KR20240059656A - 에어로겔 및 에어로겔 복합체의 포일 캡슐화를 위한 재료, 시스템, 및 방법 - Google Patents

에어로겔 및 에어로겔 복합체의 포일 캡슐화를 위한 재료, 시스템, 및 방법 Download PDF

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영규 남
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아스펜 에어로겔, 인코포레이티드
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Abstract

본 개시는 에너지 저장 시스템에서 열 폭주 이슈를 관리하기 위한 재료 및 시스템에 관한 것이다. 예시적인 실시예들은 단열 배리어를 형성하기 위해 캡슐화된 단열층을 포함한다. 캡슐화 층은 외측 중합체 층과 내측 중합체 층 사이에 샌드위치된 가단성 층을 포함하는 라미네이트 막으로 제조된다.

Description

에어로겔 및 에어로겔 복합체의 포일 캡슐화를 위한 재료, 시스템, 및 방법
관련 출원 교차 참조
본 출원은 "Materials, Systems, and Methods for Foil Encapsulation of Aerogels and Aerogel Composites"라는 명칭으로 2022년 1월 28일에 출원된 미국 가 특허 출원 제63/304,258호, 및 "Materials, Systems, and Methods for Foil Encapsulation of Aerogels and Aerogel Composites"라는 명칭으로 2022년 2월 23일에 출원된 미국 가 특허 출원 제63/313,063호의 이익 및 우선권을 주장한다. 두 가 출원의 내용은 전문이 본 명세서에 참조로 통합된다.
기술분야
본 개시는 일반적으로 재료를 캡슐화하기 위한 재료, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 에너지 저장 시스템에서 전지 셀들 또는 전지 모듈들 사이에 사용되는 열 배리어들의 캡슐화를 위한 재료, 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 본 개시는 에어로겔 열 배리어들의 캡슐화에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 캡슐화된 열 배리어 재료를 포함하는 하나 이상의 전지 셀을 갖는 전지 모듈 또는 팩뿐만 아니라, 이러한 전지 모듈들 또는 팩들을 포함하는 시스템들에 관한 것이다.
리튬 이온 전지 등의 이차 전지는 전력 구동 및 에너지 저장 시스템에서 많은 용도를 발견하고 있다. 리튬 이온 전지(LIB)는 전통적인 전지들과 비교하여 높은 작동 전압, 낮은 메모리 효과, 및 높은 에너지 밀도로 인해 셀폰, 태블릿, 랩톱, 전력 툴 및 전기 차량과 같은 다른 고전류 디바이스들에 전력을 공급하는 데 널리 사용된다. 그러나, LIB는 재충전 가능 전지가 과충전(설계된 전압을 초과하여 충전)되거나, 과방전되거나, 고온 및 고압에서 작동되거나 이에 노출될 때와 같은 "남용 조건" 하에서 치명적인 장애에 취약하기 때문에 안전성이 우려된다. 결과적으로, 좁은 가동 온도 범위들 및 충전/방전 레이트들은 LIB의 사용에 대한 제한인데, 이는 LIB들이 그 설계 윈도우 밖의 조건들을 겪을 때 급격한 자가 가열 또는 열 폭주(thermal runaway) 이벤트를 통해 작동이 되지 않을 수 있기 때문이다.
열 폭주는 내부 반응 레이트가 인출될 수 있는 것보다 더 많은 열이 발생되는 지점까지 증가할 때 발생할 수 있으며, 이는 반응 레이트와 열 발생 둘 다의 추가적인 증가를 초래한다. 열 폭주 동안, 고온은 전지에서 발열 반응의 체인을 트리거하여, 전지의 온도가 급격하게 증가하게 한다. 많은 경우들에서, 하나의 전지 셀에서 열 폭주가 발생할 때, 발생된 열은 열 폭주를 겪는 셀에 근접하여 셀들을 빠르게 가열한다. 열 폭주 반응에 추가되는 각 셀은 반응을 계속하기 위해 추가적인 에너지를 포함하여, 전지 팩 내에서 열 폭주 전파를 야기하여, 결과적으로 화재 또는 폭발로 인한 재해를 초래한다. 신속한 열 방출 및 열 전달 경로의 효과적인 차단은 열 폭주 전파에 의해 야기되는 위험을 감소시키기 위한 효과적인 대책이 될 수 있다.
전지 열 폭주를 초래하는 메커니즘의 이해에 기초하여, 전지 구성요소들의 합리적인 설계를 통해 안전 위험을 감소시키는 것을 목표로 많은 접근법들이 연구되고 있다. 이러한 연속적인 열 폭주 이벤트가 발생하는 것을 방지하기 위해, LIB는 전형적으로, 저장된 에너지를 충분히 낮게 유지하도록, 또는 전지 모듈 또는 팩 내의 셀들 사이에 충분한 단열 재료를 채용하여 셀들을 인접한 셀에서 발생할 수 있는 열 이벤트로부터 단열시키도록, 또는 이들의 조합으로 설계된다. 전자는 이러한 디바이스에 잠재적으로 저장될 수 있는 에너지의 양을 극심하게 제한한다. 후자는 얼마나 근접한 셀들이 배치될 수 있는지를 제한하고, 이에 의해 유효 에너지 밀도를 제한한다.
현재, 연속적인 열 폭주에 대해 보호하면서 에너지 밀도를 최대화하기 위해 채용되는 다수의 상이한 방법론들이 있다. 하나의 접근법은 셀들 또는 셀들의 클러스터들 사이에 충분한 양의 단열체를 혼입하는 것이다. 이 접근법은 일반적으로 안전 관점에서 바람직한 것으로 생각되지만, 이 접근법에서 단열 재료가 열을 함유하는 능력은 필요한 단열 체적과 조합되어 달성될 수 있는 에너지 밀도의 상한을 결정한다.
다른 접근법은 상 변화 재료의 사용을 통한다. 이들 재료들은 특정 상승된 온도에 도달할 시 흡열 상 변화를 겪는다. 흡열 상 변화는 발생되는 열의 일부를 흡수하고, 이에 의해 국부화된 영역을 냉각시킨다. 전형적으로, 전기 저장 디바이스들에 대해, 이러한 상 변화 재료들은 예를 들어, 왁스 및 지방산과 같은 탄화수소 재료에 의존한다. 이들 시스템들은 냉각에 효과적이지만, 그 자체는 가연성이고, 이에 따라 저장 디바이스 내의 점화가 발생하면 열 폭주를 방지하는 데 유익하지 않다.
팽창성 재료들의 혼입은 연속적인 열 폭주를 방지하기 위한 또 다른 전략이다. 이러한 재료들은 특정 온도 위로 팽창하여, 경량이고, 필요할 때 단열을 제공하도록 설계된 차(char)를 생성한다. 이러한 재료들은 단열 이점을 제공하는 데 효과적일 수 있지만, 재료의 팽창은 저장 디바이스의 설계에서 고려되어야 한다.
에어로겔 재료들은 또한 열 배리어 재료들로서 사용되었다. 에어로겔 열 배리어들은 다른 열 배리어 재료들에 비해 많은 장점들을 제공한다. 이러한 이점들 중 일부는 사용되는 재료들의 두께 및 중량을 최소화하면서 열 전파 및 화재 전파에 유리한 내성을 포함한다. 에어로겔 열 배리어들은 또한 압축성, 압축 탄성, 및 순응성에 대해 유리한 속성들을 갖는다. 일부 에어로겔 기반 열 배리어들은 그 경량 및 낮은 강도로 인해, 특히 대량 생산 환경에서, 전지 셀들 사이에 설치하기가 어려울 수 있다. 또한, 에어로겔 열 배리어들은 전기 저장 시스템들에 해로울 수 있는 미립자 물질(먼지)을 생성하는 경향이 있어, 제조 문제들을 일으킨다.
양호하고 그 외 많은 상이한 속성들을 각각 갖는 많은 상이한 재료가 이용가능하면, 전지 셀들과 열 배리어 둘 다에 대한 추가적인 보호를 제공하기 위해 열 배리어 재료를 캡슐화하는 것이 바람직할 것이며, 또한 제조 프로세스를 단순화하는 것이 바람직할 것이다.
본 개시의 목적은 위에서 언급된 종래의 방법들 및 재료들의 적어도 하나의 단점을 제거하거나 완화하는 것이다. 본 명세서에서 제공되는 지지 부재는 전지 모듈들 또는 전지 팩들에 사용되는 열 배리어들의 캡슐화 및 취급을 개선하도록 설계된다.
본 개시의 양태에서, 전기 에너지 저장 시스템에 사용하기 위한 단열 배리어는 적어도 하나의 단열층, 및 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 캡슐화 층을 포함한다. 캡슐화 층은 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막을 포함한다. 내측 중합체 층은 단열층과 접촉하고, 가단성 층은 외측 중합체 층과 내측 중합체 층 사이에 배치된다.
외측 중합체 층은 전기 에너지 저장 시스템 내의 유전성 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함한다. 예를 들어, 외측 중합체 층은 탄화수소 유체, 에스테르 유체, 실리콘 유체, 플루오로에테르 유체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함한다. 본 개시의 일 양태에서, 외측 중합체 층은 폴리옥시메틸렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아미드-이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리이미드, 및 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체로 제조된다.
내측 중합체 층은 그 자체로 열 용접될 수 있는 중합체를 포함한다. 예를 들어, 내측 중합체 층은 폴리올레핀 중합체를 포함한다. 일부 양태들에서, 내측 중합체는 외측 중합체 층 내의 중합체와 상이한 중합체로 구성된다.
가단성 층은 일부 양태들에서, 금속 포일을 포함한다. 일부 양태들에서, 가단성 층은 가단성 중합체를 포함한다.
본 개시의 양태에서, 캡슐화 층은 외측 중합체 층과 가단성 층 및/또는 내측 중합체 층과 가단성 층 사이에 배치된 접착제를 더 포함한다.
본 개시의 양태에서, 외측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는다. 본 개시의 양태에서, 가단성 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는다. 본 개시의 양태에서, 내측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는다. 본 개시의 양태에서, 캡슐화 층은 약 30 ㎛ 내지 약 300 ㎛ 사이의 전체 두께를 갖는다.
본 개시의 양태에서, 단열층은 25℃에서 약 50 mW/m-K 미만 및 600℃에서 약 60 mW/m-K 미만의 단열층의 두께 치수를 통한 열전도도를 갖는다. 본 개시의 양태에서, 단열층은 에어로겔을 포함한다.
본 개시의 양태에서, 캡슐화 층은 단열층을 완전히 둘러싼다. 본 개시의 양태에서, 캡슐화 층은 함께 열 용접된 두 개의 라미네이트 막들로 구성된다. 본 개시의 양태에서, 캡슐화 층은 단열층을 둘러싼다. 캡슐화 층은 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 인클로저를 형성하기 위해 그 자체에 열 용접된다.
