用于具有改进的热性能的电池外壳和盖的复合材料系统的制作方法

本公开涉及用于电化学单元/电池的外壳或盖，并且还涉及制造和使用该外壳或盖的方法。

背景技术：

1、此部分提供与本公开相关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。

2、需要先进的储能装置和系统来满足各种产品的能量和/或功率要求，该各种产品包括汽车产品，诸如起停系统（例如12v起停系统）、电池辅助系统、混合动力电动车辆（“hev”）以及电动车辆（“ev”）。锂离子电化学电池或电池通常包括电连接成堆叠（并联或串联）以增加总输出的多个单元。单独单元可以包括交替的正负电极和设置于其间的隔板或电解质层。多个单元中的一者或多者可以限定电池模块，组装这些电池模块以形成设置于包装或电池外壳或盖中的电池组。为了减轻重量并且提高重量效率，电池外壳或盖通常由增强复合材料（而不是金属）形成。然而，在热逸散传播（trp）事件期间，在外壳或盖具有热障或自熄性行为以避免增强复合材料的燃烧的情况下可以是有利的。

技术实现思路

1、此部分提供本公开的一般概述，而不是对其全部范围或其所有特征的全面公开。

2、本公开涉及用于电化学单元/电池的外壳或盖，并且还涉及制造和使用该外壳或盖的方法，其中外壳或盖配置为提供减少或最小化热逸散和传播事件的热障。

3、在各个方面中，本公开提供了一种用于减少或最小化热逸散传播的电池组的复合材料外壳。该复合材料外壳可以包括聚合物结构，该聚合物结构限定面向内部的表面和面向外部的表面。聚合物结构可以包括耐火材料层和增强材料层，其中耐火材料层限定面向内部的表面，并且增强材料层限定面向外部的表面。复合材料可以进一步包括金属层，该金属层沿着面向外部的表面设置，其中在第一操作模式下，金属层接触面向外部的表面，并且在第二操作模式下，在暴露于大于或等于约500℃的热负荷之后，金属层至少部分地从面向外部的表面分层并且形成限定热障的一个或多个绝缘气隙。

4、在一个方面中，耐火材料层可以包括芳族聚酰胺纤维。

5、在一个方面中，耐火材料层可以进一步包括树脂基体。芳族聚酰胺纤维可以连续或随机地分布在树脂基体内。

6、在一个方面中，树脂基体可以由以下各者所组成的组中选出：环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、乙烯基酯以及它们的组合。

7、在一个方面中，耐火材料层可以包括大于或等于约30体积%到小于或等于约60体积%的芳族聚酰胺纤维和大于或等于约40体积%到小于或等于约70体积%的树脂。

8、在一个方面中，增强材料层可以包括由以下各者所组成的组中选出的增强纤维：碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、自然植物纤维以及它们的组合。

9、在一个方面中，增强材料层可以进一步包括树脂基体。增强纤维可以连续或随机地分布在树脂基体内。

10、在一个方面中，树脂基体可以由以下各者所组成的组中选出：环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、乙烯基酯以及它们的组合。

11、在一个方面中，增强材料层可以包括大于或等于约30体积%到小于或等于约60体积%的增强纤维和大于或等于约40体积%到小于或等于约70体积%的树脂基体。

12、在一个方面中，金属层可以包括由以下各者所组成的组中选出的材料：钢、不锈钢、铝、合金以及它们的组合。

13、在一个方面中，复合材料外壳可以进一步包括附接金属层和增强材料层的粘合剂层。粘合剂可以在高于约200℃的温度下具有大于或等于约2%到小于或等于约20%的延展值。

14、在一个方面中，耐火材料层可以具有大于或等于约1 mm到小于或等于约4 mm的平均厚度。增强材料层可以具有大于或等于约1 mm到小于或等于约3 mm的平均厚度。金属层可以具有大于或等于约0.01 mm到小于或等于约0.5 mm的平均厚度。

15、在各个方面中，本公开提供了一种用于减少或最小化热逸散传播的电池组的复合材料外壳。该复合材料外壳可以包括：耐火材料层；增强材料层，该增强材料层接近于耐火材料层的表面设置；以及金属层，该金属层接近于增强材料层的远离耐火材料层设置的第一表面设置。在第一操作模式下，金属层可以接触第一表面，并且在第二操作模式下，在暴露于大于或等于约500℃的热负荷之后，金属层可以至少部分地从第一表面分层并且形成限定热障的一个或多个绝缘气隙。耐火材料层可以包括连续或随机地分布在第一树脂基体内的芳族聚酰胺纤维。增强材料层可以包括连续或随机地分布在第二树脂基体内的增强纤维。

