缓冲阻燃材料结构及电池组的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种缓冲阻燃材料结构及电池组。


背景技术：

2.目前，新能源汽车的安全性问题成为业界关注的焦点。电池在正常充放电循环过程中，正、负极片会发生一定程度的膨胀，另外电池在循环后期，电解液副反应增多，电池产气，也会进一步加剧电池的膨胀。如果电池的膨胀得不到一定程度的释放，电池内部会因膨胀力过大而导致极片之间彼此挤压而析锂，从而加速电池的容量衰减。因此在模组内部电池与电池之间通常通过添加缓冲材料，释放电池在充放电过程中产生的应力；另一方面当模组或电池包中某单元电池失效时，缓冲材料可以通过自身耐热或受热膨胀的隔热性能，防止大量热量快速传递造成相邻电池快速升温而失效，延缓或阻止电池的热蔓延。
3.目前常用的缓冲材料有陶瓷垫、mpp、回型框、气凝胶毡等，但其散热性能差，弹性模量低。当电池发生热失控时，缓冲材料迅速破损烧毁，不能延缓电池的热蔓延；因此寻找一种同时具有高压缩量和耐热、隔热性能的缓冲材料，对延长电池的使用寿命和热蔓延具有重要意义。
4.有鉴于此，特提出本实用新型。


技术实现要素：

5.本实用新型的一个目的在于提供一种缓冲阻燃材料结构，以解决现有技术中的缓冲材料散热性能差，弹性模量低，当电池发生热失控时，缓冲材料迅速破损烧毁，不能延缓电池的热蔓延的技术问题。本缓冲阻燃材料结构同时具有高压缩量、耐热及隔热的特点，对延长电池的使用寿命和热蔓延具有重要意义。
6.本实用新型的一个目的在于提供一种电池组。
7.为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：
8.一种缓冲阻燃材料结构，包括缓冲材料层以及设置于所述缓冲材料层两侧表面的阻燃材料层；
9.所述缓冲材料层选自pu泡棉层、聚丙烯塑料发泡材料层、聚乙烯泡沫材料层和聚氨酯泡沫塑料层中的一种，或者至少两种的层叠体；
10.所述阻燃材料层选自玄武岩纤维层、玻璃纤维层、陶瓷纤维层、发泡陶瓷层、岩棉板层、阻燃尼龙层、云母层、硅酸铝纤维纸层和高硅氧布层中的一种，或者至少两种的层叠体。
11.在一种实施方式中，所述缓冲材料层的厚度为1.0～3.6mm；
12.所述阻燃材料层的厚度为0.2～1.2mm。
13.在一种实施方式中，所述阻燃材料层和所述缓冲材料层之间设置有粘结剂层；
14.所述粘结剂层的材质选自陶瓷胶、改性环氧胶或有机硅树脂胶；
15.所述粘结剂层叠的厚度为0.02～2mm。
16.在一种实施方式中，所述缓冲材料层选自pu泡棉层和聚丙烯塑料发泡材料层的层叠体。
17.在一种实施方式中，所述缓冲材料层选自聚乙烯泡沫材料层和聚氨酯泡沫塑料层的层叠体。
18.在一种实施方式中，所述缓冲材料层选自pu泡棉层、聚丙烯塑料发泡材料层和聚乙烯泡沫材料层的层叠体。
19.在一种实施方式中，所述缓冲材料层选自pu泡棉层、聚丙烯塑料发泡材料层、聚乙烯泡沫材料层和聚氨酯泡沫塑料层的层叠体。
20.在一种实施方式中，所述阻燃材料层选自玄武岩纤维层和玻璃纤维层的层叠体、阻燃尼龙层和云母层的层叠体或发泡陶瓷层和高硅氧布层的层叠体。
21.在一种实施方式中，所述阻燃材料层选自陶瓷纤维层、发泡陶瓷层和岩棉板层的层叠体或阻燃尼龙层、云母层和硅酸铝纤维纸层的层叠体。
22.在一种实施方式中，所述阻燃材料层选自玄武岩纤维层、玻璃纤维层、陶瓷纤维层和发泡陶瓷层的层叠体。
23.在一种实施方式中，所述阻燃材料层选自岩棉板层、阻燃尼龙层、云母层、硅酸铝纤维纸层和高硅氧布层的层叠体。
24.在一种实施方式中，所述缓冲阻燃材料结构的外部设置有密封壳体。
25.所述密封壳体的厚度为0.02～0.1mm。