본 개시의 양태에서, 전기 에너지 저장 시스템에서의 배터리 셀들 간에 사용하기 위한 단열층을 캡슐화하는 방법은: 단열층의 적어도 일부분을, 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막으로 둘러싸는 단계 ― 내측 중합체 층은 단열층과 접촉하고, 가단성 층은 외측 중합체 층과 내측 중합체 층 사이에 배치됨 ―; 및 라미네이트 막을 열 용접하여 캡슐화 층을 형성하는 단계 ― 캡슐화 층은 단열층을 적어도 부분적으로 둘러쌈 ― 를 포함한다.
본 개시의 양태에서, 단열층을 캡슐화하는 방법은 단열층의 적어도 일부분을 제1 라미네이트 막으로 덮는 단계; 단열층의 적어도 일부분을 제2 라미네이트 막으로 덮는 단계; 및 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접하여 캡슐화 층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 개시의 양태에서, 단열층을 캡슐화하는 방법에서, 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이다. 캡슐화 층을 형성하는 단계는: 제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계; 제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 제1 라미네이트 막 상에 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함한다.
본 개시의 양태에서, 단열층을 캡슐화하는 방법에서, 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이다. 제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 제1 만입부에 형상 및 크기가 상보적이다. 캡슐화 층을 형성하는 단계는: 제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계; 제2 만입부의 일부분이 제1 만입부 내부에 배치되도록 제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 제1 라미네이트 막 상에 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함한다.
본 개시의 양태에서, 단열층을 캡슐화하는 방법에서, 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이다. 제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 제1 만입부에 형상 및 크기가 상보적이다. 캡슐화 층을 형성하는 단계는: 제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계; 제2 만입부의 일부분이 제1 만입부 내부에 배치되도록 제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 제1 라미네이트 막 상에 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함한다.
본 개시의 양태에서, 단열층을 캡슐화하는 방법에서, 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이다. 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이다. 이 시점에서, 캡슐화 층을 형성하는 단계는: 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계; 라미네이트 막의 제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되도록 라미네이트 막을 폴딩하는 단계; 및 라미네이트 막의 일부분을 그 자체에 열 용접하는 단계를 포함한다.
본 개시의 양태에서, 연장되는 라미네이트 막의 열 용접된 부분들은 단열층의 하나 이상의 측에 대해 폴딩된다.
본 개시의 다른 양태에서, 전지 모듈은 복수의 전지 셀들 및 인접한 전지 셀들 사이에 배치되는 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 하나 이상의 단열 배리어를 포함한다.
다른 양태에서, 본 명세서에서는 상기한 양태들 중 어느 하나에 따른 전지 모듈 또는 팩을 포함하는 디바이스 또는 차량이 제공된다. 일부 실시예들에서, 디바이스는 랩탑 컴퓨터, PDA, 모바일 폰, 태그 스캐너, 오디오 디바이스, 비디오 디바이스, 디스플레이 패널, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 데스크탑 컴퓨터 군용 휴대용 컴퓨터 군용 전화 레이저 거리 측정기 디지털 통신 디바이스, 지능형 수집 센서, 전자 일체형 의류, 암시 장비, 전동 공구, 계산기, 라디오, 원격 제어 기기, GPS 디바이스, 핸드헬드 및 휴대용 텔레비전, 자동차 시동기, 플래시라이트, 음향 디바이스, 휴대용 가열 디바이스, 휴대용 진공 청소기 또는 휴대용 의료 도구이다. 일부 실시예들에서, 차량은 전기 차량이다.
본 명세서에서 설명되는 단열 배리어는 기존의 열 폭주 완화 전략에 비해 하나 이상의 장점을 제공할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 단열 배리어는 전지 모듈 또는 팩의 에너지 밀도 및 조립 비용에 큰 영향을 미치지 않으면서 셀 열 폭주 전파를 최소화 또는 제거할 수 있다. 본 개시의 단열 배리어는 정상적인 동작 조건뿐만 아니라 열 폭주 조건 하에서도 유리한 열 속성을 보유하면서 셀의 수명 동안 계속되는 셀의 팽윤을 수용하기 위해 압축성, 압축 탄력성 및 순응성에 대한 유리한 속성을 제공할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 단열 배리어들은 내구성이 있고 취급하기 용이하고, 사용되는 재료의 두께 및 중량을 최소화하면서 열 전파 및 화재 전파에 유리한 내성을 가지며, 압축성, 압축 탄력성, 및 순응성에 유리한 속성을 또한 갖는다.
이에 따라, 본 개시를 일반적인 용어로 설명하면, 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아닌 첨부된 도면들을 참조할 수 있고, 첨부된 도면들에서:도 1a는 라미네이트 막에 의해 캡슐화된 단열층의 단면도이다.
도 1b는 라미네이트 막의 측면도이다.
도 1c는 두 개의 외측 중합체 층들을 갖는 라미네이트 막의 측면도이다.
도 2a는 두 개의 라미네이트 막 시트들을 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 프로세스의 개략도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 프로세스에 의해 형성된 캡슐화 층에 의해 캡슐화된 단열층의 개략도를 도시한다.
도 2c는 단일 라미네이트 막 시트를 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 대안적인 프로세스의 개략도를 도시한다.
도 3a는 두 개의 라미네이트 막 시트들을 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 프로세스의 개략도를 도시하며, 여기서 두 개의 시트들 모두는 단열층을 수용하기 위한 만입부를 갖는다.
도 3b는 도 3a에 도시된 프로세스에 의해 형성된 캡슐화 층에 의해 캡슐화된 단열층의 평면도를 도시한다.
도 3c는 두 개의 만입부들을 갖는 단일 라미네이트 막 시트를 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 대안적인 프로세스의 개략도를 도시한다.
도 4a는 만입된 두 개의 라미네이트 막 시트들을 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 대안적인 프로세스의 개략도를 도시한다.
도 4b는 도 4a에 도시된 프로세스에 의해 형성된 캡슐화 층에 의해 캡슐화된 단열층의 평면도를 도시한다.
도 4c는 두 개의 만입부들을 갖는 단일 라미네이트 막 시트를 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 대안적인 프로세스의 개략도를 도시한다.
도 5a는 하나의 시트는 만입되지만 다른 시트는 만입되지 않은 두 개의 라미네이트 막 시트들을 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 대안적인 프로세스의 개략도를 도시한다.
도 5b는 도 5a에 도시된 프로세스에 의해 형성된 캡슐화 층에 의해 캡슐화된 단열층의 평면도를 도시한다.
도 5c는 하나의 섹션에 단일 만입부를 가지며 다른 섹션에는 만입부가 없는 단일 라미네이트 막 시트를 사용하여 단열층 주위에 캡슐화 층을 형성하는 대안적인 프로세스의 개략도를 도시한다.
도 6a는 캡슐화 층을 폴딩하는 방법의 개략도를 도시한다.
도 6b는 코너들에 컷아웃들을 갖는 캡슐화를 폴딩하는 방법의 개략도를 도시한다.
도 6c는 캡슐화 층 에지들을 이중 폴딩하는 방법의 개략도를 도시한다.
도 7은 라미네이트 막에 형성된 만입부의 개략도를 도시한다.
도 8a는 단일 라미네이트 막으로 단열 배리어를 캡슐화하기 위한 조립 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 8b는 두 개의 라미네이트 막들로 단열 배리어를 캡슐화하기 위한 조립 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 9는 전지 셀들 사이에 단열 배리어들을 갖는 전지 모듈의 개략도를 도시한다.
본 발명은 다양한 변형들 및 대안적인 형태들에 취약할 수 있지만, 본 발명의 특정 실시예들은 도면들에 예로서 도시되어 있으며, 본 명세서에서 상세히 설명될 것이다. 도면들은 축척에 따르지 않을 수 있다. 그러나, 도면들 및 이에 대한 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한시키려는 의도가 아니라, 반대로, 모든 수정들, 등가물들, 및 첨부된 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 대안들을 포함할 수 있다.
바람직한 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명에서, 상세한 설명의 일부를 형성하고, 본 개시가 실시될 수 있는 구체적인 실시예들을 예로서 도시한 첨부 도면들을 참조한다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 구조적 변경이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 개시는 에너지 저장 시스템에서 열 폭주 이슈를 관리하기 위해 단열 배리어 및 단열 배리어들을 포함하는 시스템에 관한 것이다. 예시적인 실시예들은 적어도 하나의 단열층, 및 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 캡슐화 층을 포함하는 단열 배리어를 포함한다.
단열층은 전지 셀들 또는 전지 모듈들을 분리하기 위해 통상적으로 사용되는 임의의 종류의 단열층을 포함할 수 있다. 예시적인 단열층들은 중합체계 열 배리어(예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리이미드, 및 방향족 폴리아미드(아라미드)), 상 변화 재료, 팽창성 재료, 에어로겔 재료, 미네랄계 배리어(예를 들어, 미카), 및 무기 열 배리어(예를 들어, 유리 섬유 함유 배리어)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
바람직한 실시예에서, 단열층은 에어로겔 재료를 포함한다. 에어로겔 단열층에 대한 설명은 미국 특허 출원 공보 제2021/0167438호 및 미국 가특허 출원 제63/218,205호에 기재되어 있으며, 이들 둘 모두는 본 명세서에 참조로 통합된다.
단열층은 약 5 MPa 이하의 하중 하에서 25℃에서 약 50 mW/mK 이하, 약 40 mW/mK 이하, 약 30 mW/mK 이하, 약 25 mW/mK 이하, 약 20 mW/mK 이하, 약 18 mW/mK 이하, 약 16 mW/mK 이하, 약 14 mW/mK 이하, 약 12 mW/mK 이하, 약 10 mW/mK 이하, 약 5 mW/mK 이하, 또는 이들 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위 내의 상기의 단열층의 두께 지수를 통한 열전도도를 가질 수 있다.
단열층들은 단열층들을 전지 모듈 또는 전지 팩 내로 통합하는 것을 어렵게 만드는 다수의 상이한 물리적 속성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 단열층들은 매우 낮은 굴곡 탄성률(예를 들어, 10 MPa 미만)을 가져, 재료들을 취급하고 전지 셀들 사이에 위치시키기 어렵게 만든다. 추가적으로, 낮은 굴곡 탄성률 재료는 특히 자동화된 캡슐화 프로세스를 사용하는 경우, 조작하기 어려울 수 있다. 일부 단열층들은 전기 저장 시스템들에 해로울 수 있는 미립자 물질(먼지)을 생성하는 경향이 있어, 제조 문제들을 일으킨다.
