一种防火隔热材料及电池模组、电池包的制作方法

[0001]
本发明属于防火隔热材料技术领域，尤其涉及一种防火隔热材料及电池模组、电池包。


背景技术：

[0002]
随着新能源行业的发展，锂离子电池的大批量使用，伴生的问题也显而易见，无论是磷酸铁锂还是三元锂电池，在使用过程中都存在热失控现象。而产生热失控的原因存在多种：电芯本身问题、电池包管理问题、热管理问题等等，存在不可控的发生因素。因此，我们需要在锂离子电池发生热失控及热扩散的时候，利用隔热材料延缓pack的起火、爆炸，预留足够的时间让使用者离开至安全的区域。
[0003]
现有的主要隔热材料为云母片、气凝胶和相变材料。云母片由多硅白云母、石英、石榴石和金红石等组成，具有良好的耐温性能，可在800℃环境中使用，但是其隔热性能较低。气凝胶主要由纯二氧化硅等组成，非常坚固耐用，最高能承受1400℃的高温，气凝胶的隔热性能比云母片稍好一些，但是气凝胶在500℃以上环境中基本会失去隔热特性。相变材料则吸收相对热量所需的体积很大。
[0004]
有鉴于此，确有必要提供一种新的防火隔热材料。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种防火隔热材料，能在大于500℃下起到防火隔热作用，抗冲击性好。
[0006]
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007]
一种防火隔热材料，包括玻璃纤维层和陶瓷纤维层，所述玻璃纤维层复合于所述陶瓷纤维层的至少一面，所述玻璃纤维层和所述陶瓷纤维层的厚度比为1:3～1:5。
[0008]
作为本发明所述的防火隔热材料的一种改进，所述玻璃纤维层的厚度为0.1～0.3mm。
[0009]
作为本发明所述的防火隔热材料的一种改进，所述陶瓷纤维层的厚度为1.1～1.3mm。
[0010]
作为本发明所述的防火隔热材料的一种改进，所述陶瓷纤维层中陶瓷纤维的直径为3～5μm。
[0011]
作为本发明所述的防火隔热材料的一种改进，所述玻璃纤维层为织物状或者絮状无碱玻璃纤维毡片。
[0012]
作为本发明所述的防火隔热材料的一种改进，所述陶瓷纤维层为陶瓷纤维纸或陶瓷纤维棉。
[0013]
作为本发明所述的防火隔热材料的一种改进，所述玻璃纤维层和所述陶瓷纤维层的复合方式包括胶粘、热压和冷压中的任意一种。
[0014]
本发明的目的之二在于：提供一种电池模组，包括若干个电芯，相邻两个所述电芯
之间设置有说明书前文所述的防火隔热材料。
[0015]
本发明的目的之三在于：提供一种电池模组，包括箱体以及封装于所述箱体内的若干个电池，所述电池的防爆阀与所述箱体的上盖板之间设置有说明书前文所述的防火隔热材料。
[0016]
本发明的目的之三在于：提供一种电池包，包括说明书前文所述的防火隔热材料。
[0017]
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
[0018]
1)本发明的防火隔热材料采用玻璃纤维层和陶瓷纤维层复合而成，玻璃纤维具有耐温高、阻燃、抗腐、隔热性好、隔音性好、抗拉强度高和电绝缘性好等特性，陶瓷纤维层是良好的隔热材料，不仅具有高的熔点(大多在2000℃以上)，在高温下具有极好的化学稳定性，而且线膨胀系数低，当温度发生变化时，具有良好的尺寸稳定性，电绝缘性好，由于玻璃纤维和陶瓷纤维的以上优异性能，使得本发明的防火隔热材料在大于500℃的使用环境下能起到很好的防火隔热作用，适用于防止电池模组和电池包的热失控扩散。
[0019]
2)本发明的防火隔热材料对玻璃纤维层和陶瓷纤维层的厚度进行合理调配，使得本发明的防火隔热材料同时具备良好的抗冲击性、隔热性能、抗火烧穿和耐温性能。
[0020]
3)本发明的电池模组在相邻的电池之间或防爆阀与上盖之间设置本发明的防火隔热材料，能有效防止某个电池热失控传递到其它电池，延缓起火、爆炸，预留足够的时间让使用者离开至安全的区域。
[0021]
