden, wobei die Verkapselungsschicht die Isolierschicht zumindest teilweise umgibt.
In einem Gesichtspunkt der Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht: Abdecken mindestens eines Abschnitts der Isolierschicht mit einem ersten Laminatfilm; Abdecken mindestens eines Abschnitts der Isolierschicht mit einem zweiten Laminatfilm; und Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit dem zweiten Laminatfilm, um die Verkapselungsschicht zu bilden.
In einem Gesichtspunkt der Offenbarung wird in einem Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht eine erste Vertiefung in dem ersten Laminatfilm ausgebildet, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist; eine zweite Vertiefung wird in dem zweiten Laminatfilm ausgebildet, wobei die zweite Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist. Das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst: Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des ersten Laminatfilms; Platzieren des zweiten Laminatfilms auf dem ersten Laminatfilm, wobei die zweite Vertiefung im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung ausgerichtet ist; und Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Laminatfilms.
In einem Gesichtspunkt der Offenbarung wird in einem Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht eine erste Vertiefung in dem ersten Laminatfilm ausgebildet, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist. Eine zweite Vertiefung wird in dem zweiten Laminatfilm ausgebildet, wobei die zweite Vertiefung in Form und Größe komplementär zur ersten Vertiefung ist. Das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst: Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des ersten Laminatfilms; Platzieren des zweiten Laminatfilms auf dem ersten Laminatfilm, wobei die zweite Vertiefung im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung ausgerichtet ist, sodass ein Abschnitt der zweiten Vertiefung innerhalb der ersten Vertiefung angeordnet ist; und Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Laminatfilms.
In einem Gesichtspunkt der Offenbarung wird in einem Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht eine erste Vertiefung in dem ersten Laminatfilm ausgebildet, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist. Eine zweite Vertiefung wird in dem zweiten Laminatfilm ausgebildet, wobei die zweite Vertiefung in Form und Größe komplementär zur ersten Vertiefung ist. Das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst: Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des ersten Laminatfilms; Platzieren des zweiten Laminatfilms auf dem ersten Laminatfilm, wobei die zweite Vertiefung im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung ausgerichtet ist, sodass ein Abschnitt der zweiten Vertiefung innerhalb der ersten Vertiefung angeordnet ist; und Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Laminatfilms.
In einem Gesichtspunkt der Offenbarung wird in einem Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht eine erste Vertiefung in dem ersten Laminatfilm ausgebildet, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist. Eine zweite Vertiefung wird in dem Laminatfilm ausgebildet, wobei die zweite Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist. Das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst an dieser Stelle: Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des Laminatfilms; Falten des Laminatfilms derart, dass die zweite Vertiefung des Laminatfilms im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung ausgerichtet ist; und Heißverschweißen eines Abschnitts des Laminatfilms mit sich selbst.
In einem Gesichtspunkt der Offenbarung werden erweiterte heißverschweißte Abschnitte des Laminatfilms gegen eine oder mehrere Seiten der Isolierschicht gefaltet.
In einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Akkumodul eine Vielzahl von Akkuzellen und eine oder mehrere Isolierbarrieren, wie hierin beschrieben, die zwischen benachbarten Akkuzellen angeordnet sind.
In einem anderen Gesichtspunkt sind hierin eine Vorrichtung oder ein Fahrzeug bereitgestellt, die bzw. das das Batteriemodul oder den Batteriepack gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte einschließt. In einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung ein Laptop-Computer, ein PDA, ein Mobiltelefon, ein Tag-Scanner, eine Audiovorrichtung, eine Videovorrichtung, ein Anzeigefeld, eine Videokamera, eine Digitalkamera, Desktop-Computer, militärische tragbare Computer, militärische Telefone, Laserentfernungsmesser, digitale Kommunikationsvorrichtung, Intelligenz-Erfassungssensor, elektronisch integrierte Kleidung, Nachtsichtausrüstung, Elektrowerkzeug, Rechner, Radio, ferngesteuerte Vorrichtung, GPS-Vorrichtung, Handheld- und tragbares Fernsehen, Autostarter, Taschenlampen, akustische Vorrichtungen, tragbare Heizvorrichtung, tragbarer Staubsauger oder ein tragbares medizinisches Werkzeug. In einigen Ausführungsformen ist das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug.
Die hierin beschriebene Isolierbarriere kann einen oder mehrere Vorteile gegenüber bestehenden Abschwächungsstrategien des thermischen Durchgehens bereitstellen. Die hierin beschriebene Isolierbarriere kann die Ausbreitung durch thermisches Durchgehen durch Zellen minimieren oder beseitigen, ohne die Energiedichte des Akkumoduls oder -packs oder die Montagekosten signifikant zu beeinflussen. Die Isolierbarriere der vorliegenden Offenbarung kann günstige Eigenschaften für Kompressibilität, Kompressionselastizität und elastische Nachgiebigkeit zur Aufnahme der Quellung der Zellen bereitstellen, was während der Lebensdauer der Zelle anhält, während sie gute thermische Eigenschaften unter normalen Betriebsbedingungen sowie unter Bedingungen thermischen Durchgehens besitzt. Die hierin beschriebenen Isolierbarrieren sind langlebig und leicht zu handhaben, weisen einen günstigen Widerstand gegen die Wärmeausbreitung und die Feuerausbreitung auf, während die Dicke und das Gewicht der verwendeten Materialien minimiert werden und auch gute Eigenschaften für Kompressibilität, Kompressionselastizität und elastische Nachgiebigkeit erzielt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachdem somit die Offenbarung allgemein beschrieben wurde, wird nun auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind, und wobei:

1A eine Querschnittsansicht einer Isolierschicht ist, die durch einen Laminatfilm eingekapselt ist;
1B eine Seitenansicht eines Laminatfilms ist;
1C eine Seitenansicht eines Laminatfilms mit zwei äußeren Polymerschichten ist;
2A ist eine schematische Darstellung des Prozesses zum Ausbilden einer Verkapselungsschicht um eine Isolierschicht unter Verwendung von zwei Lagen eines Laminatfilms.
2B zeigt eine schematische Darstellung einer Isolierschicht, die von einer Verkapselungsschicht eingekapselt ist, welche durch den in 2A dargestellten Prozess gebildet wurde.
2C zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen Prozesses zum Ausbilden einer Verkapselungsschicht um eine Isolierschicht unter Verwendung einer einzelnen Lage aus Laminatfilm.
3A zeigt eine schematische Darstellung des Prozesses zum Ausbilden einer Verkapselungsschicht um eine Isolierschicht unter Verwendung von zwei Lagen eines Laminatfilms, wobei beide Lagen Vertiefungen aufweisen, um die Isolierschicht aufzunehmen.
3B zeigt eine schematische Darstellung einer Isolierschicht, die von einer Verkapselungsschicht eingekapselt ist, welche durch den in 3A dargestellten Prozess gebildet wurde.
3C zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen Prozesses zum Ausbilden einer Verkapselungsschicht um eine Isolierschicht unter Verwendung einer einzelnen Lage aus Laminatfilm mit zwei Vertiefungen.
4A zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen Prozesses zum Ausbilden einer Verkapselungsschicht um eine Isolierschicht unter Verwendung von zwei Lagen eines vertieften Laminatfilms.
4B zeigt eine schematische Darstellung einer Isolierschicht, die von einer Verkapselungsschicht eingekapselt ist, welche durch den in 4A dargestellten Prozess gebildet wurde.
4C zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen Prozesses zum Ausbilden einer Verkapselungsschicht um eine Isolierschicht unter Verwendung einer einzelnen Lage aus Laminatfilm mit zwei Vertiefungen.
5A zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen Prozesses zum Ausbilden einer Verkapselungsschicht um eine Isolierschicht unter Verwendung von zwei Lagen aus Laminatfilm, wobei eine Lage vertieft ist, während die andere Lage dies nicht ist.
5B zeigt eine schematische Darstellung einer Isolierschicht, die von einer Verkapselungsschicht eingekapselt ist, welche durch den in 5A dargestellten Prozess gebildet wurde.
5C zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen Prozesses zum Ausbilden einer Verkapselungsschicht um eine Isolierschicht unter Verwendung einer einzelnen Lage aus Laminatfilm mit einer einzelnen Vertiefung in einem Abschnitt dar, wobei sich keine Vertiefungen im anderen Abschnitt befinden;
6A zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Falten der Verkapselungsschicht.
6B zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Falten einer Verkapselung mit Aussparungen an den Ecken.
6C zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Doppelfalten der Verkapselungsschichtkanten.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer Vertiefung, die in einem Laminatfilm ausgebildet ist.
8A stellt ein Flussdiagramm eines Montageprozesses zum Einkapseln einer Isolierbarriere mit einem einzigen Laminatfilm dar.
8B stellt ein Flussdiagramm eines Montageprozesses zum Einkapseln einer Isolierbarriere mit zwei Laminatfilmen dar.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls, das Isolierbarrieren zwischen Batteriezellen aufweist.

Obwohl die Erfindung für verschiedene Modifikationen und alternative Formen anfällig sein kann, sind spezifische Ausführungsformen davon in den Zeichnungen beispielhaft aufgezeigt und werden hierin detailliert beschrieben. Die Zeichnungen sind möglicherweise nicht maßstabsgetreu. Es versteht sich jedoch, dass die Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung dazu nicht darauf abzielen, die Erfindung auf die bestimmte offenbarte Form zu beschränken, sondern dass die Absicht vielmehr ist, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen, wie durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden und innerhalb der auf veranschaulichende Weise spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, anhand derer die Offenbarung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Isolierbarriere und Systeme, die Isolierbarrieren einschließen, um Probleme beim thermischen Durchgehen in Energiespeichersystemen zu verwalten. Beispielhafte Ausführungsformen schließen eine Isolierbarriere ein, umfassend mindestens eine Isolierschicht und eine die Isolierschicht mindestens teilweise umgebende Verkapselungsschicht.
Eine Isolierschicht kann jede Art von Isolierschicht einschließen, die üblicherweise zum Trennen von Akkuzellen oder Akkumodulen verwendet wird. Beispielhafte Isolierschichten schließen Thermobarrieren auf Polymerbasis (z. B. Polypropylen, Polyester, Polyimid und aromatisches Polyamid (Aramid), Phasenwechselmaterialien, intumeszierende Materialien, Aerogel-Materialien, mineralbasierte Barriere (z. B. Glimmer) und anorganische Thermobarrieren (z. B. Glasfaser enthaltende Barrieren) ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Isolierschicht ein Aerogel-Material. Eine Beschreibung einer Aerogel-Isolierschicht ist in der US-Patentanmeldung Nr. 2021/0167438 und der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/218.205 beschrieben, die beide durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind.
Die Isolierschicht kann eine thermische Leitfähigkeit durch eine Dickenabmessung der Isolierschicht etwa 50 mW/mK oder weniger, etwa 40 mW/mK oder weniger, etwa 30 mW/mK oder weniger, etwa 25 mW/mK oder weniger, etwa 20 mW/mK oder weniger, etwa 18 mW/mK oder weniger, etwa 16 mW/mK oder weniger, etwa 14 mW/mK oder weniger, etwa 12 mW/mK oder weniger, etwa 10 mW/mK oder weniger, etwa 5 mW/mK oder weniger, oder in einem Bereich zwischen beliebigen zwei dieser Werte bei 25 °C unter einer Belastung von bis zu etwa 5 MPa aufweisen.
Isolierschichten können eine Anzahl unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften aufweisen, die es schwierig machen, die Isolierschichten in ein Akkumodul oder Akkupaket zu integrieren. Zum Beispiel weisen einige Isolierschichten einen sehr niedrigen Biegemodul auf (z. B. weniger als 10 MPa), wodurch die Materialien schwierig zu handhaben und zwischen Batteriezellen zu positionieren sind. Zusätzlich kann ein geringer Biegungsmodul schwierig zu manipulieren sein, insbesondere bei Verwendung eines automatisierten Verkapselungsprozesses. Einige Isolierschichten neigen dazu, Schwebstoffe (Staub) zu erzeugen, die sich nachteilig auf die elektrischen Speichersysteme auswirken können, was zu Problemen in der Herstellung führen kann.