본 개시는 라미네이트 막을 포함하는 캡슐화 층을 사용함으로써 이러한 문제들을 완화하도록 돕는다. 단열층의 적어도 일부분을 캡슐화 층이 둘러싼다. 일 실시예에서, 라미네이트 막은 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함한다. 내측 중합체 층은 단열층과 접촉한다. 가단성 층은 외측 중합체 층과 내측 중합체 층 사이에 배치된다. 내측 및 외측 중합체 층들은 에너지 저장 시스템에 존재하는 유체 및 주변 대기로부터의 단열층에 대한 손상을 방지하기 위한 배리어로서의 역할을 한다. 가단성 층은 또한 단열층에 대한 보호를 제공하지만, 가단성 층은 또한 단열층에 대한 강성이지만 가단성인 지지부로서 단열층에 대한 추가 지지를 제공한다.
캡슐화 층에 의해 캡슐화되는 단열층을 포함하는 단열 배리어의 실시예가 도 1a에 도시되어 있다. 단열 배리어(100)는 단열층(110)을 포함한다. 단열층(110)은 캡슐화 층(120)에 의해 둘러싸인다. 실시예에서, 캡슐화 층은 외측 중합체 층(122), 가단성 층(124), 및 내측 중합체 층(126)을 포함하는 라미네이트 막이다. 라미네이트 막의 확대된 측면도가 도 1b에 도시되어 있다. 단열층을 캡슐화하기 위해 사용될 때, 내측 중합체 층(126)은 단열층(110)과 접촉한다. 가단성 층(124)은 외측 중합체 층(122)과 내측 중합체 층(126) 사이에 배치된다.
일부 전기 에너지 저장 시스템들에서, 유체 전달 시스템이 전기 에너지 저장 시스템에 결합된다. 사용 동안, 유체 전달 시스템은 열 전달 유체를 전기 에너지 저장 시스템 내로 통과시키고, 유체가 전기 에너지 저장 시스템을 통과한 후에 열 전달 유체를 수집한다. 유체 전달 시스템은 유전체 액체 유체 또는 유전체 기체를 전기 에너지 저장 시스템 내로 통과시킨다. 일부 양태들에서, 유체는 유체가 전기 에너지 저장 시스템 내의 구성요소들을 가열 또는 냉각하도록 각각 가열 또는 냉각된다.
예시적인 유전체 열 전달 유체는 탄화수소 유체, 에스테르 유체, 실리콘 유체, 및 플루오로에테르 유체를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 전기 에너지 저장 시스템의 구성요소들을 냉각시키기 위해 사용될 수 있는 탄화수소 유체는 방향족 탄화수소(예를 들어, 디에틸 벤젠 및 디벤질 톨루엔) 및 지방족 탄화수소(예를 들어, 파라핀 오일, 이소 파라핀 오일, 및 폴리알파올레핀)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 전기 에너지 저장 시스템의 구성요소들을 냉각시키기 위해 사용될 수 있는 에스테르 유체는 디에스테르 및 폴리올레스테르 열 전달 유체들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 전기 에너지 저장 시스템의 구성요소들을 냉각시키기 위해 사용될 수 있는 실리콘 유체는 디메틸폴리실록산, 메틸페닐폴리실록산, 디페닐폴리실록산, 및 할로겐화 폴리실록산을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 전기 에너지 저장소의 구성요소들을 냉각시키기 위해 사용될 수 있는 플루오로에테르 유체는 퍼플루오로폴리에테르 및 히드로플루오로에테르를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
본 개시의 일 양태에서, 외측 중합체 층은 전기 에너지 저장 시스템 내의 유전성 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함한다. 본 개시의 특정 양태들에서, 외측 중합체 층은 전기 에너지 저장 시스템들에서 통상적으로 사용되는 하나 이상의 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함한다. 예를 들어, 외측 층은 탄화수소 유체, 에스테르 유체, 실리콘 유체, 플루오로에테르 유체, 또는 이들 유체의 임의의 조합에 저항하는 중합체를 포함한다. 외측 중합체 층으로서 사용될 수 있는 예시적인 중합체는 폴리옥시메틸렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아미드-이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리이미드, 및 테레프탈레이트, 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
외측 중합체 층은 또한 단열층에 마모 보호를 제공할 수 있다. 사용 동안, 외부 스트레스는 단열층을 손상시킬 수 있다. 단열층에 대한 손상은 단열층의 단열 속성들을 손상시킬 수 있다. 보호되지 않은 단열층에 발생할 수 있는 외부 스트레스는 전지 셀들의 팽창에 의해 야기되는 스트레스, 주변 온도의 변화, 외부 충격, 외부 파열, 및 단열층의 외부 스크래칭을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 개시의 일부 양태들에서, 외측 중합체 층은 외부 스트레스로부터 단열층을 보호하는 재료로부터 선택된다. 외측 중합체 층로서 사용될 수 있는 예시적인 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 및 배향된 나일론("ONy")을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
단일 외측 중합체 층이 위에서 설명되지만, 외측 중합체 층은 두 개 이상의 중합체 층들로 구성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 도 1c는 두 개의 상이한 중합체 층들(122a 및 122b)로 구성된 외측 층을 갖는 본 개시의 양태를 도시한다. 다수의 외측 중합체 층들이 사용될 때, 추가적인 외측 중합체 층들은 동일한 중합체 또는 상이한 중합체로 형성될 수 있다. 본 발명의 양태에서, 외측 중합체 층은 위에 놓인 PET 중합체 층을 갖는 ONy 중합체 층으로 구성된다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 내측 중합체 층(126)은 단열층(110)과 접촉한다. 내측 중합체 층(110)은 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸, 단열층을 외부 화학적 및 기계적 손상으로부터 보호한다. 단열층은 또한 캡슐화 층 내에 포함된 단열층으로부터의 미립자 물질을 유지하는 배리어로서 작용하여, 손상을 주는 입자들이 전기 에너지 저장 시스템에서 분산되는 것을 억제하거나 방지한다.
본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 캡슐화 층(120)은 단열층(110) 주위에 시일을 형성하기 위해 서로 연결되는 두 개의 별개의 라미네이트 막들(예를 들어, 상단 막(120a) 및 하단 막(120b))로 구성될 수 있다. 대안적인 양태에서, 캡슐화 층은 단열층을 캡슐화하기 위해 위로 폴딩되고 자체적으로 실링되는 단일 라미네이트 막으로 형성될 수 있다.
일 양태에서, 내측 중합체 층(126)은 그 자체에 열 용접될 수 있는 재료를 포함한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 단열층(110)을 캡슐화한 후, 캡슐화 층(120)은 단열층으로부터 멀리 연장된다. 예를 들어, 단열층의 상단면 상에 배치된 내측 중합체 층은 단열층 주위에 시일을 형성하기 위해 단열층의 하단면 상에 배치된 내측 중합체 층에 열 용접될 수 있다. 단열층 외부에 있는 위치에서, 가열된 객체를 상단 라미네이트 막 및/또는 하단 라미네이트 막에 적용함으로써 열 시일이 형성될 수 있다. 가열된 객체로부터의 열은 중합체의 온도를 상단 및 하단 층들에 사용되는 중합체가 함께 융합될 수 있는 지점까지 상승시킬 것이다. 라미네이트 막의 내층으로서 사용될 수 있는 예시적인 중합체는 폴리올레핀 중합체이다. 내측 중합체 층으로서 사용될 수 있는 폴리올레핀 중합체의 예들은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
내측 중합체 층은 또한 단열층에 화학적 저항 및/또는 열 저항을 제공할 수 있다. 사용 동안, 전지 모듈의 전기적 요구로 인해 전지 셀들의 온도가 증가할 수 있다. 마찬가지로, 전지 모듈들은 전지 팩에 대한 전기적 요구가 증가함에 따라 온도가 증가할 수 있다. 단열층들에 의해 분리되는 구성요소들의 온도의 증가는 단열층에 스트레스를 줄 수 있다. 추가적으로, 전지 셀들로부터의 화학적 누설은 단열층을 화학적으로 손상시켜, 단열층의 열 속성들을 손상시킬 수 있다. 본 발명의 일부 양태들에서, 내측 중합체 층은 화학적 및 열 손상으로부터 단열층을 보호하는 재료로부터 선택된다. 폴리올레핀 중합체는 단열층에 우수한 화학적 및 열 저항을 제공한다.
일 양태에서, 가단성 층(124)은 내측 중합체 층(126)과 외측 중합체 층(122) 사이에 배치된다. 가단성 층은 일부 양태들에서, 단열 배리어의 지지 및 보호를 제공하기 위해 사용된다. 예를 들어, 단열층은 직조 또는 부직포 섬유질 보강 지지부를 포함한다. 이러한 지지 기반 단열층들은 그 경량 및 낮은 강성으로 인해, 전기 에너지 저장 시스템 내에, 특히 전지 셀들 사이에 설치하기 어려울 수 있다. 이러한 어려움은 대량 생산 환경에서 악화된다. 캡슐화 층에 가단성 층을 배치하는 것은 제조 동안 단열 배리어가 더 쉽게 조작될 수 있게 하는 지지부로서 작용할 수 있다.
가단성 층은 전지 모듈들에 사용될 때 추가적인 열 및 기계적 보호를 또한 제공할 수 있다. 본 개시의 일부 양태들에서, 단열 배리어는 전지 모듈 내의 전지 셀들 사이에 배치된다. 열 폭주 이벤트 동안, 전지 셀들은 폭발적으로 파열되어, 모듈 전체에 걸쳐 고온 입자들 및 가스가 배출되게 할 수 있다. 이러한 방출된 재료는 인접한 전지 셀 케이싱들이 손상되게 하여, 때로는 인접한 전지 셀들이 폭주 상태로 들어가게 할 수 있다. 가단성 층을 포함하는 단열 배리어는 미립자 물질 및 가스가 인접한 전지 셀을 손상시키는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 가단성 층은 또한 수분 및 공기로부터 단열층을 보호할 수 있다.
일 양태에서, 가단성 층은 가단성 중합체 또는 가단성 금속 포일을 포함한다. 알루미늄이 라미네이트 캡슐화 층에 사용되는 가장 통상적인 금속이지만, 스테인리스 스틸 및 구리 포일과 같은 다른 가단성 금속 포일이 사용될 수 있다.
금속 포일의 사용은 또한 단열 배리어에 열 전달 속성들을 추가할 수 있다. 전지 셀들의 열 폭주가 발생할 때, 전지 셀은 매우 높은 온도로 가열된다. 이러한 열은 인접한 전지 셀들로 방사되어, 인접한 전지 셀들이 폭주 상태에 진입할 가능성을 증가시킬 수 있다. 금속 포일의 사용은 단열층에 열 전도성 금속 포일을 제공함으로써 단열 배리어의 열 속성들을 개선할 수 있다. 인접한 폭주 전지 셀에 의해 생성되는 열은 금속 포일 층으로 전달될 수 있다. 금속 포일층은 열이 금속 포일을 통해 전지 셀들로부터 멀리 전달될 수 있게 하는 케이싱의 일부분(예를 들어, 냉각 플레이트)에 연결될 수 있다.