4)本发明的电池包内设置有本发明的防火隔热材料，能有效防止单个电池或单个电池模组的热失控传递到其它电池或电池模组，延缓起火、爆炸，预留足够的时间让使用者离开至安全的区域。
附图说明
[0022]
图1是本发明的结构示意图之一。
[0023]
图2是本发明的结构示意图之二。
[0024]
图3是含有由实施例1的防火隔热材料制成的防火隔热片的电池模组热失控后的温度变化曲线图。
[0025]
其中：1-玻璃纤维层，2-陶瓷纤维层。
具体实施方式
[0026]
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细的描述。
[0027]
1、防火隔热材料
[0028]
参考图1～2，本发明的第一方面提供一种防火隔热材料，包括玻璃纤维层1和陶瓷纤维层2，玻璃纤维层1复合于陶瓷纤维层2的至少一面，玻璃纤维层1和陶瓷纤维层2的厚度比为1:3～1:5。具体的，在一些实施方式中，玻璃纤维层1复合于陶瓷纤维层2的一面，该实施方式的防火隔热材料可以在800℃下起到有效的隔热效果；在另一些实施方式中，玻璃纤维层1复合于陶瓷纤维层2的两面，该实施方式的防火隔热材料可以在1100℃下起到有效的隔热效果。
[0029]
在本发明所述的防火隔热材料的一些实施方式中，玻璃纤维层1的厚度为0.1～0.3mm。
[0030]
在本发明所述的防火隔热材料的一些实施方式中，陶瓷纤维层2的厚度为1.1～1.3mm。
[0031]
在本发明所述的防火隔热材料的一些实施方式中，陶瓷纤维层2中陶瓷纤维的直径为3～5μm。
[0032]
在本发明所述的防火隔热材料的一些实施方式中，玻璃纤维层1为织物状或者絮状无碱玻璃纤维毡片。
[0033]
在本发明所述的防火隔热材料的一些实施方式中，陶瓷纤维层2为陶瓷纤维纸或陶瓷纤维棉。
[0034]
在本发明所述的防火隔热材料的一些实施方式中，玻璃纤维层1和陶瓷纤维层2的复合方式包括胶粘、热压和冷压中的任意一种。需要说明的是，复合方式包括但不限于本发明所列举的。具体的，常规环境采用胶粘、热压、冷压等；高温高湿环境采用热压、冷压；具有盐雾腐蚀环境下采用热压。
[0035]
2、电池模组
[0036]
本发明的第二方面提供一种电池模组。
[0037]
在一些实施方式中，电池模组包括若干个电芯，相邻两个电芯之间设置有本发明所述的防火隔热材料。电池模组可以是软包电池模组也可以是钢壳电池模组，其中，电池是软包电芯。
[0038]
在另一些实施方式中，电池模组包括箱体以及封装于箱体内的若干个电池，电池的防爆阀与箱体的上盖板之间设置有本发明所述的防火隔热材料。电池模组是钢壳电池模组，电池是钢壳电池。
[0039]
3、电池包
[0040]
本发明的第三方面提供一种电池包，包括本发明所述的防火隔热材料。在一些实施方式中，防火隔热材料使用于电池模组上盖板与电池包上盖板之间；在另一些实施方式中，防火隔热材料使用于电池内部上。
[0041]
下面结合实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0042]
实施例1
[0043]
一种防火隔热材料，包括玻璃纤维层和陶瓷纤维层，玻璃纤维层通过胶粘的方式复合于陶瓷纤维层的一面，玻璃纤维层和陶瓷纤维层的厚度比为1:5。玻璃纤维层的厚度为0.25mm。陶瓷纤维层的厚度为1.25mm。陶瓷纤维层中陶瓷纤维的直径为3～5μm。玻璃纤维层为织物状无碱玻璃纤维毡片。陶瓷纤维层为陶瓷纤维纸。
[0044]
实施例2
[0045]
一种防火隔热材料，包括玻璃纤维层和陶瓷纤维层，玻璃纤维层通过热压、的方式复合于陶瓷纤维层的一面，玻璃纤维层和陶瓷纤维层的厚度比为1:4。玻璃纤维层的厚度为0.3mm。陶瓷纤维层的厚度为1.2mm。陶瓷纤维层中陶瓷纤维的直径为3～5μm。玻璃纤维层为絮状无碱玻璃纤维毡片。陶瓷纤维层为陶瓷纤维纸。
[0046]
实施例3
[0047]
一种防火隔热材料，包括玻璃纤维层和陶瓷纤维层，玻璃纤维层通过冷压的方式复合于陶瓷纤维层的一面，玻璃纤维层和陶瓷纤维层的厚度比为1:4。玻璃纤维层的厚度为