26.在一种实施方式中，所述密封壳体的封边宽度为0.4～4.0mm。
27.所述密封壳体的材质包括陶瓷膜、聚酰亚胺薄膜、聚丙烯薄膜或聚乙烯薄膜；
28.在一种实施方式中，所述缓冲阻燃材料结构的两侧表面分别设置双面胶层；
29.所述双面胶层的厚度为0.02～0.2mm。
30.一种电池组，包括所述的缓冲阻燃材料结构。
31.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
32.(1)本阻燃缓冲材料结构具有”夹心”式结构，既能够满足电池组装时初始预紧力的要求，又能够有效缓解电池充放电时产生的膨胀力，还能够兼顾阻隔电池的热蔓延扩散。
33.(2)本电池组具有优异的安全性能和循环性能。
附图说明
34.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本实用新型一种缓冲阻燃材料结构的示意图；
36.图2为本实用新型实施例1至实施例4中的缓冲阻燃材料结构的示意图；
37.图3为本实用新型实施例5中的缓冲阻燃材料结构的示意图；
38.图4为本实用新型实施例6中的缓冲阻燃材料结构的示意图；
39.图5为本实用新型实施例7中的缓冲阻燃材料结构的示意图。
40.附图标记：
41.1-缓冲材料层、101-第一缓冲层、102-第二缓冲层、2-阻燃材料层、201-第一阻燃层、202-第二阻燃层、203-第三阻燃层、3-粘结剂层、4-密封壳体。
具体实施方式
42.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
44.根据一方面，一种缓冲阻燃材料结构，包括缓冲材料层以及设置于所述缓冲材料层两侧表面的阻燃材料层；
45.所述缓冲材料层选自pu泡棉层、聚丙烯塑料发泡材料层、聚乙烯泡沫材料层和聚氨酯泡沫塑料层中的一种，或者至少两种的层叠体；
46.所述阻燃材料层选自玄武岩纤维层、玻璃纤维层、陶瓷纤维层、发泡陶瓷层、岩棉板层、阻燃尼龙层、云母层、硅酸铝纤维纸层和高硅氧布层中的一种，或者至少两种的层叠体。
47.本阻燃缓冲材料结构具有”夹心”式结构，既能够满足电池组装时初始预紧力的要求，又能够有效缓解电池充放电时产生的膨胀力，还能够兼顾阻隔电池的热蔓延扩散。
48.pu泡棉层、聚丙烯塑料发泡材料层、聚乙烯泡沫材料层和聚氨酯泡沫塑料层均为现有技术中的材料。
49.在一种实施方式中，所述缓冲材料层可选自pu泡棉层、聚丙烯塑料发泡材料层、聚乙烯泡沫材料层和聚氨酯泡沫塑料层中的一种，或者至少两种的组合。例如可以为：pu泡棉层和聚丙烯塑料发泡材料层的层叠体、聚乙烯泡沫材料层和聚氨酯泡沫塑料层的层叠体；pu泡棉层、聚丙烯塑料发泡材料层和聚乙烯泡沫材料层的层叠体；pu泡棉层、聚丙烯塑料发泡材料层、聚乙烯泡沫材料层和聚氨酯泡沫塑料层的层叠体等。
50.通过设置不同层叠体结构的缓冲材料层，可协调获得不同压缩量和耐热、隔热性能的缓冲材料，以满足不同电池组装的需要。
51.玄武岩纤维层、玻璃纤维层、陶瓷纤维层、发泡陶瓷层、岩棉板层、阻燃尼龙层、云母层、硅酸铝纤维纸层和高硅氧布层均为现有技术中的材料。
52.在一种实施方式中，所述阻燃材料层可以为玄武岩纤维层、玻璃纤维层、陶瓷纤维层、发泡陶瓷层、岩棉板层、阻燃尼龙层、云母层、硅酸铝纤维纸层和高硅氧布层中的一种，或者至少两种的层叠组合。例如：所述阻燃材料层选自玄武岩纤维层和玻璃纤维层的层叠体、阻燃尼龙层和云母层的层叠体、发泡陶瓷层和高硅氧布层的层叠体、陶瓷纤维层、发泡
陶瓷层和岩棉板层的层叠体、阻燃尼龙层、云母层和硅酸铝纤维纸层的层叠体、玄武岩纤维层、玻璃纤维层、陶瓷纤维层和发泡陶瓷层的层叠体、岩棉板层、阻燃尼龙层、云母层、硅酸铝纤维纸层和高硅氧布层的层叠体等。