본 명세서에서 논의될 때, 캡슐화 층은 외측 중합체 층, 내측 중합체 층, 및 중합체 층들 사이에 배치된 가단성 층을 포함하는 라미네이트 구조물로 구성된다. 일부 양태들에서, 내측 중합체 층은 외측 중합체 층의 중합체와 상이한 중합체 재료로 구성된다. 예를 들어, 내측 중합체 층은 쉽게 함께 융합될 수 있는 재료로 구성될 수 있는 한편, 외측 중합체 층은 전기 에너지 저장 시스템에서 사용되는 냉각제 유체에 저항하는 재료로 구성될 수 있다.
캡슐화 층으로서 사용되는 라미네이트 막은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 다수의 층들로 구성된 단일 막으로서 구성될 수 있다. 양태에서, 라미네이트 막은 두 개의 중합체 층들 사이에 가단성 층을 배치하고 열 및/또는 압력을 사용하여 내측 및 외측 중합체 층을 함께 융합함으로써 형성될 수 있다. 다른 양태에서, 층들을 함께 홀딩하기 위해 접착 글루 또는 테이프가 사용될 수 있다. 예를 들어, 접착제는 외측 중합체 층과 가단성 층 그리고/또는 내측 중합체 층과 가단성 층 사이에 배치될 수 있다.
양태에서, 캡슐화 층의 두께는 약 30 ㎛ 내지 약 300 ㎛이다. 캡슐화 층은 최대 약 30 ㎛, 최대 약 40 ㎛, 최대 약 50 ㎛, 최대 약 60 ㎛, 최대 약 70 ㎛, 최대 약 80 ㎛, 최대 약 90 ㎛, 최대 약 100 ㎛, 최대 약 120 ㎛, 최대 약 150 ㎛, 최대 약 200 ㎛, 최대 약 250 ㎛, 또는 최대 약 300 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 캡슐화 층이 라미네이트 막일 때, 내측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 가질 수 있고; 가단성 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 가질 수 있으며; 외측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 개시의 단열층, 예를 들어, 에어로겔을 포함하는 단열층은 약 5 MPa 이하의 하중 하에서 열전도도(통상적으로 mW/m-k로 측정됨)를 실질적으로 유지하거나 증가시킬 수 있다. 소정 실시예들에서, 본 개시의 단열층은 약 5 MPa 이하의 하중 하에서 25℃에서 약 50 mW/mK 이하, 약 40 mW/mK 이하, 약 30 mW/mK 이하, 약 25 mW/mK 이하, 약 20 mW/mK 이하, 약 18 mW/mK 이하, 약 16 mW/mK 이하, 약 14 mW/mK 이하, 약 12 mW/mK 이하, 약 10 mW/mK 이하, 약 5 mW/mK 이하, 또는 이들 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위 내의 상기의 단열층의 두께 지수를 통한 열전도도를 갖는다. 에어로겔 단열층의 두께는 에어로겔 단열층이 받는 하중의 결과로서 감소될 수 있다. 예를 들어, 에어로겔 단열층의 두께는 약 0.50 MPa 내지 5 MPa의 하중 하에서 50% 이하, 40% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하, 5% 이하, 또는 이들 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위 내만큼 감소될 수 있다. 두께가 감소됨에 따라 에어로겔을 포함하는 단열층의 내열성이 감소될 수 있지만, 열전도도는 실질적인 양으로 유지되거나 증가될 수 있다.
일 양태에서, 캡슐화 층은 단열층을 완전히 둘러싼다. 단열층의 완전한 캡슐화는 두 개의 라미네이트 막들을 함께 열 용접함으로써 달성될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, "열 용접"이라는 용어는 열과 융합함으로써 중합체 재료들의 두 개의 피스들을 연결하는 프로세스를 지칭한다. 열 용접 프로세스에서, 중합체 피스들 중 하나, 또는 둘 모두는 중합체 피스들 중 하나, 또는 둘 모두를 형성하는 데 사용되는 재료의 유리 전이 온도 위로 가열된다. 중합체 피스들을 유리 전이 온도 위로 가열하는 것은 하나 또는 둘 다의 피스들의 재료가 연화되고 다른 피스와 융합되게 한다.
일 양태에서, 단열층을 캡슐화하는 방법은: 단열층의 적어도 일부분을 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 라미네이트 막으로 둘러싸는 단계, 및 라미네이트 막을 열 용접하여 캡슐화 층을 형성하는 단계 ― 캡슐화 층은 단열층을 적어도 부분적으로 둘러쌈 ― 를 포함한다. 도 2a는 단열층을 캡슐화하는 방법의 일 양태를 도시한다. 이 양태에서, 두 개의 별개의 라미네이트 막들(220a 및 220b)은 각각 단열층(210)의 적어도 일부분을 덮는다. 예를 들어, 제1 라미네이트 막(220a)은 단열층의 상단면을 덮을 수 있고, 제2 라미네이트 막(220b)은 단열층의 하단면을 덮을 수 있다. 제1 라미네이트 막과 제2 라미네이트 막 둘 모두는 내측 중합체 층들이 서로 접촉하도록 배치된다. 캡슐화 층은 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 단열층의 일반적인 형상의 가열된 요소는 제1 라미네이트 막과 접촉하고 제1 라미네이트 막 상에 가압될 수 있다. 가열된 요소는 제1 라미네이트 막의 내측 중합체 층이 제2 라미네이트 막의 내측 중합체 층과 융합되게 한다. 도 2b는 완전히 캡슐화된 단열층의 개략도를 도시한다.
다른 양태에서, 단열층은 단열층의 적어도 일부분을 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 라미네이트 막으로 둘러싸고, 라미네이트 막을 열 용접하여, 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 캡슐화 층을 형성함으로써, 캡슐화된다. 도 2c는 단열층을 캡슐화하는 방법의 일 양태를 도시한다. 이 양태에서, 단일 라미네이트 막(225)은 단일 라미네이트 막의 각 섹션이 단열층(210)의 적어도 일부분을 덮도록 그 자체로 폴딩된다. 예를 들어, 라미네이트 막의 제1 섹션(225a)은 단열층의 상단면을 덮을 수 있고, 라미네이트 막의 제2 섹션(225b)은 단열층의 하단면을 덮을 수 있다. 라미네이트 막들의 제1 섹션과 제2 섹션 둘 모두는 내측 중합체 층들이 서로 접촉하도록 배치된다. 캡슐화 층은 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 단열층의 일반적인 형상의 가열된 요소는 제1 라미네이트 막과 접촉하고 제1 라미네이트 막 상에 가압될 수 있다. 가열된 요소는 제1 라미네이트 막의 내측 중합체 층이 제2 라미네이트 막의 내측 중합체 층과 융합되게 한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 단열층(310)을 캡슐화하는 방법은 제1 라미네이트 막(320)에 제1 만입부(325)를 형성하는 단계를 포함한다. 제1 만입부(325)는 단열층에 형상 및 크기가 상보적인 형상으로 라미네이트 막을 벤딩함으로써 형성된다. 라미네이트 막 내의 가단성 층의 존재는 제1 만입부가 형성되고 원하는 형상 및 크기를 유지할 수 있게 한다. 제2 라미네이트 막(330)에 제2 만입부(335)가 형성된다. 제1 라미네이트 막과 제2 라미네이트 막 둘 모두는 단열층이 만입부들에 위치되도록 배치된다. 예를 들어, 일 양태에서, 단열층(310)은 초기에 제2 만입부(335)에 배치된다. 그런 다음, 단열층이 제1 만입부(325)에 위치되도록 제1 라미네이트 막(320)이 제2 라미네이트 막 위에 배치된다. 캡슐화 층은 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접함으로써 완료될 수 있다. 도 3b는 완전히 캡슐화된 단열층의 평면도를 도시한다.
대안적인 실시예에서, 캡슐화 층은 그 자체로 실링된다. 이 대안적인 실시예에서, 단일 캡슐화 층은 그 자체로 폴딩되고 단열층을 둘러싸기에 충분히 길다. 폴딩되면, 캡슐화 층은 단열층을 캡슐화하기 위해 그 자체에 열 용접된다. 도 3c는 단일 라미네이트 막을 포함하는 캡슐화 층(350)으로 단열층(310)을 캡슐화하는 방법의 개략도를 도시한다. 라미네이트 막(350)에 제1 만입부(354) 및 제2 만입부(358)가 형성된다. 만입부들 둘 모두는 단열층에 크기 및 형상이 상보적인 크기 및 형상을 갖는다. 이 실시예에서, 캡슐화 층은 제1 만입부(354)에 단열층(310)을 배치함으로써 형성된다. 라미네이트 막은 제2 만입부(358)가 제1 만입부(354)와 실질적으로 정렬되도록 그 자체로 폴딩된다. 캡슐화 층은 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접함으로써 완료될 수 있다.
단열층을 캡슐화하는 대안적인 방법이 도 4a에 도시되어 있다. 이 대안적인 양태에서, 단열층(410)을 캡슐화하는 방법은 제1 라미네이트 막(420)에 제1 만입부(425)를 형성하는 단계를 포함한다. 제1 만입부(425)는 단열층에 형상 및 크기가 상보적인 형상으로 라미네이트 막을 벤딩함으로써 형성된다. 제2 라미네이트 막(430)에 제2 만입부(435)가 형성된다. 제2 만입부(435)는 제1 만입부에 형상 및 크기가 상보적인 형상 및 크기를 갖는다. 구체적으로, 제2 만입부(435)는 제2 라미네이트 막의 만입된 부분이 제1 만입부에 맞춰질 수 있도록 하는 형상 및 크기로 이루어진다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 라미네이트 막들 둘 모두는 단열층이 제1 만입부(425) 내에 그리고 제2 만입부(435) 상에 위치되도록 배치된다. 예를 들어, 일 양태에서, 단열층(410)은 초기에 제1 만입부(425)에 배치된다. 그런 다음, 단열층이 제1 만입부(425) 내에 그리고 제2 만입부(435) 상에 위치되도록 제2 라미네이트 막(430)이 제1 라미네이트 막과 접촉하여 배치된다. 캡슐화 층은 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접함으로써 완료될 수 있다. 도 4b는 완전히 캡슐화된 단열층의 평면도를 도시한다.
