一种芳纶材料电池组件盒的制作方法

1.本发明属于芳纶材料应用技术领域，尤其涉及一种芳纶材料电池组件盒。


背景技术：

2.芳纶又名聚芳酰胺纤维，目前主要包括对位芳纶和间位芳纶。芳纶具有优良的抗冲击、耐疲劳性能、化学稳定性、电气绝缘性能和力学性能，具有持久的热稳定性和优异的阻燃性等。芳纶材料的击穿强度可达到20kv/mm以上，而且可以长时间在高温220℃条件下使用，其在高温下不分解、不熔化。同时，因其自身分子机构决定了芳纶材料具有优异的阻燃性能，该性能不会因使用时间等因素而降低，极限氧指数大于29％，阻燃级别达到vtm-0或者v0级。目前，芳纶材料主要以纤维、纸、板和蜂窝等形式应用于轨道交通、航空航天、特种防护及新能源等领域中，本技术发明中所述的芳纶纸和芳纶板是以芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维为原料，湿法抄造成形，再经热压成形制得，本技术发明中所述的芳纶蜂窝芯材是采用芳纶纸制备而成。
3.我国是世界汽车生产和销售大国，随着经济发展，能源消耗及环境问题不断加剧，发展新能源汽车是符合国家节能减排、低碳经济的重要战略。目前，随着电驱和电池技术的突破，新能源汽车行业发展如火如荼，但汽车作为最重要的交通工具，其安全性能要求也非常高，而针对新能源汽车的电池组件安全也随之得到了重视，降低或杜绝因电池组件工作产生的热量带来的安全隐患显得尤为重要。因此，迫切需要一种绝缘、阻燃的电池组件盒，为电池组件中各电池单元提供优异的绝缘、阻燃性能，又为整个电池组件提供优异的绝缘、阻燃性能。
4.在检索结果中，最接近的对比文件为《芳纶支撑的柔性太阳能电池组件及其制备工艺》(申请号201510630706.0)，该专利公开了一种芳纶支撑的柔性太阳能电池组件及制备工艺，该芳纶支撑的柔性太阳能电池组件包括柔性太阳能电池组件层和封装层，两者之间设有芳纶蜂窝层，柔性太阳能电池组件层、芳纶蜂窝层及封装层之间均通过粘结层粘结。主要是为了解决现有技术不足(即柔性太阳能电池在使用或者安装过程中可能有意弯折过度等应力集中的情况导致电池单元层出现损坏，从而使得电池组件部分失效，降低了柔性太阳能电池组件的可靠性)，在保证柔性太阳能电池组件整体较低面密度的同时，使其具有一定的可弯曲性和对电池单元层较好的保护、支撑特性。
5.发明专利申请(申请号：201921765646.3)公开了一种芳纶复合材料电池易可贴，芳纶纸上方由下至上依次设有阻燃压敏胶和pet膜，芳纶纸下方由上至下依次设有压敏胶和pet离型膜，可有效提高电子产品内置电池的安全性，当电子产品跌落及受到外力冲击时可以缓冲保护电池，降低电池受损风险，当电池受损极端情况时，本专利所述可以吸附电池泄露出来的电解液防止腐蚀电子产品和减低电解液与空气的接触程度，提高电子设备的使用寿命减低电池自燃的风险。该专利主要是针对电池起到缓冲保护作用。
6.实用新型专利申请(申请号：201520610976.0)公开了一种用于电池的间位芳纶纸，包括原纸顶层和原纸底层，原纸顶层的正面设有若干第一凸起，原纸底层的反面设有若
干第二凸起，原纸顶层的反面为周期性正弦曲线形，层与层之间的结构不平整，提高了比表面积和各层之间的结合力，避免了分层问题，且有利于散热，提高了电池的耐高温性，原纸顶层的正面和原纸底层的反面均设有凸起，减少了间位芳纶纸与电池的金属壳体的接触面积，提高了电池的耐腐蚀时间。该专利主要是通过在原纸表面设置凸起，起到提高电池的耐腐蚀时间。
7.发明专利申请(申请号：202110110549.6)公开了一种用于电池的间位芳纶纸及其生产方法，包括上侧纸和下侧纸，两者之间通过热熔压敏胶粘结，有中间层，且两者的侧边设置有用对位芳纶纸制备的侧围条，在上、下侧纸之间加入硅气凝胶材料，与现有技术相比，重量较轻，并且强度、耐热性得到提高，对位纸侧围条对上、下侧纸的受到包裹，使得电池不易进水。该专利主要是采用两层芳纶纸及两者中间结构，降低电池重量，提高强度和耐热性。
8.以上芳纶组件盒都尚未对电池单元之间提供支撑和绝缘性能，无法满足电池组件所需要的绝缘阻燃需求。


