电动汽车动力电池包内电池芯热胀冷缩位移动态补偿隔热功能的电芯模组及其制备方法

摘要

本发明公开了一种电动汽车动力电池包内电池芯热胀冷缩位移动态补偿隔热功能的电芯模组及其制备方法，各电池芯之间设有二氧化硅气凝胶或杂化的二氧化硅气凝胶毡包覆的隔热片，所述模组内电池芯因热胀冷缩产生位移变化的方向上加设有伸缩位移补偿用预压缩弹性体零件，使每个电池芯组装应力均匀，预压缩弹性体零件与电池芯之间通过隔热片隔离热源。通过上述方式，本发明能够确保锂电池的工作温度范围维持在合理的温度区间内，为锂电池提供最适宜的工作环境，缓冲减振保障电芯的使用寿命。在冬季优异的保温性能也可为电池提供适宜的工作温度保障电池性能；能够缓冲减振降低电芯的冲击振动的疲劳损伤和内部元件或线路松动的短路发生的概率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动汽车动力电池包内电池芯热胀冷缩位移动态补偿隔热功能的电芯模组及其制备方法。

背景技术

新能源汽车正在影响着全球的汽车市场发展。随着传统燃料汽车禁售的政策被提上日程，新能源汽车的重要性也在不断地提高。虽然纯电力汽车，相对于传统汽车来说很环保，但是其自身的弊病也越来越被更多人们熟知——容易发生自燃。据不完全统计2018年发生新能源汽车起火50余起，大部分事故原因是电池电路出现问题引发的起火，火势由电池仓一路蔓延至整车最终只留下一具车架。

锂离子电池目前能量密度越来越大，一旦锂离子受到机械破坏（挤压、刺穿等），或因短路及外部热量触发有可能发生热失控，通常在电池组之间设置隔热片；锂离子动力电池箱用气凝胶隔热片可以为防止某块电池单体过热造成对临近电池的影响。锂离子电池芯工作温度或受环境温度影响变化时，锂离子电池芯将会发生热胀冷缩位移变化，锂离子动力电池箱用气凝胶隔热片的因是无机材料，隔热片的压缩回弹补偿是有限度的，为了防止电池芯因冷缩松动或热障挤爆事故发生，急需改进目前流行的靠隔热片补偿的设计缺陷，防止电芯自爆燃烧的现象发生。

目前有些企业对上述问题研究出一些解决办法，就是利用二氧化硅气凝胶毡的特性，但基于对气凝胶毡的特性了解的不透，对气凝胶毡简单处理，使用在电动汽车电池包内，这就为电动汽车安全可靠性带来了严重的隐患。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种电动汽车动力电池包内电池芯热胀冷缩位移动态补偿隔热功能的电芯模组及其制备方法，能够解决电动汽车莫名其妙的自燃问题，降低自燃造成的财产损失和人员撤离安全时间延长，使锂电池的工作温度范围维持在合理的温度区间内，就能够为锂电池提供最适宜的工作环境，缓冲减振保障电芯的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电动汽车动力电池包内电池芯热胀冷缩位移动态补偿隔热功能的电芯模组，包括：设于该模组内的若干电池芯，各电池芯之间设有二氧化硅气凝胶或杂化的二氧化硅气凝胶毡包覆的隔热片，所述模组内电池芯因热胀冷缩产生位移变化的方向上加设有伸缩位移补偿用预压缩弹性体零件，预压缩弹性体零件随电池芯热涨冷缩的位移变化作出随动补偿，使得电池芯不松动，每个电池芯受力均匀，预压缩弹性体零件与电池芯之间通过隔热片隔离热源。

在本发明一个较佳实施例中，所述模组一侧端部、或两侧端部均设有预压缩弹性体零件。

在本发明一个较佳实施例中，预压缩弹性体零件包括橡胶弹簧、弹性体橡胶块、弹性体橡塑件、发泡材料或金属弹簧。

在本发明一个较佳实施例中，所述隔热片包括：包覆层和二氧化硅气凝胶毡层，所述二氧化硅气凝胶毡层通过包覆层包覆封装，所述封装开口处通过高硅氧线缝合连接或云母胶水粘结连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述二氧化硅气凝胶毡层或为掺杂改性的二氧化硅气凝胶毡层。

