复合隔热片、电池模组以及电池包的制作方法

本技术涉及电池领域，具体涉及一种复合隔热片、电池模组以及电池包。

背景技术：

1、随着电动汽车和储能应用的快速发展，锂离子电池、电池模组以及电池包的能量密度和功率密度不断提升。高能量密度以及高功率密度的二次电池，在使用过程中，会存在可靠性失效的问题，如起火、爆炸等安全事故问题。在电动汽车用动力电池以及电网储能系统的大型电池模组的使用场景中，单个单体电池发生的热失控会在电池模组中扩展蔓延，继而引发电池包和系统级别的起火、爆炸的严重安全问题。开发面向大规模电池模组的热扩散防护技术，是保证电池系统被动安全的关键。现有电池模组的防护设计中，是在单体电池之间设置云母片或气凝胶。其中，云母片由于导热系数较高且车用二次电池以及储能系统用二次电池的放热量非常高，因此，云母片还无法有效避免因热传导导致的热失控。并且云母片由于重量较重，会导致电池模组的重量能量密度较低。而气凝胶虽然具有较低的密度，可有效减少电池模组的重量能量密度的降低幅度，但由于气凝胶的机械可靠性较差，在反复振动和挤压过程中容易发生脆断，从而易于导致热扩散防护失效。

技术实现思路

1、本技术提供了一种复合隔热片、电池模组以及电池包，该复合隔热片可具有较高的可靠性。

2、第一方面，本技术提供一种复合隔热片，该复合隔热片包括聚合物泡沫层，沿所述聚合物泡沫层的厚度方向，所述聚合物泡沫层的至少一侧设有防火阻隔层，所述防火阻隔层与所述聚合物泡沫层叠层设置；其中，所述聚合物泡沫层中设置有用于吸热的固体填料。

3、本技术的复合隔热片，防火阻隔层可提供防火作用，聚合物泡沫层可起到主体隔热作用，防止热量向邻近单体电池传输。相对于气凝胶隔热片，聚合物泡沫层不易脆断，在反复振动和挤压过程中，可保持较高的结构稳定性。聚合物泡沫层中填充的固体填料，可用于吸收自防火阻隔层传导至聚合物泡沫层的热量。单体电池热失效产生的部分热量可被固体填料吸收，消除单体电池热失控时产生的热量峰值，达到均衡热量的作用，避免因热量峰值集中作用在聚合物泡沫层的某一特定位置导致其发生碳化，进而防止聚合物泡沫层隔热性能失效。由此，通过防火阻隔层、聚合物泡沫层和固体填料的组合，可获得高可靠性的复合隔热片。

4、在一种可选的实现方式中，所述聚合物泡沫层中，所述固体填料的质量占比为5％～85％。通过合理设置固体填料在聚合物泡沫层中的含量，既可保证固体填料的吸热效果，又可使聚合物泡沫层保持足够的机械强度，防止在使用过程中发生塌陷。

5、在一种可选的实现方式中，所述聚合物泡沫层的朝向所述防火阻隔层的表面设有多个间隔设置的凹槽，所述固体填料填充于所述凹槽内，所述固体填料包括吸热材料、固化材料和添加剂，所述固体填料中，所述固化材料的质量占比小于或者等于40％，所述添加剂的质量占比小于或者等于8％。在一种可选的实现方式中，沿所述聚合物泡沫层的厚度方向，所述凹槽的深度小于或者等于所述聚合物泡沫层的厚度的1/3。该设置结构中，固体填料可分散设置在聚合物泡沫层的表层。当其中一个单体电池发生热失控产生大量热量时，与该单体电池相邻的固体填料可迅速吸收进无机涂层传导至聚合物泡沫层的热量，起到均温的作用，避免热量聚集导致聚合物泡沫层在热量积聚处发生碳化，以使其具有较高的隔热可靠性。

6、在一种实施例中，在所述聚合物泡沫层的表面，所述凹槽所占的总面积占所述聚合物泡沫层的表面面积的50％～98％。通过该设置，可在充分提高固体填料所占面积的基础上，使聚合物泡沫层保持更高的结构稳定性，进而提高复合隔热片的可靠性。

7、在一种可选的实现方式中，沿所述聚合物泡沫层的厚度方向，自所述聚合物泡沫层的表面至所述聚合物泡沫层的厚度中垂面，所述固体填料的浓度逐渐降低，所述固体填料包括吸热材料。在一种可选的实现方式中，自所述聚合物泡沫层的一侧表面至所述厚度中垂面，含有所述固体填料的所述聚合物泡沫层的厚度小于所述聚合物泡沫层的厚度的1/3。由于聚合物泡沫层的表面所受的热冲击较大，因此，固体填料在表层的浓度设置的比中间部位高，可有效抵挡热量对聚合物泡沫层的冲击，在单体电池发生热失效的过程使聚合物泡沫层保持较高的完整性，进而提高复合隔热片的可靠性。

8、在一种可选的实现方式中，所述聚合物泡沫层的厚度大于所述防火阻隔层的厚度。由于聚合物泡沫层具有较好的热阻隔性能，可避免热量传导至相邻单体电池，从而达到有效防止热传导的作用。本技术实现方式的复合隔热片，起防火作用的防火阻隔层可设置的相对较薄，起隔热作用的聚合物可设置的相对较厚，而由于聚合物泡沫层的密度较低，因此，本技术的复合隔热片可具有较低的密度，避免降低电池模组以及电池包的重量能量密度。

