TW202306231A - 用於封裝隔熱材料之材料、系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於管理能量儲存系統中的熱失控問題之材料及系統。示例性實施例包括絕熱層，其經封裝以形成絕熱屏障。支撐構件放置成圍繞絕熱層之至少一部分。支撐構件為絕熱層提供支撐，而使絕熱層能夠容易地封裝並安裝在電池模組或電池組中。

Description

用於封裝隔熱材料之材料、系統及方法 相關申請案之交叉引用
本申請主張於2021年7月2日所提交之發明名稱為“用於緩和電能儲存熱事件之材料、系統及方法(Materials,Systems,and Methods for Mitigation of Electrical Energy Storage Thermal Events)”的美國臨時專利申請第63/218,205號以及於2021年12月1日所提交之發明名稱為“用於封裝材料之材料、系統及方法(Materials,Systems,and Methods for Encapsulating Materials)”的美國臨時專利申請第63/284,917號的權益及優先權，其內容通過引用整個併入本文中。
本發明一般而言係關於一種用於封裝材料之材料、系統及方法。具體而言，本發明係關於一種用於封裝在能量儲存系統中的電池單元或電池模組之間所使用的隔熱層之材料、系統及方法。本發明還進一步關於一種氣凝膠隔熱層之封裝。本發明還進一步關於一種電池模組或電池組以及包括那些電池模組或電池組之系統，該電池模組或電池組係具有一個或多個電池單元，該電池單元包括封裝的隔熱材料。
鋰離子電池(lithium-ion batteries)等可充電電池已經廣泛地應用於電力驅動和能量儲存系統中。相較於傳統電池，鋰離子電池(LIBs)因其高工作電壓、低記憶效應(memory effects)和高能量密度(energy density)而廣泛地使用於對便攜式電子裝置供電，便攜式電子裝置係例如手機、平板電腦、膝上型電腦、電動工具和諸如電動汽車等的其他高電流裝置。然而，因為LIBs在“濫用情況(abuse conditions)”下容易發生災難性故障，例如，當可充電電池過度充電(充電超過所設計的電壓)、過度放電、或在高溫和高壓下操作或者暴露於高溫和高壓下時，會產生安全上的疑慮。因此，狹窄的工作溫度範圍和充電/放電速率會對LIBs之使用造成限制，因為當LIBs遇到其設計窗口(design window)以外的情況時，可能會因快速自熱或熱失控事件(thermal runaway event)而故障。
當內部反應速率增加到所產生之熱量多於能夠排出之熱量時，可能會發生熱失控，從而導致反應速率和熱量產生進一步增加。在熱失控期間，高溫會引發電池中的一系列放熱反應(exothermic reactions)，進而導致電池之溫度迅速地增加。在許多情況下，當一個電池單元發生熱失控時，所產生之熱量會迅速地加熱靠近發生熱失控之單元的單元。加入到熱失控反應中的每一個電池都包含額外的能量，使熱失控反應繼續進行，造成電池組內的熱失控傳播，最終導致火災或爆炸的災難。及時散熱和有效阻止熱量傳遞路徑是減少熱失控傳播所造成之危害的有效對策。
基於對導致電池熱失控的機制的理解，正在研究許多方法，目的是藉由電池組件的合理設計來減少安全隱患。為了防止這種串接(cascading)熱失控事件的發生，LIBs通常設計為將所儲存之能量保持在足夠低的程度，或者在電池模組或電池組內的單元之間採用足夠的絕熱材料，以將其與可能發生在相鄰單元或其組合中的熱事件隔離。前者嚴重限制了可能儲存在這種裝置中的能量。後者限制了單元的放置距離，從而限制了有效能量密度。
目前有許多不同的方法，用於在防止串接熱失控的同時，使能量密度最大化。一種方法是在單元或單元群集之間加入足量的絕熱。從安全的角度來看，這種方法通常被認為是可行的；然而，在這種方法中，絕熱材料容納熱量的能力以及所需之絕熱體積決定了可以達到的能量密度的上限。
另一種方法是藉由使用相變材料。這些材料在溫度升高達到一定溫度時會發生吸熱相變(endothermic phase change)。吸熱相變吸收所產生之熱量之一部分，從而冷卻局部區域。通常，對於電能儲存裝置，這些相變材料依賴於碳氫化合物材料(hydrocarbon materials)，例如蠟(waxes)和脂肪酸(fatty acids)。這些系統在冷卻方面是有效的，但其本身是可燃的，因此一旦儲存裝置內真的開始燃燒，其在防止熱失控方面無益。
加入膨脹材料是防止串接熱失控的另一種策略。這些材料在特定溫度以上膨脹，而產生一種炭(char)，其設計為重量輕的，並在需要時提供隔熱。這些材料可以有效地提供絕熱效益，但在儲存裝置的設計中必須考慮材料的膨脹。
氣凝膠材料(Aerogel materials)也用作為隔熱材料。氣凝膠隔熱層相較於其他隔熱材料具有許多優勢。其中一些益處包括對熱傳播和燃燒傳播的良好抵抗，同時使所用之材料的厚度和重量最小化。氣凝膠隔熱層還在可壓縮性、壓縮恢復力(compressional resilience)和順應性(compliance)上具有良好的特性。一些基於氣凝膠的隔熱層，由於其重量輕且剛性(stiffness)低，可能難以安裝在電池單元之間，特別是在大規模生產設置中。此外，氣凝膠隔熱層往往會產生可能對電能儲存系統有害的顆粒物質(灰塵)，從而產生製造問題。
對於許多不同的可用材料，每一種材料都具有許多不同的特性，無論是較優選的方案或並非較優選的方案，都有利於封裝隔熱材料以對電池單元和隔熱層提供額外的保護，同時還簡化製造過程。
本公開之目的是消除或緩和上述先前方法和材料的至少一個缺點。本文所提供之支撐構件係設計成改進電池模組或電池組中所使用的隔熱層之封裝和處理。
在本公開之一態樣中，一種用於電能儲存系統的絕熱屏障，係包括：至少一絕熱層；支撐構件，圍繞該絕熱層之至少一部分；以及封裝層，至少部分地圍繞該絕熱層。該封裝層接觸該支撐構件之至少一部分。
支撐構件可以是由單片材料所構成的單一支撐構件，或者可以由接合在一起以形成支撐構件的兩個或多個支撐件所構成。在一實施例中，支撐構件包括位於該絕熱層之相對側的兩個支撐構件。在另一實施例 中，該支撐構件圍繞該絕熱屏障之周邊。在另一實施例中，該支撐構件基本上為U形。
為了對絕熱層提供支撐，支撐構件可以由具有之撓曲模數(flexural modulus)大於該絕熱層之撓曲模數的材料所形成。在本公開之一態樣中，支撐構件應該具有大於100MPa的撓曲模數。在一實施例中，該支撐構件由與用於該絕熱層之材料不同的材料所組成。在較佳的實施例中，該支撐構件由聚合物材料所組成。在一些實施例中，該支撐構件可以包括膨脹材料(intumescent material)。在一實施例中，該支撐構件具有之厚度小於該絕熱層之厚度。
該絕熱層可以由對減少電池單元之間的熱傳遞有效的任何材料所組成。一般而言，絕熱層具有之通過所述絕熱層之厚度尺寸的熱導率在25℃下小於約50mW/m-K，並且在600℃下小於約60mW/m-K。在較佳的實施例中，該絕熱層包括氣凝膠。
該封裝層覆蓋該絕熱層之至少一部分。在一實施例中，該封裝層包括聚合物材料。在一些實施例中，該封裝層包括嵌入於該聚合物材料中的金屬層。在一些實施例中，該封裝層包括延伸超出該支撐構件之一部分的延伸部分。在使用期間，該延伸部分接觸包含有該絕熱屏障的外殼的內表面。
在一實施例中，該封裝層附接於該支撐構件。或者，該封裝層圍繞該絕熱層和該支撐構件。該封裝層接著與自身密接以形成至少部分地圍繞該絕熱層的外殼。
在本公開之一態樣中，該絕熱屏障還包括與該封裝層耦合的一個或多個黏合墊。該黏合墊可以在相鄰電池單元之間提供緩衝(cushion)。此外，該黏合墊可以黏附到相鄰的電池單元上，從而在製造和使用過程中防止該絕熱屏障與該電池單元的錯位。
在本公開之另一態樣中，該支撐構件包括一個或多個對位元件(registration elements)。該對位元件與對位引導件耦合。在電池模組的製造和使用過程中，可以藉由結合該對位引導件與該對位元件，電池單元與絕熱屏障可以對齊。
在本公開之另一態樣中，一種用於電能儲存系統的絕熱屏障，係包括：至少一絕熱層；支撐構件，圍繞該絕熱層之至少一部分；以及封裝層，至少部分地圍繞該絕熱層。在本公開之一態樣中，該支撐構件包括膨脹材料。該封裝層包括導熱材料，並且接觸該支撐構件之至少一部分。
在本公開之另一態樣中，一種用於電能儲存系統的絕熱屏障，係包括：至少一絕熱層；支撐構件，圍繞該絕熱層之至少一部分；以及封裝層，至少部分地圍繞該絕熱層。一個或多個密封片與該支撐構件耦合。該密封片由形狀記憶材料(shape-memory material)所製成，例如，形狀記憶鎳鈦合金。在受熱時，該密封片遠離該支撐構件延伸。以這種方式，該密封片可以在電池單元之間形成屏障，以抑制或防止從失控的電池單元的熱傳播。在本公開之一態樣中，在電池正常運行期間，密封片處於第一位置。在該第一位置，該密封片基本上靠在該支撐構件上。在受熱時，該密封片移動到第二位置，並遠離該支撐構件延伸，其中，該密封片在受熱時從該第一位置移動到該第二位置。