Die vorliegende Offenbarung hilft, diese Probleme zu mildern, indem eine Verkapselungsschicht verwendet wird, die einen Laminatfilm umfasst. Die Verkapselungsschicht umgibt mindestens einen Abschnitt der Isolierschicht. Der Laminatfilm umfasst in einer Ausführungsform eine äußere Polymerschicht, eine formbare Schicht, die ein formbares Material umfasst, und eine innere Polymerschicht. Die innere Polymerschicht steht mit der Isolierschicht in Kontakt. Die formbare Schicht ist zwischen der äußeren Polymerschicht und der inneren Polymerschicht angeordnet. Die innere und die äußere Polymerschicht dienen als Barriere, um eine Beschädigung der Isolierschicht aus der Umgebungsatmosphäre und Fluiden, die in dem Energiespeichersystem vorhanden sind, zu verhindern. Die formbare Schicht bietet der Isolierschicht ebenfalls Schutz, aber die formbare Schicht stellt der Isolierschicht auch zusätzlichen Halt als starre, aber formbare Stütze für die Isolierschicht bereit.
Eine Ausführungsform einer Isolierbarriere, die eine Isolierschicht umfasst, welche durch eine Verkapselungsschicht eingekapselt ist, ist in 1A dargestellt. Die Isolierbarriere 100 schließt eine Isolierschicht 110 ein. Die Isolierschicht 110 ist durch die Verkapselungsschicht 120 umgeben. In einer Ausführungsform ist die Verkapselungsschicht ein Laminatfilm, die eine äußere Polymerschicht 122, eine formbare Schicht 124 und eine innere Polymerschicht 126 umfasst. Eine vergrößerte Seitenansicht des Laminatfilms ist in 1B gezeigt. Bei der Verwendung zur Verkapselung der Isolierschicht steht die innere Polymerschicht 126 in Kontakt mit der Isolierschicht 110. Die formbare Schicht 124 ist zwischen der äußeren Polymerschicht 122 und der inneren Polymerschicht 126 angeordnet.
In einigen elektrischen Energiespeichersystemen ist ein Fluidübertragungssystem mit dem elektrischen Energiespeichersystem gekoppelt. Während der Nutzung leitet das Fluidübertragungssystem ein Wärmeübertragungsfluid in das elektrische Energiespeichersystem und sammelt das Wärmeübertragungsfluid, nachdem das Fluid das elektrische Energiespeichersystem durchlaufen hat. Das Fluidübertragungssystem leitet ein dielektrisches flüssiges Fluid oder ein dielektrisches Gas in das elektrische Energiespeichersystem. In einigen Gesichtspunkten wird das Fluid derart erwärmt oder gekühlt, dass das Fluid die Komponenten in dem elektrischen Energiespeichersystem erwärmt bzw. kühlt.
Beispielhafte dielektrische Wärmeübertragungsfluide schließen Kohlenwasserstofffluide, Esterfluide, Siliconfluide und Fluoretherfluide ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Kohlenwasserstofffluide, die zur Kühlung der Komponenten eines elektrischen Energiespeichersystems verwendet werden können, schließen aromatische Kohlenwasserstoffe (z. B. Diethylbenzol und Dibenzyltoluol) und aliphatische Kohlenwasserstoffe (z. B. paraffinisches Öl, isoparaffinisches Öl und Polyalphaolefine) ein. Esterfluide, die zur Kühlung von Komponenten eines elektrischen Energiespeichersystems verwendet werden können, schließen Diester- und Polyolester-Wärmeübertragungsfluide ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Siliconfluide, die zur Kühlung von Komponenten eines elektrischen Energiespeichersystems verwendet werden können, schließen Dimethylpolysiloxan, Methylphenylpolysiloxan, Diphenylpolysiloxan und halogeniertes Polysiloxan ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Fluoretherfluide, die zur Kühlung von Komponenten eines elektrischen Energiespeichers verwendet werden können, schließen Perfluorpolyether und Hydrofluorether ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
In einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung umfasst die äußere Polymerschicht ein Polymer, das gegen dielektrische Wärmeübertragungsfluide in dem elektrischen Energiespeichersystem beständig ist. In bestimmten Gesichtspunkten der vorliegenden Offenbarung umfasst die äußere Polymerschicht ein Polymer, das gegen ein oder mehrere Wärmeübertragungsfluide beständig ist, die üblicherweise in elektrischen Energiespeichersystemen verwendet werden. Zum Beispiel umfasst die Außenschicht ein Polymer, das gegen Kohlenwasserstofffluide, Esterfluide, Siliconfluide, Fluoretherfluide oder eine beliebige Kombination dieser Fluide beständig ist. Beispielhafte Polymere, die für die äußere Polymerschicht verwendet werden können, schließen Polyoxymethylen, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polyamid-Imid, Polyamid, Polycarbonat, Polyester, Polyetherimid, Polystyrol, Polysulfon, Polyimid, Terephthalat oder Kombinationen davon ein.
Die äußere Polymerschicht kann auch einen Verschleißschutz für die Isolierschicht bereitstellen. Während der Nutzung kann eine äußere Beanspruchung bewirken, dass die Isolierschicht beschädigt wird. Schäden an der Isolierschicht können die wärmeisolierenden Eigenschaften der Isolierschicht beeinträchtigen. Äußere Beanspruchungen, die auf eine ungeschützte Isolierschicht einwirken können, schließen Beanspruchungen, die durch die Ausdehnung der Batteriezellen verursacht werden, Änderungen der Umgebungstemperatur, externe Stöße, externer Brüche und äußere Kratzer an der Isolierschicht ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. In einigen Gesichtspunkten der vorliegenden Offenbarung ist die äußere Polymerschicht aus einem Material ausgewählt, das die Isolierschicht vor äußeren Beanspruchungen schützt. Beispielhafte Polymere, die als äußere Polymerschicht verwendet werden können, schließen Polyethylenterephthalat („PET“) und orientiertes Nylon („ONy“) ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Es versteht sich, dass die äußere Polymerschicht aus zwei oder mehr Polymerschichten bestehen kann, auch wenn oben nur eine einzige Polymerschicht beschrieben wurde. 1C zeigt einen Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung mit einer Außenschicht, die aus zwei verschiedenen Polymerschichten 122a und 122b besteht. Wenn mehrere äußere Polymerschichten verwendet werden, können die zusätzlichen äußeren Polymerschichten aus demselben Polymer oder aus unterschiedlichen Polymeren gebildet sein. In einem Gesichtspunkt der Erfindung besteht die äußere Polymerschicht aus einer ONy-Polymerschicht mit einer darüberliegenden PET-Polymerschicht.
Wie in 1A gezeigt, steht die innere Polymerschicht 126 in Kontakt mit der Isolierschicht 110. Die innere Polymerschicht 110 umgibt die Isolierschicht zumindest teilweise und schützt die Isolierschicht vor äußeren chemischen und mechanischen Beschädigungen. Die Isolierschicht dient auch als Barriere, die Partikel aus der in der Verkapselungsschicht enthaltenen Isolierschicht hält und verhindert, dass sich Schadpartikel im elektrischen Energiespeichersystem ausbreiten.
Wie hierin erörtert, kann die Verkapselungsschicht 120 aus zwei separaten Laminatfilmen bestehen (z. B. einem oberen Film 120a und einem unteren Film 120b), die miteinander verbunden sind, um eine Dichtung um die Isolierschicht 110 herum zu bilden. In einem alternativen Gesichtspunkt kann die Verkapselungsschicht aus einem einzigen Laminatfilm gebildet sein, der umgefaltet und mit sich selbst versiegelt ist, um die Isolierschicht zu verkapseln.
In einem Gesichtspunkt umfasst die innere Polymerschicht 126 ein Material, das mit sich selbst heißverschweißt werden kann. Wie in 1A gezeigt, erstreckt sich die Verkapselungsschicht 120 nach der Verkapselung der Isolierschicht 110 von der Isolierschicht weg. Die innere Polymerschicht, die zum Beispiel auf der Oberseite der Isolierschicht angeordnet ist, kann mit einer inneren Polymerschicht, die auf der Unterseite der Isolierschicht angeordnet ist, verschweißt werden, um eine Dichtung um die Isolierschicht herum zu bilden. Eine thermische Versiegelung kann gebildet werden, indem ein erwärmtes Objekt auf den oberen Laminatfilm und/oder den unteren Laminatfilm an einer Stelle aufgebracht wird, die außerhalb der Isolierschicht liegt. Die Wärme des erhitzten Objekts erhöht die Temperatur des Polymers auf einen Punkt, an dem das in der oberen und in der unteren Schicht verwendete Polymer miteinander verschmelzen kann. Ein beispielhaftes Polymer, das als innere Schicht des Laminatfilms verwendet werden kann, ist ein Polyolefinpolymer. Beispiele für Polyolefinpolymere, die als innere Polymerschicht verwendet werden können, schließen Polyethylen und Polypropylen ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Die innere Polymerschicht kann der Isolierschicht auch chemische Beständigkeit und/oder Hitzebeständigkeit verleihen. Während der Nutzung kann sich die Temperatur von Batteriezellen aufgrund der elektrischen Anforderungen des Batteriemoduls erhöhen.
Ebenso kann die Temperatur von Batteriemodulen steigen, wenn die elektrischen Anforderungen an den Akkupack zunehmen. Der Temperaturanstieg der durch die Isolierschichten getrennten Komponenten kann die Isolierschicht beanspruchen. Zusätzlich kann das Auslaufen von Chemikalien aus den Batteriezellen eine Isolierschicht chemisch beschädigen, wodurch die thermischen Eigenschaften der Isolierschicht beeinträchtigt werden. In einigen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung wird die innere Polymerschicht aus einem Material ausgewählt, das die Isolierschicht vor chemischen und Hitzeschäden schützt. Polyolefinpolymere bieten eine gute chemische und Hitzebeständigkeit der Isolierschicht.
In einem Gesichtspunkt ist die formbare Schicht 124 zwischen der inneren Polymerschicht 126 und der äußeren Polymerschicht 122 angeordnet. Die formbare Schicht wird in einigen Gesichtspunkten verwendet, um der Isolierbarriere Halt und Schutz bereitzustellen. Zum Beispiel eine Isolierschicht, die einen gewebten oder nicht gewebten faserigen Verstärkungsträger umfasst. Solche auf Trägern basierenden Isolierschichten können aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer geringen Steifigkeit schwer zwischen dem elektrischen Energiespeichersystem, insbesondere zwischen den Batteriezellen, zu installieren sein. Diese Schwierigkeiten werden in der Massenproduktion noch verschärft. Das Platzieren einer formbaren Schicht in der Verkapselungsschicht kann als Träger wirken, der es ermöglicht, die Isolierbarriere während der Herstellung leichter zu manipulieren.
Formbare Schichten können auch zusätzliche Wärme und mechanischen Schutz bereitstellen, wenn sie in Batteriemodulen verwendet werden. In einigen Gesichtspunkten der Offenbarung wird die Isolierbarriere zwischen den Batteriezellen in einem Batteriemodul platziert. Bei einem thermischen Durchgehen kann eine Batteriezelle explosionsartig zerbrechen, wodurch heiße Partikel und Gase in das gesamte Modul ausgestoßen werden. Diese ausgestoßenen Materialien können dazu führen, dass die Gehäuse benachbarter Batteriezellen beschädigt werden, was manchmal dazu führt, dass die benachbarten Batteriezellen in einen Durchgehzustand übergehen. Eine Isolierbarriere, die eine formbare Schicht umfasst, kann verhindern, dass Partikel und Gase benachbarte Batteriezellen beschädigen. Die formbare Schicht kann die Isolierschicht auch vor Feuchtigkeit und Luft schützen.
In einem Gesichtspunkt umfasst eine formbare Schicht ein formbares Polymer oder eine formbare Metallfolie. Aluminium ist das gebräuchlichste Metall, das in einer Laminat-Verkapselungsschicht verwendet wird, jedoch können andere formbare Metallfolien wie Edelstahl- und Kupferfolien verwendet werden.
Die Verwendung von Metallfolien kann auch die Wärmeübertragungseigenschaften der Isolierbarriere verbessern. Wenn eine Batteriezelle thermisch durchgeht, erwärmt sich die Batteriezelle auf eine sehr hohe Temperatur. Diese Wärme kann an benachbarte Batteriezellen abgestrahlt werden, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die benachbarten Batteriezellen in einen Durchgehzustand geraten. Die Verwendung einer Metallfolie kann die Wärmeeigenschaften der Isolierbarriere verbessern, indem eine wärmeleitende Metallfolie in der Isolierschicht bereitgestellt wird. Die von einer benachbarten durchgegangenen Batteriezelle erzeugte Wärme kann auf die Metallfolienschicht übertragen werden. Die Metallfolienschicht kann mit einem Abschnitt des Gehäuses (z. B. einer Kühlplatte) verbunden sein, der es ermöglicht, dass die Wärme durch die Metallfolie von den Batteriezellen weg abgeleitet wird.