다른 양태에서, 캡슐화된 단열층을 형성하는 데 단일 라미네이트 막이 사용된다. 도 4c는 단일 라미네이트 막(450)이 단일 라미네이트 막의 각 섹션이 단열층(410)의 적어도 일부분을 덮도록 그 자체로 폴딩되는 실시예를 도시한다. 실시예에서, 라미네이트 막의 제1 섹션에 제1 만입부(465)가 형성된다. 제1 만입부(465)는 단열층에 형상 및 크기가 상보적인 형상으로 라미네이트 막을 벤딩함으로써 형성된다. 라미네이트 막의 제2 섹션에 제2 만입부(475)가 형성된다. 제2 만입부(475)는 제1 만입부에 형상 및 크기가 상보적인 형상 및 크기를 갖는다. 구체적으로, 제2 만입부(475)는 제2 라미네이트 막의 만입된 부분이 제1 만입부에 맞춰질 수 있도록 하는 형상 및 크기로 이루어진다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 라미네이트 막의 제1 섹션 및 라미네이트 막의 제2 섹션은 단열층이 제1 만입부(465) 내에 그리고 제2 만입부(475) 상에 위치되도록 위치된다. 예를 들어, 일 양태에서, 단열층(410)은 초기에 제1 만입부(465)에 배치된다. 라미네이트 막(450)의 제2 섹션은 단열층이 제1 만입부(465) 내에 위치되고 제2 만입부(475)와 접촉하도록 제1 라미네이트 막 위로 폴딩되고 이와 접촉하여 배치된다. 캡슐화 층은 캡슐화된 단열층을 형성하기 위해 라미네이트 막의 제1 섹션의 일부분을 라미네이트 막의 제2 섹션의 일부분에 열 용접함으로써 완료될 수 있다.
단열층을 캡슐화하는 대안적인 방법이 도 5a에 도시되어 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 단열층(510)을 캡슐화하는 방법은 제1 라미네이트 막(520)에 제1 만입부(525)를 형성하는 단계를 포함한다. 단열층(510)은 제1 만입부(525)에 위치된다. 그런 다음, 단열층이 제2 라미네이트 막에 의해 덮이도록 제2 라미네이트 막(530)이 제1 라미네이트 막과 접촉하여 배치된다. 캡슐화 층은 제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접함으로써 완료될 수 있다. 도 5b는 완전히 캡슐화된 단열층의 평면도를 도시한다.
도 5c는 단일 라미네이트 막(550)이 단일 라미네이트 막의 각 섹션이 단열층(510)의 적어도 일부분을 덮도록 그 자체로 폴딩되는 실시예를 도시한다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 라미네이트 막(550)의 제1 섹션에 제1 만입부(565)가 형성된다. 단열층(510)은 제1 만입부(565)에 위치된다. 그런 다음, 단열층이 라미네이트 막의 제2 섹션에 의해 덮이도록 라미네이트 막(550)의 제1 섹션(575)이 라미네이트 막의 제1 섹션과 접촉하여 배치된다. 캡슐화 층은 라미네이트 막의 제1 섹션의 일부분을 라미네이트 막의 제2 섹션의 일부분에 열 용접함으로써 완료될 수 있다.
캡슐화 층이 라미네이트 막(들)을 예를 들어, 열 용접함으로써 형성된 후에, 단열층을 둘러싸는 일부 추가 재료, 전형적으로는 함께 열 용접되는 캡슐화 층의 부분이 있을 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 단열층은 캡슐화 층(620)에 의해 캡슐화된다. 열 용접된 캡슐화 층의 부분(625)은 단열층으로부터 멀리 연장된다. 이는 만약 있다면, 이러한 연장된 부분들을 수용하기 위한 추가 공간이 매우 적은 일부 에너지 저장 시스템들에서 문제가 될 수 있다. 본 양태에서, 연장된 부분들(625)은 단열 배리어의 크기를 감소시키기 위해 단열층을 향해 다시 폴딩될 수 있다. 도 6b에 도시된 대안적인 양태에서, 연장된 부분(625)에 컷아웃들(630)이 형성될 수 있다. 컷아웃들은 캡슐화의 각 에지가 단열층을 향해 폴딩된다면 재료가 이중으로 될 수 있는 코너들에서 팽창된 재료를 생성하지 않고, 연장된 부분이 더 쉽게 폴딩될 수 있게 한다. 일부 양태들에서, 이중 폴드가 사용될 수 있다.
도 6c는 에지들이 두 번 폴딩되는 실시예를 도시한다. 도 6c에서, 단열층(도시되지 않음)은 캡슐화 층(620)에 의해 캡슐화된다. 열 용접된 캡슐화 층의 부분(625)은 단열층으로부터 멀리 연장된다. 제1 폴드는 180도 폴드이며, 에지 재료는 그 자체로 폴딩된다. 연장된 에지들을 또한 감소시키기 위해, 에지 재료가 파우치의 측에 대해 폴딩되도록 에지 재료는 두 번째로 90도로 폴딩된다.
단열 배리어 주위에 파우치를 형성하기 위해 만입부들이 사용될 때, 만입부의 물리적 파라미터들은 단열층의 캡슐화를 개선하도록 최적화될 수 있다. 도 7은 라미네이트 막(700)에 형성된 만입부(710)의 개략도를 도시한다. 단열층의 캡슐화를 개선하기 위해 변경될 수 있는 만입부의 파라미터들은 깊이(D); 길이(L), 만입부 코너의 각도(θC), 및 에지의 반경(θE)을 포함한다. 인자들은 가단성 층 재료 및 그 두께를 고려하도록 최적화될 수 있다.
도 8a는 단일 라미네이트 막을 사용하여 단열층의 캡슐화를 위한 일반적인 어셈블리 프로세스를 도시한다. 일반적인 어셈블리 프로세스에서, 라미네이트 막과 단열층 재료 둘 다가 조립 프로세스 내로 공급되는 롤로서 공급된다. 시작 시, 라미네이트 막과 단열층 재료 둘 다는 처리를 위해 롤로부터 풀린다. 라미네이트 막은 캡슐화에 필요한 미리 결정된 길이로 커팅되고, 처리에 필요한 임의의 만입부가 라미네이트 막에 형성된다. 단열층(이 예에서는 에어로겔 단열층)은 또한 전지 셀들 또는 모듈들 사이의 열 배리어로서 사용하기 위해 필요한 미리 결정된 길이로 커팅된다. 커팅 재료들은 커팅 머신으로부터 제거되고 어셈블리를 위해 준비된다. 이 예에서, 단일 라미네이트 시트가 라미네이트 시트를 그 자체로 폴딩함으로써 단열층을 캡슐화하기 위해 사용된다. 라미네이트 막은 라미네이트 막에 폴드 라인 또는 주름을 형성함으로써 준비된다. 그런 다음, 단열층(에어로겔)이 라미네이트 막 및 열 실링을 위해 준비된 막의 적절한 부분에 배치된다. 라미네이트 막의 양측은 단열층을 부분적으로 둘러싸도록 서로 열 용접되어, 개방 단부를 갖는 백(bag)형 인클로저를 형성한다. 일부 양태들에서, 백의 개방 단부는 단열층의 인클로저를 완료하기 위해 열 용접된다. 대안적인 양태에서, 부분적으로 캡슐화된 단열층은 진공 챔버에 배치된다. 챔버에서 진공이 인출되면, 캡슐화 층의 개방 단부가 실링되어 진공 하에서 단열층의 전체 인클로저를 완료한다. 프로세스는 캡슐화 층의 열 용접된 단부들의 선택적인 측면 폴딩에 의해 완료된다.
도 8b는 두 개의 라미네이트 막들을 사용하여 단열층의 캡슐화를 위한 일반적인 어셈블리 프로세스를 도시한다. 위에서 논의된 바와 같이, 라미네이트 막과 단열층 재료 둘 다가 조립 프로세스 내로 공급되는 롤로서 공급된다. 시작 시, 라미네이트 막과 단열층 재료 둘 다는 처리를 위해 롤로부터 풀린다. 라미네이트 막은 캡슐화에 필요한 미리 결정된 길이로 두 개의 별개의 피스들로 커팅되고, 처리에 필요한 임의의 만입부가 라미네이트 막들에 형성된다. 단열층(이 예에서는 에어로겔 단열층)은 또한 전지 셀들 또는 모듈들 사이의 열 배리어로서 사용하기 위해 필요한 미리 결정된 길이로 커팅된다. 커팅 재료들은 커팅 머신으로부터 제거되고 어셈블리를 위해 준비된다. 이 예에서, 단열층을 캡슐화하기 위해 두 개의 라미네이트 시트들이 사용된다. 단열층(에어로겔)이 라미네이트 막 및 열 실링을 위해 준비된 막의 적절한 부분에 배치된다. 라미네이트 막의 양측 및 일 단부는 단열층을 부분적으로 둘러싸도록 서로 열 용접되어, 개방 단부를 갖는 백형 인클로저를 형성한다. 일부 양태들에서, 백의 개방 단부는 단열층의 인클로저를 완료하기 위해 단순히 열 용접된다. 대안적인 양태에서, 부분적으로 캡슐화된 단열층은 진공 챔버에 배치된다. 챔버에서 진공이 인출되면, 캡슐화 층의 개방 단부가 실링되어 진공 하에서 단열층의 전체 인클로저를 완료한다. 프로세스는 캡슐화 층의 열 용접된 단부들의 선택적인 측면 폴딩에 의해 완료된다.
본 명세서에서 설명되는 단열 배리어들의 유효성을 결정하기 위해 테스트 프로토콜이 개발되었다. 테스트 프로토콜은 단열 배리어가 고온에 저항하는 능력 및 가열된 입자들의 영향을 테스트한다. 이는 전지 셀의 열 폭주 동안 발생할 수 있는 파열 조건들을 모방한다. 두 테스트 모두에서, 단열 배리어는 금속 지지 플레이트(예를 들어, 스테인리스 강 플레이트)에 결합된다. 사용 동안 금속 지지 플레이트의 온도를 모니터링하기 위해 열 센서가 지지 플레이트에 부착된다.
단열 배리어의 열 저항을 테스트하기 위해, 단열 배리어가 지지 플레이트에 결합되고 화염 테스트를 받는다. 프로판 토치(벤조매틱)가 단열 배리어 상에 약 1000℃의 온도를 발달시키기 위해 사용된다. 지지 플레이트의 열은 단열층의 열 저항을 결정하기 위해 테스트 동안 모니터링될 수 있다. 화염 테스트가 완료된 후에, 단열층을 손상에 대해 관찰한다. 예시적인 화염 테스트 프로토콜에서, 단열 배리어가 지지부에 결합되고, 프로판 토치가 단열층을 1000℃에서 2분 동안 가열하기 위해 사용된다. 그런 다음, 단열층을 손상에 대해 관찰한다.