在本公開之另一態樣中，一種封裝絕熱層之方法，係包括：以支撐構件圍繞該絕熱層之至少一部分；以及在該絕熱層和該支撐構件之至少一部分上形成封裝層。該封裝層接觸該支撐構件之至少一部分。在特定的實施例中，該封裝層之至少一部分附接到該支撐構件之至少一部分。在一實施例中，藉由在該封裝層與該支撐構件接觸的同時加熱該封裝層，將該封裝層附接到該支撐構件之至少一部分。在該過程中，該封裝層藉由加熱元件保持與該支撐構件接觸。或者，該封裝層可以藉由黏合劑附接到該支撐構件。
在另一實施例中，形成該封裝層之步驟係包括：以該封裝層覆蓋該絕熱層和該支撐件之至少一部分；以及將該封裝層之兩個或多個分離部分連接在一起，以形成圍繞該絕熱層和該支撐構件之至少一部分的外殼。在該過程中，該封裝層之該兩個或多個分離部分係藉由在該兩個或多個分離部分接觸的同時加熱該兩個或多個分離部分而附接在一起。在該絕熱層上形成該封裝層的任一實施例中，該封裝層可以部分地或可以完全地圍繞該絕熱層和該支撐構件。
在本公開之一態樣中，至少一金屬層設置在該封裝層之該兩個或多個分離部分之間。在一實施例中，該至少一金屬層嵌入在該封裝層之該兩個或多個分離部分之間。在一實施例中，該過程包括在該至少一金屬層中形成彎曲部，以提供從該絕熱層延伸的延伸部分。在一實施例中，該兩個或多個分離部分藉由該兩個或多個分離部分之相對側上的一對元件保持在一起，其中，對該對元件中的至少一個進行加熱。
在本公開之另一態樣中，一種電池模組，係包括：複數個電池單元；以及一個或多個如本文中所述之絕熱屏障，其設置在相鄰的電池單元之間。
在另一態樣中，本文提供了一種裝置或車輛，係包括根據以上態樣中任一項所述之電池模組或電池組。在一些實施例中，所述裝置係膝上型電腦、PDA、行動電話、標籤掃描儀、音訊裝置、視訊裝置、顯示面板、攝影機、數位相機、桌上型電腦、軍用便攜式電腦、軍用電話、雷射測距儀、數位通訊裝置、情報收集感測器、電子整合服裝、夜視設備、電動工具、計算器、收音機、遙控電器、GPS裝置、手持和便攜式電視、汽車啟動器、手電筒、聲學裝置、便攜式加熱裝置、便攜式吸塵器或便攜式醫療工具。在一些實施例中，該車輛係電動車輛。
在一個或多個實施例中，根據以上態樣中任一項所述之絕熱屏障在未壓縮狀態下具有之平均厚度在約2mm至約10mm的範圍內。
本文所述之絕熱屏障可以提供優於現有的熱失控緩和策略的一個或多個優點。本文所述之絕熱屏障可以最小化或消除電池熱失控傳播，而不會明顯影響電池模組或電池組之能量密度和組裝成本。本公開之絕熱屏障可以在可壓縮性、壓縮恢復力(compressional resilience)和順應性(compliance)上提供良好的特性，以容納在電池單元生命週期期間持續發生的電池單元的膨脹，同時在正常操作條件下以及在熱失控條件下都具有良好的熱性能。本文所述之絕熱屏障耐用且易於處理，對熱傳播和燃燒傳播具有良好的抵抗力，同時使所用之材料的厚度和重量最小化，並且還在可壓縮性、壓縮恢復力和順應性上具有良好的特性。
100:絕熱屏障
110:絕熱層
120:支撐構件
125:開口
130a:封裝材料
130b:封裝材料
140:黏合墊
145:對位元件
300:絕熱屏障
310:絕熱層
320:支撐構件
400:絕熱屏障
410:絕熱層
420a:支撐構件
420b:支撐構件
510:絕熱層
520:支撐構件
710:絕熱層
720:封裝層
730:支撐構件
740:延伸部分
740a:延伸部分
740b:位置
750:內表面
755a:內表面、位置
755b:位置
760:電池單元
800:絕熱屏障
810:絕熱層
820:支撐構件
830:封裝層
840:黏合墊
1000:外殼
1040:對位引導件
1100:絕熱屏障
1110:絕熱層
1120:支撐構件
1120a:分段
1120b:分段
1120c:分段
1130:封裝層
1135:密封件
1140:壁
1150:顆粒捕獲構件
1170:熱交換元件
1200:絕熱屏障
1240:外殼
1260:電池單元、電池模組
1265:突片、密封片
1280:密封片
以上已經概括地描述了本公開，現在將參考所附圖式，圖式不一定要按比例繪製，並且其中：
圖1係本公開之示例性絕熱屏障之分解圖。
圖2係由支撐構件完全圍繞的絕熱層之側視圖。
圖3係由U形支撐構件圍繞的絕熱層之側視圖。
圖4係與兩個分離支撐構件耦合的絕熱層之側視圖。
圖5係示意性地說明電池單元生命週期之三個階段。
圖6係示意性地說明用於製造積層封裝層(laminate encapsulation layer)之製造過程。
圖7係示意性地說明具有延伸部分的封裝層，該延伸部分與電池單元外殼的內表面形成密封。
圖8係示意性地說明具有黏合墊之絕熱屏障。
圖9係示意性地說明藉由電池單元膨脹所產生的剪力負載(shear loads)。
圖10係描繪具有用於將絕熱屏障與電池單元對齊的對位引導件的電池模組之俯視圖。
圖11係描繪由膨脹材料和導熱封裝層所組成的絕熱屏障之替代實施例。
圖12係描繪耦合到絕熱層的支撐構件之近視圖。
圖13係描繪在高溫事件之前和之後的膨脹型支撐構件之示意圖。
圖14係描繪包括基本上圍繞絕熱層的U形支撐構件的絕熱層之實施例。
圖15係描繪具有至少部分地由支撐構件圍繞的絕熱層的絕熱屏障之實施例。
圖16係描繪具有結合到形成在支撐構件轉角的開口中的顆粒捕獲構件的支撐構件之替代實施例。
圖17係描繪具有耦合到絕熱層和封裝層的膨脹型支撐構件的絕熱屏障之側視圖。
圖18係描繪具有包覆封裝層之邊緣的膨脹型支撐構件的絕熱屏障之側視圖。
圖19係描繪具有包覆U形封裝層之邊緣的膨脹型支撐構件的絕熱屏障之側視圖。
圖20係描繪具有膨脹型支撐構件的絕熱屏障之側視圖，該膨脹型支撐構件具有U形封裝層。
圖21係描繪具有絕熱層的電池模組/電池組之示意圖，該絕熱層具有密封片。
圖22係描繪具有絕熱層的電池模組/電池組之示意圖，該絕熱層具有成對的密封片。
圖23係描繪具有放置在膨脹材料上的密封片的電池模組/電池組之示意圖。
圖24係描繪具有耦合到外殼的密封片的電池模組之示意圖。
在以下詳細描述的較佳實施例中，參考了所附圖式，圖式形成為本文的一部分，並且在圖式中以示例的方式顯示具體實施例，藉此可以實施本公開。應當理解的是，在不脫離本公開之範圍的情況下，可以應用於其他實施例，並且可以進行結構改變。
本公開係關於一種絕熱屏障及包括該絕熱屏障之系統，以管理能量儲存系統中的熱失控問題。示例性實施例包括絕熱屏障，該絕熱屏障包括至少一絕熱層、圍繞該絕熱層之至少一部分的支撐構件、以及至少部分地圍繞該絕熱層的封裝層。在一實施例中，封裝層接觸每一個支撐構件之至少一部分。
絕熱層可以包括通常用於分離電池單元或電池模組的任何類型的絕熱層。示例性絕熱層包括但不限於基於聚合物的隔熱層(例如，聚丙烯、聚酯、聚酰亞胺和芳族聚酰胺(聚芳醯胺，aramid))、相變材料、膨脹材料、氣凝膠材料、基於礦物(例如，雲母)的屏障、以及無機隔熱層(例如，含有玻璃纖維的屏障)。
在較佳的實施例中，絕熱層包括氣凝膠材料。在美國專利申請公開第2021/0167438號和美國臨時專利申請第63/218,205號中記載了對氣凝膠絕熱層的說明，兩者均藉由引用併入本文中。
本公開之絕熱層具有之通過所述絕熱層之厚度尺寸的熱導率在25℃且高達約5MPa的負載下，係約50mW/mK或更小、約40mW/mK 或更小、約30mW/mK或更小、約25mW/mK或更小、約20mW/mK或更小、約18mW/mK或更小、約16mW/mK或更小、約14mW/mK或更小、約12mW/mK或更小、約10mW/mK或更小、約5mW/mK或更小、或在這些值中的任兩個之間的範圍內。
絕熱層可能具有許多不同的物理特性，這些特性使絕熱層難以結合到電池模組或電池組中。例如，一些絕熱層具有非常低的撓曲模數(例如，小於10MPa)，造成難以對材料進行處理，也難以將材料放置在電池單元之間。此外，低撓曲模數材料可能難以操控，特別是在使用自動封裝製程的情況下。其他絕熱層可能具有較高的撓曲模數，但可能較脆，造成絕熱層在電池模組或電池組的製造過程中容易斷裂。
本公開藉由使用圍繞絕熱層之至少一部分的支撐構件來協助緩和這些問題。支撐構件位於絕熱層之周邊，並為絕熱層提供支撐。此外，封裝層可以附接到支撐構件。由於支撐構件沿著絕熱層之周邊定位，封裝層對支撐構件的附接至少部分地將絕熱層封閉在封裝層中。
圖1中係描繪絕熱屏障之實施例。絕熱屏障100包括絕熱層110。絕熱層110由支撐構件120圍繞。在一實施例中，支撐構件120包括形狀與絕熱層之周邊互補的開口125。開口125之尺寸可以與絕熱層之尺寸大致相同。在組裝期間，絕熱層110可以放置在開口125中並由支撐構件120保持在適當位置。例如，支撐構件120之開口可以具有與相應的絕熱層之尺寸相同的尺寸(長度乘以寬度)，或略小於相應的絕熱層之尺寸。在這樣的實施例中，絕熱層110裝配在支撐構件120之開口125內並且藉由摩擦配合(friction fit)保持在適當位置。替代地，或另外，絕熱層可以藉 由使用將絕熱層固定到支撐構件的黏合劑(例如，膠水或膠帶)結合到支撐構件。圖2中係描繪配置在支撐構件120之開口內的封裝之絕熱層110之側視圖。