53.通过设置不同的阻燃材料层结构，可以获得不同的阻燃效果，以满足电池虽阻燃效果的需求。
54.云母层包括云母膜、云母纸、云母带或云母布。
55.一种实施方式中，所述缓冲材料层的厚度为1.0～3.6mm。一种实施方式中，所述缓冲材料层的厚度包括但不限于1.2mm、1.5mm、1.7mm、1.9mm、2mm、2.2mm、2.5mm、2.8mm、3mm或3.5mm。
56.一种实施方式中，所述阻燃材料层的厚度为0.2～1.2mm。一种实施方式中，所述阻燃材料层的厚度包括但不限于0.3mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.1mm或1.2mm。
57.一种实施方式中，所述阻燃材料层和所述缓冲材料层之间设置有粘结剂层。
58.一种实施方式中，所述粘结剂层的材质选自陶瓷胶、改性环氧胶或有机硅树脂胶。
59.一种实施方式中，所述粘结剂层叠的厚度为0.02～0.2mm。还可以选择0.05mm、0.07mm、0.09mm、0.1mm、0.12mm、0.14mm、0.15mm、0.17mm、0.19mm或0.2mm。
60.一种实施方式中，所述缓冲阻燃材料结构的外部设置有密封壳体。
61.一种实施方式中，所述密封壳体的厚度为0.02～0.1mm。一种实施方式中，所述密封壳体的厚度包括但不限于0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm或0.09mm。
62.一种实施方式中，所述密封壳体的封边宽度为0.4～4.0mm。所述密封壳体的封边宽度包括但不限于0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.4mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或3.9mm。
63.一种实施方式中，所述密封壳体的材质包括陶瓷膜、聚酰亚胺薄膜、聚丙烯薄膜或聚乙烯薄膜。
64.一种实施方式中，所述缓冲阻燃材料结构的最大压缩量为30％～70％。在一种实施方式中，所述缓冲阻燃材料结构的最大压缩量包括但不限于35％、40％、50％、55％、60％、65％或69％。
65.一种实施方式中，所述缓冲阻燃材料结构的两侧表面分别设置双面胶层。
66.一种实施方式中，所述双面胶层的厚度为0.02～0.2mm。一种实施方式中，所述双面胶层的厚度包括但不限于0.05mm、0.07mm、0.1mm、0.15mm、0.18mm或0.19mm。将缓冲阻燃材料结构进行双面背胶处理，得到双面背胶的复合阻燃材料。背胶能够方便其与电池表面进行贴合。
67.另一方面，一种电池组，包括所述的缓冲阻燃材料结构。
68.下面将结合具体的实施例和对比例进一步说明。
69.图1为本实用新型一种缓冲阻燃材料结构的示意图。图2为本实用新型实施例1至实施例4中的缓冲阻燃材料结构的示意图；图3为本实用新型实施例5中的缓冲阻燃材料结构的示意图；图4为本实用新型实施例6中的缓冲阻燃材料结构的示意图；图5为本实用新型实施例7中的缓冲阻燃材料结构的示意图。
70.实施例1
71.一种缓冲阻燃材料结构，包括缓冲材料层1以及设置于所述缓冲材料层1两侧表面
的阻燃材料层2；
72.所述缓冲材料层1选自pu泡棉层，所述缓冲材料层1的厚度为1.5mm；
73.所述阻燃材料层2选自云母层，所述阻燃材料层2的厚度为0.5mm；
74.所述阻燃材料层2和所述缓冲材料层1之间设置有粘结剂层3；
75.所述粘结剂层3的材质选自陶瓷胶，所述粘结剂层3叠的厚度为0.1mm。
