[发明专利]具有复合系统的防火装置、复合系统和具有防火装置的电池组

说明书

具有复合系统的防火装置、复合系统和带有防火装置的电池组。本申请描述了一种防火装置，包括(a)复合系统，包括(al)载体层，(a2)粘合层和(a3)防火层，所述防火层包含至少一种起消融作用的化合物，和(b)复合系统布置在其内部的壳体。所述防火装置可特别用于电池组中，以避免电池组内过热和/或防止电池组内着火。

本申请涉及一种包括复合系统和任选的壳体的防火装置及其用途。本申请进一步涉及一种复合系统和包括所述防火装置的电池组。

当前，汽车工业中存在一种趋势，即用电动机或电动机与内燃机的组合代替内燃机，从而通过减少(混合动力车辆)或完全杜绝(电动车辆)车辆排放物来降低对环境的影响。但是，这种动力总成技术的转变并非没有技术障碍，因为电动机的使用需要具有能量密度高、寿命长和多种运行条件的低成本可充电电池(蓄电池)。另外，至关重要的是，在车辆的使用或存放期间，车辆的电池不能造成不合理的健康危害。

可充电电池(例如锂离子电池)比原电池更容易发生热失控。当内部反应速率增加到产生的热量多于可除去的热量的程度时，就会发生热失控，从而导致反应速率和热量的产生进一步增加。最终，产生的热量足够大，以致导致电池单元的损坏(例如，由于过压(破裂)或气体排放)。此外，可能会发生火灾。

例如，电池单元内部的短路，电池使用不当，制造缺陷或极端的外部温度都可能导致热失控。在用于电动车辆的电池组包含多个电池单元的情况下，车祸可能是导致电池组内的多个电池单元同时发生热失控的原因。

在热失控期间，大量热能迅速释放，从而将整个电池单元加热到850℃或更高的温度。热失控电池单元的温度升高也使电池组内相邻电池单元的温度升高。如果相邻电池单元的温度不受阻碍地升高，它们也可能变得热失控。这种级联效应可能意味着，当单个电池单元遭受热失控时，整个电池组中的所有电池单元最终都会遭受热失控。

有几种方法可以降低热失控的风险，或降低热失控传播的风险。

电池组具有用于保护电池单元的外壳，并包含用于用空气调节和控制电池单元的装置。通过使用专门设计的外壳，可以减少在存储和/或搬运过程中发生短路的风险。

US 2005/01700238 A1公开了一种由玻璃纤维增强塑料制成的电池的外壳。

US 2012/0225331 A1公开了一种电池组，其中涂覆有聚合物的玻璃纤维材料保护层布置在稳定材料的外壳内。如果电池发生故障，该结构会保留产生的气体。所述外壳会吸收产生的力。

从US 2011/0192564 A中已知一种复合系统，其用于保护电池。在图1中示出了所述复合系统，根据所述复合系统，上层(108)是粘合层，通过该粘合层，所述复合系统被粘合到电能存储装置，例如电池。该粘合层之后是泡沫层(102)，该泡沫层连接到外层(110)。根据US 2011/0192564 A，外层可以是玻璃纤维非织造物。在这种布置中，起消融作用的化合物任选地存在于泡沫层(102)中。从US 2016/0192564 A中已知的这种结构的缺点在于，如果发生热效应，起消融作用的化合物只能在复合系统内起作用，从而限制了其功能性。消融化合物直接作用在电池上受到防火层和电池之间的粘合层的限制。

从US 2011/064997A中已知一种电池，该电池设置在外壳中。所述外壳一方面由离聚物层形成，该离聚物层与电化学电池单元直接接触。再往外(即，在离聚物层的与电化学电池单元相反的一侧上)，提供了玻璃纤维非织造物。在US 2011/064997 A教导的上下文中，离聚物层可包括膨胀组分，例如石墨。因此，在US 2011/064997 A的教导中使用的玻璃纤维非织造物用作支撑层，并且没有直接应用到电化学电池单元(电池)的外壳上。由现有技术已知的这种复合系统的缺点在于，用作载体材料的玻璃纤维非织造物没有足够的刚度，因此复合系统的尺寸稳定的压印是不可能的。另外，具有膨胀型化合物的离聚物层的生产复杂，并且成本高昂。