技术实现要素：

9.本发明所要解决的技术问题是电池组件盒在电池单元之间需要较好的绝缘、阻燃特性，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种芳纶材料电池组件盒。
10.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
11.一种芳纶材料电池组件盒，所述电池组件盒包括组件盒外壳和电池单元，所述组件盒外壳包括支撑材料、芳纶复合材料及导热层，所述电池单元之间、电池单元与组件盒外壳之间包裹有芳纶复合材料及导热层。
12.电池组件盒内部电池单元间采用芳纶材料进行物理隔绝，以提升电池单元间的电气绝缘和阻燃性能。同时在芳纶材料之间有导热层材料将电池单元产生的热能传递出电池组件盒。
13.优选的，所述支撑材料包括金属和/或塑料，所述芳纶复合材料及导热层将电池单元与组件盒外壳隔绝开。
14.电池组件盒需要固定电池单元并承受电池单元的重量，采用金属或者其他能够支撑的材料均可(如塑料加强结构等)。
15.电池组件盒壳体将电池组件与外部进行物理隔绝，采用包括芳纶纸、芳纶板和芳纶蜂窝复合材料中的一种或多种组合与导热层共同制备成该壳体的内层结构，再与最外层壳体结合共同构成了电池组件盒壳体，使电池组件的电气绝缘性能、阻燃性能得到明显提升，同时该结构也为电池组件盒提供了优异的减振作用、散热性能，很大程度上提升了对电池组件的保护作用。
16.优选的，所述的导热层为导热硅橡胶、导热金属网及导热金属片中的一种或多种。
17.优选的，所述芳纶复合材料包括芳纶纸、芳纶板和芳纶蜂窝复合材料中的一种或多种组合。
18.优选的，所述芳纶复合材料包括芳纶蜂窝复合材料，所述芳纶蜂窝复合材料包括芯材与两侧的包覆层，所述芯材为芳纶蜂窝纸，所述包覆层为芳纶纸和/或芳纶板。
19.芯材为芳纶蜂窝纸经过一系列处理工艺后制备的蜂窝状结构材料，一般常见的芳
纶复合材料是采用环氧板材或者碳纤维面板或者金属板作为包覆层，本技术采用芳纶纸包覆芳纶蜂窝，结构中有更多的材料是芳纶材料，包覆的相容性更好，具有更好的绝缘、耐热及阻燃性能。
20.优选的，所述组件盒外壳的芳纶复合材料包覆层接触并固定电池组件。两侧的芳纶材料蒙皮接触并固定电池单元，同时增强电池单元间的电气绝缘性能，也起到了完全隔绝阻燃作用。
21.优选的，所述芳纶复合材料通过芳纶胶与电池组件相粘接。电池单元间的绝缘和阻燃用芳纶材料通过芳纶胶与电池单元的壳体相粘结，使得该芳纶保护材料与电池单元紧密结合，减少界面移动摩擦，同时也通过使用芳纶胶增强了体系的绝缘和阻燃性能。
22.优选的，所述芳纶纸、芳纶板和芳纶蜂窝复合材料中的芳纶为间位芳纶材料和/或对位芳纶材料。将电池单元与电池单元间进行物理隔绝，同时该材料结构也为电池单元间提供了优异的减振作用，进一步提升了对电池单元的保护作用。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
24.(1)本专利申请的一种芳纶材料制备的电池组件盒，利用芳纶材料对各个电池单元进行隔离保护，起到对电池单元有效的绝缘、阻燃作用，并利用芳纶材料对电池组件整体进行保护，起到与车体绝缘、隔绝阻燃的作用，在电池单元发生极端情况时，能够有效保护其他电池单元、电池组件盒的安全，降低或者杜绝因电池发热产生的燃烧、爆炸等安全隐患。若电池组件中某一电池单元发生燃烧情况，芳纶材料的阻燃特性也会抑制该电池单元的燃烧波及到其他电池单元，减小进一步的危害和损失。
25.(2)电池组件盒内部使用芳纶材料制备而成，基本无其他体系材料，在耐热性能、绝缘性能和阻燃性能方面非常适合用于抑制电池组件在工作中发生的极端安全隐患状况。采用芳纶蜂窝复合材料，对电池单元及电池组件起到了很好的减振作用，这会对电池组件因设备频繁振动、撞击等带来的危害起到了明显的改善。
26.(3)电池组件盒外壳通过芳纶胶与电池组件相粘结，使得该电池组件盒壳体与电池组件紧密结合，减少界面移动摩擦，同时也通过使用芳纶胶增强了体系的绝缘和阻燃性能。