Wie hierin erörtert, besteht die Verkapselungsschicht aus einer Laminatstruktur, die eine äußere Polymerschicht, eine innere Polymerschicht und eine zwischen den Polymerschichten angeordnete formbare Schicht umfasst. In einigen Gesichtspunkten besteht die innere Polymerschicht aus einem Polymermaterial, das sich von der Polymerschicht der äußeren Polymerschicht unterscheidet. Zum Beispiel kann die innere Polymerschicht aus einem Material bestehen, das leicht miteinander verschmolzen werden kann, während die äußere Polymerschicht aus einem Material bestehen kann, das gegen ein im elektrischen Energiespeichersystem verwendetes Kühlfluid beständig ist.
Der als Verkapselungsschicht verwendete Laminatfilm kann als ein einheitlicher Film zusammengesetzt sein, der aus mehreren Schichten besteht, wie hierin beschrieben. In einem Gesichtspunkt kann der Laminatfilm gebildet werden, indem die formbare Schicht zwischen den zwei Polymerschichten platziert wird und die innere und äußere Polymerschicht durch Hitze und/oder Druck miteinander verschmolzen werden. In einem anderen Gesichtspunkt kann ein haftender Klebstoff oder ein Klebeband verwendet werden, um die Schichten zusammenzuhalten. Beispielsweise kann ein Klebstoff zwischen der äußeren Polymerschicht und der formbaren Schicht und/oder der inneren Polymerschicht und der formbaren Schicht angeordnet sein.
In einem Gesichtspunkt beträgt die Dicke der Verkapselungsschicht etwa 30 µm bis etwa 300 µm. Die Verkapselungsschicht kann eine Dicke von bis zu etwa 30 µm bis etwa 40 µm, bis etwa 50 µm, bis etwa 60 µm, bis etwa 70 µm, bis etwa 80 µm, bis etwa 90 µm, bis etwa 100 µm, bis etwa 120 µm, bis etwa 150 µm, bis etwa 200 µm, bis etwa 250 µm, oder bis etwa 300 µm, aufweisen. Wenn die Verkapselungsschicht ein Laminatfilm ist, kann die innere Polymerschicht eine Dicke von etwa 10 µm bis etwa 100 µm aufweisen; die formbare Schicht kann eine Dicke von etwa 10 µm bis etwa 100 µm aufweisen; und die äußere Polymerschicht kann eine Dicke von etwa 10 µm bis etwa 100' µm aufweisen.
Die Isolierschicht der vorliegenden Offenbarung, z. B. eine Isolierschicht, die ein Aerogel einschließt, kann unter einer Last von bis zu etwa 5 MPa unerhebliche Mengen an Wärmeleitfähigkeit (üblicherweise in mW/m-k gemessen) halten oder erhöhen. In bestimmten Ausführungsformen weist die Isolierschicht der vorliegenden Offenbarung unter einer Last von bis zu etwa 5 MPa eine Wärmeleitfähigkeit durch eine Dickenabmessung der Isolierschicht von etwa 50 mW/mK oder weniger, etwa 40 mW/mK oder weniger, etwa 30 mW/mK oder weniger, etwa 25 mW/mK oder weniger, etwa 20 mW/mK oder weniger, etwa 18 mW/mK oder weniger, etwa 16 mW/mK oder weniger, etwa 14 mW/mK oder weniger, etwa 12 mW/mK oder weniger, etwa 10 mW/mK oder weniger, etwa 5 mW/mK oder weniger oder in einem Bereich zwischen zwei dieser Werte bei 25 °C auf. Die Dicke der Aerogel-Isolierschicht kann aufgrund der Last, die der Aerogel-Isolierschicht ausgesetzt ist, reduziert werden. Zum Beispiel kann die Dicke der Aerogel-Isolierschicht um 50 % oder weniger, 40 % oder weniger, 30 % oder weniger, 25 % oder weniger, 20 % oder weniger, 15 % oder weniger, 10 % oder weniger, 5 % oder weniger oder in einem Bereich zwischen zwei dieser Werte unter einer Last im Bereich von etwa 0,50 MPa bis 5 MPa reduziert sein. Obwohl die thermische Beständigkeit der Isolierschicht einschließlich eines Aerogels reduziert werden kann, da die Dicke reduziert wird, kann die Wärmeleitfähigkeit um unerhebliche Mengen beibehalten oder erhöht werden.
In einem Gesichtspunkt umgibt die Verkapselungsschicht die Isolierschicht vollständig. Die vollständige Verkapselung der Isolierschicht kann durch Heißverschweißen zweier Laminatfilme erreicht werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Heißverschweißen“ auf einen Prozess, der zwei Stücke von Polymermaterialien durch Verschmelzen mit Wärme verbindet. In einem Heißverschweißungsprozess werden eines oder beide der Polymerstücke über die Glasübergangstemperatur des Materials erwärmt, das zum Bilden eines oder beider der Polymerstücke verwendet wird. Das Erwärmen der Polymerstücke oberhalb der Glasübergangstemperatur bewirkt, dass das Material eines oder beider Stücke weich wird und mit dem anderen Stück verschmilzt.
In einem Gesichtspunkt umfasst ein Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht: Umgeben mindestens eines Abschnitts der Isolierschicht mit einem Laminatfilm, wie hierin beschrieben, und Heißverschweißen des Laminatfilms, um eine Verkapselungsschicht auszubilden, wobei die Verkapselungsschicht die Isolierschicht zumindest teilweise umgibt. 2A zeigt einen Gesichtspunkt eines Verfahrens zum Verkapseln einer Isolierschicht. In diesem Gesichtspunkt bedecken zwei separate Laminatfilme 220a und 220b jeweils mindestens einen Abschnitt einer Isolierschicht 210. Zum Beispiel kann ein erster Laminatfilm 220a die Oberseite der Isolierschicht bedecken und ein zweiter Laminatfilm 220b kann die Unterseite der Isolierschicht bedecken. Sowohl der erste als auch der zweite Laminatfilm sind so angeordnet, dass die inneren Polymerschichten miteinander in Kontakt stehen. Die Verkapselungsschicht kann durch Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit dem zweiten Laminatfilm gebildet werden. Zum Beispiel kann ein erwärmtes Element in der allgemeinen Form der Isolierschicht mit dem ersten Laminatfilm in Kontakt gebracht und auf den ersten Laminatfilm gepresst werden. Das erwärmte Element bewirkt, dass die innere Polymerschicht des ersten Laminatfilms mit der inneren Polymerschicht des zweiten Laminatfilms verschmilzt. 2B zeigt eine schematische Darstellung der vollständig verkapselten Isolierschicht.
In einem anderen Gesichtspunkt wird eine Isolierschicht verkapselt, indem mindestens ein Abschnitt der Isolierschicht mit einem Laminatfilm umgeben wird, wie hierin beschrieben, und der Laminatfilm verschweißt wird, um eine Verkapselungsschicht auszubilden, die die Isolierschicht zumindest teilweise umgibt. 2C zeigt einen Gesichtspunkt eines Verfahrens zum Verkapseln einer Isolierschicht. In diesem Gesichtspunkt wird ein einziger Laminatfilm 225 auf sich selbst gefaltet, sodass jeder Abschnitt des einzelnen Laminatfilms mindestens einen Abschnitt einer Isolierschicht 210 bedeckt. Zum Beispiel ein erster Abschnitt des Laminatfilms 225a die Oberseite der Isolierschicht bedecken und einen zweiten Abschnitt des Laminatfilms 225b kann die Unterseite der Isolierschicht bedecken. Sowohl der erste als auch der zweite Abschnitt der Laminatfilme sind so angeordnet, dass die inneren Polymerschichten miteinander in Kontakt stehen. Die Verkapselungsschicht kann durch Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit dem zweiten Laminatfilm gebildet werden. Zum Beispiel kann ein erwärmtes Element in der allgemeinen Form der Isolierschicht mit dem ersten Laminatfilm in Kontakt gebracht und auf den ersten Laminatfilm gepresst werden. Das erwärmte Element bewirkt, dass die innere Polymerschicht des ersten Laminatfilms mit der inneren Polymerschicht des zweiten Laminatfilms verschmilzt.
Wie in 3A dargestellt, umfasst ein Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht 310 das Ausbilden einer ersten Vertiefung 325 in einem ersten Laminatfilm 320. Die erste Vertiefung 330 wird gebildet, indem ein Laminatfilm in eine Form gebogen wird, die in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist. Durch das Vorhandensein einer formbaren Schicht in dem Laminatfilm kann die erste Vertiefung geformt werden und die gewünschte Form und Größe beibehalten. Eine zweite Vertiefung 335 wird in dem zweiten Laminatfilm 330 gebildet. Sowohl der erste als auch der zweite Laminatfilm sind so angeordnet, dass die Isolierschicht in den Vertiefungen positioniert ist. Zum Beispiel wird in einem Gesichtspunkt die Isolierschicht 310 zunächst in der zweiten Vertiefung 335 platziert. Der erste Laminatfilm 320 wird dann so auf den zweiten Laminatfilm gelegt, dass die Isolierschicht in der ersten Vertiefung 325 positioniert ist. Die Verkapselungsschicht kann durch Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit dem zweiten Laminatfilm abgeschlossen werden. 3B zeigt eine schematische Darstellung der vollständig verkapselten Isolierschicht.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Verkapselungsschicht mit sich selbst abgedichtet. In dieser alternativen Ausführungsform ist eine einzige Verkapselungsschicht lang genug, um über sich selbst gefaltet zu werden und die Isolierschicht zu umgeben. Nach dem Umfalten wird die Verkapselungsschicht mit sich selbst heißverschweißt, um die Isolierschicht zu verkapseln. 3C zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Verkapseln einer Isolierschicht 310 mit einer Verkapselungsschicht 350, die einen einzigen Laminatfilm umfasst. Eine erste Vertiefung 354 und eine zweite Einbuchtung 358 werden dem Laminatfilm 350 ausgebildet. Beide Vertiefungen haben eine Größe und Form, die zu der Größe und Form der Isolierschicht komplementär sind. In dieser Ausführungsform wird die Verkapselungsschicht gebildet, indem die Isolierschicht 310 in der ersten Vertiefung 354 platziert wird. Der Laminatfilm wird so über sich selbst gefaltet, dass die zweite Vertiefung 358 im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung 354 ausgerichtet ist. Die Verkapselungsschicht kann durch Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit dem zweiten Laminatfilm abgeschlossen werden.
Ein alternatives Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht ist in 4A gezeigt. In diesem alternativen Gesichtspunkt umfasst ein Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht 410 das Ausbilden einer ersten Vertiefung 425 in einem ersten Laminatfilm 420. Die erste Vertiefung 425 wird gebildet, indem ein Laminatfilm in eine Form gebogen wird, die in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist. Eine zweite Vertiefung 435 wird in dem zweiten Laminatfilm 430 gebildet. Die zweite Vertiefung 435 weist eine Form und Größe auf, die in Form und Größe zu der ersten Vertiefung komplementär sind. Insbesondere weist die zweite Vertiefung 435 eine Form und Größe auf, die es dem vertieften Abschnitt des zweiten Laminatfilms ermöglicht, in die erste Vertiefung zu passen. Sowohl der erste als auch der zweite Laminatfilm werden so platziert, dass die Isolierschicht in der ersten Vertiefung 425 und auf der zweiten Vertiefung 435 positioniert ist, wie in 4A gezeigt. Zum Beispiel wird in einem Gesichtspunkt die Isolierschicht 410 zunächst in die erste Vertiefung 425 platziert. Der zweite Laminatfilm 430 wird dann so mit dem ersten Laminatfilm in Kontakt gebracht, dass die Isolierschicht in der ersten Vertiefung 425 und auf der zweiten Vertiefung 435 positioniert ist. Die Verkapselungsschicht kann durch Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit dem zweiten Laminatfilm abgeschlossen werden. 4B zeigt eine schematische Darstellung der vollständig verkapselten Isolierschicht.