테스트 프로토콜은 또한 가열된 입자 테스트를 포함한다. 가열된 입자 테스트에서, 동일한 화염 테스트 시스템이 사용되지만 가열된 입자를 포함하도록 수정된다. 예시적인 실험에서, 지지부에 장착된 단열 배리어가 약 1000℃로 가열된다. 동작 온도(약 1000℃)에 불활성인 입자들의 스트림이 단열 배리어에 부딪히기 전에 토치에 의해 입자들이 가열되는 방식으로 단열 배리어로 지향되었다. 가열된 입자들은 10초 동안 단열 배리어를 향해 지향되었다. 가열된 입자들이 정지된 후에, 단열 배리어는 입자 없이 2분 동안 1000℃에서 2분 동안 가열되었다.
두 테스트 모두에서, 단열 배리어는 자신의 무결성 및 단열 속성을 유지하였다. 중합체 층들은 테스트 조건들 하에서 연소되었지만, 가단성 층(스테인리스 강)과 단열층(에어로겔)은 변색되었을 뿐이다. 캡슐화 부재는 단열층으로부터 흘려진 먼지 또는 미립자 재료의 생성을 감소시키거나 제거할 수 있다. 추가적으로, 캡슐화 층은 단열 배리어 상에 마킹 또는 인쇄된 기록이 만들어질 수 있게 하는 재료로 형성될 수 있다. 단열층의 마킹이 항상 가능한 것은 아니다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용될 때,단수 형태들은 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상들을 포함한다. 본 명세서서 및 첨부된 청구범위에서 사용될 때, 용어 "또는"은 맥락이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 일반적으로 "및/또는"을 포함하는 의미로 채용된다.
본 명세서에서 사용될 때, "약"은 대략 또는 거의 의미하고, 수치 값 또는 범위가 제시되는 상황에서 수치의 ±5%를 의미한다. 실시예에서, 용어 "약"은 수치 값의 유효 숫자들에 따른 전통적인 반올림을 포함할 수 있다. 또한, 어구 "약 'x' 내지 'y'"는 "약 'x" 내지 약 'y'"를 포함한다.
본 개시의 맥락 내에서, 용어 "에어로겔", "에어로겔 재료" 또는 "에어로겔 매트릭스"는 상호연결된 구조체들의 프레임워크를 포함하며, 프레임워크 내에 혼입되는 상호연결된 공극들의 상응하는 네트워크를 갖고, 분산 간극 매체로서 공기와 같은 기체를 함유하는 겔을 지칭하고; 이는 에어로겔에 기인하는 (질소 다공도 측정 테스트에 따른) 다음의 물리적 및 구조적 속성들을 특징으로 한다: (a) 약 2 nm 내지 약 100 nm 범위의 평균 공극 직경, (b) 적어도 80% 이상의 다공도, 및 (c) 질소 수착 분석에 의한 약 100 m2/g 이상의 표면적.
이에 따라, 본 개시의 에어로겔 재료는 제로겔, 크리겔, 앰비겔, 마이크로다공성 재료 등으로 달리 분류될 수 있는 재료를 포함하여, 이전 단락들에서 제시된 정의 요소들을 만족시키는 임의의 에어로겔 또는 다른 개방 셀 재료를 포함한다.
본 개시의 맥락 내에서, "열 폭주"에 대한 언급은 일반적으로 다양한 작동 요인으로 인한 셀 온도 및 압력의 갑작스런 급격한 증가를 지칭하고, 이는 결과적으로 관련 모듈 전반에 걸쳐 과도한 온도의 전파를 초래할 수 있다. 이러한 시스템에서의 열 폭주의 잠재적인 원인은 예를 들어, 셀 결함 및/또는 단락 회로(내부 및 외부 둘 모두), 과충전, 사고의 경우와 같은 셀 천공 또는 파열, 및 과도한 주위 온도(예를 들어, 전형적으로 55℃보다 높은 온도)를 포함할 수 있다. 정상적인 사용에 있어서, 내부 저항의 결과로서 셀이 가열된다. 정상적인 전력/전류 부하 및 주위 작동 조건 하에서, 대부분의 Li 이온 셀 내의 온도는 20℃ 내지 55℃의 범위 내에서 유지되도록 비교적 용이하게 제어될 수 있다. 그러나, 개별 셀의 결함뿐만 아니라 높은 셀/주위 온도에서의 높은 전력 인출과 같은 스트레스가 많은 조건은 국부적 발열을 가파르게 증가시킬 수 있다. 특히, 임계 온도 이상에서는, 셀 내에서의 발열 화학 반응이 활성화된다. 더욱이, 화학적 발열은 전형적으로 온도에 따라 지수적으로 증가한다. 그 결과, 발열이 이용 가능한 열 소산보다 훨씬 더 커지게 된다. 열 폭주는 200℃를 초과하는 내부 온도와 셀 벤팅으로 이어질 수 있다.
본 개시의 맥락 내에서, "유연한" 및 "유연성"이라는 용어들은 거시구조적 파손 없이 구부러지거나 휘어지는 재료 또는 조성물의 능력을 의미한다. 본 개시의 단열층은 거시적 파단 없이, 적어도 5°, 적어도 25°, 적어도 45°, 적어도 65°, 또는 적어도 85°를 굽힐 수 있고/거나, 거시적 파단 없이, 4 피트 미만, 2 피트 미만, 1 피트 미만, 6 인치 미만, 3 인치 미만, 2 인치 미만, 1 인치 미만, 또는 U 인치 미만의 굽힘 반경을 갖는다. 마찬가지로, "고도로 유연한" 또는 "고유연성"이라는 용어들은 거시적 파손 없이 적어도 90°로 구부릴 수 있고/거나 U 인치 미만의 굽힘 반경을 갖는 재료를 지칭한다. 뿐만 아니라, "유연한 것으로 분류됨" 및 "유연성으로 분류됨"이라는 용어들은 ASTM C1 101(ASTM International, West Conshohocken, PA)에 따라 유연한 것으로서 분류될 수 있는 재료 또는 조성물을 지칭한다.
본 개시의 단열층은 유연한, 고도로 유연한, 및/또는 유연한 것으로 분류될 수 있다. 본 개시의 에어로겔 조성물은 또한 드레이프 가능할 수 있다. 본 개시의 맥락 내에서, "드레이프 가능한" 및 "드레이프성"이라는 용어들은 거시적 파손 없이 곡률 반경이 약 4 인치 이하로 90° 이상으로 굽혀지거나 휘어지는 재료의 능력을 지칭한다. 본 개시의 소정 실시예들에 따른 단열층은 가요성이어서 조성물이 비강성이 되고 3차원 표면 또는 객체에 적용 및 순응될 수 있거나, 설치 또는 적용을 단순화하기 위해 다양한 형상 및 구성으로 미리 형성될 수 있다.
본 개시의 맥락 내에서, 용어 "열전도도" 및 "TC"는 재료 또는 조성물의 양측 상의 두 개의 표면들 간에 온도차를 두고, 재료 또는 조성물이 두 개의 표면들 사이에서 열을 전달하는 능력의 측정치를 지칭한다. 구체적으로, 열전도도는 단위 시간당 및 단위 표면적당 전달되는 열 에너지를 온도차로 나눈 값으로서 측정된다. 전형적으로 SI 단위로 mW/m*K(미터당 밀리와트 * 켈빈)로 기록된다. 재료의 열전도도는 Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus(ASTM C518, ASTM International, West Conshohocken, PA); Test Method for Steady-State Heat Flux Measurements and Thermal Transmission Properties by Means of the Guarded-Hot-Plate Apparatus(ASTM C177, ASTM International, West Conshohocken, PA); Test Method for Steady-State Heat Transfer Properties of Pipe Insulation(ASTM C335, ASTM International, West Conshohocken, PA); Thin Heater Thermal Conductivity Test(ASTM C1114, ASTM International, West Conshohocken, PA); Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials(ASTM D5470, ASTM International, West Conshohocken, PA); Determination of thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter methods(EN 12667, British Standards Institution, United Kingdom); or Determination of steady-state thermal resistance and related properties ― Guarded hot plate apparatus(ISO 8203, International Organization for Standardization, Switzerland)을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 당업계에 알려져 있는 테스트 방법으로 결정될 수 있다. 상이한 결과들을 가져올 수 있는 상이한 방법들로 인해, 본 개시의 맥락 내에서, 달리 명시적으로 언급하지 않는 한, 열전도도 측정은 ASTM C518 표준(Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus)에 따라 주위 환경에서 대기압에서 약 37.5℃의 온도 및 약 2 psi의 압축 하중 하에서 이루어진 것으로 이해되어야 한다. ASTM C518에 따라 기록된 측정은 전형적으로 압축 하중에 대한 임의의 관련 조정으로 EN 12667에 따라 이루어진 임의의 측정과 잘 상관된다.
열전도도 측정은 또한 압축 하에서 대기압에서 약 10℃의 온도에서 이루어질 수 있다. 10℃에서의 열전도도 측정치들은 37.5℃에서의 대응하는 열전도도 측정치보다 일반적으로 0.5~0.7mW/mK 더 낮다. 소정 실시예들에서, 본 개시의 단열층은 10℃에서 약 40 mW/mK 이하, 약 30 mW/mK 이하, 약 25 mW/mK 이하, 약 20 mW/mK 이하, 약 18 mW/mK 이하, 약 16 mW/mK 이하, 약 14 mW/mK 이하, 약 12 mW/mK 이하, 약 10 mW/mK 이하, 약 5 mW/mK 이하, 또는 이들 값들 중 임의의 두 값들 사이의 범위 내의 열전도도를 갖는다.
전지 모듈 또는 팩 내의 단열 배리어의 사용
리튬 이온 전지(LIB)는 전통적인 전지에 비해 높은 작동 전압, 낮은 메모리 효과 및 높은 에너지 밀도로 인해 가장 중요한 에너지 저장 기술 중 하나로 고려된다. 그러나, 안전 우려는 LIB의 대규모 적용을 방해하는 상당한 장애이다. 남용 조건들 하에서, 발열 반응은 후속의 안전하지 못한 반응을 일으킬 수 있는 열 방출을 초래할 수 있다. 이러한 상황이 악화되면 남용 셀로부터의 방출된 열이 반응 사슬을 활성화시켜, 치명적인 열 폭주를 초래할 수 있다.
LIB의 에너지 밀도의 지속적인 개선으로, 전기 디바이스, 예를 들어, 전기 차량의 개발에 대한 안전성 향상이 점점 긴급해지고 있다. 안전 문제 기저의 메커니즘은 전지 화학에 따라 다양하다. 본 기술은 유리한 열적 및 기계적 속성들을 획득하기 위해 단열 배리어 및 이러한 맞춤화된 배리어들의 대응하는 구성들을 맞춤화하는 것에 중점을 둔다. 본 기술의 단열 배리어는 정상적인 작동 모드(예를 들어, 가해진 압축 응력을 견딤) 하에서 LIB의 안정성을 보장하면서, 정상적인 조건뿐만 아니라 열 폭주 조건 하에서도 효과적인 열 방출 전략을 제공한다.
