TW202202335A - 用於電池之熱管理多層片、包含彼之用於電池之總成、及包含彼之電池 - Google Patents

用於電池之熱管理多層片、包含彼之用於電池之總成、及包含彼之電池 Download PDF

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TW202202335A
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layer
battery
thermal management
multilayer sheet
adhesive
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克里斯多福 邱吉爾
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美商羅傑斯公司
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Abstract

一種熱管理多層片，其包括：第一熱分散層、第一整合層的第一側（設置在該第一熱分散層的一側上）、第一黏著劑層的第一側（設置在該第一整合層的相對第二側上）、第二整合層、以及第二熱分散層，其中，該第二整合層的第一側係設置在該第一黏著劑層的相對第二側上，以及該第二熱分散層係設置在該第二整合層的相對第二側上；或者，該第二熱分散層的第一側係設置在該第一黏著劑層的相對第二側上，該第二整合層的第一側係設置在該第二熱分散層的相對第二側上，以及第二黏著劑層係設置在該第二整合層的相對第二側上。

Description

用於電池之熱管理多層片、包含彼之用於電池之總成、及包含彼之電池
本說明書係關於一種用於電池（battery）之熱管理多層片（thermal management multilayer sheet），尤其是關於用於在鋰離子電池中延遲或避免熱失控（thermal runaway）者。本說明書還關於用於製備該熱管理多層片、用於電池之總成、及包括該熱管理多層片之電池的方法。
本說明書係關於一種用於電池之熱管理多層片，尤其是關於用於在鋰離子電池中延遲或避免熱失控者。本說明書還關於用於製備該熱管理多層片、用於電池之總成、及包括該熱管理多層片之電池的方法。
由於例如電動車與電網能源儲存系統（grid energy storage system）等應用以及其他多電池芯（multi-cell）之電池應用（例如電動自行車、不斷電電池系統、以及鉛酸替代電池（lead acid replacement battery））的成長，對電化學能儲存設備（例如鋰離子電池）的需求係不斷增加。對於例如電網儲存及電動車等大型應用而言，經常使用透過串聯及並聯陣列而連接的多電化學電池芯。一旦一個電池芯處於熱失控模式，該電池芯所產生的熱能有可能導致相鄰電池芯的熱失控傳導反應（thermal runaway propagation reaction），進而造成可點燃整個電池的級聯效應（cascading effect）。
儘管已考慮嘗試減少該些電池的可燃性，許多電池仍然可能具有缺陷（drawback）。舉例言之，已考慮透過添加阻焰添加劑（flame retardant additive）來修飾電解質、或者使用本質上不可燃電解質（inherently non-flammable electrolyte），但該些方法會對鋰離子電池的電化學表現產生負面影響。其他避免級聯熱失控的方法係包括併入在電池芯或電池芯組間的提升的絕緣量，以減少在熱事件（thermal event）期間的熱傳導量。然而，該些方法會限制可實現的能量密度上限。
隨著對熱失控風險減少之電池的需求增加，需要用於避免或延緩熱、能量或二者分散至周圍電池芯之電池的材料。
本文係揭露一種熱管理多層片，其包括：第一熱分散層、第一整合層的第一側（設置在該第一熱分散層的一側上）、第一黏著劑層的第一側（設置在該第一整合層的相對第二側上）、第二整合層、以及第二熱分散層，其中，該第二整合層的第一側係設置在該第一黏著劑層的相對第二側上，以及該第二熱分散層係設置在該第二整合層的相對第二側上，其中該第一黏著劑層係單層黏著劑或多層黏著劑；或者，該第二熱分散層的第一側係設置在該第一黏著劑層的相對第二側上，該第二整合層的第一側係設置在該第二熱分散層的相對第二側上，以及第二黏著劑層係設置在該第二整合層的相對第二側上。
本文還揭露一種用於電池的總成，其包括至少二個電化學電池芯；以及熱管理多層片，其中該熱管理多層片係包括第一熱分散層、第一整合層的第一側（設置在該第一熱分散層的一側上）、以及黏著劑層（設置在該第一整合層的相對第二側上）。
本文亦揭露包括上述總成的電池。
上述特徵及其他特徵係透過以下圖式、詳細說明、實例進行例示。
避免在包括複數個電池芯之電池中的熱失控係一個困難的問題，因為與發生熱失控之電池芯相鄰的電池芯會自該事件（熱失控）吸收充分的能量，進而造成他們提升到超過其所設計的運行溫度、引起相鄰電池芯亦進入熱失控。因為電池芯會傳導熱至相鄰電池芯，這種引發熱失控事件的傳播會導致儲存設備進入熱失控之級聯系列的連鎖反應。
透過熱管理多層片提供之熱屏障（thermal barrier）也可用於電池中的各種不同位置，以避免熱失控。於此，使用熱管理多層片可在任何一或多個方向上減少熱導率。熱管理多層片還可改善電池的耐火性（fire resistance）。