In einem anderen Gesichtspunkt wird ein einzelner Laminatfilm verwendet, um eine verkapselte Isolierschicht zu bilden. 4C stellt eine Ausführungsform dar, bei der ein einziger Laminatfilm 450 auf sich selbst gefaltet wird, sodass jeder Abschnitt des einzelnen Laminatfilms mindestens einen Abschnitt einer Isolierschicht 410 bedeckt. In einer Ausführungsform wird eine erste Vertiefung 465 in einem ersten Abschnitt 460 des Laminatfilms gebildet. Die erste Vertiefung 465 wird gebildet, indem ein Laminatfilm in eine Form gebogen wird, die in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist. Eine zweite Vertiefung 475 wird in einem zweiten Abschnitt des Laminatfilms 470 gebildet. Die zweite Vertiefung 475 weist eine Form und Größe auf, die in Form und Größe zu der ersten Vertiefung komplementär sind. Insbesondere weist die zweite Vertiefung 475 eine Form und Größe auf, die es dem vertieften Abschnitt des zweiten Laminatfilms ermöglicht, in die erste Vertiefung zu passen. Der erste Abschnitt des Laminatfilms und der zweite Abschnitt des Laminatfilms werden so positioniert, dass die Isolierschicht in der ersten Vertiefung 465 und auf der zweiten Vertiefung 475 positioniert ist, wie in 4C gezeigt. Zum Beispiel wird in einem Gesichtspunkt die Isolierschicht 410 zunächst in die erste Vertiefung 465 platziert. Der zweite Abschnitt des Laminatfilms 450 wird umgefaltet und mit dem ersten Laminatfilm in Kontakt gebracht, sodass die Isolierschicht in der ersten Vertiefung 465 und in Kontakt mit der zweiten Vertiefung 475 positioniert ist. Die Verkapselungsschicht kann durch Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Abschnitts des Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Abschnitts des Laminatfilms, um die verkapselte Isolierschicht zu bilden, abgeschlossen werden.
Ein alternatives Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht ist in 5A gezeigt. Wie in 5A dargestellt, umfasst ein Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht 510 das Ausbilden einer ersten Vertiefung 525 in einem ersten Laminatfilm 520. Die Isolierschicht 510 wird in der ersten Vertiefung 525 positioniert. Anschließend wird der zweite Laminatfilm 530 in Kontakt mit dem ersten Laminatfilm platziert, sodass die Isolierschicht von dem zweiten Laminatfilm bedeckt wird. Die Verkapselungsschicht kann durch Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit dem zweiten Laminatfilm abgeschlossen werden. 5B zeigt eine schematische Darstellung der vollständig verkapselten Isolierschicht.
5C stellt eine Ausführungsform dar, bei der ein einziger Laminatfilm 550 auf sich selbst gefaltet wird, sodass jeder Abschnitt des einzelnen Laminatfilms mindestens einen Abschnitt einer Isolierschicht 510 bedeckt. Wie in 5C gezeigt, wird eine erste Vertiefung 565 in einem ersten Abschnitt des Laminatfilms 550 gebildet. Die Isolierschicht 510 wird in der ersten Vertiefung 565 positioniert. Anschließend wird der zweite Abschnitt des Laminatfilms 550 mit dem ersten Abschnitt des Laminatfilms so in Kontakt gebracht, dass die Isolierschicht durch den zweiten Abschnitt des Laminatfilms bedeckt wird. Die Verkapselungsschicht kann durch Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Abschnitts des Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Abschnitts des Laminatfilms abgeschlossen werden.
Nachdem die Verkapselungsschicht beispielsweise durch Heißverschweißen des Laminatfilms/der Laminatfilme gebildet wurde, kann etwas zusätzliches Material vorhanden sein, das die Isolierschicht umgibt, typischerweise der Abschnitt der Verkapselungsschicht, der heißverschweißt wurde. Wie in 6A gezeigt, wird eine Isolierschicht durch die Verkapselungsschicht 620 verkapselt. Der Abschnitt der Verkapselungsschicht, der heißverschweißt wurde, 625, erstreckt sich von der Isolierschicht weg. Dies kann in einigen Energiespeichersystemen problematisch sein, da dort, wenn überhaupt, nur sehr wenig zusätzlicher Platz zum Aufnehmen dieser erweiterten Abschnitte vorhanden ist. Im vorliegenden Gesichtspunkt können die erweiterten Abschnitte 625 in Richtung der Isolierschicht zurückgefaltet werden, um die Größe der Isolierbarriere zu verringern. In einem alternativen Gesichtspunkt, der in 6B dargestellt ist, können Ausschnitte 630 in dem erweiterten Abschnitt 625 ausgebildet werden. Die Ausschnitte ermöglichen es, den erweiterten Abschnitt leichter zu falten, ohne dass sich das Material an den Ecken wölbt, wo sich das Material verdoppelt könnte, wenn jede Kante der Verkapselung in Richtung der Isolierschicht gefaltet wird. In einigen Gesichtspunkten kann eine Doppelfaltung verwendet werden. 6C stellt eine Ausführungsform dar, bei der die Ränder zweimal gefaltet sind. Die erste Falte ist eine 180-Grad-Faltung, wobei das Randmaterial auf selbst gefaltet wird. Um die erweiterten Ränder weiter zu reduzieren, wird das Randmaterial ein zweites Mal um 90 Grad gefaltet, sodass das Randmaterial gegen die Seite des Beutels gefaltet wird.
Wenn Vertiefungen verwendet werden, um einen Beutel um eine Isolierbarriere zu bilden, können die physikalischen Parameter der Vertiefung optimiert werden, um die Verkapselung der Isolierschicht zu verbessern. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Vertiefung, die in einem Laminatfilm ausgebildet ist. Die Parameter der Vertiefung, die geändert werden können, um die Verkapselung der Isolierschicht zu verbessern, schließen die Tiefe (D), die Länge (L), den Winkel der Vertiefungsecke θc und den Radius der Kante θE ein. Die Faktoren können optimiert werden, um das formbare Schichtmaterial und seine Dicke zu berücksichtigen.
8A zeigt den allgemeinen Montageprozess zum Verkapseln einer Isolierschicht unter Verwendung eines einzigen Laminatfilms. In einem allgemeinen Montageprozess werden sowohl der Laminatfilm als auch das Isolierschichtmaterial als Rollen geliefert, die dem Montageprozess zugeführt werden. Zu Beginn werden sowohl der Laminatfilm als auch das Isolierschichtmaterial zur Verarbeitung von der Rolle abgewickelt. Der Laminatfilm wird auf die vorbestimmte Länge geschnitten, die für die Verkapselung benötigt wird, und alle Vertiefungen, die für die Verarbeitung benötigt werden, werden in dem Laminatfilm ausgebildet. Die Isolierschicht (in diesem Beispiel eine Aerogel-Isolierschicht) wird ebenfalls auf die vorbestimmte Länge geschnitten, die zur Verwendung als thermische Barriere zwischen Batteriezellen oder -modulen benötigt wird. Die geschnittenen Materialien werden der Schneidemaschine entnommen und für die Montage vorbereitet. In diesem Beispiel wird eine einzelne Laminatlage verwendet, um die Isolierschicht durch Falten der Laminatlage auf sich selbst zu verkapseln. Der Laminatfilm wird hergestellt, indem eine Faltlinie oder ein Knick in dem Laminatfilm gebildet wird. Die Isolierschicht (Aerogel) wird dann in den entsprechenden Abschnitt des Laminatfilms platziert und der Film für die Heißversiegelung vorbereitet. Zwei Seiten des Laminatfilms werden miteinander heißverschweißt, um die Isolierschicht teilweise zu umschließen, wodurch eine beutelartige Umhüllung mit einem offenen Ende gebildet wird. In einigen Gesichtspunkten wird das offene Ende des Beutels heißverschweißt, um die Umhüllung der Isolierschicht abzuschließen. In einem alternativen Gesichtspunkt wird die teilweise verkapselte Isolierschicht in einer Vakuumkammer platziert. Sobald ein Vakuum in der Kammer angesaugt wird, wird das offene Ende der Verkapselungsschicht durch die vollständige Umhüllung der Isolierschicht unter Vakuum abgeschlossen. Der Prozess wird durch ein optionales Seitenfalten der heißverschweißten Enden der Verkapselungsschicht abgeschlossen.
8B zeigt den allgemeinen Montageprozess zum Verkapseln einer Isolierschicht unter Verwendung von zwei Laminatfilmen. Wie vorstehend erörtert, werden sowohl der Laminatfilm als auch das Isolierschichtmaterial als Rollen geliefert, die dem Montageprozess zugeführt werden. Zu Beginn werden sowohl der Laminatfilm als auch das Isolierschichtmaterial zur Verarbeitung von der Rolle abgewickelt. Der Laminatfilm wird in zwei separate Stücke auf die vorbestimmte Länge geschnitten, die für die Verkapselung benötigt wird, und alle Vertiefungen, die für die Verarbeitung benötigt werden, werden in den Laminatfilmen ausgebildet. Die Isolierschicht (in diesem Beispiel eine Aerogel-Isolierschicht) wird ebenfalls auf die vorbestimmte Länge geschnitten, die zur Verwendung als thermische Barriere zwischen Batteriezellen oder -modulen benötigt wird. Die geschnittenen Materialien werden der Schneidemaschine entnommen und für die Montage vorbereitet. In diesem Beispiel werden zwei Laminatlagen verwendet, um die Isolierschicht zu verkapseln. Die Isolierschicht (Aerogel) wird in den entsprechenden Abschnitt des Laminatfilms platziert und der Film für die Heißversiegelung vorbereitet. Zwei Seiten und ein Ende des Laminatfilms werden miteinander heißverschweißt, um die Isolierschicht teilweise zu umschließen, wodurch eine beutelartige Umhüllung mit einem offenen Ende gebildet wird. In einigen Gesichtspunkten wird das offene Ende des Beutels einfach heißverschweißt, um die Umhüllung der Isolierschicht abzuschließen. In einem alternativen Gesichtspunkt wird die teilweise verkapselte Isolierschicht in einer Vakuumkammer platziert. Sobald ein Vakuum in der Kammer angesaugt wird, wird das offene Ende der Verkapselungsschicht durch die vollständige Umhüllung der Isolierschicht unter Vakuum abgeschlossen. Der Prozess wird durch ein optionales Seitenfalten der heißverschweißten Enden der Verkapselungsschicht abgeschlossen.
Es wurde ein Prüfprotokoll entwickelt, um die Wirksamkeit der hierin beschriebenen Isolierbarrieren zu ermitteln. Das Prüfprotokoll testet die Fähigkeit der Isolierbarriere, hohen Temperaturen und dem Aufprall erhitzter Partikel standzuhalten. Dies ahmt die Bruchbedingungen nach, die beim thermischen Durchgehen einer Batteriezelle auftreten können. Bei beiden Tests wird die Isolierbarriere mit einer Metallträgerplatte (z. B. einer Edelstahlplatte) gekoppelt. An der Trägerplatte wird ein Wärmesensor angebracht, um die Temperatur der Metallträgerplatte während des Gebrauchs zu überwachen.
Zur Prüfung der Hitzebeständigkeit der Isolierbarriere wird eine Isolierbarriere mit der Trägerplatte gekoppelt und einem Flammtest unterzogen. Mit einem Propangasbrenner (Benzomatic) wird eine Temperatur von etwa 1000 °C auf der Isolierbarriere erzeugt. Die Wärme der Trägerplatte kann während des Tests überwacht werden, um die Hitzebeständigkeit der Isolierschicht zu bestimmen. Nach Abschluss des Flammtests wird die Isolierschicht auf Schäden untersucht. In einem beispielhaften Flammtest-Protokoll wird eine Isolierbarriere mit einem Träger gekoppelt und ein Propangasbrenner wird verwendet, um die Isolierschicht zwei Minuten lang auf 1000 °C zu erwärmen. Anschließend wird die Isolierschicht auf Schäden untersucht.
Das Testprotokoll schließt auch einen Test mit erhitzten Partikeln. Beim Test mit erhitzten Partikeln wird dasselbe Flammtest-System verwendet, aber so modifiziert, dass auch erhitzte Partikel einbezogen werden. In einem beispielhaften Versuch wird eine auf einem Träger befestigte Isolierbarriere auf etwa 1000 °C erwärmt. Ein Strom von Partikeln, die gegenüber der Betriebstemperatur (etwa 1000 °C) inert sind, wurde so auf die Isolierbarriere gerichtet, dass die Partikel durch den Brenner erhitzt werden, bevor sie auf die Isolierbarriere auftreffen. Die erhitzten Partikel wurden 10 s lang auf die Isolierbarriere gerichtet. Nachdem die erhitzten Partikel gestoppt wurden, wurde die Isolierbarriere 2 Minuten lang auf 1000 °C erhitzt, 2 Minuten lang ohne Partikel.