9、在一种可选的实现方式中，所述聚合物泡沫层的室温导热系数<0.04w/(m·℃)。由此，可提高聚合物泡沫层的隔热性能，较少经聚合物泡沫层传递至相邻单体电池的热量。

10、在一种可选的实现方式中，所述聚合物泡沫层的密度为80～250kg/m3，优选100～200kg/m3，由此，可减少聚合物泡沫层的重量，避免复合隔热片对电池模组或电池包的重量能量密度造成影响。

11、在一种可选的实现方式中，聚合物泡沫层的室温压缩形变率<15％，优选5％～13％。复合隔热片设置在电池模组或电池包后，会受到单体电池之间的挤压，因此，聚合物泡沫层需要保持一定的可压缩性能，以使复合隔热片具有一定的弹性。并且，聚合物泡沫层的室温压缩形变率不能过高，过高后，会影响聚合物泡沫层本身的隔热性能。

12、在一种可选的实现方式中，聚合物泡沫层的厚度为0.5～5mm，优选2～5mm。利用该厚度的聚合物泡沫层既可以达到有效阻隔热量传递的作用，还可避免复合隔热片占据过大的装配空间，影响电池模组或电池包的体积。

13、在一种可选的实现方式中，所述聚合物泡沫层的材料包括聚酰亚胺泡沫、聚芳醚酮泡沫、芳纶泡沫、聚氨酯泡沫或聚丙烯泡沫中的一种。

14、在一种可选的实现方式中，所述防火阻隔层的厚度为0.1～1.5mm。防火阻隔层的厚度小于聚合物泡沫层的厚度，当聚合物泡沫层的厚度为0.5～5mm时，防火阻隔层的厚度可选择0.1～1.5mm的范围，在实现有效防火的作用下，降低复合隔热片的重量和体积，避免防火阻隔层过厚影响电池模组和电池包的体积能量密度以及质量能量密度。

15、在一种可选的实现方式中，所述防火阻隔层在-200～800℃的温度范围内的体积电阻率>800ohm·cm。由此，可利用防火阻隔层实现单体电池之间的绝缘，避免单体电池之间发生短路。

16、在一种可选的实现方式中，所述防火阻隔层的材料包括云母纸、陶瓷纤维纸或玻璃纤维膜中的至少一种。

17、在一种可选的实现方式中，所述吸热材料包括镁铝水滑石、勃姆石、四硼酸钠、草酸铝、氢氧化镁、氢氧化铝、硫酸钙、硼酸锌、三氧化二锑、聚脲、十水硫酸钠、偶氮胺基苯、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酸钡、偶氮二甲酸二乙酯、对甲苯磺酰肼或偶氮二甲酰胺中的至少一种。

18、在一种可选的实现方式中，所述固化材料的组分中包括至少一种阳离子和至少一种阴离子，所述阳离子选自钙、镁、钠、铝、铁、钡、锶、镧中的至少一种，所述阴离子选自碳酸根、硫酸根、硅酸根、或亚硫酸根中的至少一种。在一种可选的实现方式中，所述固化材料的材料包括掺钡型硫酸钙、掺钡型硫酸镁或掺钡型硫酸钙中的至少一种。上述固化材料，一方面可起到粘结固定吸热材料的作用，另一方面还可辅助提高固体填料的吸热性能。

19、在一种可选的实现方式中，所述添加剂的组分中包括至少一种阴离子和至少一种阳离子，所述的阴离子选自磷酸根、六偏磷酸根、多聚磷酸根、有机羧酸根、柠檬酸根、酒石酸根、丙烯酸根的至少一种，所述阳离子选自钠离子、钙离子、锂离子、钾离子、镁离子、铵离子中的至少一种。

20、在一种可选的实现方式中，所述的复合隔热片的厚度为0.5～5.5mm，密度<300kg/m3，耐热温度>800℃。由此，该复合隔热片可在获得较低密度的情况下，获得较高的耐热温度，同时复合隔热片的整体厚度也满足电池模组和电池包的装配要求。

21、其中，本技术上述各可能实现方式中的数据，例如聚合物泡沫层的室温导热系数、密度、室温压缩形变率、厚度以及防火阻隔层的厚度、电阻率等数据，在测量时，工程测量误差范围内的数值均应理解为在本技术所限定的范围内。

22、第二方面，本技术提供了一种电池模组，该电池模组包括多个并排设置的单体电池，任意相邻的所述单体电池之间设有本技术的复合隔热片。其中，设于单体电池之间的复合隔热片，在聚合物泡沫层的两侧均设有防火阻隔层，以实现双向防火隔热。

23、第三方面，本技术提供了一种电池包，该电池包包括箱体和设于所述箱体内的本技术的电池模组。在一种可选的实现方式中，所述箱体的内表面还设于本技术的复合隔热片。其中，设于箱体内表面与电池模组之间的复合隔热片，可在聚合物泡沫层的一侧设置防火阻隔层，防火阻隔层可朝向箱体或电池模组的设有电气元件的一侧设置。

24、第四方面，本技术还提供一种电池包。该电池包包括箱体和设于所述箱体内的多个单体电池，所述箱体的内表面与至少一个所述单体电池之间设有本技术的复合隔热片。

25、其中，在一种可选实现方式中，所述箱体包括底板、侧板和盖板，所述盖板的内表面与至少一个所述单体电池之间设有所述复合隔热片。在另一种可选实现方式中，所述侧板的内表面与至少一个所述单体电池之间设有所述复合隔热片。

26、上述第二方面至第四方面可以达到的技术效果，可以参照上述第一方面中的相应效果描述，这里不再重复赘述。