在本发明一个较佳实施例中，包覆层为硅胶防火布层、高硅氧玻璃纤维布层或带胶的高硅氧布玻璃纤维布层。

在本发明一个较佳实施例中，该隔热片还设于各电芯模组之间，或设于电池包和其他空间仓之间。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：电动汽车动力电池包内电池芯热胀冷缩位移动态补偿隔热功能的电芯模组的制备方法，包括先在模组框架内依次将隔热片和电池芯排列整齐，再用专用夹具将已预压缩好的弹性体零件置入框架内，拔出专用夹具使得预压缩弹性体零件释放弹力，能依次传递压紧各个电池芯，最后检验安装后的各电池芯的状态即完成制备。

在本发明一个较佳实施例中，隔热片的制备方法包括以下步骤：

1）准备包覆层材料和二氧化硅气凝胶毡或掺杂改性的二氧化硅气凝胶毡；

2）模切二氧化硅气凝胶毡或掺杂改性的二氧化硅气凝胶毡，并在其各表面均用包覆层材料封装；

3）封装开口处用高硅氧线缝合或云母胶水粘结。

在本发明一个较佳实施例中，包覆层材料包括硅胶防火布、高硅氧玻璃纤维布或带胶的高硅氧布玻璃纤维布，其厚度为0.1-1.5mm。

本发明的有益效果是：本发明能够确保锂电池的工作温度范围维持在合理的温度区间内，为锂电池提供最适宜的工作环境，缓冲减振保障电芯的使用寿命。当一组电池短路起火时可隔断其他模组电池与火源的接触，将损失降到更小；在冬季优异的保温性能也可为电池提供适宜的工作温度保障电池性能；能够缓冲减振降低电芯的冲击振动的疲劳损伤和内部元件或线路松动的短路发生的概率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图，其中：

图1是本发明电动汽车动力电池包内电池芯热胀冷缩位移动态补偿隔热功能的电芯模组一较佳实施例的结构示意图；

图2是图1所示电动汽车动力电池包内电池芯热胀冷缩位移动态补偿隔热功能的电芯模组的俯视图；

图3是图1所示电动汽车动力电池包内电池芯热胀冷缩位移动态补偿隔热功能的电芯模组中隔热片的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图2，本发明实施例包括：

一种电动汽车动力电池包内电池芯热胀冷缩位移动态补偿隔热功能的电芯模组，包括：设于该模组内的若干电池芯1，各电池芯1之间设有二氧化硅气凝胶或杂化的二氧化硅气凝胶毡包覆的隔热片2，所述模组内电池芯因热胀冷缩产生位移变化的方向上加设有伸缩位移补偿用预压缩弹性体零件3，预压缩弹性体零件3随电池芯热涨冷缩的位移变化作出随动补偿，使得电池芯不松动，每个电池芯受力均匀，预压缩弹性体零件3与电池芯1之间通过隔热片2隔离热源。

所述模组一侧端部、或两侧端部均设有预压缩弹性体零件3。采用预压缩弹性体零件3储能对电芯模组因热胀冷缩导致的位移变化进行动态相应的伸缩补偿，使得电池芯在各种环境条件和工况下不松动，使得每个电池芯组装应力均匀，杜绝了电池芯因温升的变化膨胀被挤破或冷缩松动引起振动而自爆自然的发生，使得电动汽车安全性得到可靠保障，保护汽车消费者的生命和财产安全。

预压缩弹性体零件3包括橡胶弹簧、弹性体橡胶块、弹性体橡塑件、发泡材料或金属弹簧。

如图3所示，隔热片2包括：包覆层2-1和二氧化硅气凝胶毡层2-2，所述二氧化硅气凝胶毡层2-2通过包覆层2-1包覆封装，所述封装开口处通过高硅氧线缝合连接或云母胶水粘结连接。

所述二氧化硅气凝胶毡层2-2或为掺杂改性的二氧化硅气凝胶毡层。包覆层为硅胶防火布层、高硅氧玻璃纤维布层或带胶的高硅氧布玻璃纤维布层。

二氧化硅气凝胶毡的是以有机预氧丝纤维或无机纤维为基材，以纳米二氧化硅气凝胶为填充物，经常压法、微波、冷冻或超临界法干燥后，最后制得强度增强的二氧化硅气凝胶毡。具有导热系数低、密度小、柔韧性好、高抗压、疏水、防火等优越性能，同时兼具优越的隔声减震性能，可取代玻璃纤维制品、石棉保温毡、硅酸盐纤维制品等传统保温材料。