封裝層130附接到支撐構件120，從而以封裝材料覆蓋絕熱層110之至少一側。較佳地，封裝層130覆蓋絕熱層110之兩側。在本公開之一態樣中，封裝層130由兩片材的封裝材料130a和130b所組成。在一實施例中，(複數個)封裝層附接到支撐構件，以封閉絕熱層之至少一部分。在一實施例中，當使用兩片材的封裝材料時，封裝片材附接到支撐構件，以封閉絕熱材料。
在替代的實施例中，封裝層可以形成為袋狀(參見圖6)。包含有絕熱層的支撐構件可以放置在袋狀的封裝層內。接著將封裝層附接到支撐構件，以封閉絕熱層之至少一部分。
在一實施例中，支撐構件形成為單一件材料。例如，支撐構件可以由單件材料所形成，其中在材料之中間形成開口。單件材料中的開口可以藉由在材料中切割開口(例如，使用雷射切割器)來形成。或者，支撐構件可以藉由噴射成型製程(injection molding process)來形成，其中可以藉由選擇用於形成支撐構件的模具來控制支撐構件之形狀。在另一實施例中，支撐構件可以由連接在一起以形成支撐構件的兩個或多個支撐件所製成。例如，矩形支撐構件可以由四個分離的支撐件所形成，其連接在一起以形成支撐構件。支撐構件可以膠合或焊接在一起。
雖然圖1及圖2之實施例將支撐構件描繪成矩形框架，但應當理解的是，支撐構件並不一定要完全封閉絕熱層才能起到作用。例如， 圖3係描繪具有基本上為U形的支撐構件320的絕熱屏障300。因此，支撐構件僅覆蓋絕熱層310之三個側面。U形支撐構件提供允許部分或完全封裝絕熱層的表面。絕熱層可以藉由摩擦配合或藉由使用黏合劑(膠水或膠帶)設置在U形開口中。
在另一實施例中，如圖4所示，絕熱屏障400包括設置在絕熱層410之邊緣上的兩個分離的支撐構件420a和420b。兩個分離的支撐構件可以設置在絕熱層之相對邊緣上(如圖4所示)或以L形沿絕熱層之相鄰兩側設置(圖未示)。可以藉由使用黏合劑(膠水或膠帶)將支撐構件附接到絕熱層。
在一實施例中，支撐構件由與用於形成絕熱層之材料不同的材料所組成。在較佳的實施例中，支撐構件具有之撓曲模數(flexural modulus)大於絕熱層之撓曲模數。例如，許多不同類型的絕熱層由具有低撓曲模數的材料形成。本文所用之術語“低撓曲模數”指的是小於約10MPa的撓曲模數。在較佳的實施例中，支撐構件之撓曲模數大於100MPa。
可以使用多種材料來形成支撐構件，其中包括聚合物和金屬。由於聚合物易於製造、重量輕、具有介電性能(dielectric properties)以及耐熱性和耐燃性(flame resistance)，聚合物較佳地作為形成支撐構件的材料。在一實施例中，選擇用於形成支撐構件的聚合物具有大於約100MPa的撓曲模數。可以使用作為形成支撐構件的材料的示例性聚合物包括但不限於聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚酰亞胺和芳族聚酰胺。添加劑可以存在於用於形成支撐構件的聚合物中，以提高撓曲模數，降低熱導率，降低可燃性(flammability)或改變這些特徵的任何組合。
在一實施例中，支撐構件具有之通過所述絕熱層之厚度尺寸的熱導率在25℃下，係約50mW/mK或更小、約40mW/mK或更小、約30mW/mK或更小、約25mW/mK或更小、約20mW/mK或更小、約18mW/mK或更小、約16mW/mK或更小、約14mW/mK或更小、約12mW/mK或更小、約10mW/mK或更小、約5mW/mK或更小、或在這些值中的任兩個之間的範圍內。
在特定的實施例中，本公開之支撐構件具有之燃燒熱(heat of combustion，“HOC”)可以為約750cal/g或更小、約717cal/g或更小、約700cal/g或更小、約650cal/g或更小、約600cal/g或更小、約575cal/g或更小、約550cal/g或更小、約500cal/g或更小、約450cal/g或更小、約400cal/g或更小、約350cal/g或更小、約300cal/g或更小、約250cal/g或更小、約200cal/g或更小、約150cal/g或更小、約100cal/g或更小、約50cal/g或更小、約25cal/g或更小、約10cal/g或更小，或在這些值中的任兩個之間的範圍內。在本公開之上下文中，第一材料具有之燃燒熱低於第二材料之HOC，則會認為第一材料優於第二材料。在本公開之特定實施例中，絕熱層之HOC藉由將火類(fire-class)添加劑結合到支撐構件中來改善。
在特定的實施例中，本公開之支撐構件具有之熱分解(thermal decomposition)之開始(onset)可以為約300℃或更高、約320℃或更高、約340℃或更高、約360℃或更高、約380℃或更高、約400℃或更高、約420℃或更高、約440℃或更高、約460℃或更高、約480℃或更高、約500℃或更高、約515℃或更高、約550℃或更高、約600℃或更 高，或在這些值中的任兩個之間的範圍內。在本公開之上下文中，例如，第一組合物具有之熱分解開始溫度高於第二組合物的熱分解開始溫度，則會認為第一組合物優於第二組合物。相較於不包括任何火類添加劑的組合物，本文預期當添加一種或多種火類添加劑時，組合物或材料之熱分解開始溫度增加。
在一實施例中，支撐構件可以由膨脹材料(intumescent material)所形成。膨脹材料為一種在受熱時會脹大的材料。在電池模組的情況下，隨著電池單元開始故障，電池單元之溫度迅速地升高，這會增加模組內部之溫度。這種溫度升高會造成用於形成支撐構件的膨脹材料因熱而膨脹，從而在相鄰電池單元之間形成密接。如果電池單元爆裂，支撐構件的這種膨脹可能會提高對高壓氣體和釋放顆粒物質的抵抗力。示例性的膨脹材料公開於Hahn等人的美國專利第3,513,114號；McGinniss等人的美國專利第5,487,946號；Deogon的美國專利第5,591,791號；Gottfried的美國專利第5,723,515號；Nguyen等人的美國專利第6,790,893號；Buckingham等人的PCT專利申請公開案第WO 94/17142號；Janci的PCT專利申請公開案第WO 98/04639號；以及Fleetwood等人的PCT專利申請公開案第WO 2020/077334號，其內容通過引用完全併入本文。
在一實施例中，支撐構件具有之厚度小於絕熱層之厚度。圖5A係顯示耦合到支撐構件520的絕熱層510之側視圖。如圖所示，在預組裝階段(絕熱層上沒有受到壓縮)，支撐構件520具有之厚度小於絕熱層510之厚度。如圖所示，絕熱層因此從支撐構件突出。在安裝期間，在電池單元生命週期開始時，絕熱層與電池單元接觸並稍微地受到壓縮，如圖5B所 示。發現在一些情況下，如果支撐構件具有之厚度大於或等於絕熱層之厚度，則支撐構件將接觸到電池單元，而會阻止絕熱層接觸到電池單元。使用比絕熱層更薄的支撐構件可以克服這個問題。
如圖5C所示，在電池單元生命週期結束時，電池單元將會開始膨脹。定位成圍繞絕熱層之周邊的支撐構件之構造允許電池單元膨脹且緊壓在絕熱層，在本公開中，絕熱層比支撐構件更易壓縮。允許電池單元能夠隨著電池單元老化而膨脹將有助於防止電池單元外殼發生災難性故障。
封裝層為單層或多層材料。封裝層可以是薄膜、套膜(envelope)或袋狀的形式。封裝層可以由適合封閉絕熱層的任何材料所製成。用於形成封裝層的材料可以選自聚合物、彈性體(elastomer)或其組合。合適的聚合物的示例例如為聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚乙烯(PE)、聚酰亞胺(PI)、橡膠、聚丙烯、聚酰胺和尼龍，其具有非常低的導熱率(小於1W/m)，而具有降低整個系統穿過平面(through-plane)熱導率的效果。在一實施例中，封裝層包括聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物。
在另一實施例中，封裝層由多層材料所組成。例如，可以使用類似於用於形成袋式(pouch)電池單元外殼的材料的多層材料。在一實施例中，封裝層包括積層(laminate)，其包括三層：第一聚合物層、第二導熱層和第三聚合物層，導熱層夾在第一聚合物層與第三聚合物層之間。第一聚合物層和第三聚合物層較佳地由具有非常低的熱導率(小於1W/m)的聚合物所形成。可用於第一聚合物層和第三聚合物層的聚合物的示例包括但 不限於聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯、聚酰胺和尼龍。可用於第二層的導熱材料的示例包括但不限於金屬(例如，銅、不銹鋼、或鋁)、碳纖維、石墨和碳化矽。當使用金屬導熱層時，金屬可以是夾在聚合物層之間的金屬薄片(foil)的形式。