因此，本文係揭露用於電池的總成、以及包括電化學電池芯或電化學電池芯陣列的電池，該電化學電池芯或電化學電池芯陣列係包含熱管理多層片，其中熱管理多層片係直接設置在電化學電池芯的表面（即，與至少一個表面的至少一部分接觸）。如本文中所使用，電化學電池芯（或「電池芯（cell）」）為電池的基本單元，電池包括陽極、陰極、及電解質。「電池芯陣列（cell array）」意指二或多個電化學電池芯的總成，例如二個、五個、二十個、五十個或更多。與熱管理多層片及視需要之其他電池組件（例如：隔板（separator）、集電器（current collector）、如可撓性袋（flexible pouch）的外殼（housing）等）聯繫的電池芯或電池芯陣列係於本文中被稱為「用於電池的總成（assembly for a battery）」。用於電池的總成及電池可包括單一電化學電池芯、單一電池芯陣列、或複數個電池芯陣列。
可使用各種不同的電化學電池芯種類，包括袋式電池芯、方形電池芯（prismatic cell）、或圓柱形電池芯（cylindrical cell）。單一電池芯或電池芯陣列可位於可撓性外罩（enclosure）（例如袋式電池芯）中。在一態樣中，電池芯為鋰離子電池芯，例如：磷酸鐵鋰、鋰鈷氧化物、或其他鋰金屬氧化物。可使用之電池芯的其他種類包括鎳金屬氫化物、鎳鎘、鎳鋅、或銀鋅。
如圖1所說明，熱管理多層片400可直接置於或黏著在預成形（pre-formed）之電池芯的外部表面，例如：在袋式電池芯100的外部表面上。袋式電池芯100可具有黏著於其外部表面的第一黏著劑層85，以及第一整合層84可設置在相對於袋式電池芯100的第一黏著劑層85之一側上。第一熱分散層61係設置在相對於第一黏著劑層85的第一整合層84之一側上。第一黏著劑層85、第一整合層84、及第一熱分散層61可為DW 407電漿膠帶（plasma tape）。
圖2係說明熱管理多層片401的一個態樣，熱管理多層片401包含設置在第一整合層84的第一側84a上之第一熱分散層61。第一整合層84的第二側84b係包含第一黏著劑層85。第一黏著劑層85可為單層黏著劑或多層黏著劑。第二整合層86係設置在相對於第一整合層84的第一黏著劑層85之一側上。第一黏著劑層85係黏著第一整合層84及第二整合層86。第二熱分散層63係設置在相對於第一黏著劑層85的第二整合層86之一側上。
圖3係說明熱管理多層片402的一個態樣，熱管理多層片402包含設置在第一整合層84的第一側84a上的第一熱分散層61。第一整合層84的第二側84b係包含第一黏著劑層85。第二熱分散層63係設置在相對於第一整合層84的第一黏著劑層85之一側上。第二整合層86係設置在相對於第一黏著劑層85的第二熱分散層63之一側上。第二黏著劑層87係設置在相對於第二熱分散層63的第二整合層86之一側上。
除了圖1至圖3所示的熱分散層、整合層、及黏著劑層之外，熱管理多層片還可包括熱分散層、整合層、及黏著劑層。一般而言，可使用多達十個熱分散層、及十個具有黏著劑層的整合層，以提供所欲的熱管理多層片。
如上所述，電池芯陣列的電池芯可為方形電池芯、袋式電池芯、圓柱形電池芯等，且較佳為袋式電池芯。在一態樣中，電池芯為鋰離子電池芯。在另一態樣中，電池芯為鋰離子袋式電池芯。
第一熱分散層61及第二熱分散層63各自獨立包含具有高熱導率（thermal conductivity，Tc）的材料，例如：大於每公尺–凱氏溫度10瓦特（W/m*K）、較佳為大於50 W/m*K、或更佳為大於100 W/m*K，其係各自於23°C下進行測量。舉例言之，該材料可具有於23°C下為10至6,000 W/m*K的熱導率、或於23°C下為50至6,000 W/m*K的熱導率、或100至6,000 W/m*K的熱導率、或100至1,000 W/m*K的熱導率、或100至500 W/m*K的熱導率，其係各自於23°C下進行測量。該些材料係包括金屬（例如銅、鋁、銀、或者銅、鋁或銀的合金）、陶瓷（例如氮化硼、氮化鋁、碳化矽或氧化鈹）；或者，含碳材料（carbonaceous material）（例如碳纖維、奈米碳管、石墨烯或石墨）。在一態樣中，第一及第二熱分散層可獨立包括銅、鋁、銀、銅合金、鋁合金、銀合金、氮化硼、氮化鋁、碳化矽、氧化鈹、碳纖維、奈米碳管、石墨烯、石墨、或其組合。舉例言之，熱分散層可為包含碳纖維或奈米碳管的膠帶或薄片，例如可自Huntsman（亨斯曼）獲得之商品名為MIRALON者。在其他態樣中，熱分散層為金屬箔片（foil）或金屬合金，較佳為鋁或鋁合金。在一態樣中，第一或第二熱分散層各自獨立為箔片、編織或非編織纖維氈（woven or nonwoven fiber mat）、或聚合物泡沫（polymer foam）。第一熱分散層61及第二熱分散層63可為相同或不同的。
第一及第二熱分散層的厚度係取決於所使用之材料、所欲之熱導率程度、成本、所欲厚度、或電池的重量、或其他考量。舉例言之，熱分散層可具有厚度為5至1,000微米（µm），例如：0.0005至0.039吋（12.7至991微米）、0.001至0.005吋（25.4至127微米）、或0.002至0.039吋（51至991微米）。金屬箔片可各自獨立具有厚度為0.0005至0.020吋（12.7至508微米）、或0.001至0.005吋（25.4至127微米）。