所述无机纤维包括高硅氧玻璃纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、凯夫拉纤维或碳纤维等增强纤维材料。

掺杂改性的二氧化硅气凝胶毡的在溶胶水解工序中加入适当含量的无机氧化物，将纤维强化或纤维毡用含有无机氧化物溶胶浸泡，经溶剂置换陈化成湿凝胶纤维毡，含有无机氧化物的湿凝胶毡经超临界或常压法或冷冻干燥后即制得掺杂改性的二氧化硅气凝胶毡。具有导热系数低、密度小、柔韧性好、高抗压、疏水、防火等优越性能，同时兼具优越的隔声减震性能，可取代玻璃纤维制品、石棉保温毡、硅酸盐纤维制品等传统保温材料。

无机氧化物包括二氧化钛、氧化锆、氧化铝、氧化锂、五氧化二钒、五氧化二钽、三氧化二铬、三氧化二铁、氧化铜。

本发明的封装技术也可用来直接封装其他无机氧化物气凝胶：氧化物气凝胶材料，如二氧化钛、氧化锆、氧化铝、氧化锂、五氧化二钒、五氧化二钽、三氧化二铬、三氧化二铁、氧化铜等气凝胶。

该隔热片2还可设于各电芯模组之间，能够缓冲减振降低电芯的冲击振动的疲劳损伤和内部元件或线路松动的短路发生的概率。或设于电池包和其他空间仓之间。当汽车部件发生燃烧事故时气凝胶毡可以阻止火势蔓延，为乘车人员争取更多的逃生时间。

本发明还涉及一种电动汽车动力电池包内电池芯热胀冷缩位移动态补偿隔热功能的电芯模组的制备方法，包括先在模组框架内依次将隔热片和电池芯排列整齐，再用专用夹具将已预压缩好的弹性体零件置入框架内，拔出专用夹具使得预压缩弹性体零件释放弹力，能依次传递压紧各个电池芯，最后检验安装后的各电池芯的状态即完成制备。

其中，隔热片2的制备方法包括以下步骤：

1）准备包覆层材料和二氧化硅气凝胶毡或掺杂改性的二氧化硅气凝胶毡；

2）模切二氧化硅气凝胶毡或掺杂改性的二氧化硅气凝胶毡，并在其各表面均用包覆层材料封装；

3）封装开口处用高硅氧线缝合或云母胶水粘结。

包覆层材料包括硅胶防火布、高硅氧玻璃纤维布或带胶的高硅氧布玻璃纤维布。

其中，高硅氧玻璃纤维布是一种耐高温无机纤维，其二氧化硅(SiO2)含量高于96%，软化点接近1700℃，可在1100℃下长期使用，能在1450℃条件下工作10分钟，在1700℃条件下工作15秒仍保持完好状态。由于具有化学性能稳定、耐酸碱、耐高温、耐烧蚀等特点；相对于陶瓷纤维布具有更小的烧蚀率和热缩率（接近1%），且对人体无味无刺激，外观美观手感好的优点。产品广泛应用于航空航天、冶金、化工、建材、消防等工业领域。

用高硅氧玻璃纤维制成的高硅氧玻璃纤维布具有强度高，易加工，用途广的特点，用作耐高温、耐烧蚀、隔热、保温材料。其厚度为0.1-1.5mm，有平纹和缎纹两种组织，并可根据用户的要求进行包覆涂覆处理。

其中，硅胶防火布是以耐高温、防腐、高强的玻璃纤维布，经有机硅橡胶压延或浸渍而成，是一种高性能、多用途的复合材料新产品。已被广泛应用于航天、化工、石油、大型发电设备、机械、冶金、电气绝缘、建筑等领域。

硅胶防火布主要性能、特点包括：

(1)用于低温-70℃到高温280℃之间，保温性能好。

(2)耐臭氧、氧、光及气候老化，野外使用耐候性优良，寿命可达10年。

(3)具有高绝缘性能，介电常数3-3.2，击穿电压20-50KV/MM 。

(4)耐化学腐蚀性能好；抗油，防水[可擦洗]。

(5)强度高；既柔软又有韧性，可剪裁加工。

主要用途包括：

a.电气绝缘：硅胶布具有较高的电绝缘等级，可承受高电压负荷，可制成绝缘布、套管等产品。

b.非金属补偿器：硅胶布可作管道的柔性连接器件，它可以解决热胀冷缩对管道的破坏，硅胶布具有较高的耐温性，防腐性，抗老化性能，弹性及柔性良好，可广泛应用于石油，化工，水泥，能源等领域。