在另一實施例中，封裝層包括積層，其包括三層：第一聚合物層、第二耐燃層(flame resistant layer)和第三聚合物層，耐燃層夾在第一聚合物層與第三聚合物層之間。如前所述，第一聚合物層和第三聚合物層較佳地由具有非常低的熱導率(小於1W/m)的聚合物所形成。可用於第二層的耐燃材料的示例包括但不限於金屬(例如，銅、不銹鋼、或鋁)、雲母、聚苯並咪唑纖維(polybenzimidazole fiber，PBI纖維)、塗層尼龍、三聚氰胺、改質聚丙烯腈(modacrylic)、和芳香族聚酰胺(聚芳醯胺)。當使用金屬導熱層時，金屬可以是夾在聚合物層之間的金屬薄片的形式。
金屬為用於積層封裝層的較佳材料。金屬為封裝層提供導熱性能和耐燃性。藉由使用單一材料來提供耐燃性和導熱性，可以最小化封裝層之厚度。
無論使用單層(聚合物或金屬)還是積層層，藉由將封裝層附接到支撐構件之至少一部分，絕熱層都可以由封裝層來封裝。封裝層可以藉由熱熔(heat staking)來附接。本文所使用之術語“熱熔”指的是藉由熱的熔化來連接兩片分離的聚合物材料的過程。在熱熔過程中，將一個或兩個聚合物片加熱到高於用於形成一個或兩個聚合物片的材料的玻璃轉化溫度(glass transition temperature)。將聚合物片加熱到玻璃轉化溫度以上會造 成一片或兩片材料變軟並與另一片熔合。在一實施例中，封裝層使用熱熔過程附接到支撐構件之至少一部分。
在替代的實施例中，封裝層與自身密接。在該替代的實施例中，封裝層延伸超出支撐構件並與其自身接觸。再一次，可以使用熱熔過程將封裝層熔合在一起，以使兩層之間形成密接。在一實施例中，使用單個封裝片材來封裝絕熱層。在本實施例中，封裝片材覆蓋絕熱層之一側，接著折疊以覆蓋絕熱層之另一側。封裝片材之端部放置在彼此之頂部並熱熔以將絕熱層封閉在封裝層中。封裝片材之一個、兩個或三個邊緣可以連接在一起以形成封裝層。
在另一實施例中，可以使用兩個分離的封裝片材來封裝絕熱層。第一片材可以放置成覆蓋絕熱層的與支撐構件接觸的一側。第二片材接著放置成覆蓋絕熱層之相對側，並且也與支撐構件之相對側接觸。接著第一片材和第二片材被熱熔以將片材附接到支撐構件之相對側之至少一部分。在另一實施例中，如前所述，第一片材和第二片材定位在絕熱層之相對側。第一片材和第二片材延伸超出支撐構件，以使片材能夠彼此接觸。封裝片材之端部放置在彼此之頂部並熱熔以將絕熱層封閉在由兩個封裝片材所組成的封裝層中。
圖6係顯示製造積層封裝層之系統及方法。在圖6所示之實施例中，積層由用作積層片材之外表面的兩個聚合物薄膜所製成。金屬薄片用作導熱/耐燃層。將兩個分離的聚合物薄膜軋輥與兩個分離的金屬薄片片材一起送入積層機(laminator)。在積層步驟中將片材結合並密封，其中 金屬薄片夾在兩個聚合物片材之間。兩個金屬薄片由間隔來隔開，以允許積層進行折疊。
將積層片材運送到壓折裝置(creasing device)，該壓折裝置在積層片材中進行壓折，以使積層片材能夠折疊成套膜的形式。在對積層片材進行壓折之後，將片材延伸並切割成合適的尺寸以封裝絕熱層。在進行切割後，將積層片材折疊成套膜的形狀，並將絕熱層和周圍的支撐構件放置在套膜形狀的封裝層中。將形成在積層片材之邊緣的折口(flap)折疊過去，以將絕熱層和支撐構件密封在積層片材內。在最後的步驟中，加熱積層片材，而使聚合物層熔化並熔合在一起。或者，在最後的加熱步驟中，積層片材可以熔化並與支撐構件熔合。熱熔過程可以用於最後的密封步驟。在熱熔過程中，金屬熔化裝置加熱到高於聚合物之玻璃轉化溫度的溫度。金屬熔化裝置被緊壓在積層片材上，造成積層片材之接觸部分剛冷卻後又熔化並熔合。在較佳的實施例中，聚合物是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)並且金屬薄片是不銹鋼。
封裝構件可以減少或消除從絕熱層掉落的灰塵或顆粒材料的產生。此外，封裝層可以由允許在絕熱屏障上進行標記或印刷文字的材料所形成。但不一定總是需要對絕熱層之進行標記。
封裝層可以包括允許空氣流入和流出面板的至少一通風口。封裝構件可以包括至少一過濾器，該過濾器過濾顆粒物質。在示例性實施例中，封裝層包括允許空氣流入和流出面板的通風口，以及在通風口上方將顆粒物質保持在封裝構件內的微粒過濾器。在另一實施例中，封裝層包括邊緣密封件，該邊緣密封件包括至少一通風口和至少一微粒過濾器。在 另一實施例中，封裝層包括邊緣密封件，該邊緣密封件包括至少一通風口和至少一微粒過濾器，其中邊緣密封件中的通風口允許空氣流入和流出封裝構件邊緣，並且其中過濾器捕獲並保留流動空氣中的顆粒物質，以防止封裝層外部的空氣被顆粒物質污染。
在另一實施例中，封裝層可以包括延伸部分。封裝層可以由金屬薄片、包括金屬薄片或具有彈性特性的聚合物的積層所組成，或者封裝層可以由具有彈性特性的聚合物所組成。兩片材的封裝層可以放置在絕熱層之相對側上，與支撐構件接觸。圖7係描繪絕熱層710之側視圖，絕熱層710在相對側上由封裝層720覆蓋。封裝層部分地或較佳地完全封裝絕熱層並附接到支撐構件730。如果金屬薄片層用作封裝層，則金屬薄片可以通過壓接(crimping)或焊接附接到支撐構件。
在圖7所示的實施例中，一個或兩個封裝層包括延伸部分740，延伸部分740延伸超過支撐構件之一部分，朝向包含電池單元的外殼之內表面750(例如，側壁或頂部)。在組裝過程中，內表面從位置755a開始。在該位置，內表面755a與延伸部分740a接觸。隨著保持電池單元或模組的外殼進行組裝(例如，藉由將頂部放置在外殼上)，內表面755a移動到位置755b。在此組裝過程中，延伸部分740a彎曲到位置740b。在一實施例中，延伸部分在使用前可以進行壓折，因此當延伸部分與外殼之內部接觸時，延伸部分自動彎曲到正確位置，以使延伸部分形成密封。
如圖7所示，在位置740b的延伸部分與在位置755b的外殼之內表面接觸，以在電池單元760之間形成密封。在絕熱屏障與外殼之內 表面之間形成密封可以協助將電池單元與相鄰的電池單元熱隔離。這對於防止經歷熱失控的電池單元在相鄰電池中引起熱失控事件特別有用。
在一實施例中，絕熱屏障具有耦合到封裝層的一個或多個黏合墊。圖8係描繪具有黏合墊840的絕熱屏障800之俯視圖和側視圖。絕熱層810由封裝層830封裝。支撐構件820用於支撐和促進絕熱層的封裝，如前所述。除了封裝層之外，一個或多個黏合墊840(例如，一個、兩個、三個、四個或更多個黏合墊)附接到封裝層之外表面上。較佳地，黏合墊耦合到靠近支撐構件的封裝層，如圖8所示。圖1也描繪了具有黏合墊140的絕熱屏障的實施例。
圖9A係描繪放置在兩個電池單元之間的絕熱屏障之俯視圖。在圖9B中，黏合墊位於絕熱屏障與電池單元之間，以在絕熱屏障與電池單元之間提供緩衝。黏合墊可以是單面黏合墊或雙面黏合墊。在黏合墊是單面的實施例中，黏合劑用於將黏合墊黏合到封裝層。相對地，黏合墊之非黏性部分將靠在相鄰的電池單元上，在絕熱屏障與電池單元之間提供緩衝。在較佳的實施例中，黏合墊由雙面黏合劑所形成。與單面黏合墊類似地，雙面黏合墊之一側附接於封裝層。雙面黏合墊之相對側包括用於將黏合墊黏合到電池單元的黏合表面。在組裝電池模組(或電池組)時，藉由使絕熱屏障與電池對齊，可以有利於製造，而使絕熱屏障黏合到電池單元(通過黏合墊)。在沒有黏合劑的情況下，絕熱屏障可能會滑脫而沒有與電池單元對齊，從而需要製造商定期將絕熱屏障與電池單元重新對齊。
如圖9所示，在較佳的實施例中，雙面黏合墊放置在絕熱屏障之相對側上。使用相對的黏合墊允許將絕熱屏障黏合到兩個相鄰的電池 單元上。如此確保在整個製造過程中保持電池單元與絕熱屏障之間的正確對齊。在電池單元之使用過程中，黏合劑之使用也有助於保持絕熱屏障與電池單元的對齊。如前所述，電池單元將在能量儲存系統的使用生命週期期間膨脹。考慮到封裝電池模組或電池組內的嚴格公差(tight tolerance)，電池單元的膨脹會造成絕熱屏障從對齊的位置移位。具有將絕熱屏障黏附到電池單元的黏合墊可以協助抑制或防止在能量儲存系統的正常操作期間絕熱屏障相對於電池單元的位移。
除了使用黏合劑來保持電池單元與絕熱屏障對齊之外，替代地，還可以使用對位系統(registration system)來協助對齊。在圖10所示的實施例中，一個或多個對位引導件1040定位在電池模組(或電池組)外殼1000內。在一實施例中，對位引導件可以是從外殼之一端延伸到外殼之相對端的桿，其基本上垂直於電池單元和絕熱屏障之縱軸。如圖2所示，可以在支撐構件中形成對位元件145。在該特定實施例中，對位元件是形成在支撐構件中的開口。開口具有之直徑等於或略大於對位引導件之直徑。在組裝期間，絕熱屏障可以藉由使用對位元件(例如，開口)以將絕熱屏障沿著對位引導件(例如，桿)移動到適當位置而與電池單元對齊。可以使用其他類型的對位系統，包括使用突出/凹槽作為對位引導件/元件的對位系統。托架(Tray)或通道也可用於對位系統。