黏著劑層可具有厚度為0.00025至0.010吋（6至254微米）、或0.0005至0.003吋（12.7至76微米）。各種不同的黏著劑係在本領域中為已知的且可被使用。舉例言之，黏著劑層可各自獨立包含聚酯黏著劑、聚氟乙烯黏著劑、丙烯酸系或甲基丙烯酸系黏著劑（acrylic or methacrylic adhesive）、或聚矽氧黏著劑（silicone adhesive）。在一態樣中，黏著劑為聚矽氧黏著劑。可使用溶劑流鑄黏著劑（solvent-cast adhesive）、熱熔黏著劑（hot-melt adhesive）、及二液型黏著劑（two-part adhesive）。在一態樣中，各黏著劑層可獨立地包含無機填料，其可為熱分散的或熱絕緣的。
視需要地，各黏著劑層可獨立地包括填料，填料可為熱分散的（熱傳導的）或熱絕緣的。例示性填料包括氣凝膠（aerogel）填料、玻璃微氣球（glass microballoon）、充氣中空聚合物微球（gas-filled hollow polymer microsphere）、氮化硼、氮化鋁、雲母、滑石、奈米碳管、石墨、或其組合。可對添加物進行表面塗覆以提供所欲特性，舉例言之，可使用矽烷處理填料以改善分散性或附著力。舉例言之，各黏著劑層可包括高縱橫比（aspect ratio）的片狀填料（platy filler），例如雲母或滑石。在一態樣中，係無填料存在。
氣凝膠為開孔的固體基質（open-celled solid matrix），其包含交互連接的奈米結構網絡（network of interconnected nanostructures），具有大於50體積百分比（vol%）、更佳為大於90 vol%的孔隙率。氣凝膠可透過使用氣體置換凝膠中的液體組分、或透過乾燥濕凝膠（例如透過超臨界乾燥（supercritical drying））而自凝膠衍生。例示性氣凝膠包括：聚合物氣凝膠，其包括聚乙烯醇氣凝膠、胺甲酸乙酯（urethane）氣凝膠、聚醯亞胺（polyimide）氣凝膠、或聚丙烯醯胺氣凝膠；多醣氣凝膠（polysaccharide aerogel），其包括幾丁質氣凝膠及幾丁聚醣氣凝膠；或者，無機陶瓷氣凝膠，例如氧化鋁氣凝膠或二氧化矽氣凝膠。
第一整合層84及第二整合層86為強化材料，以增強熱管理多層的強度。可各自獨立地包括連續纖維（continuous fiber），例如：連續纖維係呈編織或非編織纖維氈的形式，其可具有厚度為20至600微米、或0.001至0.020吋（25.4至508微米）、較佳為0.001至0.005吋（25.4至127微米）。第一及第二整合層可包含高耐熱編織或非編織聚合物氈（high heat resistance woven or nonwoven polymer mat），例如：聚醚醯亞胺、聚碸、聚酞醯胺（polyphthalamide）、聚伸苯硫醚（polyphenylene sulfide）、聚芳酯（polyarylate）、聚醚醚酮（polyether ether ketone）等；或者，編織或非編織玻璃氈，例如玻璃纖維（fiberglass）。
聚合物纖維可包括各種不同的熱塑性塑料、熱塑性塑料之摻合物、或熱固性樹脂之一或多者。可使用之熱塑性塑料的實例包括聚縮醛、聚丙烯酸類、聚醯胺（例如尼龍6、尼龍6,6、尼龍6,10、尼龍6,12、尼龍11、或尼龍12）、聚醯胺醯亞胺、聚芳酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯（例如：聚對酞酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）、聚對酞酸丁二酯（polybutylene terephthalate，PBT）及聚萘二甲酸乙二酯（polyethylene naphthalate，PEN））、聚醚酮（polyetherketone）、聚醚醚酮、聚醚酮酮（polyether ketone ketone）、聚醚醯亞胺、聚烯烴（例如聚丙烯、聚乙烯、或者聚乙烯或聚丙烯的共聚物）、聚伸苯硫醚、聚苯乙烯、聚碸（例如聚芳基碸及聚醚碸）、聚氨酯、聚氯乙烯、氟化聚合物（例如聚氯三氟乙烯、聚偏二氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PVDF）、聚氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚（perfluoromethyl vinylether）、氟化聚乙烯-丙烯（fluorinated polyethylene-propylene，FEP）、或四氟乙烯-二氟乙烯-六氟丙烯（hexafluoropropylene，HFP））、乙烯丙烯橡膠（ethylene propylene rubber，EPR）、乙烯丙烯二烯單體橡膠（ethylene propylene diene monomer rubber，EPDM）、苯乙烯-丙烯腈（styrene-acrylonitrile，SAN）、苯乙烯-馬來酸酐（styrene-maleic