Bei beiden Tests behielt die Isolierbarriere ihre Integrität und ihre isolierenden Eigenschaften. Obwohl die Polymerschichten unter den Testbedingungen abbrannten, verfärbten sich die formbare Schicht (Edelstahl) und die Isolierschicht (Aerogel) nur. Das Verkapselungselement kann die Entstehung von Staub oder Partikeln, die sich von der Isolierschicht lösen, reduzieren oder verhindern. Zusätzlich kann die Verkapselungsschicht aus einem Material gebildet sein, das Markierungen oder gedruckte Schrift auf der Isolierbarriere ermöglicht. Das Markieren der Isolierschicht ist nicht immer möglich.
Wie in dieser Patentschrift und den beigefügten Ansprüchen verwendet, schließen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“, „das“ die Pluralbezüge ein, sofern der Inhalt nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. Wie in dieser Patentschrift und den beigefügten Ansprüchen verwendet, wird der Begriff „oder“ im Allgemeinen in seinem Sinne einschließlich „und/oder“ verwendet, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt.
Wie hierin verwendet, bedeutet „etwa“ ungefähr oder nahezu und bedeutet im Zusammenhang mit einem dargelegten numerischen Wert oder Bereich ±5 % des numerischen Werts. In einer Ausführungsform kann der Begriff „etwa“ eine herkömmliche Rundung gemäß signifikanten Figuren des numerischen Werts einschließen. Außerdem schließt der Ausdruck „etwa x bis y“ „etwa x bis etwa y“ ein.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Begriff „Aerogel“, „Aerogel-Material“ oder „Aerogel-Matrix“ auf ein Gel, das ein Gerüst miteinander verbundener Strukturen aufweist, wobei ein entsprechendes Netzwerk miteinander verbundener Poren innerhalb des Gerüsts integriert ist, das Gase wie Luft als dispergiertes interstitielles Medium enthalten; und das durch folgende physikalische und strukturelle Eigenschaften gekennzeichnet ist (gemäß Stickstoffporosimetrieprüfungen), die Aerogel zuschreibbar sind:

(a) einen durchschnittlichen Porendurchmesser im Bereich von etwa 2 nm bis etwa 100 nm,
(b) eine Porosität von mindestens 80 % oder mehr und (c) eine Oberfläche von etwa 100 m²/g oder mehr.

Aerogel-Materialien der vorliegenden Offenbarung schließen somit beliebige Aerogele oder andere offenzellige Materialien ein, welche die in vorhergehenden Absätzen angegebenen definierenden Elemente erfüllen; einschließlich Materialien, die anderweitig als Xerogele, Kryogele, Amimele, mikroporöse Materialien und dergleichen kategorisiert werden können.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich Verweise auf „thermisches Durchgehen“ im Allgemeinen auf die plötzliche, schnelle Erhöhung der Zelltemperatur und des -drucks aufgrund verschiedener Betriebsfaktoren, die wiederum zu einer Ausbreitung einer übermäßigen Temperatur in einem zugehörigen Modul führen können. Mögliche Ursachen für thermisches Durchgehen in solchen Systemen können beispielsweise einschließen: Zelldefekte und/oder Kurzschlüsse (sowohl intern als auch extern), Überladung, Zellpunktion oder -bruch, wie im Falle eines Unfalls, und übermäßige Umgebungstemperaturen (z. B. Temperaturen üblicherweise größer als 55 °C). Im Normalbetrieb erwärmen sich die Zellen aufgrund des inneren Widerstands. Unter normalen Leistungs-/Stromlasten und Umgebungsbedingungen kann die Temperatur innerhalb der meisten Li-Ionen-Zellen relativ einfach gesteuert werden, um in einem Bereich von 20 °C bis 55 °C zu bleiben. Belastungsbedingungen wie eine hohe Leistungsaufnahme bei hohen Zell-/Umgebungstemperaturen sowie Defekte in einzelnen Zellen können jedoch die lokale Wärmeerzeugung stark erhöhen. Insbesondere werden oberhalb der kritischen Temperatur exotherme chemische Reaktionen innerhalb der Zelle aktiviert. Darüber hinaus erhöht sich die chemische Wärmeerzeugung üblicherweise exponentiell mit der Temperatur. Infolgedessen wird die Wärmeerzeugung viel größer als die verfügbare Wärmeableitung. Thermisches Durchgehen kann zu Zellentlüftung und inneren Temperaturen von über 200 °C führen.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich die Begriffe „flexibel“ und „Flexibilität“ auf die Fähigkeit eines Materials oder einer Zusammensetzung, ohne makrostrukturelles Versagen gebogen oder gebeugt zu werden. Die Isolierschicht der vorliegenden Offenbarung ist in der Lage, mindestens 5°, mindestens 25°, mindestens 45°, mindestens 65° oder mindestens 85° ohne makroskopisches Versagen zu biegen; und/oder einen Biegeradius von weniger als 4 Fuß, weniger als 2 Fuß, weniger als 1 Fuß, weniger als 6 Zoll, weniger als 3 Zoll, weniger als 2 Zoll, weniger als 1 Zoll oder weniger als U Zoll ohne makroskopisches Versagen aufzuweisen. Ebenso beziehen sich die Begriffe „hochflexibel“ oder „hohe Flexibilität“ auf Materialien, die sich auf mindestens 90° biegen können und/oder einen Biegeradius von weniger als U Zoll ohne makroskopisches Versagen aufweisen. Darüber hinaus beziehen sich die Begriffe „flexibel“ und „als flexibel eingestuft“ auf Materialien oder Zusammensetzungen, die gemäß ASTM Cl 101 (ASTM International, West Conshohocken, PA) als flexibel eingestuft werden können.
Die Isolierschicht der vorliegenden Offenbarung kann als flexibel, hochflexibel und/oder flexibel eingestuft werden. Aerogel-Zusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung können auch drapierbar sein. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich die Begriffe „drapierbar“ und „Drapierbarkeit“ auf die Fähigkeit eines Materials, mit einem Krümmungsradius von etwa 4 Zoll oder weniger ohne makroskopisches Versagen auf 90° gebogen oder gebeugt zu werden. Die Isolierschicht gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist so flexibel, dass die Zusammensetzung nicht starr ist und auf dreidimensionale Oberflächen oder Objekte aufgebracht und an diese angepasst werden kann oder in eine Vielzahl von Formen und Konfigurationen vorgeformt werden kann, um die Installation oder Applikation zu vereinfachen.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich die Begriffe „Wärmeleitfähigkeit“ und „TC“ auf eine Messung der Fähigkeit eines Materials oder einer Zusammensetzung, Wärme zwischen zwei Oberflächen auf beiden Seiten des Materials oder der Zusammensetzung mit einer Temperaturdifferenz zwischen den zwei Oberflächen zu übertragen. Die Wärmeleitfähigkeit wird spezifisch als die pro Zeiteinheit und pro Oberflächeneinheit übertragene Wärmeenergie, geteilt durch die Temperaturdifferenz, gemessen. Sie wird üblicherweise in SI-Einheiten als mW/m*K (Milliwatt pro Meter * Kelvin) aufgezeichnet. Die Wärmeleitfähigkeit eines Materials kann durch Prüfverfahren bestimmt werden, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, einschließlich, aber nicht beschränkt auf das Prüfverfahren für stationäre thermische Übertragungseigenschaften mittels der Wärmeflussmesseinrichtung (ASTM C518, ASTM International, West Conshohocken, PA); ein Prüfverfahren für stationäre Wärmeflussmessungen und thermische Übertragungseigenschaften mittels der Einrichtung von geschützten Heizplatten (ASTM C177, ASTM International, West Conshohocken, PA); ein Prüfverfahren für stationäre Wärmeübertragungseigenschaften von Rohrisolierungen (ASTM C335, ASTM International, West Conshohocken, PA); einen Test thermischer Leitfähigkeit für ein dünnes Heizelement (ASTM C 1114, ASTM International, West Conshohocken, PA); Standard-Prüfverfahren für thermische Übertragungseigenschaften von wärmeleitfähigen elektrischen Isoliermaterialien (ASTM D5470, ASTM International, West Conshohocken, PA); Eine Bestimmung der thermischen Beständigkeit mittels Verfahren von geschützten Heizplatten und Wärmedurchflussmesser (EN 12667, British Standards Institution, Großbritannien); oder Bestimmung der stationären thermischen Beständigkeit und verwandten Eigenschaften - Einrichtung für geschützte Heizplatten (ISO 8203, Internationale Organisation für Normung, Schweiz). Aufgrund unterschiedlicher Verfahren, die möglicherweise zu unterschiedlichen Ergebnissen führen, versteht es sich, dass innerhalb des Kontextes der vorliegenden Offenbarung und sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, Wärmeleitfähigkeitsmessungen gemäß ASTM C518-Standard (Prüfverfahren für stationäre Übertragungseigenschaften mittels der Wärmeflussmesseinrichtung) bei einer Temperatur von etwa 37,5 °C bei Atmosphärendruck in Umgebung und unter einer Kompressionslast von etwa 2 psi erfasst werden. Die gemäß ASTM C518 angegebenen Messungen korrelieren üblicherweise gut mit allen Messungen, die gemäß EN 12667 durchgeführt wurden, mit beliebigen relevanten Anpassungen an die Kompressionslast.
Thermische Leitfähigkeitsmessungen können auch bei einer Temperatur von etwa 10 °C bei Atmosphärendruck unter Kompression erfasst werden. Wärmeleitfähigkeitsmessungen bei 10 °C betragen im Allgemeinen 0,5-0,7 mW/mK weniger als entsprechende Wärmeleitfähigkeitsmessungen bei 37,5 °C. In bestimmten Ausführungsformen weist die Isolierschicht der vorliegenden Offenbarung eine Wärmeleitfähigkeit bei 10 °C von etwa 40 mW/mK oder weniger, etwa 30 mW/mK oder weniger, etwa 25 mW/mK oder weniger, etwa 20 mW/mK oder weniger, etwa 18 mW/mK oder weniger, etwa 16 mW/mK oder weniger, etwa 14 mW/mK oder weniger, etwa 12 mW/mK oder weniger, etwa 10 mW/mK oder weniger, etwa 5 mW/mK oder weniger oder in einem Bereich zwischen zwei dieser Werte auf.
Verwendung der Isolierbarrieren innerhalb des Akkumoduls oder des Akkupacks
Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) werden aufgrund ihrer hohen Betriebsspannung, niedrigen Speichereffekten und hoher Energiedichte im Vergleich zu herkömmlichen Batterien als eine der wichtigsten Energiespeichertechnologien betrachtet. Sicherheitsbedenken sind jedoch ein signifikantes Hindernis, das Anwendungen in großem Maßstab von LIBs behindert. Unter Fehlanwendungsbedingungen können exotherme Reaktionen zur Freisetzung von Wärme führen, die nachfolgende unsichere Reaktionen auslösen können. Die Situation verschlechtert sich, da die freigegebene Wärme aus einer unsachgemäß angewendeten Zelle eine Kette von Reaktionen aktivieren kann, wodurch katastrophales thermisches Durchgehen verursacht wird.
Mit der kontinuierlichen Verbesserung von LIBs im Hinblick auf die Energiedichte wird die Sicherheit bei der Entwicklung von elektrischen Vorrichtungen, z. B. Elektrofahrzeugen, ein immer dringenderes Anliegen. Die Mechanismen, die unter Sicherheitsproblemen leiden, variieren für jede andere Batteriechemie. Die vorliegende Technologie konzentriert sich auf die Anpassung der Isolierbarriere und entsprechende Konfigurationen dieser maßgeschneiderten Barrieren, um günstige thermische und mechanische Eigenschaften zu erhalten. Die Isolierbarrieren der vorliegenden Technologie bieten effektive Wärmeableitungsstrategien unter normalen Bedingungen sowie unter Bedingungen des thermischen Durchgehens, während die Stabilität der LIB unter normalen Betriebsarten sichergestellt wird (z. B. aufgrund von Druckspannungen).