圖9進一步說明了使用具有絕熱層的支撐框架的優點。圖9C係描繪位於兩個電池單元之間的絕熱層。在圖9C中，沒有支撐構件附接到絕熱層。隨著電池單元膨脹，絕熱層受到壓縮。這在絕熱層中產生剪應變(shear strain)，造成絕熱層移位並遠離電池單元延伸，如圖9C所示。另 一方面，如圖9B所示，支撐構件圍繞絕熱層之側面。當電池單元開始膨脹時，支撐框架將膨脹的絕熱層包含在內，從而防止絕熱層延伸超出電池單元。當電池單元包裝在一個緊密的外殼中並且絕熱層的位移會影響外殼的完整性以及與外殼的側壁相關聯的電子裝置時，這可能特別有用。
圖11係描繪由膨脹材料和導熱封裝層所組成的絕熱屏障之替代實施例。絕熱屏障1100包括由封裝層1130封裝的絕熱層1110。如前所述，支撐構件1120用於支撐和促進絕熱層的封裝。在該實施例中，支撐構件1120包括三個分段(1120a、1120b和1120c)，其結合在一起以部分地圍繞絕熱層。
圖12係描繪耦合到絕熱層的支撐構件之近視圖。如圖11所示，支撐構件1120至少部分地圍繞絕熱層1110。使用密封件1135將封裝層1130附接到支撐構件。可以藉由將封裝層放置在支撐構件上並熔化封裝層以形成結合來產生密封。或者，可以將密封材料(例如，黏合劑或熔化的聚合物)塗抹到支撐構件上並且將封裝層壓到密封材料上。將封裝層密封在支撐構件上可以使來自電池外殼內的絕熱層的顆粒物質的量最小化。
圖13係描繪在高溫事件(例如，熱失控事件)之前和之後的膨脹型支撐構件1120之示意圖。在正常使用期間(如左圖所示)，支撐構件1120具有最小的厚度，並且在支撐構件與電池單元/模組外殼之壁1140之間存在間隙。當溫度達到高於90℃、高於130℃或高於180℃時，會發生如本文所述之高溫事件。當發生高溫事件時，電池單元組件將開始退化，從而導致失控情況傳播到其他電池單元。如圖13所示，當發生高溫事件時，膨脹型支撐構件將膨脹，填充絕熱層1110與外殼壁1140之間的間 隙。填充間隙在絕熱層與外殼壁之間形成熱和物理屏障，防止熱量和顆粒物質接觸相鄰的電池單元。
圖14係描繪絕熱層1110之實施例，其包括基本上圍繞絕熱層1110的U形支撐構件1120。在本實施例中，絕熱層之下側保持開放，並且通常與外殼之底部接觸。
絕熱層，特別是包括氣凝膠的絕熱層，往往會產生可能對電能儲存系統有害的顆粒物質(灰塵)，從而產生製造上的問題。如上所述，可以藉由使用封裝層來減少顆粒物質的釋放。封裝層通常密封在絕熱層周圍，使得顆粒和氣體不能進入或離開封裝層。在封裝層受到壓縮的期間，封裝層可能會破裂，使得顆粒和氣體釋放到電池模組中。為了減少這種問題，可以將顆粒捕獲構件添加到支撐構件。在絕熱體受到壓縮的期間所產生的顆粒可以被捕獲並且至少部分地保留在顆粒捕獲構件內。本文所使用之顆粒捕獲構件指的是可以捕獲撞擊在材料上的顆粒的材料層。用於顆粒捕獲構件的材料的示例包括但不限於發泡體(foam)(開放式單元或封閉式單元)、編織材料(woven materials)、非編織材料(例如，毛布、棉絮、毛面織物)或網狀材料。通常，製造顆粒捕獲構件之材料允許氣體通過該材料，同時將顆粒保留在顆粒捕獲構件中。
圖15係描繪具有至少部分地由支撐構件1120圍繞的絕熱層1110的絕熱屏障之實施例。絕熱屏障還包括在沒有支撐構件的一個或多個轉角的開口，以在壓縮期間允許空氣流出絕熱層。開口可以填充有顆粒捕獲構件1150，以抑制或防止顆粒(例如，氣凝膠)逸出絕熱屏障。在圖15所示的實施例中，顆粒捕獲構件1150可以大於支撐構件，並且可以與支撐構 件部分重疊。圖16係描繪支撐構件之替代實施例，其中支撐構件具有結合到形成在支撐構件之轉角的開口的顆粒捕獲構件。在圖16中，顆粒捕獲構件具有與支撐構件基本相同的尺寸。
圖17係描繪具有耦合到絕熱層1110和封裝層1130的膨脹型支撐構件1120的絕熱屏障之側視圖。膨脹型支撐構件可以是T形，以更好地密封絕熱層與電池模組殼體之間的間隙。如圖12所示，封裝層1130可以藉由熔化一部分封裝層或藉由使用黏合劑附接到T形膨脹型支撐構件。
圖18係描繪絕熱屏障之替代實施例。在該實施例中，T形膨脹型支撐構件1120耦合到絕熱層1110和封裝層1130。該實施例與圖17所示的實施例的不同之處在於，膨脹型支撐構件1120包覆在封裝層1130之邊緣周圍。當膨脹型支撐構件由熱失控事件觸發時，對圍繞封裝構件之邊緣的支撐構件的包覆將協助提供改進的電池單元之隔離。
圖19係描繪絕熱屏障之另一實施例。在本實施例中，封裝層1130呈U形，以增加封裝層對熱交換元件1170的表面積。支撐構件1120可以包覆於封裝層1130之邊緣。在使用過程中，由相鄰的電池單元所產生的熱量藉由導熱之封裝層1130傳遞到熱交換元件1170。接著熱量藉由熱交換元件從電池單元傳遞出去。
圖20係描繪絕熱屏障之替代實施例。類似於圖19的絕熱屏障，圖20之絕熱屏障包括用於增加封裝層1130與熱交換元件1170接觸的加寬表面積。封裝層由兩個L形件所組成。L形件設置在絕熱屏障1110之相對面上。在使用期間，L形封裝件之端部可能存在微小間隙。該間隙 允許封裝層具有一定的可撓曲性。隨著電池單元在使用過程中膨脹，L形封裝件之底部分路相互靠近並且最終彼此接觸，如圖20所示。
在一實施例中，用於電能儲存系統的絕熱屏障包括絕熱層和圍繞絕熱層之至少一部分的支撐構件。絕熱層還包括至少部分地圍繞絕熱層的封裝層。一個或多個密封片耦合到支撐構件。密封片由形狀記憶材料所製成，並且定位成在受熱時，密封片遠離支撐構件延伸。例如，在正常電池使用期間，密封片處於第一位置。在第一位置，密封片基本上靠在支撐構件上。在受熱時，密封片移動到第二位置。在第二位置，密封片遠離支撐構件延伸以與外殼接觸。
圖21係描繪電池外殼(例如，電池模組外殼或電池組外殼)之示意圖。絕熱屏障1200位於每一個電池單元(或電池模組)1260之間。絕熱屏障包括如本文所述的絕熱層和封裝層。絕熱屏障1200還包括位於絕熱層與電池模組/電池組外殼1240之間的密封片1280。在電池模組/電池組正常使用期間，密封片保持在“打開”位置，密封片向下折疊在絕熱屏障上，如圖式之右側所示。當發生熱失控事件時，事件所產生的熱量將到達密封片並引起位置變化，如圖式之右側部分所示。
在熱失控事件期間，來自故障電池單元/電池模組的熱量將引起密封片的變化，如圖21所示。當熱空氣(例如，來自故障電池或電池模組的熱空氣)到達密封片時，熱量會造成密封片改變形狀並與外殼之一部分接觸。與外殼接觸的密封片對在熱失控事件期間可能排出的熱量和顆粒形成額外的屏障。還可以設置有額外的突片1265，其進一步保護電池模組不 會受損壞。額外的突片1265可以由膨脹材料所製成。在受熱時，額外的突片1265膨脹以與外殼1240接觸。
密封片1280可以由形狀記憶合金所製成。形狀記憶合金是一種在受熱時具有兩種不同狀態的合金。在第一狀態中，密封片處於緊靠絕熱層的鬆弛位置。在受熱時，密封片移動到第二位置，其中密封片與外殼接觸。可以用於形成密封片的示例性形狀記憶合金是鎳鈦合金，通常稱為鎳鈦諾(nitinol)。
圖22係描繪電池外殼之替代實施例。在本實施例中，兩個密封片分開放置，以保護模組中間的電池單元。在藉由熱激活時，形狀記憶密封片由於其彼此相鄰放置，從而阻止了來自兩個方向的熱量和質量傳遞(例如，來自破裂的電池單元的顆粒)。
圖23及圖24係顯示密封片1265之替代配置。在這些實施例中，密封片可以位於外殼和/或支撐構件之頂部。在圖23中，密封片放置在膨脹材料上並朝向模組外殼彎曲。以該方向放置密封片可以在熱失控期間提供額外的熱阻隔和顆粒阻隔。如圖所示，在熱失控事件期間，密封片藉由膨脹並在電池單元之間形成密封來對熱量做出反應。在圖24中，密封片耦合到支撐構件和外殼。附接到外殼的密封片向下擴展，而支撐構件上的密封片向上擴展。在具有與一對相鄰電池單元相關聯的單個分離片的裝置中，分離片可以用於阻擋在一個方向上的熱量和質量傳遞。兩個密封片可以彼此相鄰放置，以阻止來自兩個方向的熱量和質量傳遞。
如在本說明書和所附申請專利範圍中所使用的，單數形式“一(a、an和the)”包括複數指稱，除非內容另有明確規定。如在本說明書和所 附申請專利範圍中所使用的，術語“或”通常以包括“和/或”的含義使用，除非上下文另有明確規定。
如本文所使用的，“約”意味著大約或接近，並且在上下文中所述的數值或範圍意味著數值的±5%。在一實施例中，術語“約”可以包括根據數值之重要數字的傳統四捨五入(rounding)。此外，用語“約‘x’到‘y’的範圍”包括“約‘x’到約‘y’的範圍”。
在本公開之上下文中，術語“氣凝膠”、“氣凝膠材料”或“氣凝膠基質(matrix)”指的是包含互連結構之框架的凝膠，具有整合在框架內的互連孔之相應網狀系統(network)，並且含有諸如空氣的氣體作為分散的間隙介質(interstitial medium)；並且其特徵在於可歸因於氣凝膠的以下物理和結構特性(根據氮氣孔隙測試(Nitrogen Porosimetry Testing))：(a)平均孔徑為大約2nm至大約100nm的範圍，(b)孔隙率(porosity)為至少80%或更高，以及(c)表面積為大約100m2/g或更大。