anhydride，SMA）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（acrylonitrile-butadiene-styrene，ABS）、天然橡膠、腈橡膠、丁基橡膠（butyl rubber）、環狀烯烴共聚物、聚二環戊二烯橡膠、苯乙烯-乙烯／丙烯-苯乙烯嵌段共聚物（styrene-ethylene/propylene-styrene block copolymer，SEPS）、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（styrene-butadiene block copolymer，SB）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（styrene-butadiene-styrene copolymer，SBS）、苯乙烯-乙烯／丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer，SEBS）、聚丁二烯、異戊二烯、聚丁二烯-異戊二烯共聚物等、或其組合。
可用於聚合物纖維中之熱塑性聚合物的摻合物的實例包括ABS／尼龍、聚碳酸酯／ABS、ABS／聚氯乙烯、聚苯醚／聚苯乙烯、聚苯醚／尼龍、聚碸／ABS、聚碳酸酯／熱塑性胺甲酸乙酯、聚碳酸酯／PET、聚碳酸酯／PBT、熱塑性彈性體合金（thermoplastic elastomer alloy）、PET／PBT、SMA／ABS、聚醚醚酮／聚醚碸、苯乙烯-丁二烯橡膠、聚乙烯／尼龍、聚乙烯／聚縮醛等、或其組合。
可用於聚合物纖維中之熱固性樹脂的實例包括聚氨酯、環氧樹脂類、酚醛樹脂（phenolics）、聚酯、聚醯胺、聚矽氧等、或其組合。可使用熱固性樹脂的摻合物以及熱塑性樹脂與熱固性樹脂的摻合物。
可用於熱絕緣層中之聚合物纖維係較佳包括環氧樹脂、聚醯胺、聚醯亞胺、如PBT之聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚碸、聚氨酯、聚矽氧、乙烯酯等、或其組合。在一態樣中，聚合物纖維包含耐熱聚合物，例如具有180°C或更高之Tg的聚合物（例如聚醚醯亞胺、聚碸、聚酞醯胺、聚伸苯硫醚、聚芳酯、聚醚醚酮等、或其組合）。聚合物纖維可呈編織氈或非編織氈或者膠帶的形式。
例示性玻璃纖維層係包含A-玻璃（A-glass）、C-玻璃、D-玻璃、或其組合。較佳為D-玻璃或E-玻璃。玻璃纖維層可設置在聚合物基質中、或以聚合物塗覆。可使用環氧樹脂、聚醯胺、聚醯亞胺、聚酯（例如聚對酞酸丁二酯）、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚碸、聚氨酯、聚矽氧、乙烯酯等。黏結劑（binder）係較佳為環氧樹脂類、聚酯、及乙烯酯。在一態樣中，各第一及第二整合層係包含平紋1080 E-玻璃（plain weave 1080 E-glass）。
取決於用於熱分散層、熱絕緣層及視需要之黏著劑層的材料，熱管理多層及在熱管理多層中的子組合（例如高溫層板（high temperature laminate））可透過本領域中已知的方法來製造。舉例言之，可透過單獨堆疊各層並層壓（laminating）來製造。替代地、或額外地，高溫層板可商購獲得且隨後與一或多個其他層組裝以形成熱管理多層。商購獲得之高溫層板的實例為電漿膠帶，例如進一步包含高溫聚矽氧黏著劑（設置在玻璃布（glass fabric）上）之鋁箔／玻璃布層板（aluminum foil/glass fabric laminate）。該些層板可自DeWAL之商品名為DW系列的電漿膠帶商購獲得，例如DW407電漿膠帶。
應當理解，圖1至圖3所示之態樣僅為例示性的，且依據所欲特性可使用各種不同的組合及子組合。舉例言之，可存在有其他的熱分散層或黏著劑層。
可存在於熱管理多層片中的其他層或組件係包括相變化材料（phase change material）。具體言之，包含相變化材料的層可存在於熱管理多層片中。相變化材料為具有高融化熱（heat of fusion）的物質，且能夠在相轉換（例如熔化及凝固）期間分別吸收與釋放大量的潛熱（latent heat）。在相變化期間，相變化材料的溫度係幾乎維持恆定。在相變化材料吸收或釋放熱的期間（一般在材料之相的變化期間），相變化材料係抑制或阻止熱能流過該材料。在部分例子中，在相變化材料吸收或釋放熱（一般在相變化材料歷經二種狀態之間的轉換時）的那段期間，相變化材料可抑制熱轉移（heat transfer）。此作用通常為瞬時的（transient），且會持續發生直到在加熱或冷卻過程期間相變化材料的潛熱被吸收或釋放為止。可存儲熱量或自相變化材料中移除熱量，且通常可透過熱源或冷源而有效地對相變化材料進行補注（recharge）。