Die hierin offenbarten Isolierbarrieren eignen sich zum Trennen, Isolieren und Schützen von Akkuzellen oder Akkukomponenten von Akkus jeder Konfiguration, z. B. Beutelzellen, zylindrische Zellen, quaderförmige Zellen sowie Packs und Module, die solche Zellen enthalten oder einschließen. Die hierin offenbarten Isolierbarrieren eignen sich in wiederaufladbaren Akkus, z. B. Lithium-Ionen-Akkus, Festkörperakkus und beliebigen anderen Energiespeichervorrichtungen oder -technologie, bei denen Trennung, Isolierung und Schutz erforderlich sind.
Passive Vorrichtungen wie Kühlsysteme können in Verbindung mit den Isolierbarrieren der vorliegenden Offenbarung innerhalb des Akkumoduls oder Akkupacks verwendet werden.
Die Isolierbarriere gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in einem Akkupack schließt eine Vielzahl von einzelnen Akkuzellen oder von Modulen von Akkuzellen ein, um die einzelnen Akkuzellen oder -module von Akkuzellen thermisch voneinander zu trennen. Ein Akkumodul besteht aus mehreren Akkuzellen, die in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind. Ein Akkupack besteht aus mehreren Akkumodulen. 8 stellt eine Ausführungsform eines Batteriemoduls 800 dar, das mehrere Batteriezellen 850 aufweist. Verkapselte Isolierbarrieren 825 sind zwischen Batteriezellen 850 positioniert. Die verkapselte Isolierbarriere kann eine Beschädigung angrenzender Batteriezellen hemmen oder verhindern, wenn eine Batteriezelle thermisches Durchgehen oder einen anderen katastrophalen Batterzellausfall durchläuft.
Akkumodule und Akkupacks können zur Versorgung einer Vorrichtung oder eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie verwendet werden. Vorrichtung, die Akkumodule oder Akkupacks verwendet, schließt ein, ohne darauf beschränkt zu sein: einen Laptop-Computer, einen PDA, ein Mobiltelefon, einen TagScanner, eine Audiovorrichtung, eine Videovorrichtung, ein Anzeigefeld, eine Videokamera, eine Digitalkamera, einen Desktop-Computer, tragbare Heerescomputer, Heerestelefone, Laserentfernungsmesser, eine digitale Kommunikationsvorrichtung, einen Informationserfassungssensor, Smart Clothes, eine Nachtsichtausrüstung, ein Elektrowerkzeug, einen Rechner, ein Radio, eine ferngesteuerte Vorrichtung, eine GPS-Vorrichtung, Taschen- und tragbare Fernsehgeräte, Starthilfegeräte, Taschenlampen, akustische Vorrichtungen, eine tragbare Heizvorrichtung, einen tragbaren Staubsauger oder ein tragbares medizinisches Werkzeug. Bei Verwendung in einem Fahrzeug kann ein Akkupack für ein rein elektrisches Fahrzeug oder in einem Hybridfahrzeug verwendet werden.
Aspekte der Offenbarung sind in den folgenden nummerierten Abschnitten dargelegt:

1. Isolierbarriere zur Verwendung in einem elektrischen Energiespeichersystem, wobei die Isolierbarriere umfasst:
- mindestens eine Isolierschicht; und
- eine Verkapselungsschicht, die die Isolierschicht mindestens teilweise umgibt, wobei die Verkapselungsschicht einen Laminatfilm umfasst, der eine äußere Polymerschicht, eine formbare Schicht, die ein formbares Material umfasst, und eine innere Polymerschicht umfasst, wobei die innere Polymerschicht in Kontakt mit der Isolierschicht steht und wobei die formbare Schicht zwischen der äußeren Polymerschicht und der inneren Polymerschicht angeordnet ist.
2. Isolierbarriere nach Abschnitt 1, wobei die äußere Polymerschicht ein Polymer umfasst, das gegen dielektrische Wärmeübertragungsfluide in dem elektrischen Energiespeichersystem beständig ist.
3. Isolierbarriere nach Abschnitt 2, wobei die äußere Polymerschicht ein Polymer umfasst, das gegen ein Wärmeübertragungsfluid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenwasserstofffluiden, Esterfluiden, Siliconfluiden, Fluoretherfluiden und Mischungen davon beständig ist.
4. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die äußere Polymerschicht aus einem Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyoxymethylen, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polyamid-Imid, Polyamid, Polycarbonat, Polyester, Polyetherimid, Polystyrol, Polysulfon, Polyimid und Terephthalat hergestellt ist.
5. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die innere Polymerschicht aus einem Polymer besteht, das mit sich selbst heißverschweißt werden kann.
6. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die innere Polymerschicht aus einem Polyolefin-Polymer besteht.
7. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die innere Polymerschicht aus einem Polymer besteht, das sich von dem Polymer in der äußeren Polymerschicht unterscheidet.
8. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die äußere Polymerschicht aus Polyethylenterephthalat („PET“) oder orientiertem Nylon („ONy“) besteht und wobei die innere Polymerschicht aus Polypropylen („PP“) besteht.
9. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die äußere Polymerschicht aus einem ersten Polymerfilm aus einem ersten Material und einem zweiten Polymerfilm aus einem zweiten Material besteht, wobei sich das erste Material von dem zweiten Material unterscheidet.
10. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die formbare Schicht eine Metallfolie umfasst.
11. Isolierbarriere nach einem der Abschnitte 1-10, wobei die formbare Schicht ein formbares Polymer umfasst.
12. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die Verkapselungsschicht ferner einen Klebstoff umfasst, der zwischen der äußeren Polymerschicht und der formbaren Schicht und/oder der inneren Polymerschicht und der formbaren Schicht angeordnet ist.
13. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die äußere Polymerschicht eine Dicke von etwa 10 µm bis etwa 100 µm aufweist.
14. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die formbare Schicht eine Dicke von etwa 10 µm bis etwa 100 µm aufweist.
15. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die innere Polymerschicht eine Dicke von etwa 10 µm bis etwa 100 µm aufweist.
16. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die Verkapselungsschicht eine Gesamtdicke von zwischen etwa 30 µm bis etwa 300 µm aufweist.
17. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die Isolierschicht eine thermische Leitfähigkeit durch eine Dickenabmessung der Isolierschicht von weniger als etwa 50 mW/m-K bei 25 °C und weniger als etwa 60 mW/m-K bei 600 °C aufweist.
18. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die Isolierschicht ein Aerogel umfasst.
19. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die Verkapselungsschicht die Isolierschicht vollständig umgibt.
20. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die Verkapselungsschicht aus zwei Laminatfilmen besteht, die miteinander heißverschweißt sind.
21. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Abschnitte, wobei die Verkapselungsschicht die Isolierschicht umgibt, und wobei die Verkapselungsschicht mit sich selbst heißverschweißt ist, um eine Umhüllung zu bilden, die die Isolierschicht zumindest teilweise umgibt.
22. Batteriemodul, umfassend:
- eine Vielzahl von Batteriezellen, und
- eine oder mehrere Isolierbarrieren nach einem der Abschnitte 1 bis 21, wobei mindestens eine Isolierbarriere zwischen angrenzenden Batteriezellen eingerichtet ist.
23. Elektrisches Leistungssystem, umfassend ein oder mehrere Batteriemodule, wie in Abschnitt 22 beschrieben.
24. Vorrichtung oder Fahrzeug, umfassend ein elektrisches Leistungssystem nach Abschnitt 23.
25. Vorrichtung nach Abschnitt 24, wobei die Vorrichtung ein Laptop-Computer, ein PDA, ein Mobiltelefon, ein Tag-Scanner, eine Audiovorrichtung, eine Videovorrichtung, ein Anzeigefeld, eine Videokamera, eine Digitalkamera, Desktop-Computer, militärische tragbare Computer, militärische Telefone, Laserentfernungsmesser, digitale Kommunikationsvorrichtung, Intelligenz-Erfassungssensor, elektronisch integrierte Kleidung, Nachtsichtausrüstung, Elektrowerkzeug, Rechner, Radio, ferngesteuerte Vorrichtung, GPS-Vorrichtung, Handheld- und tragbares Fernsehen, Autostarter, Taschenlampen, akustische Vorrichtungen, tragbare Heizvorrichtung, tragbarer Staubsauger oder ein tragbares medizinisches Werkzeug ist.
26. Fahrzeug nach Abschnitt 24, wobei das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug ist.
27. Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht zur Verwendung zwischen Akkuzellen in einem elektrischen Energiespeichersystem, wobei das Verfahren umfasst:
- Umgeben mindestens eines Abschnitts der Isolierschicht mit einem Laminatfilm, der eine äußere Polymerschicht, eine formbare Schicht, die ein formbares Material umfasst, und eine innere Polymerschicht umfasst, wobei die innere Polymerschicht in Kontakt mit der Isolierschicht steht und wobei die formbare Schicht zwischen der äußeren Polymerschicht und der inneren Polymerschicht angeordnet ist; und
- Heißverschweißen des Laminatfilms, um eine Verkapselungsschicht zu bilden, wobei die Verkapselungsschicht die Isolierschicht zumindest teilweise umgibt.
28. Verfahren nach Abschnitt 27, wobei das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst:
- Umgeben mindestens eines Abschnitts der Isolierschicht mit einem ersten Laminatfilm;
- Abdecken mindestens eines Abschnitts der Isolierschicht mit einem zweiten Laminatfilm; und
- Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit dem zweiten Laminatfilm, um die Verkapselungsschicht zu bilden.
29. Verfahren nach Abschnitt 28, wobei:
- eine erste Vertiefung in dem ersten Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist;
- eine zweite Vertiefung in dem zweiten Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die zweite Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist; und
- wobei das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst:
  - Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des ersten Laminatfilms;
  - Platzieren des zweiten Laminatfilms auf dem ersten Laminatfilm, wobei die zweite Vertiefung im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung ausgerichtet ist; und Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Laminatfilms.
30. Verfahren nach Abschnitt 28, wobei:
- eine erste Vertiefung in dem ersten Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist;
- eine zweite Vertiefung in dem zweiten Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die zweite Vertiefung in Form und Größe komplementär zur ersten Vertiefung ist; und
- wobei das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst:
  - Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des ersten Laminatfilms;
  - Platzieren des zweiten Laminatfilms auf dem ersten Laminatfilm, wobei die zweite Vertiefung im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung ausgerichtet ist, sodass ein Abschnitt der zweiten Vertiefung innerhalb der ersten Vertiefung angeordnet ist; und Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Laminatfilms.
31. Verfahren nach Abschnitt 28, wobei:
- eine erste Vertiefung in dem ersten Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist;
- wobei das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst:
  - Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des ersten Laminatfilms;
  - Platzieren des zweiten Laminatfilms auf dem ersten Laminatfilm; und Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Laminatfilms.
32. Verfahren nach Abschnitt 27, wobei:
- eine erste Vertiefung in dem Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist;
- eine zweite Vertiefung in dem Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die zweite Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist; und
- wobei das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst:
  - Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des Laminatfilms;
  - Falten des Laminatfilms derart, dass die zweite Vertiefung des Laminatfilms im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung ausgerichtet ist; und
  - Heißverschweißen eines Abschnitts des Laminatfilms mit sich selbst.
33. Verfahren nach Abschnitt 27, wobei:
- eine erste Vertiefung in dem Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist; und
- wobei das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst:
  - Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des Laminatfilms;
  - Falten des Laminatfilms derart, dass ein Abschnitt des Laminatfilms die Isolierschicht und einen separaten Abschnitt des Laminatfilms im Wesentlichen bedeckt; und Heißverschweißen eines Abschnitts des Laminatfilms mit sich selbst.
34. Verfahren nach einem der Abschnitte 27 bis 33, wobei die Verkapselungsschicht die Isolierschicht vollständig umgibt.
35. Verfahren nach einem der Abschnitte 27 bis 34, wobei die heißverschweißten Abschnitte des Laminatfilms gegen eine oder mehrere Seiten der Isolierschicht gefaltet werden.

In diesem Patent wurden bestimmte US-Patente, US-Patentanmeldungen und andere Materialien (z. B. Artikel) durch Bezugnahme aufgenommen. Der Text solcher US-Patente, US-Patentanmeldungen und anderer Materialien wird jedoch nur durch Bezug in dem Maße aufgenommen, dass kein Konflikt zwischen einem solchen Text und den anderen hierin dargelegten Aussagen und Zeichnungen besteht. Im Falle eines solchen Konflikts wird dann jeglicher widersprüchliche Text in solchen durch Bezugnahme aufgenommenen US-Patenten, US-Patentanmeldungen und anderen Materialien ausdrücklich nicht in dieses Patent durch Bezugnahme aufgenommen.