因此，本公開之氣凝膠材料包括任何氣凝膠或其他滿足前面段落中所述之定義要素的開孔材料；包括可以另外分類為乾凝膠(xerogel)、凍凝膠(cryogel)、複凝膠(ambigel)、微孔材料等的材料。
在本公開之上下文中，“熱失控”通常指的是由於各種操作因素導致的電池之溫度和壓力突然、快速地增加，這又會導致過高的溫度在整個相關模組中傳播。例如，這種系統中熱失控的潛在原因可能包括：電池缺陷和/或短路(內部和外部)、過度充電、例如在發生事故時產生的電池穿孔或破裂、以及過高的環境溫度(例如，溫度通常高於55℃)。在正常使用中，電池會因為內部電阻而產生熱量。在正常功率/電流負載和環境工作 條件下，大多數鋰離子電池內的溫度可以相對容易地控制在20℃至55℃的範圍內。然而，諸如高電池溫度/高環境溫度下的高功率消耗以及單個電池中的缺陷等緊迫條件可能會使局部的產熱急劇地增加。特別是，在臨界溫度以上，電池內的放熱化學反應激活。此外，化學發熱通常隨溫度呈指數增長。因此，所產生的熱量遠大於可用的散熱量。熱失控會導致單元排氣和內部溫度超過200℃。
在本公開之上下文中，術語“可撓曲的”和“可撓曲性”指的是材料或組合物在沒有宏觀結構失效的情況下彎曲或撓曲的能力。本發明之絕熱層能夠在宏觀上沒有失效的情況下彎曲至少5°、至少25°、至少45°、至少65°、或至少85°；和/或在宏觀上沒有失效的情況下具有之彎曲半徑為小於4英尺、小於2英尺、小於1英尺、小於6英寸、小於3英寸、小於2英寸、小於1英寸、或小於U英寸。同樣地，術語“高度可撓曲的”和“高度可撓曲性”指的是能夠彎曲到至少90°和/或具有小於U英寸的彎曲半徑而在宏觀上沒有失效的材料。此外，術語“分類為可撓曲的”和“分類為具有可撓曲性”指的是可以根據ASTM Cl 101(美國材料和試驗協會，ASTM International,West Conshohocken,PA)分類為可撓曲的材料或組合物。
本公開之絕熱層可以是可撓曲的、高度可撓曲的和/或分類為可撓曲的。本公開之氣凝膠組合物也可以是可懸垂的(drapable)。在本公開的上下文中，術語“可懸垂的”和“可懸垂性”指的是材料能夠在宏觀上沒有失效的情況下以大約4英寸或更小的曲率半徑彎曲或撓曲至90°或更大。根據本公開之一些實施例的絕熱層是可撓曲的，因此，該組合物是非剛性 的，可以應用於並貼合於三維表面或物體，或預成型為各種形狀和配置以簡化安裝或應用。
在本公開之上下文中，術語“熱導率”和“TC”指的是測量材料或組合物在材料或組合物任一側的兩個表面之間傳遞熱量的能力，其中兩個表面之間的溫差。熱導率具體測量為每單位時間和每單位表面積傳遞的熱能除以溫差。其通常以SI單位記錄為mW/m*K(毫瓦每公尺*克耳文)。材料之熱導率可以藉由所屬技術領域中已知的測試方法來確定，其包括但不限於以下方法：藉由熱流計裝置的穩態熱傳輸性能測試方法(ASTM C518，美國材料和試驗協會，PA)；藉由防護熱板裝置進行穩態熱通量測量和熱傳遞特性的測試方法(ASTM C177，美國材料和試驗協會，PA)；管道絕熱之穩態熱傳輸性能的測試方法(ASTM C335，美國材料和試驗協會，PA)；薄加熱器熱導率測試(ASTM C1114，美國材料和試驗協會，PA)；導熱電性絕熱材料的熱傳輸性能的標準測試方法(ASTM D5470，美國材料和試驗協會，PA)；藉由防護熱板和熱流量計法測定熱阻(EN 12667，英國標準協會，British Standards Institution，英國)；或對防護熱板裝置中穩態熱阻和相關特性的測定(ISO 8203，國際標準化組織，International Organization for Standardization，瑞士)。由於不同的方法可能導致不同的結果，應當理解的是，在本公開內容的範圍內，除非另有明確說明，熱導率測量是根據ASTM C518標準(藉由用熱流計裝置測定穩態熱傳遞性能的試驗方法，Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus)所獲得，在溫度約為37.5℃下，在周圍環境的大氣壓力下和在約2psi的加壓負載下。在對 加壓負載進行任何相關調整的情況下，根據ASTM C518所得的測量值通常與根據EN 12667進行的任何測量值密切相關
熱導率測量也可以在約10℃的溫度和大氣壓力下在壓縮下獲得。10℃下的熱導率測量值通常比37.5℃下的相應熱導率測量值低0.5-0.7mW/mK。在特定的實施例中，本公開之絕熱層在10℃具有之熱導率係約40mW/mK或更小、約30mW/mK或更小、約25mW/mK或更小、約20mW/mK或更小、約18mW/mK或更小、約16mW/mK或更小、約14mW/mK或更小、約12mW/mK或更小、約10mW/mK或更小、約5mW/mK或更小，或在這些值中的任兩個之間的範圍內。
術語“撓曲模數”或“彈性之彎曲模數”係當對垂直於樣品的長邊施力時材料剛度/抗彎曲性的量度，稱為三點彎曲試驗(three-point bend test)。撓曲模數表示材料彎曲的能力。撓曲模數由應力-應變曲線的初始直線部分的斜率表示，並以應力的變化除以相應的應變變化來計算。因此，應力應變比是撓曲模數的量度。撓曲模數之國際標準單位是帕斯卡(Pa或N/m2或m-1.kg.s-2)。所使用的實際單位是兆帕斯卡(MPa或N/mm2)或千兆帕斯卡(GPa或kN/mm2)。在美國慣用單位中，其表示為磅(力)每平方英寸(psi)。在特定的實施例中，本公開之絕熱層具有之撓曲模數係約8MPa或更小、約7MPa或更小、約6MPa或更小、約5MPa或更小、約4MPa或更小、約3MPa或更小。較佳地，本公開之絕熱層例如為氣凝膠，且具有之撓曲模數係約2MPa至約8MPa。
在本公開之上下文中，術語“燃燒熱”、“HOC”和“△HC”指的是測量在材料或組合物的燃燒或放熱熱分解中所釋放的熱能的量。燃燒熱 通常記錄為氣凝膠材料或組合物每克所釋放的熱能卡路里(cal/g)，或材料或組合物每千克所釋放的熱能兆焦耳(MJ/kg)。材料或組合物之燃燒熱可以藉由所屬技術領域中已知的方法來確定，包括但不限於產品對燃燒試驗的反應-總燃燒熱(熱值，calorific value)的測定(EN ISO 1716，國際標準化組織，瑞士；EN採用)。在本公開之上下文中，除非另有說明，否則燃燒熱測量值是根據EN ISO 1716標準(產品對燃燒試驗的反應-總燃燒熱(熱值)的測定)所獲得。
在本公開之上下文中，所有熱分析和相關定義均參考通過在環境壓力下在空氣中從25℃開始並以每分鐘20℃的速率上升到1000℃所進行的測量。因此，在測量和計算熱分解開始、放熱峰值溫度、吸熱峰值溫度等時，必須考慮(或在這些條件下重新執行)這些參數的任何變化。
在本公開之上下文中，術語“熱分解開始”和“TD”指的是測量在材料或組合物中出現來自有機材料之分解的快速放熱反應的環境熱之最低溫度。可以使用熱解重量分析(thermo-gravimetric analysis，TGA)測量在材料或組合物中有機材料之熱分解之開始。材料的TGA曲線係描述材料暴露於環境溫度升高時的重量損失(質量百分比)，因此表示其產生熱分解。材料之熱分解之開始可以與TGA曲線的以下切線的交點相關：在與有機材料分解相關的快速放熱分解事件中，與TGA曲線之基線相切的線，以及在最大斜率點處與TGA曲線相切的線。在本公開之上下文中，除非另有說明，否則使用本段中提供的TGA分析獲得有機材料熱分解開始的測量值。
材料之熱分解之開始也可以使用示差掃描卡計(differential scanning calorimetry，DSC)分析來測量。材料的DSC曲線係描述材料在逐漸升高的環境溫度下所釋放的熱能(mW/mg)。材料之熱分解溫度的開始可以與DSC曲線中△mW/mg(熱能輸出的變化)最大增加的點相關，因此表示由氣凝膠材料產生放熱。在本公開之上下文中，除非另有明確說明，否則使用DSC、TGA或兩者的熱分解開始測量是使用如前一段中進一步定義的20℃/min的溫度升降溫速率(ramp rate)所獲得。DSC和TGA各自為這種熱分解的開始提供了相似的值，而且很多時候，測試是同時進行的，因此可以從兩者中獲得結果。