16、在一个方面中，第一树脂基体和第二树脂基体可以独立地由以下各者所组成的组中选出：环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、乙烯基酯以及它们的组合。

17、在一个方面中，金属层可以包括由以下各者所组成的组中选出的材料：钢、不锈钢、铝、合金以及它们的组合。

18、在一个方面中，耐火材料层可以包括大于或等于约30体积%到小于或等于约60体积%的芳族聚酰胺纤维和大于或等于约40体积%到小于或等于约70体积%的第一树脂基体。增强材料层可以包括大于或等于约30体积%到小于或等于约60体积%的增强纤维和大于或等于约40体积%到小于或等于约70体积%的第二树脂基体。

19、在一个方面中，复合材料外壳可以进一步包括结合金属层和增强材料层的粘合剂层。粘合剂层可以在高于约200℃的温度下具有大于或等于约2%到小于或等于约20%的延展值。

20、在一个方面中，耐火材料层可以具有大于或等于约1 mm到小于或等于约4 mm的平均厚度。增强材料层可以具有大于或等于约1 mm到小于或等于约3 mm的平均厚度。金属层可以具有大于或等于约0.01 mm到小于或等于约0.5 mm的平均厚度。

21、在各个方面中，本公开可以提供一种形成用于减少或最小化热逸散传播的电池的复合材料外壳的方法。该方法可以包括：将金属层设置于模具的空腔中；将增强材料设置到接近于金属层的空腔中；将耐火材料设置到接近于增强材料的空腔中；将树脂或树脂的前体设置于空腔中，树脂或树脂的前体包围增强材料和耐火材料；使树脂或树脂的前体凝固以形成复合材料，该复合材料包括金属层、接近于金属层的增强材料层以及接近于增强材料层的耐火材料层；以及从空腔中移除复合材料以形成复合材料外壳。

22、在一个方面中，该方法可以进一步包括以下操作中的至少一者：对模具进行加热和将压力施加到模具以进行压缩。

23、本发明还公开了如下技术方案：

24、方案1. 一种用于电池组的复合材料外壳，用于减少或最小化热逸散传播，所述复合材料外壳包括：

25、聚合物结构，所述聚合物结构限定面向内部的表面和面向外部的表面，其中所述聚合物结构包括耐火材料层和增强材料层，所述耐火材料层限定面向内部的表面，而所述增强材料层限定所述面向外部的表面；以及

26、金属层，所述金属层沿着所述面向外部的表面设置，其中在第一操作模式下，所述金属层接触所述面向外部的表面，并且在第二操作模式下，在暴露于大于或等于约500℃的热负荷之后，所述金属层至少部分地从所述面向外部的表面分层并且形成限定热障的一个或多个绝缘气隙。

27、方案2. 根据方案1所述的复合材料外壳，其中所述耐火材料层包括芳族聚酰胺纤维。

28、方案3. 根据方案2所述的复合材料外壳，其中所述耐火材料层进一步包括树脂基体，所述芳族聚酰胺纤维连续或随机地分布在所述树脂基体内。

29、方案4. 根据方案3所述的复合材料外壳，其中所述树脂基体由以下各者所组成的组中选出：环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、乙烯基酯以及它们的组合。

30、方案5. 根据方案3所述的复合材料外壳，其中所述耐火材料层包括大于或等于约30体积%到小于或等于约60体积%的所述芳族聚酰胺纤维以及大于或等于约40体积%到小于或等于约70体积%的所述树脂。

31、方案6. 根据方案1所述的复合材料外壳，其中所述增强材料层包括由以下各者所组成的组中选出的增强纤维：碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、自然植物纤维以及它们的组合。

32、方案7. 根据方案6所述的复合材料外壳，其中所述增强材料层进一步包括树脂基体，所述增强纤维连续或随机地分布在所述树脂基体内。

33、方案8. 根据方案7所述的复合材料外壳，其中所述树脂基体由以下各者所组成的组中选出：环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、乙烯基酯以及它们的组合。