Weitere Modifikationen und alternative Ausführungsformen verschiedener Gesichtspunkte der Erfindung werden dem Fachmann angesichts dieser Beschreibung ersichtlich. Dementsprechend ist diese Beschreibung nur als veranschaulichend zu verstehen und dient dazu, Fachleuten die allgemeine Art und Weise der Durchführung der Erfindung zu lehren. Es versteht sich, dass die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als Beispiele von Ausführungsformen zu verstehen sind.
Elemente und Materialien können durch die hierin veranschaulichten und beschriebenen ersetzt werden, Teile und Prozesse können umgekehrt werden und bestimmte Merkmale der Erfindung können unabhängig verwendet werden, wobei all dies für den Fachmann ersichtlich wäre, der den Nutzen dieser Beschreibung der Erfindung hat. Änderungen können in den hierin beschriebenen Elementen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen beschrieben, abzuweichen.
Wenn sie in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, bedeuten die Begriffe „umfasst“ und „umfassend“ und Variationen davon, dass die angegebenen Merkmale, Schritte oder ganzen Zahlen enthalten sind. Die Begriffe sind nicht so auszulegen, dass sie das Vorhandensein anderer Merkmale, Schritte oder Komponenten ausschließen.
Obwohl bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, soll der Umfang der beigefügten Ansprüche nicht nur auf diese Ausführungsformen beschränkt sein. Die Ansprüche sind wörtlich, und zielgerichtet und/oder Äquivalente umfassend auszulegen.
Die Erfindung kann durch einen der folgenden Aspekte definiert werden:

1. Isolierbarriere zur Verwendung in einem elektrischen Energiespeichersystem, wobei die Isolierbarriere umfasst:
- mindestens eine Isolierschicht; und
- eine Verkapselungsschicht, die die Isolierschicht mindestens teilweise umgibt, wobei die Verkapselungsschicht einen Laminatfilm umfasst, der eine äußere Polymerschicht, eine formbare Schicht, die ein formbares Material umfasst, und eine innere Polymerschicht umfasst, wobei die innere Polymerschicht in Kontakt mit der Isolierschicht steht und wobei die formbare Schicht zwischen der äußeren Polymerschicht und der inneren Polymerschicht angeordnet ist.
2. Isolierbarriere nach Aspekt 1, wobei die äußere Polymerschicht ein Polymer umfasst, das gegen dielektrische Wärmeübertragungsfluide in dem elektrischen Energiespeichersystem beständig ist.
3. Isolierbarriere nach Aspekt 2, wobei die äußere Polymerschicht ein Polymer umfasst, das gegen ein Wärmeübertragungsfluid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenwasserstofffluiden, Esterfluiden, Siliconfluiden, Fluoretherfluiden und Mischungen davon beständig ist.
4. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die äußere Polymerschicht aus einem Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyoxymethylen, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polyamid-Imid, Polyamid, Polycarbonat, Polyester, Polyetherimid, Polystyrol, Polysulfon, Polyimid und Terephthalat hergestellt ist.
5. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die innere Polymerschicht aus einem Polymer besteht, das mit sich selbst heißverschweißt werden kann.
6. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die innere Polymerschicht aus einem Polyolefin-Polymer besteht.
7. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die innere Polymerschicht aus einem Polymer besteht, das sich von dem Polymer in der äußeren Polymerschicht unterscheidet.
8. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die äußere Polymerschicht aus Polyethylenterephthalat („PET“) oder orientiertem Nylon („ONy“) besteht und wobei die innere Polymerschicht aus Polypropylen („PP“) besteht.
9. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die äußere Polymerschicht aus einem ersten Polymerfilm aus einem ersten Material und einem zweiten Polymerfilm aus einem zweiten Material besteht, wobei sich das erste Material von dem zweiten Material unterscheidet.
10. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die formbare Schicht eine Metallfolie umfasst.
11. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die formbare Schicht ein formbares Polymer umfasst.
12. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Verkapselungsschicht ferner einen Klebstoff umfasst, der zwischen der äußeren Polymerschicht und der formbaren Schicht und/oder der inneren Polymerschicht und der formbaren Schicht angeordnet ist.
13. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die äußere Polymerschicht eine Dicke von etwa 10 µm bis etwa 100 µm aufweist.
14. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die formbare Schicht eine Dicke von etwa 10 µm bis etwa 100 µm aufweist.
15. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die innere Polymerschicht eine Dicke von etwa 10 µm bis etwa 100 µm aufweist.
16. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Verkapselungsschicht eine Gesamtdicke von zwischen etwa 30 µm bis etwa 300 µm aufweist.
17. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Isolierschicht eine thermische Leitfähigkeit durch eine Dickenabmessung der Isolierschicht von weniger als etwa 50 mW/m-K bei 25 °C und weniger als etwa 60 mW/m-K bei 600 °C aufweist.
18. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Isolierschicht ein Aerogel umfasst.
19. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Verkapselungsschicht die Isolierschicht vollständig umgibt.
20. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Verkapselungsschicht aus zwei Laminatfilmen besteht, die miteinander heißverschweißt sind.
21. Isolierbarriere nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Verkapselungsschicht die Isolierschicht umgibt, und wobei die Verkapselungsschicht mit sich selbst heißverschweißt ist, um eine Umhüllung zu bilden, die die Isolierschicht zumindest teilweise umgibt.
22. Batteriemodul, umfassend:
- eine Vielzahl von Batteriezellen, und
- eine oder mehrere Isolierbarrieren nach einem der Aspekte 1 bis 21, wobei mindestens eine Isolierbarriere zwischen angrenzenden Batteriezellen eingerichtet ist.
23. Elektrisches Leistungssystem, umfassend ein oder mehrere Batteriemodule, wie in Aspekt 22 beschrieben.
24. Vorrichtung oder Fahrzeug, umfassend ein elektrisches Leistungssystem nach Aspekt 23.
25. Vorrichtung nach Aspekt 24, wobei die Vorrichtung ein Laptop-Computer, ein PDA, ein Mobiltelefon, ein Tag-Scanner, eine Audiovorrichtung, eine Videovorrichtung, ein Anzeigefeld, eine Videokamera, eine Digitalkamera, Desktop-Computer, militärische tragbare Computer, militärische Telefone, Laserentfernungsmesser, digitale Kommunikationsvorrichtung, Intelligenz-Erfassungssensor, elektronisch integrierte Kleidung, Nachtsichtausrüstung, Elektrowerkzeug, Rechner, Radio, ferngesteuerte Vorrichtung, GPS-Vorrichtung, Handheld- und tragbares Fernsehen, Autostarter, Taschenlampen, akustische Vorrichtungen, tragbare Heizvorrichtung, tragbarer Staubsauger oder ein tragbares medizinisches Werkzeug ist.
26. Fahrzeug nach Aspekt 24, wobei das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug ist.
27. Verfahren zum Verkapseln einer Isolierschicht zur Verwendung zwischen Akkuzellen in einem elektrischen Energiespeichersystem, wobei das Verfahren umfasst:
- Umgeben mindestens eines Abschnitts der Isolierschicht mit einem Laminatfilm, der eine äußere Polymerschicht, eine formbare Schicht, die ein formbares Material umfasst, und
- eine innere Polymerschicht umfasst, wobei die innere Polymerschicht in Kontakt mit der Isolierschicht steht und wobei die formbare Schicht zwischen der äußeren Polymerschicht und der inneren Polymerschicht angeordnet ist; und
- Heißverschweißen des Laminatfilms, um eine Verkapselungsschicht zu bilden, wobei die Verkapselungsschicht die Isolierschicht zumindest teilweise umgibt.
28. Verfahren nach Aspekt 27, wobei das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst:
- Umgeben mindestens eines Abschnitts der Isolierschicht mit einem ersten Laminatfilm;
- Abdecken mindestens eines Abschnitts der Isolierschicht mit einem zweiten Laminatfilm; und
- Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit dem zweiten Laminatfilm, um die Verkapselungsschicht zu bilden.
29. Verfahren nach Aspekt 28, wobei:
- eine erste Vertiefung in dem ersten Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist;
- eine zweite Vertiefung in dem zweiten Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die zweite Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist; und
- wobei das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst:
  - Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des ersten Laminatfilms;
  - Platzieren des zweiten Laminatfilms auf dem ersten Laminatfilm, wobei die zweite Vertiefung im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung ausgerichtet ist; und Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Laminatfilms.
30. Verfahren nach Aspekt 28, wobei:
- eine erste Vertiefung in dem ersten Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist;
- eine zweite Vertiefung in dem zweiten Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die zweite Vertiefung in Form und Größe komplementär zur ersten Vertiefung ist; und wobei das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst:
  - Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des ersten Laminatfilms;
  - Platzieren des zweiten Laminatfilms auf dem ersten Laminatfilm, wobei die zweite Vertiefung im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung ausgerichtet ist, sodass ein Abschnitt der zweiten Vertiefung innerhalb der ersten Vertiefung angeordnet ist; und Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Laminatfilms.
31. Verfahren nach Aspekt 28, wobei:
- eine erste Vertiefung in dem ersten Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist;
- wobei das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst:
  - Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des ersten Laminatfilms;
  - Platzieren des zweiten Laminatfilms auf dem ersten Laminatfilm; und
  - Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Laminatfilms.
32. Verfahren nach Aspekt 27, wobei:
- eine erste Vertiefung in dem Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist;
- eine zweite Vertiefung in dem Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die zweite Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist; und
- wobei das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst:
  - Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des Laminatfilms;
  - Falten des Laminatfilms derart, dass die zweite Vertiefung des Laminatfilms im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung ausgerichtet ist; und
  - Heißverschweißen eines Abschnitts des Laminatfilms mit sich selbst.
33. Verfahren nach Aspekt 27, wobei:
- eine erste Vertiefung in dem Laminatfilm ausgebildet wird, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht ist; und
- wobei das Bilden der Verkapselungsschicht umfasst:
  - Platzieren der Isolierschicht in der ersten Vertiefung des Laminatfilms;
  - Falten des Laminatfilms derart, dass ein Abschnitt des Laminatfilms die Isolierschicht und einen separaten Abschnitt des Laminatfilms im Wesentlichen bedeckt; und
  - Heißverschweißen eines Abschnitts des Laminatfilms mit sich selbst.
34. Verfahren nach einem der Aspekte 27 bis 33, wobei die Verkapselungsschicht die Isolierschicht vollständig umgibt.
35. Verfahren nach einem der Aspekte 27 bis 34, wobei die heißverschweißten Abschnitte des Laminatfilms gegen eine oder mehrere Seiten der Isolierschicht gefaltet werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2021/0167438 [0033]
US 63/218205 [0033]

Claims

Isolierbarriere (100) zur Verwendung in einem elektrischen Energiespeichersystem, wobei die Isolierbarriere (100) umfasst: mindestens eine Isolierschicht (110); und eine Verkapselungsschicht (120), die die Isolierschicht (110) mindestens teilweise umgibt, wobei die Verkapselungsschicht (120) einen Laminatfilm umfasst und vorzugsweise dazu ausgelegt ist, die Isolierschicht (110) vor chemischen, mechanischen Beschädigungen und/oder Hitzeschäden zu schützen.
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 1, wobei die Verkapselungsschicht (120) vorzugsweise dazu ausgelegt ist, einen Kontakt der Isolierschicht (110) mit einem Wärmeübertragungsfluid zu verhindern.
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Laminatfilm mindestens eine oder mehrere umfasst von: einer äußeren Polymerschicht (122), einer formbaren Schicht (124) und/oder einer inneren Polymerschicht (126).
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 3, wobei der Laminatfilm eine äußere Polymerschicht (122), eine formbare Schicht (124) und eine innere Polymerschicht (126) umfasst.