合適的相變化材料係例如WO2020/227201中所描述者。如其所述，相變化材料可為經封裝的（encapsulated）或未經封裝的、或者可使用其組合。相變化材料可用於進一步包含如上所述之聚合物的組合物中。該聚合物可包含如上所述之一者或組合，例如聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚碸、ABS、SAN、PEN、PBT、PET、PVDF、全氟甲基乙烯基醚、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯或聚丙烯的共聚物、聚四氟乙烯（PTFE）、FEP、偏二氟乙烯（vinylidene fluoride）、HFP、EPR、EPDM、天然橡膠、腈橡膠、丁基橡膠、環狀烯烴共聚物、聚二環戊二烯橡膠、熱塑性聚氨酯、SEPS、聚（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）（SBS）、SEBS、聚丁二烯、異戊二烯、聚丁二烯-異戊二烯共聚物、或其組合。基於相變化組合物的總重量，相變化材料的含量可為20至98重量%、或40至97重量%、或50至96重量%、或50至95重量%、或40至95重量%、或50至90重量%、或60至85重量%、或75至85重量%。
在一態樣中，熱管理多層片可包含含有防火組成物（intumescent composition）的層。該層可設置在熱分散層上。在不被任何理論束縛的情形下，咸信防火材料可使用二種能量吸收機制來減少火焰蔓延，所述機制包括形成炭（char）、然後使炭膨脹。舉例言之，當溫度達到例如200°C至280°C之數值時，酸性物質（例如多磷酸）可與碳源（例如新戊四醇）反應而形成炭。當溫度增加時（例如提升到280°C至350°C），發泡劑可接著分解而產生造成炭膨脹的氣態產物。防火材料為已知的且例如WO2020/251825中所描述者。防火材料可包含酸源、發泡劑、及碳源。該些成分可各自存在於不同層中、或作為摻混物（admixture），較佳係作為密切摻混物（intimate admixture）。舉例言之，防火材料可包含：多磷酸源，例如參（2,3-二溴丙基）磷酸酯（tris(2,3-dibromopropyl)phosphate）、參（2-氯乙基）磷酸酯、參（2,3-二氯丙基）磷酸酯、參（1-氯-3-溴異丙基）磷酸酯、雙（1-氯-3-溴異丙基）-1-氯-3-溴異丙基磷酸酯、聚胺基三嗪磷酸酯、磷酸三聚氰胺、磷酸胍脲（guanylurea phosphate）、或其組合；碳源，例如糊精（dextrin）、酚醛樹脂（phenol-formaldehyde resin）、新戊四醇、黏土、聚合物、或其組合；以及發泡劑，例如二氰二胺、偶氮二甲醯胺（azodicarbonamide）、三聚氰胺、胍、甘胺酸、尿素、鹵代有機物質（halogenated organic material）、或其組合。
用於電池的總成可進一步包括壓力襯墊（pressure pad），亦稱為壓縮襯墊（compression pad）或在電池中時稱為電池襯墊（battery pad），且為方便起見於全部情形下在本文中稱為「壓力襯墊」。襯墊可設置在相鄰的電池芯之間或在電池芯陣列之間，以處理在壓縮上的變化（尤其是在電池芯擴展（expansion）期間）。襯墊可確保電池芯維持實質上恆定的壓力。
壓力襯墊可位於電池內的其他位置。在一態樣中，壓力襯墊可具有0.010至0.500吋（254至12,700微米）的厚度，並包含在廣泛的溫度範圍內具有確切恆定之壓縮永久變形抗力（compression set resistance，c-set）及應力鬆弛性能的可壓縮材料。例示性的此類型材料包括聚氨酯泡沫或聚矽烷泡沫（例如可購自Rogers Corporation（羅捷士公司）的PORON®聚氨酯泡沫或BISCO®聚矽烷泡沫）。可用作壓力襯墊的其他可壓縮材料係如本文所描述者。如本文中所使用，「可壓縮的（compressible）」係指當材料於壓力下壓縮及在釋放壓力後返回其原始狀態時的彈性性質（elastomeric property）。
熱管理多層片係設置在電化學電池芯上（例如至少一個電化學電池芯的至少一部分），以提供用於電池的電池芯總成。舉例言之，圖4係說明在用於電池之總成1002中的熱管理多層片之位置的一個態樣，以及圖5係說明在用於電池之總成1003中的熱管理多層片之位置的一個態樣。電池芯可為鋰離子電池芯，尤其是袋式電池芯。圖4及圖5係說明熱管理多層片403可位於第一電池芯103及第二電池芯104之間。圖4係說明熱管理多層片403可大約與電池芯103、104的高度及寬度為相同的尺寸。圖5係說明熱管理多層片403可小於各電池芯103、104。為了覆蓋電池芯的至少一部分或全部表面，熱管理多層片可能延展超出電化學電池芯的邊緣。
圖6係說明用於電池之總成1004可包含多於二個的電池芯（例如103、104），其中熱管理多層片403位於各電池芯103、104與其他電池芯各者之間）。在一態樣中，二至十個耐火熱管理多層片可在用於電池之總成1004的製造期間設置在電池芯上或在電池芯陣列中。舉例言之，二至十個熱管理多層片可設置在內部（例如面對電極）、或外部（面對電池外側）。舉例言之，二至十個耐火熱管理多層片可設置在或黏著至電池芯、或袋式電池芯的袋、或二者。理所當然地，可依據電池芯及電池芯陣列的數量而存在有一個或多於十個的熱管理多層片。圖6係進一步說明熱管理多層片403a設置在用於電池之總成1004的外部，以面對電池的外側。
在一態樣中，熱管理多層片之暴露在外的邊緣（exposed outer edges）的至少一部分可包含從熱管理多層片的本體（body）將熱量移出的材料88。應用至熱管理多層片之暴露在外的邊緣的例示性材料係包括陶瓷（例如氮化硼或氮化鋁）、金屬（例如鋁）、高熱容蠟（high heat capacity wax）、相變化材料等、或其組合。