在本公開之上下文中，術語“燃燒時間”和“TFLAME”指的是材料或組合物在熱分解條件下持續燃燒的測量值，其中“持續燃燒”指的是樣品之可見部分之任何部分持續存在5秒或更長時間的燃燒。材料或組合物之燃燒時間可以皆由所屬技術領域中已知的方法來確定，包括但不限於建築和運輸產品的對火反應測試：非可燃性測試(EN ISO 1182，國際標準化組織，瑞士；EN採用)。在本公開之上下文中，除非另有說明，否則燃燒時間測量是根據與EN ISO 1182標準(建築和運輸產品的火災反應測試：非可燃性測試)相當的條件所獲得。在特定的實施方案中，本公開之氣凝膠組合物具有之燃燒時間係約30秒或更短、約25秒或更短、約20秒或更短、約15秒或更短、約10秒或更短、約5秒或更短、約2秒或更短、或在這些值中的任何兩個之間的範圍內。在本文之內容中，例如，第一組合物具有之燃燒時間低於第二組合物之燃燒時間，則會認為第一組合物優於 第二組合物。與不包括任何火類添加劑的組合物相比，本文預期當添加一種或多種火類添加劑時組合物之燃燒時間減少。
在本公開之上下文中，術語“質量損失”和“△M”指的是在熱分解條件下損失或燒掉的材料、組合物或複合材料的量的測量值。質量損失通常記錄為重量百分比或wt%。材料、組合物或複合材料之質量損失可以藉由所屬技術領域中已知的方法來確定，包括但不限於：建築和運輸產品的防火測試：非可燃性測試(EN ISO 1182，國際標準化組織，瑞士；EN採用)。在本公開之上下文中，除非另有說明，否則質量損失測量是根據與EN ISO 1182標準(建築和運輸產品的防火測試：非可燃性測試)相當的條件所獲得。在特定的實施例中，本公開之絕熱層或氣凝膠組合物具有之質量損失可以為約50%或更少、約40%或更少、約30%或更少、約28%或更少、約26%或更少、約24%或更少、約22%或更少、約20%或更少、約18%或更少、約16%或更少，或在這些值中的任何兩個之間的範圍內。在本文之內容中，例如，第一組合物具有之質量損失低於第二組合物之質量損失，則會認為第一組合物優於第二組合物。與不包括任何火類添加劑的組合物相比，本文預期當添加一種或多種火類添加劑時組合物之質量損失減少。
在本公開之上下文中，術語“峰值放熱溫度”指的是測量從分解的放熱最大的環境熱之溫度。材料或組合物之峰值放熱溫度可以使用TGA分析、示差掃描卡計(DSC)或其組合來測量。DSC和TGA都將提供相似的峰值放熱溫度值，而且很多時候，測試同時運行，因此可以從兩者中獲得結果。在典型的DSC分析中，熱流相對於升高的溫度標示，並且峰值放熱溫度是該曲線中出現最高峰的溫度。在本公開之上下文中，除非另 有說明，否則材料或組合物之峰值放熱溫度的測量是使用如本段中提供的TGA分析所獲得。
在吸熱材料之上下文中，術語“峰值吸熱溫度”指的是測量從分解的吸熱最小的環境熱之溫度。材料或組合物之峰值吸熱溫度可以使用TGA分析、示差掃描卡計(DSC)或其組合來測量。在典型的DSC分析中，熱流相對於升高的溫度標示，並且峰值吸熱溫度是該曲線中出現最低峰值的溫度。在本公開之上下文中，除非另有說明，否則材料或組合物之峰值吸熱溫度的測量是使用如本段中提供的TGA分析所獲得。
在本公開之上下文中，術語“低可燃性”和“低可燃的”指的滿足以下特性之組合的材料或組合物：i)爐溫升高50℃或更低；ii)燃燒時間為20秒或更短；以及iii)質量損失為50wt%或更少。在本公開之上下文中，術語“非可燃性”和“非可燃的”指的滿足以下特性之組合的材料或組合物：i)爐溫升高40℃或更低；ii)燃燒時間為2秒或更短；iii)質量損失為30wt%或更少。預期組合物的可燃性(例如，爐溫升高、燃燒時間和質量損失之組合)在包含一種或多種火類添加劑時降低，如本文所述。
在本公開之上下文中，術語“低可燃燒性”和“低可燃燒的”指的是總燃燒熱(HOC)小於或等於3MJ/kg的低可燃性材料或組合物。在本公開之上下文中，術語“非可燃燒性”和“非可燃燒的”指的是具有小於或等於2MJ/kg的燃燒熱(HOC)的非可燃材料或組合物。預期組合物的HOC在包含一種或多種火類添加劑時降低，如本文所述。
在電池模組或電池組內使用絕熱屏障
與傳統電池相比，鋰離子電池(LIB)由於其高工作電壓、低記憶效應和高能量密度而被視為是最重要的能量儲存技術之一。然而，安全問題是阻礙LIB大規模應用的重大障礙。在被濫用的情況下，放熱反應可能導致熱量釋放，從而可能引發隨後的不安全反應。更糟的是，因為被濫用的電池所釋放的熱量可能會激活一系列反應，進而造成災難性的熱失控。
隨著LIB在能量密度方面的不斷地提高，越來越緊迫地需要進行提高其安全性對於電氣裝置的開發，該電氣裝置例如為電動汽車。每一種不同的電池化學組成的安全問題背後的機制各不相同。本發明專注於定制絕熱屏障和那些定制屏障的相應配置以獲得有利的熱和機械性能。本發明之絕熱屏障在正常及熱失控條件下提供有效的散熱策略，同時確保LIB在正常操作模式下的穩定性(例如，承受施加的壓縮應力)。
本文所公開的絕熱屏障可以用於分離、絕熱和保護任何配置的電池之電池單元或電池組件，例如袋狀電池、圓柱形電池、棱柱形電池以及結合或包括任何此類電池的電池組和模組。本文所公開的絕熱屏障可用於可充電電池，例如，鋰離子電池、固態電池以及任何其他需要隔離、絕熱和保護的能量儲存裝置或技術。
諸如冷卻系統的被動裝置(Passive device)可以與電池模組或電池組內的本公開之絕熱屏障結合使用。
根據本公開之各種實施例的絕熱屏障在包括複數個單一電池單元或電池單元模組的電池組中，用於將所述單一電池單元或電池單元模 組彼此熱分離。電池模組由設置在單個外殼中的多個電池單元所組成。電池組由多個電池模組所組成。
電池模組和電池組可以用於對裝置或車輛供應電能。使用電池模組或電池組的裝置包括但不限於膝上型電腦、PDA、行動電話、標籤掃描儀、音訊裝置、視訊裝置、顯示面板、攝影機、數位相機、桌上型電腦、軍用便攜式電腦、軍用電話、雷射測距儀、數位通訊裝置、情報收集感測器、電子整合服裝、夜視設備、電動工具、計算器、收音機、遙控電器、GPS裝置、手持和便攜式電視、汽車啟動器、手電筒、聲學裝置、便攜式加熱裝置、便攜式吸塵器或便攜式醫療工具。當用於車輛時，電池組可用於全電動汽車或混合動力汽車。
100:絕熱屏障
110:絕熱層
120:支撐構件
125:開口
130a:封裝材料
130b:封裝材料
140:黏合墊

Claims (68)

  1. 一種用於電能儲存系統的絕熱屏障，該絕熱屏障係包括：
    至少一絕熱層；
    支撐構件，圍繞該絕熱層之至少一部分；以及
    封裝層，至少部分地圍繞該絕熱層，其中，該封裝層接觸該支撐構件之至少一部分。
  2. 如請求項1所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件由與用於該絕熱層之材料不同的材料所組成。
  3. 如請求項1或2所述之絕熱屏障，其中，該絕熱屏障包括位於該絕熱層之相對側的兩個支撐構件。
  4. 如請求項1或2所述之絕熱屏障，其中，該絕熱屏障包括U形支撐構件。
  5. 如請求項1或2所述之絕熱屏障，其中，該絕熱屏障包括圍繞該絕熱屏障之周邊的支撐構件。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件由聚合物材料所組成。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件具有之撓曲模數大於該絕熱層之撓曲模數。
  8. 如請求項1至7中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件具有之撓曲模數大於100MPa。
  9. 如請求項1至8中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件包括膨脹材料。
  10. 如請求項1至9中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件包括一個或多個對位元件，其中，該對位元件與對位引導件耦合，其中，該對位引導件將複數個絕熱屏障與電池單元彼此對齊。
  11. 如請求項1至10中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件具有之厚度小於該絕熱層之厚度。
  12. 如請求項1至11中任一項所述之絕熱屏障，其中，該絕熱層具有之通過該絕熱層之厚度尺寸的熱導率在25℃下小於約50mW/m-K，並且在600℃下小於約60mW/m-K。
  13. 如請求項1至12中任一項所述之絕熱屏障，其中，該絕熱層包括氣凝膠。
  14. 如請求項1至13中任一項所述之絕熱屏障，其中，該封裝層包括聚合物材料。
  15. 如請求項1至13中任一項所述之絕熱屏障，其中，該封裝層包括聚合物材料和嵌入於該聚合物材料中的金屬層。
  16. 如請求項1至15中任一項所述之絕熱屏障，其中，該封裝層附接於該支撐構件。
  17. 如請求項1至16中任一項所述之絕熱屏障，其中，該封裝層圍繞該絕熱層和該支撐構件，並且其中，該封裝層與自身密接以形成至少部分地圍繞該絕熱層的外殼。
  18. 如請求項1至17中任一項所述之絕熱屏障，進一步包括與該封裝層耦合的一個或多個黏合墊。
  19. 如請求項1至18中任一項所述之絕熱屏障，其中，該封裝層包括延伸超出該支撐構件之一部分的延伸部分，其中，在使用期間，該延伸部分接觸包含有該絕熱屏障的外殼之內表面。