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die innere Polymerschicht (126) mit der Isolierschicht (110) in Kontakt steht und wobei die formbare Schicht (124) zwischen der äußeren Polymerschicht (122) und der inneren Polymerschicht (126) angeordnet ist.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die äußere Polymerschicht (122) ein Polymer umfasst, das gegenüber dielektrischen Wärmeübertragungsfluids in dem elektrischen Energiespeichersystem beständig ist.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Wärmeübertragungsfluid aus der Gruppe bestehend aus Kohlenwasserstofffluiden, Esterfluiden, Siliconfluiden, Fluoretherfluiden und Mischungen davon ausgewählt ist.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die äußere Polymerschicht (122) aus einem Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyoxymethylen, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polyamid-Imid, Polyamid, Polycarbonat, Polyester, Polyetherimid, Polystyrol, Polysulfon, Polyimid und Terephthalat hergestellt ist.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die äußere Polymerschicht (122) aus einem ersten Polymerfilm aus einem ersten Material und einem zweiten Polymerfilm aus einem zweiten Material besteht, wobei sich das erste Material von dem zweiten Material unterscheidet.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die äußere Polymerschicht (122) eine Dicke von ungefähr 10 µm bis ungefähr 100 µm aufweist.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die innere Polymerschicht (126) aus einem Polymer besteht, das verschmolzen, vorzugsweise mit sich selbst heißverschweißt werden kann.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei die innere Polymerschicht (126) aus einem Polymer besteht, das sich von dem Polymer in der äußeren Polymerschicht (122) unterscheidet.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei die innere Polymerschicht (126) aus einem Polyolefinpolymer besteht.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 13, wobei die innere Polymerschicht (126) eine Dicke von ungefähr 10 µm bis ungefähr 100 µm aufweist.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 14, wobei die äußere Polymerschicht (122) aus Polyethylenterephthalat („PET“) oder orientiertem Nylon („ONy)“ besteht und wobei die innere Polymerschicht (126) aus Polypropylen („PP“) besteht.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 15, wobei die formbare Schicht (124) dazu ausgelegt ist, die Isolierschicht (110) zu schützen und/oder der Isolierschicht (110) zusätzliche Unterstützung zu bieten.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 16, wobei die formbare Schicht (124) formbares Material umfasst, das optional aus einem verformbaren Polymer oder einer verformbaren Metallfolie ausgewählt ist.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 17, wobei die formbare Schicht (124) eine Dicke von ungefähr 10 µm bis ungefähr 100 µm aufweist.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 18, wobei die Verkapselungsschicht (120) ferner einen Klebstoff umfasst, der zwischen der äußeren Polymerschicht (122) und der formbaren Schicht (124) und/oder der inneren Polymerschicht (126) und der formbaren Schicht (124) angeordnet ist.
Isolierbarriere (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolierschicht (110) eine Wärmeleitfähigkeit durch eine Dickenabmessung der Isolierschicht (110) von weniger als etwa 50 mW/m-K bei 25 °C und weniger als etwa 60 mW/m-K bei 600 °C aufweist.
Isolierbarriere (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolierschicht (110) ein Material umfasst, das dazu geeignet ist, Batteriezellen oder Batteriemodule zu trennen.
Isolierbarriere (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolierschicht ein Polymermaterial, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Polypropylen, Polyester, Polyimid und aromatisches Polyamid, ein Phasenwechselmaterial, ein intumeszierendes Material, ein Aerogel-Material, ein Mineral, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Glimmer oder ein anorganisches Material, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Glasfaser umfasst.
Isolierbarriere (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolierschicht ein Aerogel umfasst.
Isolierbarriere (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verkapselungsschicht (120) eine Gesamtdicke von ungefähr 30 µm bis ungefähr 300 µm aufweist.
Isolierbarriere (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verkapselungsschicht die Isolierschicht (110) vollständig umgibt.
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 1, wobei die Verkapselungsschicht (120) aus zwei miteinander verschweißten Laminatfilmen besteht.
Isolierbarriere (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verkapselungsschicht aus einem ersten Laminatfilm (222a) besteht, der die Oberseite der Isolierschicht (110) bedeckt, und einem zweiten Laminatfilm (222b), der die Unterseite der Isolierschicht (110) bedeckt, und der erste und der zweite Laminatfilm (122a, 122b) derart positioniert sind, dass die inneren Polymerschichten (126) des ersten und zweiten Films einander kontaktieren und vorzugsweise miteinander heißverschweißt sind, um einen heißverschweißten Abschnitt auszubilden, der sich von der Isolierschicht (110) weg erstreckt.
Isolierbarriere (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verkapselungsschicht (120) aus einem einzigen Laminatfilm (222a) besteht, mit einem ersten Abschnitt, der eine Oberseite der Isolierschicht (110) bedeckt, und einem zweiten Abschnitt, der die Unterseite der Isolierschicht (110) bedeckt, und der erste und der zweite Abschnitt derart positioniert sind, dass die innere Polymerschicht (126) des ersten und zweiten Abschnitts einander kontaktieren und vorzugsweise miteinander heißverschweißt sind, um einen heißverschweißten Abschnitt auszubilden, der sich von der Isolierschicht (110) weg erstreckt.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei sich der heißverschweißte Abschnitt von der Isolierschicht (110) weg erstreckt im Wesentlichen parallel zu der Ober- und/oder Unterseite der Wärmeisolierbarriere (110).
Isolierbarriere (110) nach Anspruch 29, wobei der heißverschweißte Abschnitt im Wesentlichen mit der Fläche der Ober- oder Unterseite der Isolierschicht (110) ausgerichtet ist.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei der heißverschweißte Abschnitt im Wesentlichen senkrecht zu der Ober- und/oder Unterseite der Wärmeisolierbarriere (110) ist.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 27 bis 31, wobei der heißverschweißte Abschnitt in Richtung der Isolierschicht (110) zurückgefaltet wird.
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 32, wobei der heißverschweißte Abschnitt in Richtung der Isolierschicht (110) auf sich selbst zurückgefaltet wird, so dass er die Seite der Isolierbarriere (100) mindestens teilweise überlappt und vorzugsweise dagegen gefaltet ist.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 27 bis 33, wobei der heißverschweißte Abschnitt Ausschnitte umfasst, die dazu ausgelegt sind, sein Falten zu vereinfachen.
Isolierbarriere (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verkapselungsschicht (120) die Isolierschicht (110) umgibt und wobei die Verkapselungsschicht (120) auf sich selbst heißverschweißt wird, um eine Verkapselung auszubilden, die mindestens teilweise die Isolierschicht (110) umgibt.
Batteriemodul, umfassend: eine Vielzahl von Batteriezellen, und eine oder mehrere Isolierbarrieren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Isolierbarriere (100) zwischen benachbarten Batteriezellen angeordnet ist.
Elektrisches Leistungssystem, umfassend ein oder mehrere Batteriemodule, wie in Anspruch 36 beschrieben.
Vorrichtung oder Fahrzeug, umfassend ein Batteriemodul nach Anspruch 37.
Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei die Vorrichtung ein Laptop-Computer, ein PDA, ein Mobiltelefon, ein Tag-Scanner, eine Audiovorrichtung, eine Videovorrichtung, ein Anzeigefeld, eine Videokamera, eine Digitalkamera, Desktop-Computer, militärische tragbare Computer, militärische Telefone, Laserentfernungsmesser, digitale Kommunikationsvorrichtung, Intelligenz-Erfassungssensor, elektronisch integrierte Kleidung, Nachtsichtausrüstung, Elektrowerkzeug, Rechner, Radio, ferngesteuerte Vorrichtung, GPS-Vorrichtung, Handheld- und tragbares Fernsehen, Autostarter, Taschenlampen, akustische Vorrichtungen, tragbare Heizvorrichtung, tragbarer Staubsauger oder ein tragbares medizinisches Werkzeug ist.
Fahrzeug nach Anspruch 38, wobei das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug ist.
Isolierbarriere (100) zur Verwendung von Batteriezellen in einem elektrischen Energiespeichersystem, das mithilfe eines Verfahrens ausgebildet wurde, umfassend das Umgeben mindestens eines Abschnitts der Isolierschicht (110) mit einem Laminatfilm, der vorzugsweise dazu ausgelegt ist, die Isolierschicht (110) vor chemischen, mechanischen Beschädigungen und/oder Hitzeschäden zu schützen.
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 41, wobei der Laminatfilm mindestens eine oder mehrere umfasst von: einer äußeren Polymerschicht (122), einer formbaren Schicht (124) und/oder einer inneren Polymerschicht (126).
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 42, wobei die laminare Schicht eine äußere Polymerschicht (122), eine formbare Schicht (124), die ein formbares Material umfasst, und eine innere Polymerschicht (126) umfasst, wobei die innere Polymerschicht (126) mit der Isolierschicht (110) in Kontakt steht und wobei die formbare Schicht (124) zwischen der äußeren Polymerschicht (122) und der inneren Polymerschicht (126) angeordnet ist, und wobei das Verfahren ferner das Heißverschweißen des Laminatfilms umfasst, um eine Verkapselungsschicht (120) auszubilden, wobei die Verkapselungsschicht (120) mindestens teilweise die Isolierschicht (110) umgibt.
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 43, wobei das Bilden der Verkapselungsschicht (120) umfasst: Abdecken mindestens eines Abschnitts der Isolierschicht (110) mit einem ersten Laminatfilm; Abdecken mindestens eines Abschnitts der Isolierschicht (110) mit einem zweiten Laminatfilm; und Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit dem zweiten Laminatfilm, um die Verkapselungsschicht (120) zu bilden.
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 44, wobei das Verfahren ferner umfasst: Ausbilden einer ersten Vertiefung in dem ersten Laminatfilm, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht (110) ist; Ausbilden einer zweiten Vertiefung in dem zweiten Laminatfilm, wobei die zweite Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht (110) ist; und wobei das Bilden der Verkapselungsschicht (120) umfasst: Platzieren der Isolierschicht (110) in der ersten Vertiefung des ersten Laminatfilms; Platzieren des zweiten Laminatfilms auf dem ersten Laminatfilm, wobei die zweite Vertiefung im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung ausgerichtet ist; und Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Laminatfilms.
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 45, wobei das Verfahren ferner umfasst: Ausbilden einer ersten Vertiefung in dem ersten Laminatfilm, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht (110) ist; Ausbilden einer zweiten Vertiefung in dem zweiten Laminatfilm, wobei die zweite Vertiefung in Form und Größe komplementär zur ersten Vertiefung ist; und wobei das Bilden der Verkapselungsschicht (120) umfasst: Platzieren der Isolierschicht (110) in der ersten Vertiefung des ersten Laminatfilms; Platzieren des zweiten Laminatfilms auf dem ersten Laminatfilm, wobei die zweite Vertiefung im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung ausgerichtet ist, sodass ein Abschnitt der zweiten Vertiefung innerhalb der ersten Vertiefung angeordnet ist; und Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Laminatfilms.
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 45, wobei das Verfahren ferner umfasst: Ausbilden einer ersten Vertiefung in dem ersten Laminatfilm, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht (110) ist; wobei das Bilden der Verkapselungsschicht (120) umfasst: Platzieren der Isolierschicht (110) in der ersten Vertiefung des ersten Laminatfilms; Platzieren des zweiten Laminatfilms auf dem ersten Laminatfilm; und Heißverschweißen eines Abschnitts des ersten Laminatfilms mit einem Abschnitt des zweiten Laminatfilms.
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 45, wobei das Verfahren ferner umfasst: Ausbilden einer ersten Vertiefung in dem Laminatfilm, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht (110) ist; Ausbilden einer zweiten Vertiefung in dem Laminatfilm, wobei die zweite Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht (110) ist; und wobei das Bilden der Verkapselungsschicht (120) umfasst: Platzieren der Isolierschicht (110) in der ersten Vertiefung des Laminatfilms; Falten des Laminatfilms derart, dass die zweite Vertiefung des Laminatfilms im Wesentlichen mit der ersten Vertiefung ausgerichtet ist; und Heißverschweißen eines Abschnitts des Laminatfilms mit sich selbst.
Isolierbarriere (100) nach Anspruch 45, wobei das Verfahren ferner umfasst: Ausbilden einer ersten Vertiefung in dem Laminatfilm, wobei die erste Vertiefung in Form und Größe komplementär zur Isolierschicht (110) ist; und wobei das Bilden der Verkapselungsschicht (120) umfasst: Platzieren der Isolierschicht (110) in der ersten Vertiefung des Laminatfilms; Falten des Laminatfilms derart, dass ein Abschnitt des Laminatfilms die Isolierschicht (110) und einen separaten Abschnitt des Laminatfilms im Wesentlichen bedeckt; und Heißverschweißen eines Abschnitts des Laminatfilms mit sich selbst
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 43 bis 49, wobei die Verkapselungsschicht (120) die Isolierschicht (110) vollständig umgibt.
Isolierbarriere (100) nach einem der Ansprüche 43 bis 50, wobei die heißverschweißten Abschnitte des Laminatfilms gegen eine oder mehrere Seiten der Isolierschicht (110) gefaltet werden.