將電池芯總成用於電池中。電池包括至少部份地圍繞一或多個電化學電池芯或電池芯陣列的外殼。如圖7所示，例示性的電池2000可包括可撓性外殼（例如袋）51，其係圍繞並密封電極總成52。圖7之用於袋式電池芯或電池的外罩通常為包括金屬箔片層的層板材料。舉例言之，層板袋式電池芯材料可包括在二個聚合物層之間的金屬箔片（例如鋁箔）。金屬箔片係意欲作為抵抗滲入或滲出電池之電池芯的全部滲透（包括水擴散）的障壁（barrier）。因此，層板係完全包圍電化學電池芯或電池芯陣列，從而密封電池芯或電池芯陣列。熱管理多層片係附加至外殼（即，袋51）。
電極總成52可包括陽極、隔板、陰極、及電解質。電池2000亦包括連接至陽極的負集電器53以及連接至陰極的正集電器54。負集電器53及正集電器54可電性連接至控制電子系統（control electronic system）55，其係包括用於電池的控制電子元件。電池2000亦包括負極外部引線（negative outside lead）56與正極外部引線57，其使得能夠將電池2000連接至電路或設備。
熱管理多層片可設置在、或直接設置在電池之任何構造中的電池芯或電池芯陣列上。熱管理多層片可置於電池中的各個電池芯之間或電池芯陣列之間。熱管理多層片可置於電池中之電池芯或電池芯陣列之側邊的例如頂部、之間、底部、相鄰處、或其組合上。例如具有未暴露黏著劑之熱管理多層片可置於或黏著至複數個袋式電池芯、壓力管理襯墊、冷卻板、或其他內部電池組件。電池的總成壓力可將堆疊的組件固定到位（into place）。
舉例言之，如圖8所示，電池2001可在外殼800內的複數個電池芯陣列700中含有複數個電池芯。熱管理多層片403可設置在二個電池芯陣列700之間。進一步如圖8所示，熱管理多層片403可沿著電池芯陣列的複數個電池芯而設置在外殼800的側邊及電池芯陣列700的側邊之間。圖8亦顯示，熱管理多層片403可設置在外殼800的末端與一或多個電池芯陣列700的末端之間。
以下為本發明之非限制性態樣：
態樣1：一種熱管理多層片，其包含第一熱分散層、設置在第一熱分散層的一側上之第一整合層的第一側、設置在第一整合層的相對第二側上之第一黏著劑層的第一側、第二整合層、及第二熱分散層，其中該第二整合層的第一側係設置在該第一黏著劑層的相對第二側上，且該第二熱分散層係設置在該第二整合層的相對第二側上，其中該第一黏著劑層為單層黏著劑或多層黏著劑；或者，該第二熱分散層的第一側係設置在第一黏著劑層的相對第二側上，該第二整合層的第一側係設置在第二熱分散層的相對第二側上，以及第二黏著劑層係設置在第二整合層的相對第二側上。
態樣2：如態樣1之熱管理多層片，其中該第一及第二熱分散層各自獨立具有12.7至508微米、較佳為25.4至127微米的厚度，且各自獨立包含銅、鋁、銀、銅合金、鋁合金、銀合金、氮化硼、氮化鋁、碳化矽、氧化鈹、碳纖維、奈米碳管、石墨烯、石墨、或其組合。
態樣3：如前述態樣之任一者的熱管理多層片，其中該第一及第二整合層各自獨立具有25.4至508微米、較佳為25.4至127微米的厚度，較佳係其中該第一及第二整合層各自獨立包含編織或非編織氈，其係包含高耐熱聚合物或玻璃。
態樣4：如前述態樣之任一者的熱管理多層片，其中該（等）黏著劑層係包含聚酯黏著劑、聚氟乙烯黏著劑、丙烯酸或甲基丙烯酸黏著劑、聚矽氧黏著劑、或其組合。
態樣5：如前述態樣之任一者的熱管理多層片，其中該（等）黏著劑層進一步包含填料，例如氣凝膠填料、玻璃微氣球、充氣中空聚合物微球、氮化硼、氮化鋁、雲母、滑石、奈米碳管、石墨、或其組合。
態樣6：如前述態樣之任一者的熱管理多層片，其包含二至十個箔片層，較佳包含三至十個箔片層，以及包含二至十個整合層，較佳包含三至十個整合層。
態樣7：如前述態樣之任一者的熱管理多層片，其中該熱管理多層片之暴露在外的邊緣的至少一部分係包含一從複合物的本體將熱量移出的組合物，例如陶瓷、高熱容蠟、相變化材料、或其組合。
態樣8：一種用於電池的總成，其包含至少二個電化學電池芯、以及如前述態樣之任一者的熱管理多層片。
態樣9：如態樣8之用於電池的總成，其中該熱管理多層片係位於該至少二個電化學電池芯之間。
態樣10：一種用於電池的總成，其包含至少二個電化學電池芯；以及，熱管理多層片，其中該熱管理多層片係包含第一熱分散層、設置在第一熱分散層的第一側上之第一整合層的第一側、以及設置在第一整合層的相對第二側上之黏著劑層。
態樣11：如態樣10之用於電池的總成，其中該第一熱分散層係具有12.7至508微米、較佳為25.4至127微米的厚度，且包含銅、鋁、銀、銅合金、鋁合金、銀合金、氮化硼、氮化鋁、碳化矽、氧化鈹、碳纖維、奈米碳管、石墨烯、石墨、或其組合。
態樣12：如態樣10或11之用於電池的總成，其中該第一整合層具有25.4至508微米、較佳為25.4至127微米的厚度，其中較佳地，該第一整合層係包含編織或非編織氈，其包含高耐熱聚合物或玻璃。
態樣13：如態樣10至12之任一者的用於電池的總成，其中該黏著劑層係包含聚酯黏著劑、聚氟乙烯黏著劑、丙烯酸或甲基丙烯酸黏著劑、聚矽氧黏著劑、或其組合。
態樣14：如態樣10至13之任一者的用於電池的總成，其中該熱管理多層片之暴露在外的邊緣的至少一部分係包含一從複合物的本體將熱量移出的組合物，例如陶瓷、高熱容蠟、相變化材料、或其組合。