34、方案9. 根据方案7所述的复合材料外壳，其中所述增强材料层包括大于或等于约30体积%到小于或等于约60体积%的所述增强纤维以及大于或等于约40体积%到小于或等于约70体积%的所述树脂基体。

35、方案10. 根据方案1所述的复合材料外壳，其中所述金属层包括由以下各者所组成的组中选出的材料：钢、不锈钢、铝、合金以及它们的组合。

36、方案11. 根据方案1所述的复合材料外壳，所述复合材料外壳进一步包括附接所述金属层和所述增强材料层的粘合剂层，所述粘合剂在高于约200℃的温度下具有大于或等于约2%到小于或等于约20%的延展值。

37、方案12. 根据方案1所述的复合材料外壳，其中所述耐火材料层具有大于或等于约1 mm到小于或等于约4 mm的平均厚度，所述增强材料层具有大于或等于约1 mm到小于或等于约3 mm的平均厚度，并且所述金属层具有大于或等于约0.01 mm到小于或等于约0.5mm的平均厚度。

38、方案13. 一种用于电池组的复合材料外壳，用于减少或最小化热逸散传播，所述复合材料外壳包括：

39、耐火材料层，所述耐火材料层包括连续或随机地分布在第一树脂基体内的芳族聚酰胺纤维；

40、增强材料层，所述增强材料层接近于所述耐火材料层的表面设置，所述增强材料层包括连续或随机地分布在第二树脂基体内的增强纤维；以及

41、金属层，所述金属层接近于所述增强材料层的远离所述耐火材料层设置的第一表面设置，其中在第一操作模式下，所述金属层接触所述第一表面，并且在第二操作模式下，在暴露于大于或等于约500℃的热负荷之后，所述金属层至少部分地从所述第一表面分层并且形成限定热障的一个或多个绝缘气隙。

42、方案14. 根据方案13所述的复合材料外壳，其中所述第一树脂基体和所述第二树脂基体独立地由以下各者所组成的组中选出：环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、乙烯基酯以及它们的组合。

43、方案15. 根据方案13所述的复合材料外壳，其中所述金属层包括由以下各者所组成的组中选出的材料：钢、不锈钢、铝、合金以及它们的组合。

44、方案16. 根据方案13所述的复合材料外壳，其中所述耐火材料层包括大于或等于约30体积%到小于或等于约60体积%的所述芳族聚酰胺纤维以及大于或等于约40体积%到小于或等于约70体积%的所述第一树脂基体，以及

45、所述增强材料层包括大于或等于约30体积%到小于或等于约60体积%的所述增强纤维以及大于或等于约40体积%到小于或等于约70体积%的所述第二树脂基体。

46、方案17. 根据方案13所述的复合材料外壳，所述复合材料外壳进一步包括结合所述金属层和所述增强材料层的粘合剂层，所述粘合剂层在高于约200℃的温度下具有大于或等于约2%到小于或等于约20%的延展值。

47、方案18. 根据方案13所述的复合材料外壳，其中所述耐火材料层具有大于或等于约1 mm到小于或等于约4 mm的平均厚度，所述增强材料层具有大于或等于约1 mm到小于或等于约3 mm的平均厚度，并且所述金属层具有大于或等于约0.01 mm到小于或等于约0.5mm的平均厚度。

48、方案19. 一种形成用于电池的复合材料外壳的方法，所述复合材料外壳用于减少或最小化热逸散传播，所述方法包括：

49、将金属层设置于模具的空腔中；

50、将增强材料设置在接近于所述金属层的所述空腔中；

51、将耐火材料设置在接近于所述增强材料的所述空腔中；

52、将树脂或所述树脂的前体设置于所述空腔中，所述树脂或所述树脂的所述前体包围所述增强材料和所述耐火材料；

53、使所述树脂或所述树脂的所述前体凝固以形成复合材料，所述复合材料包括金属层、接近于所述金属层的增强材料层以及接近于所述增强材料层的耐火材料层；以及

54、从所述空腔中移除所述复合材料以形成所述复合材料外壳。

55、方案20. 根据方案19所述的方法，其中所述方法进一步包括以下操作中的至少一者：对所述模具进行加热和将压力施加到所述模具以进行压缩。

56、其他适用性区域将根据本文中所提供的描述而变得显而易见。本
技术实现要素：
中的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。