c.防腐方面：硅橡胶涂覆玻璃纤维布，可作为管道，储蓄的内外防腐层，防腐性能优良，强度高，是一种理想的防腐材料。

d.其它领域：硅橡胶涂覆玻璃纤维膜结构材料可应用于建筑密封材料，高温防腐输送带，包装材料等领域。

高硅氧缝纫线性能特点包括：

（1）软化点接近1700℃，可长期在900℃环境下使用，瞬间可以耐数千度的气流部刷。

（2）在有机和无机酸中（氢氟酸、磷酸和盐酸除外）甚至在高温下，以及弱碱中保持良好的性能稳定。

（3）对热冲击和超高辐射有较高的稳定性，在高温和高湿条件绝缘性能优良，与高温胶具有良好的黏结性能。

（4）耐湿耐日光辐射并且抗震，可用于各种密封材料，制品结构牢固，在许多高温条件下保持柔软性。

(5) 结构及性能稳定，对人体没有危害，可代替陶瓷纤维和石棉纤维（高温下发生晶相转变）。

（6）防火温度高，在汽油中燃烧不氧化、不变色，强度高，不会造成二次污染。

（7）具有良好的耐磨性与绝缘性能，大多数情况下价格具有竞争优势。

本发明的包覆封装的二氧化硅气凝胶毡的保持了二氧化硅气凝胶毡的绝热保温的优异性能。高温隔热导热系数低、良好的化学稳定性、良好的电绝缘性能、热收缩率低、非石棉产品，无污染、抗酸碱腐蚀性能好、优良的抗火烧不燃等性能，充分满足了电动汽车锂离子动力电池要求隔热保温、阻燃、缓冲减振等要求，硅胶防火布或高硅氧玻璃纤维布或带胶的高硅氧布玻璃纤维布包覆二氧化硅气凝胶毡制品能在高温下长期工作，尤其满足了个别锂离子动力电池芯在发生撞击短路或过冲电发热自燃的条件下，能够起到隔离耐受故障电池芯瞬间释放的高温能量，使得电池芯自燃起火事故不再扩大延展，最大限度的保护广大消费者的财产安全和生命安全，为消除事故和逃生赢得时间。

本发明的制造工艺包覆封装的二氧化硅气凝胶毡技术使得制品的阻燃性能达到UL94的V0级指标、符合欧盟ROHS要求及美国FDA检测，不燃无毒、稳定性好、耐高温、不析碳，具有优异的耐候性、耐潮湿性、电绝缘性。包覆封装的二氧化硅气凝胶毡制品很好的满足了电动汽车锂离子动力蓄电池国家标准规定的缓冲减振、阻燃、高温隔热保温、强度好能折弯等综合性能指标要求。

电动汽车动力电池包内电池芯热胀冷缩位移动态补偿隔热功能的电芯模组能够为锂电池提供最适宜的工作环境，缓冲减振保障电芯的使用寿命，能够为锂电池提供最适宜的工作环境，缓冲减振保障电芯的使用寿命。当一组电池短路起火时可隔断其他模组电池与火源的接触，将损失降到更小；在冬季优异的保温性能也可为电池提供适宜的工作温度保障电池性能；能够缓冲减振降低电芯的冲击振动的疲劳损伤和内部元件或线路松动的短路发生的概率。。另一方面在汽车电池舱和客舱之间铺设本发明的隔热片，当汽车部件发生燃烧事故时气凝胶毡可以阻止火势蔓延，为乘车人员争取更多的逃生时间。

隔热片用于低温-70℃到高温800℃之间，保温性能好；耐臭氧、样、光及气候老化，野外使用耐候性优良，寿命可达10年；具有绝缘性能；耐化学腐蚀性能好，抗油、防水（可擦洗）；强度高；柔性又有缓冲减振的弹性。

本发明的制备成本低，创新的包覆封装工艺技术适合大批量的产业化制造，将有力支撑我国新能源汽车行业打破国外技术产品垄断和提供性能国际领先的国产化复合材料。目前新能源汽车产业急需电动汽车锂离子动力蓄电池耐高温隔热阻燃缓冲减振用包覆封装的纤维增强的二氧化硅气凝胶毡，来提高电动汽车锂离子动力蓄电池的工作安全可靠性和性能优势的充分发挥，提升我国电动汽车的竞争力和消费者财产和生命安全。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。