態樣15：如態樣10至14之任一者的用於電池的總成，其中該熱管理多層片係位於二個電化學電池芯之間。
態樣16：如態樣10至15之任一者的用於電池的總成，其包含2至10個熱管理多層片。
態樣17：如態樣10至16之任一者的用於電池的總成，其中該電化學電池芯為鋰離子電池芯。
態樣18：如態樣10至17之任一者的用於電池的總成，其中該電化學電池芯為方形電池芯、袋式電池芯、或圓柱形電池芯。
態樣19：如態樣10至18之任一者的用於電池的總成，其中該電化學電池芯為袋式電池芯，且該熱管理多層片係設置在該袋式電池芯的可撓式外殼的內部、外部或二者上及∕或黏附至該可撓式外殼的內部、外部或二者。
態樣20：一種電池，其包含如態樣8至19之任一者的用於電池的總成。
態樣21：如態樣20之電池，其進一步包含至少部份地圍繞該用於電池的總成的外殼。
本文中所述之組合物、方法、及物品可替代地包含以下、由以下組成、或實質上由以下組成：本文所揭露之任何適當的材料、步驟、或組件。可額外地、或替代地配置該組合物、方法及物品，俾使其不含或實質上不含對實現該組合物、方法及物品之功能或目標為非必需的任何材料（或種類）、步驟、或組件。
術語「一（a及an）」並不表示數量限制，而是表示存在有至少一個所引用的項目。除非上下文中有明確指出，否則術語「或」係指「及／或」。整個說明書中對於「一態樣」、「另一態樣」等的引用係指結合該態樣所述之特定元素（例如特徵、結構、步驟或特性）係至少被包括在所述之一態樣中，且可能存在於或可能不存在於其他態樣中。此外，應當理解，所述元件可在各態樣中以任何合適的方式組合。
當例如層、膜（包括熱絕緣多層膜）、區域、或基質等元件被稱為「在（on）」另一元件「上」時，該元件係與另一元件相鄰，且可直接在另一元件上、或亦可以存在有中間元件。反之，當一個元件被稱為「直接在（directly on）」另一個元件「上」時，則不存在有中間元件。此外，當將例如層、膜（包括熱絕緣多層膜）、區域、或基質等元件稱為「在」另一元件「上」或「直接在」另一元件「上」時，該元件的全部或一部分可相鄰其他元件的全部或一部分。
除非本文中有相反的規定，否則全部的測試標準都是截至本申請的提交日期時有效的最新標準，或者，如果有要求優先權，則是截至該測試標準出現的最早優先權申請的提交日期時有效的最新標準。
指向相同組件或屬性之全部範圍的端點皆包括這些端點、可以獨立組合、且包括全部中間點及範圍。如本文所使用之術語「第一」、「第二」等、「主要」、「次要」等並不表示任何順序、數量或重要性，而是用於將一個元素與另一個元素區隔。術語「其組合」或「至少一個」係指列表單獨包括每個元件、以及列表中二或多個元件的組合、以及列表中至少一個元件與未列舉之相似元件的組合。此外，術語「組合」係包括摻合物、混合物、合金、反應產物等。
除非另有定義，否則本文中所使用之技術或科學術語係具有與本發明所屬技術領域中技藝人士所通常理解的相同含義。
全部的引用專利、專利申請案及其他參考文獻皆藉由引用而全文併入本文中。然而，若本申請中的術語與所併入的參考文獻中的術語矛盾或衝突，則本申請中的術語係優先於所併入的參考文獻中的衝突術語。
在圖式中，為了說明書的清楚性及說明的方便性，係誇大了層與區域的寬度及厚度。圖式中相似的符號標記係表示相似的元件。
於本文中係參考作為理想實施態樣之示意性說明的跨章節說明來描述例示性實施態樣。於此，例如由於製造技術及／或公差而導致之圖示形狀上的變化為可預期的。因此，本文所述之實施態樣不應被解釋為限於本文所繪示之區域的特定形狀，而應包括例如由製造引起的形狀上的偏差。舉例言之，繪示或描述為平坦的區域通常可具有粗糙及／或非線性的特徵。此外，所繪示的銳角可為圓形的。因此，圖式中所繪示的區域係本質上為示意性的，且其形狀並不意欲闡述出區域的精確形狀以及並不意欲限制本案申請專利範圍的範疇。
儘管已描述了特定態樣，但是申請人或本發明所屬技術領域中其他技藝人士可想到目前或目前無法預料的替代、修飾、變化、改良及實質等同物。因此，申請時及經修正的所附申請專利範圍旨在涵蓋全部的該些替代、修飾、變化、改良以及實質等同物。
本申請係主張於2020年3月12日提交的美國臨時申請案第62/988,662號的優先權及權益，其全部內容藉由引用而合併於此。
51:袋 52:電極總成 53:負集電器 54:正集電器 55:控制電子系統 56:負極外部引線 57:正極外部引線 61:第一熱分散層 63:第二熱分散層 84:第一整合層 84a:第一側 84b:第二側 85:第一黏著劑層 86:第二整合層 87:第二黏著劑層 88:材料 100:袋式電池芯 103:第一電池芯 104:第二電池芯 400:熱管理多層片 401:熱管理多層片 402:熱管理多層片 403:熱管理多層片 403a:熱管理多層片 700:電池芯陣列 800:外殼 1002:總成 1003:總成 1004:總成 2000:電池 2001:電池
以下圖式為例示性態樣，其係提供以說明本發明。用於說明實施例的圖式並非意欲限制根據本文所列之材料、條件、或加工參數來製造的設備。
圖1為具有熱管理多層片之袋式電池芯（pouch cell）的示意圖，該熱管理多層片係黏著在該袋式電池芯的外部；
圖2為熱管理多層片的一個態樣之說明；
圖3為熱管理多層片的一個態樣之說明；
圖4為位於二個電化學電池芯之間的熱管理多層片的一個態樣之說明；
圖5為位於二個電化學電池芯之間的熱管理多層片的一個態樣之說明；