76.实施例2
77.一种缓冲阻燃材料结构，除缓冲材料层1选自聚乙烯泡沫材料层，阻燃材料层2选自硅酸铝纤维纸；其他条件同实施例1。
78.实施例3
79.一种缓冲阻燃材料结构，除缓冲材料层1选自聚丙烯泡沫材料层，阻燃材料层2选自高硅氧布层；其他条件同实施例1。
80.实施例4
81.一种缓冲阻燃材料结构，除缓冲材料层1选自聚氨酯泡沫塑料层，阻燃材料层2选自玄武岩纤维层；其他条件同实施例1。
82.实施例5
83.一种缓冲阻燃材料结构，除缓冲材料层1的两侧分别依次设置第一阻燃层201和第二阻燃层202；第一阻燃层201和第二阻燃层202分别为发泡陶瓷层和高硅氧布层；发泡陶瓷层和高硅氧布层的厚度分别为0.2mm和0.3mm；
84.其他条件同实施例1。
85.实施例6
86.一种缓冲阻燃材料结构，除缓冲材料层1的两侧分别依次设置第一阻燃层201、第二阻燃层202和第三阻燃层203，
87.第一阻燃层201、第二阻燃层202和第三阻燃层203分别对应阻燃尼龙层、云母层和硅酸铝纤维纸层；第一阻燃层201、第二阻燃层202和第三阻燃层203的厚度分别为0.2mm、0.1mm和0.2mm；
88.其他条件同实施例1。
89.实施例7
90.一种缓冲阻燃材料结构，包括缓冲材料层1以及设置于所述缓冲材料层1两侧表面的阻燃材料层2；
91.所述缓冲材料层1选自聚乙烯泡沫材料层，所述缓冲材料层1的厚度为1.2mm；
92.所述阻燃材料层2选自玄武岩纤维层，所述阻燃材料层2的厚度为0.4mm；
93.所述缓冲阻燃材料结构的外部设置有密封壳体4；
94.所述密封壳体4的厚度为0.08mm。
95.所述密封壳体4的封边宽度为3mm；
96.所述密封壳体4的材质为聚酰亚胺薄膜。
97.所述密封壳体4的封边宽度为3.5mm；
98.所述密封壳体4的材质为聚酰亚胺薄膜。
99.实施例8
100.一种缓冲阻燃材料结构，包括缓冲材料层1以及设置于所述缓冲材料层1两侧表面
的阻燃材料层2；
101.缓冲材料层1包括依次层叠设置的第一缓冲层101和第二缓冲层102，第一缓冲层101和第二缓冲层102分别为聚乙烯泡沫材料层和聚氨酯泡沫塑料层；所述缓冲材料层1的厚度为2.4mm；
102.阻燃材料层2依次选自云母层，云母层的厚度分别为0.5mm。
103.对比例1
104.一种现有技术中的气凝胶。
105.对比例2
106.一种现有技术中的mpp材料(改性聚丙烯材料)。
107.试验例
108.一、将实施例1～4及对比例1～2中的材料应用于单体方型铝壳电池，在25℃条件下的循环对比图，其中1c＝116ah，模拟电池在模组中的循环。循环性能见表1所示。
109.表1 循环性能测试结果
[0110][0111][0112]
由表1可知，本复合缓冲阻燃材料结构能够在一定的压力范围内随电池的膨胀发生弹性形变，容纳电池膨胀产生的形变，防止电池内部因膨胀挤压而析锂，使电池在循环后期趋势依旧良好。并且还能够有效降低单个电池在循环过程中的膨胀对模组和电池包的挤压，提高模组的使用可靠性。
[0113]
二、不同组别的两只电池并联后进行热蔓延测试的结果对比
[0114]
试验方法：将两只电池进行叠加，电池之间使用1.2mm厚度的复合缓冲阻燃材料，模拟电池在模组中的状态。利用500w加热板触发其中一只电池，观察两只电池的变化。测试结果如表2所示。
[0115]
表2 热蔓延实验结果
[0116][0117]
由表2中的数据可知，使用本复合缓冲阻燃材料结构后，第二只电池的热失控时间明显延长，具有良好的阻燃效果。
[0118]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。