본 명세서에서 개시되는 단열 배리어들은 임의의 이러한 셀을 통합 또는 포함하는 팩 및 모듈뿐만 아니라, 임의의 구성의 전지 셀 또는 전지의 전지 구성요소, 예를 들어, 파우치 셀, 원통형 셀, 각기둥형 셀을 분리, 단열 및 보호하는 데 유용하다. 본 명세서에서 개시되는 전지는 이차 전지, 예를 들어, 리튬 이온 전지, 고체 상태 전지, 및 분리, 단열 및 보호가 필요한 다른 에너지 저장 디바이스 또는 기술 유용하다.
냉각 시스템들과 같은 수동 디바이스들은 전지 모듈 또는 전지 팩 내의 본 개시의 단열 배리어들과 함께 사용될 수 있다.
전지 팩에서의 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 단열 배리어는 복수의 단일 전지 셀들 또는 전지 셀들의 모듈들을 서로 열적으로 분리하기 위해 복수의 단일 전지 셀들 또는 전지 셀들의 모듈들을 포함한다. 전지 모듈은 단일 인클로저에 배치된 다수의 전지 셀들로 구성된다. 전지 팩은 다수의 전지 모듈들로 구성된다. 도 9는 복수의 전지 셀들(950)을 갖는 전지 모듈(900)의 실시예를 도시한다. 전지 셀들(950) 사이에 캡슐화된 단열 배리어들(925)이 위치된다. 캡슐화된 단열 배리어는 전지 셀이 열 폭주 또는 임의의 다른 치명적인 전지 셀 장애를 겪을 때 인접한 전지 셀들의 손상을 억제 또는 방지할 수 있다.
전지 모듈들 및 전지 팩들은 디바이스 또는 차량들에 전기 에너지를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 전지 모듈들 또는 전지 팩들을 사용하는 디바이스는 랩탑 컴퓨터, PDA, 모바일 폰, 태그 스캐너, 오디오 디바이스, 비디오 디바이스, 디스플레이 패널, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 데스크탑 컴퓨터 군용 휴대용 컴퓨터 군용 전화 레이저 거리 측정기 디지털 통신 디바이스, 지능형 수집 센서, 전자 일체형 의류, 암시 장비, 전동 공구, 계산기, 라디오, 원격 제어 기기, GPS 디바이스, 핸드헬드 및 휴대용 텔레비전, 자동차 시동기, 플래시라이트, 음향 디바이스, 휴대용 가열 디바이스, 휴대용 진공 청소기 또는 휴대용 의료 도구를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 차량에 사용될 때, 전지 팩은 모든 전기 차량, 또는 하이브리드 차량에 사용될 수 있다.
본 개시의 양태들은 다음의 번호가 매겨진 조항들로 제시된다:
조항 1. 전기 에너지 저장 시스템에 사용하기 위한 단열 배리어로서,
적어도 하나의 단열층; 및
단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 캡슐화 층 ― 캡슐화 층은 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함하며, 내측 중합체 층은 단열층과 접촉하고, 가단성 층은 외측 중합체 층과 내측 중합체 층 사이에 배치됨 ― 을 포함하는, 반도체 디바이스.
조항 2. 제1 조항에 있어서, 외측 중합체 층은 전기 에너지 저장 시스템 내의 유전성 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함하는 것인, 단열 배리어.
조항 3. 제2 조항에 있어서, 외측 중합체 층은 탄화수소 유체, 에스테르 유체, 실리콘 유체, 플루오로에테르 유체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함하는 것인, 단열 배리어.
조항 4. 제1 조항 내지 제3 조항 중 어느 한 항에 있어서, 외측 중합체 층은 폴리옥시메틸렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아미드-이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리이미드, 및 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체로 제조된 것인, 단열 배리어.
조항 5. 제1 조항 내지 제4 조항 중 어느 한 항에 있어서, 내측 중합체 층은 그 자체에 열 용접될 수 있는 중합체로 구성된 것인, 단열 배리어.
조항 6. 제1 조항 내지 제5 조항 중 어느 한 항에 있어서, 내측 중합체 층은 폴리올레핀 중합체로 구성된 것인, 단열 배리어.
조항 7. 제1 조항 내지 제6 조항 중 어느 한 항에 있어서, 내측 중합체 층은 외측 중합체 층 내의 중합체와 상이한 중합체로 구성된 것인, 단열 배리어.
조항 8. 제1 조항 내지 제7 조항 중 어느 한 항에 있어서, 외측 중합체 층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 또는 배향된 나일론("ONy")으로 구성되고, 내측 중합체 층은 폴리프로필렌("PP")으로 구성된 것인, 단열 배리어.
조항 9. 제1 조항 내지 제8 조항 중 어느 한 항에 있어서, 외측 중합체 층은 제1 재료로 구성된 제1 중합체 막 및 제2 재료로 구성된 제2 중합체 막으로 구성되되, 제1 재료는 제2 재료와 상이한 것인, 단열 배리어.
조항 10. 제1 조항 내지 제9 조항 중 어느 한 항에 있어서, 가단성 층은 금속 포일을 포함하는 것인, 단열 배리어.
조항 11. 제1 조항 내지 제10 조항 중 어느 한 항에 있어서, 가단성 층은 가단성 중합체를 포함하는 것인, 단열 배리어.
조항 12. 제1 조항 내지 제11 조항 중 어느 한 항에 있어서, 캡슐화 층은 외측 중합체 층과 가단성 층 및/또는 내측 중합체 층과 가단성 층 사이에 배치된 접착제를 더 포함하는 것인, 단열 배리어.
조항 13. 제1 조항 내지 제12 조항 중 어느 한 항에 있어서, 외측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.
조항 14. 제1 조항 내지 제13 조항 중 어느 한 항에 있어서, 가단성 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.
조항 15. 제1 조항 내지 제14 조항 중 어느 한 항에 있어서, 내측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.
조항 16. 제1 조항 내지 제15 조항 중 어느 한 항에 있어서, 캡슐화 층은 약 30 ㎛ 내지 약 300 ㎛ 사이의 전체 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.
조항 17. 제1 조항 내지 제16 조항 중 어느 한 항에 있어서, 단열층은 25℃에서 약 50 mW/m-K 미만 및 600℃에서 약 60 mW/m-K 미만의 단열층의 두께 치수를 통한 열전도도를 갖는 것인, 단열 배리어.
조항 18. 제1 조항 내지 제17 조항 중 어느 한 항에 있어서, 단열층은 에어로겔을 포함하는 것인, 단열 배리어.
조항 19. 제1 조항 내지 제18 조항 중 어느 한 항에 있어서, 캡슐화 층은 단열층을 완전히 둘러싸는 것인, 단열 배리어.
조항 20. 제1 조항 내지 제19 조항 중 어느 한 항에 있어서, 캡슐화 층은 함께 용접된 두 개의 라미네이트 막들로 구성된 것인, 단열 배리어.
조항 21. 제1 조항 내지 제20 조항 중 어느 한 항에 있어서, 캡슐화 층은 단열층을 둘러싸고, 캡슐화 층은 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 인클로저를 형성하기 위해 그 자체에 열 용접된 것인, 단열 배리어.
조항 22. 전지 모듈로서,
복수의 전지 셀들, 및
제1 조항 내지 제21 조항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 단열 배리어를 포함하되, 적어도 하나의 단열 배리어가 인접한 전지 셀들 사이에 배치되는 것인, 전지 모듈.
조항 23. 제22 조항에 기재된 바와 같은 하나 이상의 전지 모듈을 포함하는 전력 시스템.
조항 24. 제23 조항에 따른 전력 시스템을 포함하는 디바이스 또는 차량.
조항 25. 제24 조항에 있어서, 디바이스는 랩탑 컴퓨터, PDA, 모바일 폰, 태그 스캐너, 오디오 디바이스, 비디오 디바이스, 디스플레이 패널, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 데스크탑 컴퓨터 군용 휴대용 컴퓨터 군용 전화 레이저 거리 측정기 디지털 통신 디바이스, 지능형 수집 센서, 전자 일체형 의류, 암시 장비, 전동 공구, 계산기, 라디오, 원격 제어 기기, GPS 디바이스, 핸드헬드 및 휴대용 텔레비전, 자동차 시동기, 플래시라이트, 음향 디바이스, 휴대용 가열 디바이스, 휴대용 진공 청소기 또는 휴대용 의료 도구인 것인, 디바이스.
조항 26. 제24 조항에 있어서, 차량은 전기 차량인 것인, 차량.
조항 27. 전기 에너지 저장 시스템에서의 배터리 셀들 간에 사용하기 위한 단열층을 캡슐화하는 방법으로서,
단열층의 적어도 일부분을, 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막으로 둘러싸는 단계 ― 내측 중합체 층은 단열층과 접촉하고, 가단성 층은 외측 중합체 층과 내측 중합체 층 사이에 배치됨 ―; 및
라미네이트 막을 열 용접하여 캡슐화 층을 형성하는 단계 ― 캡슐화 층은 단열층을 적어도 부분적으로 둘러쌈 ― 를 포함하는, 방법.
조항 28. 제27 조항에 있어서, 캡슐화 층을 형성하는 단계는:
단열층의 적어도 일부분을 제1 라미네이트 막으로 덮는 단계;
단열층의 적어도 일부분을 제2 라미네이트 막으로 덮는 단계; 및
제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막에 열 용접하여 캡슐화 층을 형성하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
조항 29. 제28 조항에 있어서,
제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;
제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고
캡슐화 층을 형성하는 단계는:
제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계;
제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 제1 라미네이트 막 상에 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및
제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
조항 30. 제28 조항에 있어서,
제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;
제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 제1 만입부에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고
캡슐화 층을 형성하는 단계는:
제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계;
제2 만입부의 일부분이 제1 만입부 내부에 배치되도록 제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 제1 라미네이트 막 상에 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및
제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
조항 31. 제28 조항에 있어서,
제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;
캡슐화 층을 형성하는 단계는:
제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계;
제1 라미네이트 막 상에 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및
제1 라미네이트 막의 일부분을 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
조항 32. 제27 조항에 있어서,
라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;
라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 제2 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고
캡슐화 층을 형성하는 단계는:
라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계;
라미네이트 막의 제2 만입부가 제1 만입부와 실질적으로 정렬되도록 라미네이트 막을 폴딩하는 단계; 및
라미네이트 막의 일부분을 그 자체에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
조항 33. 제27 조항에 있어서,
라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 제1 만입부는 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고
캡슐화 층을 형성하는 단계는:
라미네이트 막의 제1 만입부에 단열층을 배치하는 단계;
라미네이트 막의 일부분이 단열층 및 라미네이트 막의 별개의 부분을 실질적으로 덮도록 라미네이트 막을 폴딩하는 단계; 및
라미네이트 막의 일부분을 그 자체에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
조항 34. 제27 조항 내지 제33 조항 중 어느 한 항에 있어서, 캡슐화 층은 단열층을 완전히 둘러싸는 것인, 방법.