圖6為位於電池芯陣列中之熱管理多層片的態樣說明；
圖7為袋式電池芯電池的一個態樣之說明；以及
圖8為用於電池之總成的一個態樣之說明，該電池係包括熱管理多層片。
61:第一熱分散層
63:第二熱分散層
84:第一整合層
84a:第一側
84b:第二側
85:第一黏著劑層
86:第二整合層
401:熱管理多層片

Claims (20)

  1. 一種熱管理多層片（thermal management multilayer sheet），其包含： 第一熱分散層（first heat-spreading layer）， 第一整合層（first integrity layer）的第一側，設置在該第一熱分散層的一側上， 第一黏著劑層（first adhesive layer）的第一側，設置在該第一整合層的相對第二側上， 第二整合層，以及 第二熱分散層， 其中 該第二整合層的第一側係設置在該第一黏著劑層的相對第二側上，以及 該第二熱分散層係設置在該第二整合層的相對第二側上， 其中該第一黏著劑層係單層黏著劑或多層黏著劑； 或者 該第二熱分散層的第一側係設置在該第一黏著劑層的相對第二側上， 該第二整合層的第一側係設置在該第二熱分散層的相對第二側上，以及 第二黏著劑層係設置在該第二整合層的相對第二側上。
  2. 如請求項1所述之熱管理多層片，其中該第一熱分散層與該第二熱分散層係各自獨立具有12.7微米至508微米的厚度，且各自獨立包含銅、鋁、銀、銅合金、鋁合金、銀合金、氮化硼、氮化鋁、碳化矽、氧化鈹、碳纖維（carbon fiber）、奈米碳管、石墨烯、石墨、或其組合。
  3. 如請求項1或2所述之熱管理多層片，其中該第一整合層與該第二整合層係各自獨立具有25.4微米至508微米的厚度。
  4. 如請求項1或2所述之熱管理多層片，其中該第一黏著劑層與該第二黏著劑層係各自獨立包含聚酯黏著劑、聚氟乙烯黏著劑、丙烯酸或甲基丙烯酸黏著劑（acrylic or methacrylic adhesive）、聚矽氧黏著劑（silicone adhesive）、或其組合。
  5. 如請求項1或2所述之熱管理多層片，其中該第一黏著劑層與該第二黏著劑層係各自獨立進一步包含填料，且填料係選自以下群組：氣凝膠（aerogel）填料、玻璃微氣球（glass microballoon）、充氣中空聚合物微球（gas-filled hollow polymer microsphere）、氮化硼、氮化鋁、雲母、滑石、奈米碳管、石墨、或其組合。
  6. 如請求項1或2所述之熱管理多層片，其中該熱管理多層片之暴露在外的邊緣（exposed outer edges）的至少一部分係包含一從該熱管理多層片的本體（body）將熱量移出的組合物，且組合物係選自以下群組：陶瓷、高熱容蠟（high heat capacity wax）、相變化材料（phase change material）、或其組合。
  7. 一種用於電池的總成（assembly for a battery），其包含： 至少二個電化學電池芯，以及 如請求項1所述之熱管理多層片。
  8. 如請求項7所述之用於電池的總成，其中該熱管理多層片係位於該至少二個電化學電池芯之間。
  9. 一種用於電池的總成，其包含： 至少二個電化學電池芯；以及 熱管理多層片， 其中該熱管理多層片包含： 第一熱分散層， 第一整合層的第一側，設置在該第一熱分散層的一側上，以及 黏著劑層，設置在該第一整合層的相對第二側上。
  10. 如請求項9之用於電池的總成，其中該第一熱分散層具有12.7微米至508微米的厚度，且包含銅、鋁、銀、銅合金、鋁合金、銀合金、氮化硼、氮化鋁、碳化矽、氧化鈹、碳纖維、奈米碳管、石墨烯、石墨、或其組合。
  11. 如請求項9之用於電池的總成，其中該第一整合層具有25.4微米至508微米的厚度。
  12. 如請求項9之用於電池的總成，其中該黏著劑層係包含聚酯黏著劑、聚氟乙烯黏著劑、丙烯酸或甲基丙烯酸黏著劑、聚矽氧黏著劑、或其組合。
  13. 如請求項9之用於電池的總成，其中該熱管理多層片之暴露在外的邊緣的至少一部分係包含從該熱管理多層片的本體將熱量移出的組合物，且組合物係選自以下群組：陶瓷、高熱容蠟、相變化材料、或其組合。
  14. 如請求項9之用於電池的總成，其中該熱管理多層片係位於該至少二個電化學電池芯中間。
  15. 如請求項9之用於電池的總成，其包含2至10個熱管理多層片。
  16. 如請求項9之用於電池的總成，其中該電化學電池芯為鋰離子電池。
  17. 如請求項9之用於電池的總成，其中該電化學電池芯為方形電池芯（prismatic cell）、袋式電池芯（pouch cell）、或圓柱形電池芯（cylindrical cell）。
  18. 如請求項9之用於電池的總成，其中該電化學電池芯為袋式電池芯，且該熱管理多層片係設置在該袋式電池芯的可撓式外殼（flexible housing）的內部、外部或二者上及∕或黏附至該可撓式外殼的內部、外部或二者。
  19. 一種電池，其包含： 如請求項7至18中任一項所述之用於電池的總成。
  20. 如請求項19之電池，其進一步包含： 外殼，至少部份地圍繞該用於電池的總成。
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