0.28mm。陶瓷纤维层的厚度为1.12mm。陶瓷纤维层中陶瓷纤维的直径为3～5μm。玻璃纤维层为织物状玻璃纤维毡片。陶瓷纤维层为陶瓷纤维棉。
[0048]
实施例4
[0049]
一种防火隔热材料，包括玻璃纤维层和陶瓷纤维层，玻璃纤维层通过胶粘的方式复合于陶瓷纤维层的一面，玻璃纤维层和陶瓷纤维层的厚度比为1:5。玻璃纤维层的厚度为0.22mm。陶瓷纤维层的厚度为1.1mm。陶瓷纤维层中陶瓷纤维的直径为3～5μm。玻璃纤维层为絮状玻璃纤维毡片。陶瓷纤维层为陶瓷纤维棉。
[0050]
实施例5
[0051]
与实施例1不同的是：
[0052]
玻璃纤维层通过胶粘的方式复合于陶瓷纤维的两面。
[0053]
其余同实施例1，这里不再赘述。
[0054]
实施例6
[0055]
与实施例2不同的是：
[0056]
玻璃纤维层通过胶粘的方式复合于陶瓷纤维的两面。
[0057]
其余同实施例2，这里不再赘述。
[0058]
实施例7
[0059]
与实施例3不同的是：
[0060]
玻璃纤维层通过胶粘的方式复合于陶瓷纤维的两面。
[0061]
其余同实施例3，这里不再赘述。
[0062]
实施例8
[0063]
与实施例4不同的是：
[0064]
玻璃纤维层通过胶粘的方式复合于陶瓷纤维的两面。
[0065]
其余同实施例4，这里不再赘述。
[0066]
对比例1
[0067]
与实施例1不同的是：
[0068]
玻璃纤维层和陶瓷纤维层的厚度比为1:2。玻璃纤维层的厚度为0.25mm。陶瓷纤维层的厚度为0.5mm。
[0069]
其余同实施例1，这里不再赘述。
[0070]
对比例2
[0071]
与实施例1不同的是：玻璃纤维层和陶瓷纤维层的厚度比为1:6。玻璃纤维层的厚度为0.25mm。陶瓷纤维层的厚度为1.5mm。
[0072]
其余同实施例1，这里不再赘述。
[0073]
对比例3
[0074]
与实施例1不同的是：
[0075]
玻璃纤维层和陶瓷纤维层的厚度比为1:2。玻璃纤维层的厚度为0.625mm。陶瓷纤维层的厚度为1.25mm。
[0076]
其余同实施例1，这里不再赘述。
[0077]
对比例4
[0078]
与实施例1不同的是：
[0079]
玻璃纤维层和陶瓷纤维层的厚度比为1:6。玻璃纤维层的厚度为0.2mm。陶瓷纤维层的厚度为1.2mm。
[0080]
其余同实施例1，这里不再赘述。
[0081]
性能测试
[0082]
将由实施例1～8和对比例1～4的防火隔热材料、云母片、气凝胶和相变材料制成的防火隔热片分别附于电池模组的上盖板后，以针刺方式引起电芯热失控，记录失控后燃烧面的温度，以及相对面在失控后3分钟内的温度，结果如表1，其中，附有实施例1制得的防火隔热材料制成的防火隔热片的电池在整个过程中电池防爆阀和上盖板外侧温度变化如图1所示。
[0083]
表1测试结果
[0084][0085][0086]
由表1的测试结果和图1的变化曲线可以看出，本发明的防火隔热材料用于电池模组时，其能有效防止电池热失控扩散。具体的，电池模组在针刺失控后燃烧面温度达到900℃左右，相对面温度在3min之内温度仅在160℃左右，也就是说，其至少能维持3min以上的隔热防火作用。由实施例和对比例以及云母片、气凝胶和相变材料对比可知，采用本发明的防火隔热材料作为隔热片的电池模组其相对面的温度明显较低，由此可见，相比于对比例
的防火隔热材料以及云母片、气凝胶和相变材料，本发明的防火隔热材料能有效地起到隔热作用。特别的，当玻璃纤维层和陶瓷纤维层的厚度比没有控制在合理的范围内，其防火隔热性能也会相应变弱。其中，尤以实施例2和实施例6的最佳，即玻璃纤维层和陶瓷纤维层的厚度比为1:4，玻璃纤维层的厚度为0.3mm，陶瓷纤维层的厚度为1.2mm。
[0087]
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

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