  20. 一種用於電能儲存系統的絕熱屏障，該絕熱屏障係包括：
    至少一絕熱層；
    支撐構件，圍繞該絕熱層之至少一部分，其中，該支撐構件包括膨脹材料；以及
    封裝層，至少部分地圍繞該絕熱層，其中，該封裝層接觸該支撐構件之至少一部分，並且其中，該封裝層包括導熱材料。
  21. 如請求項20所述之絕熱屏障，其中，該絕熱屏障包括位於該絕熱層之相對側的兩個支撐構件。
  22. 如請求項20所述之絕熱屏障，其中，該絕熱屏障包括U形支撐構件。
  23. 如請求項20所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件圍繞該絕熱屏障之周邊。
  24. 如請求項20至23中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件具有之撓曲模數大於該絕熱層之撓曲模數。
  25. 如請求項20至24中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件具有之撓曲模數大於100MPa。
  26. 如請求項20至25中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件包括一個或多個對位元件，其中，該對位元件與對位引導件耦合，其中，該對位引導件將複數個絕熱屏障與電池單元彼此對齊。
  27. 如請求項20至26中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件具有之厚度小於該絕熱層之厚度。
  28. 如請求項20至27中任一項所述之絕熱屏障，其中，該絕熱層具有之通過該絕熱層之厚度尺寸的熱導率在25℃下小於約50mW/m-K，並且在600℃下小於約60mW/m-K。
  29. 如請求項20至28中任一項所述之絕熱屏障，其中，該絕熱層包括氣凝膠。
  30. 如請求項20至29中任一項所述之絕熱屏障，其中，該封裝層包括聚合物材料和嵌入於該聚合物材料中的金屬層。
  31. 如請求項20至30中任一項所述之絕熱屏障，其中，該封裝層附接於該支撐構件。
  32. 如請求項20至31中任一項所述之絕熱屏障，其中，該封裝層圍繞該絕熱層和該支撐構件，並且其中，該封裝層與自身密接以形成至少部分地圍繞該絕熱層的外殼。
  33. 如請求項20至32中任一項所述之絕熱屏障，進一步包括與該封裝層耦合的一個或多個黏合墊。
  34. 一種用於電能儲存系統的絕熱屏障，該絕熱屏障係包括：
    至少一絕熱層；
    支撐構件，圍繞該絕熱層之至少一部分；
    封裝層，至少部分地圍繞該絕熱層；以及
    一個或多個密封片，與該支撐構件耦合，
    其中，該封裝層接觸該支撐構件之至少一部分，並且其中，該封裝層包括導熱材料，並且
    其中，該密封片由形狀記憶材料所製成，其中，在受熱時，該密封片遠離該支撐構件延伸。
  35. 如請求項34所述之絕熱屏障，其中，該密封片在第一位置基本上靠在該支撐構件上，並且其中，該密封片在第二位置遠離該支撐構件延伸，其中，該密封片在受熱時從該第一位置移動到該第二位置。
  36. 如請求項34所述之絕熱屏障，其中，該密封片由形狀記憶鎳鈦合金所製成。
  37. 如請求項34至36中任一項所述之絕熱屏障，其中，該絕熱屏障包括位於該絕熱層之相對側的兩個支撐構件。
  38. 如請求項34至36中任一項所述之絕熱屏障，其中，該絕熱屏障包括U形支撐構件。
  39. 如請求項34至36中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件圍繞該絕熱屏障之周邊。
  40. 如請求項34至39中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件具有之撓曲模數大於該絕熱層之撓曲模數。
  41. 如請求項34至40中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件包括膨脹材料。
  42. 如請求項34至41中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件具有之撓曲模數大於100MPa。
  43. 如請求項34至42中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件包括一個或多個對位元件，其中，該對位元件與對位引導件耦合，其中，該對位引導件將複數個絕熱屏障與電池單元彼此對齊。
  44. 如請求項34至43中任一項所述之絕熱屏障，其中，該支撐構件具有之厚度小於絕熱層之厚度。
  45. 如請求項34至44中任一項所述之絕熱屏障，其中，該絕熱層具有之通過該絕熱層之厚度尺寸的熱導率在25℃下小於約50mW/m-K，並且在600℃下小於約60mW/m-K。
  46. 如請求項34至45中任一項所述之絕熱屏障，其中，該絕熱層包括氣凝膠。
  47. 如請求項34至46中任一項所述之絕熱屏障，其中，該封裝層包括聚合物材料和嵌入於該聚合物材料中的金屬層。
  48. 如請求項34至47中任一項所述之絕熱屏障，其中，該封裝層附接於該支撐構件。
  49. 如請求項34至48中任一項所述之絕熱屏障，其中，該封裝層圍繞該絕熱層和該支撐構件，並且其中，該封裝層與自身密接以形成至少部分地圍繞該絕熱層的外殼。
  50. 如請求項34至49中任一項所述之絕熱屏障，進一步包括與該封裝層耦合的一個或多個黏合墊。
  51. 一種電池模組，係包括：
    複數個電池單元；以及
    一個或多個如請求項1至50中任一項所述之絕熱屏障，其中，至少一絕熱屏障設置在相鄰的電池單元之間。
  52. 如請求項51所述之電池模組，其中，該電池單元設置在外殼中，並且其中，該一個或多個密封片與該外殼耦合，該密封片由形狀記憶材料所製成，其中，在受熱時，該密封片遠離該外殼朝向該一個或多個絕熱屏障延伸。
  53. 一種電力系統，係包括一個或多個如請求項51或52所述之電池模組。
  54. 一種裝置或車輛，係包括如請求項51或52所述之電池模組。
  55. 如請求項54所述之裝置，其中，該裝置係膝上型電腦、PDA、行動電話、標籤掃描儀、音訊裝置、視訊裝置、顯示面板、攝影機、數位相機、桌上型電腦、軍用便攜式電腦、軍用電話、雷射測距儀、數位通訊裝置、情報收集感測器、電子整合服裝、夜視設備、電動工具、計算器、收音機、遙控電器、GPS裝置、手持和便攜式電視、汽車啟動器、手電筒、聲學裝置、便攜式加熱裝置、便攜式吸塵器或便攜式醫療工具。
  56. 如請求項54所述之車輛，其中，該車輛係電動車輛。
  57. 一種用於封裝電能儲存系統中的電池單元之間的絕熱層之方法，該方法包括：
    以支撐構件圍繞該絕熱層之至少一部分；以及
    在該絕熱層和該支撐構件之至少一部分上形成封裝層，其中，該封裝層接觸每一個該支撐構件之至少一部分。
  58. 如請求項57所述之方法，其中，形成該封裝層之步驟係包括：
    以該封裝層覆蓋該絕熱層和該支撐構件之至少一部分；以及
    將該封裝層之至少一部分附接到該支撐構件之至少一部分。
  59. 如請求項58所述之方法，其中，藉由在該封裝層與該支撐構件接觸的同時加熱該封裝層，將該封裝層附接到該支撐構件之至少一部分。
  60. 如請求項59所述之方法，其中，該封裝層藉由加熱元件保持與該支撐構件接觸。
  61. 如請求項57所述之方法，其中，形成該封裝層之步驟係包括：
    以該封裝層覆蓋該絕熱層和該支撐件之至少一部分；以及
    將該封裝層之兩個或多個分離部分連接在一起，以形成圍繞該絕熱層和該支撐構件之至少一部分的外殼。
  62. 如請求項57所述之方法，其中，該封裝層之該兩個或多個分離部分藉由在該兩個或多個分離部分接觸的同時加熱該兩個或多個分離部分而附接在一起。
  63. 如請求項57至62中任一項所述之方法，其中，至少一金屬層設置在該封裝層之該兩個或多個分離部分之間。
  64. 如請求項63所述之方法，其中，該至少一金屬層嵌入在該封裝層之該兩個或多個分離部分之間。
  65. 如請求項63或64所述之方法，進一步包括以下步驟：在該至少一金屬層中形成彎曲部，以提供從該絕熱層延伸的延伸部分。
  66. 如請求項61所述之方法，其中，該兩個或多個分離部分藉由該兩個或多個分離部分之相對側上的一對元件保持在一起，其中，對該對元件中的至少一個進行加熱。
  67. 如請求項57至66中任一項所述之方法，其中，該封裝層之至少一部分藉由黏合劑附接到該支撐構件。
  68. 如請求項57至67中任一項所述之方法，其中，該封裝層完全圍繞該絕熱層和該支撐構件。
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