조항 35. 제27 조항 내지 제34 조항 중 어느 한 항에 있어서, 라미네이트 막의 열 용접된 부분들은 단열층의 하나 이상의 측에 대해 폴딩되는 것인, 방법.
본 특허에는, 소정 미국 특허, 미국 특허 출원, 및 기타 자료(예를 들어, 논문)가 참조로 통합되었다. 그러나, 이러한 미국 특허, 미국 특허 출원, 및 기타 자료의 본문은 이러한 본문과 본 명세서에서 제시된 다른 진술 및 도면 사이에 충돌이 존재하지 않는 범위를 참조로만 통합된다. 이러한 충돌의 발생 시, 미국 특허, 미국 특허 출원, 및 기타 자료에 의해 통합된 충돌하는 어떠한 이러한 본문도 본 특허에 참조로 통합되지 않는다.
본 발명의 다양한 양태들의 추가적인 수정들 및 대안적인 실시예들은 본 설명을 고려하여 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 설명은 단지 예시적인 것으로서 해석되어야 하며, 본 발명을 수행하는 일반적인 방식을 당업자에게 가르치는 목적을 위한 것이다. 본 명세서에서 도시되고 설명되는 본 발명의 형태들은 실시예들의 예시들로서 취해져야 한다는 것을 이해해야 한다. 요소들 및 재료들은 본 명세서에서 예시되고 설명되는 것들로 대체될 수 있고, 부분들 및 프로세스들은 반전될 수 있고, 본 발명의 특정 피처들은 독립적으로 이용될 수 있으며, 이 모든 것들은 본 발명의 본 설명의 이점을 얻은 후에 당업자에게 명백할 것이다. 다음의 청구항들에서 설명되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 명세서에서 설명되는 요소들에서 변경들이 이루어질 수 있다.
본 명세서 및 청구항들에서 사용될 때, 용어들 "포함한다" 및 "포함하는" 및 이들의 활용형들은 특정 피처들, 단계들 또는 정수들이 포함된다는 것을 의미한다. 용어들은 다른 피처들, 단계들 또는 구성요소들의 존재를 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 특정 예시적인 실시예들이 설명되었지만, 첨부된 청구항들의 범위는 이러한 실시예들로만 제한되도록 의도된 것은 아니다. 청구항들은 문헌적으로, 의도적으로, 그리고/또는 등가물을 포함하도록 해석되어야 한다.

Claims (35)

  1. 전기 에너지 저장 시스템에 사용하기 위한 단열 배리어로서,
    적어도 하나의 단열층; 및
    상기 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 캡슐화 층 ― 상기 캡슐화 층은 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함하며, 상기 내측 중합체 층은 상기 단열층과 접촉하고, 상기 가단성 층은 상기 외측 중합체 층과 상기 내측 중합체 층 사이에 배치됨 ― 을 포함하는, 단열 배리어.
  2. 제1항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 상기 전기 에너지 저장 시스템 내의 유전성 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함하는 것인, 단열 배리어.
  3. 제2항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 탄화수소 유체, 에스테르 유체, 실리콘 유체, 플루오로에테르 유체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 열 전달 유체에 저항하는 중합체를 포함하는 것인, 단열 배리어.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 폴리옥시메틸렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아미드-이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리이미드, 및 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체로 제조된 것인, 단열 배리어.
  5. 제1항 중 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 중합체 층은 그 자체에 열 용접될 수 있는 중합체로 구성된 것인, 단열 배리어.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 중합체 층은 폴리올레핀 중합체로 구성된 것인, 단열 배리어.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 중합체 층은 상기 외측 중합체 층 내의 상기 중합체와 상이한 중합체로 구성된 것인, 단열 배리어.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 또는 배향된 나일론("ONy")으로 구성되고, 상기 내측 중합체 층은 폴리프로필렌("PP")으로 구성된 것인, 단열 배리어.
  9. 제1항 중 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 제1 재료로 구성된 제1 중합체 막 및 제2 재료로 구성된 제2 중합체 막으로 구성되되, 상기 제1 재료는 상기 제2 재료와 상이한 것인, 단열 배리어.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가단성 층은 금속 포일을 포함하는 것인, 단열 배리어.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가단성 층은 가단성 중합체를 포함하는 것인, 단열 배리어.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 층은 상기 외측 중합체 층과 상기 가단성 층 및/또는 상기 내측 중합체 층과 상기 가단성 층 사이에 배치된 접착제를 더 포함하는 것인, 단열 배리어.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가단성 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 중합체 층은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 층은 약 30 ㎛ 내지 약 300 ㎛ 사이의 전체 두께를 갖는 것인, 단열 배리어.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열층은 25℃에서 약 50 mW/m-K 미만 및 600℃에서 약 60 mW/m-K 미만의 상기 단열층의 두께 치수를 통한 열전도도를 갖는 것인, 단열 배리어.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열층은 에어로겔을 포함하는 것인, 단열 배리어.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 층은 단열층을 완전히 둘러싸는 것인, 단열 배리어.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 층은 함께 용접된 두 개의 라미네이트 막들로 구성된 것인, 단열 배리어.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 층은 상기 단열층을 둘러싸고, 상기 캡슐화 층은 상기 단열층을 적어도 부분적으로 둘러싸는 인클로저를 형성하기 위해 그 자체에 열 용접된 것인, 단열 배리어.
  22. 전지 모듈로서,
    복수의 전지 셀들, 및
    제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 단열 배리어를 포함하되, 적어도 하나의 단열 배리어가 인접한 전지 셀들 사이에 배치되는 것인, 전지 모듈.
  23. 제22항에 기재된 바와 같은 하나 이상의 전지 모듈을 포함하는 전력 시스템.
  24. 제23항에 따른 전력 시스템을 포함하는 디바이스 또는 차량.
  25. 제24항에 있어서, 상기 디바이스는 랩탑 컴퓨터, PDA, 모바일 폰, 태그 스캐너, 오디오 디바이스, 비디오 디바이스, 디스플레이 패널, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 데스크탑 컴퓨터 군용 휴대용 컴퓨터 군용 전화 레이저 거리 측정기 디지털 통신 디바이스, 지능형 수집 센서, 전자 일체형 의류, 암시 장비, 전동 공구, 계산기, 라디오, 원격 제어 기기, GPS 디바이스, 핸드헬드 및 휴대용 텔레비전, 자동차 시동기, 플래시라이트, 음향 디바이스, 휴대용 가열 디바이스, 휴대용 진공 청소기 또는 휴대용 의료 도구인 것인, 디바이스.
  26. 제24항에 있어서, 상기 차량은 전기 차량인 것인, 차량.
  27. 전기 에너지 저장 시스템에서의 배터리 셀들 간에 사용하기 위한 단열층을 캡슐화하는 방법으로서,
    상기 단열층의 적어도 일부분을, 외측 중합체 층, 가단성 물질을 포함하는 가단성 층, 및 내측 중합체 층을 포함하는 라미네이트 막으로 둘러싸는 단계 ― 상기 내측 중합체 층은 상기 단열층과 접촉하고, 상기 가단성 층은 상기 외측 중합체 층과 상기 내측 중합체 층 사이에 배치됨 ―; 및
    상기 라미네이트 막을 열 용접하여 캡슐화 층을 형성하는 단계 ― 상기 캡슐화 층은 상기 단열층을 적어도 부분적으로 둘러쌈 ― 를 포함하는, 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 캡슐화 층을 형성하는 단계는:
    상기 단열층의 적어도 일부분을 제1 라미네이트 막으로 덮는 단계;
    상기 단열층의 적어도 일부분을 제2 라미네이트 막으로 덮는 단계; 및
    상기 제1 라미네이트 막의 일부분을 상기 제2 라미네이트 막에 열 용접하여 상기 캡슐화 층을 형성하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 상기 제1 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;
    상기 제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 상기 제2 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고
    상기 캡슐화 층을 형성하는 단계는:
    상기 제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 상기 단열층을 배치하는 단계;
    상기 제2 만입부가 상기 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 상기 제1 라미네이트 막 상에 상기 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및
    상기 제1 라미네이트 막의 일부분을 상기 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 상기 제1 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;
    상기 제2 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 상기 제2 만입부는 상기 제1 만입부에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고
    상기 캡슐화 층을 형성하는 단계는:
    상기 제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 상기 단열층을 배치하는 단계;
    상기 제2 만입부의 일부분이 상기 제1 만입부 내부에 배치되도록 상기 제2 만입부가 상기 제1 만입부와 실질적으로 정렬되게 상기 제1 라미네이트 막 상에 상기 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및
    상기 제1 라미네이트 막의 일부분을 상기 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 제1 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 상기 제1 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;
    상기 캡슐화 층을 형성하는 단계는:
    상기 제1 라미네이트 막의 제1 만입부에 상기 단열층을 배치하는 단계;
    상기 제1 라미네이트 막 상에 상기 제2 라미네이트 막을 배치하는 단계; 및
    상기 제1 라미네이트 막의 일부분을 상기 제2 라미네이트 막의 일부분에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 상기 제1 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고;
    상기 라미네이트 막에 제2 만입부가 형성되며, 상기 제2 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고
    상기 캡슐화 층을 형성하는 단계는:
    상기 라미네이트 막의 제1 만입부에 상기 단열층을 배치하는 단계;
    상기 라미네이트 막의 상기 제2 만입부가 상기 제1 만입부와 실질적으로 정렬되도록 상기 라미네이트 막을 폴딩하는 단계; 및
    상기 라미네이트 막의 일부분을 그 자체에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  33. 제27항에 있어서,
    상기 라미네이트 막에 제1 만입부가 형성되며, 상기 제1 만입부는 상기 단열층에 형상 및 크기가 상보적이고; 그리고
    상기 캡슐화 층을 형성하는 단계는:
    상기 라미네이트 막의 제1 만입부에 상기 단열층을 배치하는 단계;
    상기 라미네이트 막의 일부분이 상기 단열층 및 상기 라미네이트 막의 별개의 부분을 실질적으로 덮도록 상기 라미네이트 막을 폴딩하는 단계; 및
    상기 라미네이트 막의 일부분을 그 자체에 열 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  34. 제27항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화 층은 단열층을 완전히 둘러싸는 것인, 방법.
  35. 제27항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라미네이트 막의 상기 열 용접된 부분들은 상기 단열층의 하나 이상의 측에 대해 폴딩되는 것인, 방법.
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