27.(4)电池组件盒内层结构中含有导热层，该层材料将电池组件盒内部产生的热量传输到电池组件盒外，有效地减少了因电池组件盒内部发热而产生的燃烧、爆炸等安全隐患。
28.(5)采用芳纶复合材料和导热层材料作为电池组件盒壳体或者隔绝层，能够有效地隔离电池组件内外部环境温度及各个区域的环境温度，使电池单元不轻易受到外部环境温度或者其他电池单元温度的影响。如在较低的外部环境温度条件下，通过使用芳纶复合材料以减轻电池单元受到外部低温的影响，而同时电池单元工作时产生的热量又能通过导热层较好地传导至电池组件盒外，避免热量累积导致电器单元受到损耗。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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
这些附图获得其他的附图。
30.图1为实施例4电池组件盒示意图；
31.图2为实施例4单个电池单元示意图。
32.图中：1、电池组件外壳；2、芳纶材料层；3、导热层；4、电池单元。
具体实施方式
33.为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
34.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
35.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
36.实施例1：
37.一种芳纶材料制备的电池组件盒，包括内部隔绝结构和电池组件盒外壳。在电池组件盒内部采用芳纶纸对电池单元间进行绝缘和阻燃保护，同时在芳纶纸与芳纶纸之间采用导热层传导热量，在电池组件盒壳体上采用芳纶纸与最外层外壳粘合共同构成电池组件盒外壳。电池组件盒还包括顶盖，其选用材质与底部选用材质一致。
38.芳纶纸是间位芳纶纸。
39.导热层是导热硅橡胶。
40.电池单元间的绝缘和阻燃材料用芳纶纸及导热层，将电池单元与电池单元间进行物理隔绝，提升电池单元间的绝缘性能和阻燃性能，提升了对电池单元的保护作用，加强了电池单元的散热效果。
41.电池单元间的绝缘和阻燃用芳纶纸通过芳纶胶与电池单元相粘结，使得该芳纶保护材料与电池单元紧密结合，减少界面移动摩擦，同时也通过使用芳纶胶增强了体系的绝缘和阻燃性能。
42.组件盒外壳的芳纶复合材料包覆层接触并固定电池组件。
43.芳纶材料制备的电池组件盒的电池组件盒外壳通过芳纶胶与电池组件相粘结，各层材料之间均使用芳纶胶粘结，使得电池组件完整装入该电池组件盒壳体中并紧密结合，减少界面移动摩擦，同时也通过使用芳纶胶增强了体系的绝缘和阻燃性能。
44.同时，电池组件盒内层结构中含有导热层，该层材料将电池组件盒内部产生的热量传输到电池组件盒外，有效地减少了因电池组件盒内部发热而产生的燃烧、爆炸等安全隐患。
45.对电池组件盒中的芳纶材料层中单层芳纶进行击穿电压测试，击穿电压≥1500v，极限氧指数值≥29.5％，阻燃等级为vtm-0。
46.实施例2
47.一种芳纶材料制备的电池组件盒，包括内部隔绝结构和电池组件盒外壳。在电池组件盒内部采用芳纶板和导热层材料对电池单元间进行绝缘和阻燃保护，在电池组件盒壳体上采用芳纶板与最外层外壳粘合共同构成电池组件盒外壳。
48.芳纶板是间位芳纶板。
49.电池单元间的绝缘和阻燃材料用芳纶板，将电池单元与电池单元间进行物理隔绝，该材料结构也为电池单元间提供了一定的减振作用，提升了对电池单元的保护作用。同时，在芳纶板与芳纶板之间采用导热层传导热量，有效地改善了电池单元的散热效果。
50.电池单元间的绝缘和阻燃用芳纶板通过芳纶胶与电池单元相粘结，使得芳纶板与电池单元紧密结合，减少界面移动摩擦，同时也通过使用芳纶胶增强了体系的绝缘和阻燃性能。
51.组件盒外壳的芳纶复合材料包覆层接触并固定电池组件。
52.芳纶材料制备的电池组件盒的电池组件盒外壳通过芳纶胶与电池组件相粘结，使得电池组件完整装入该电池组件盒壳体中并紧密结合，减少界面移动摩擦，同时也通过使用芳纶胶增强了体系的绝缘和阻燃性能。
53.对电池组件盒中的芳纶材料层进行击穿电压测试，击穿电压≥14000v，极限氧指数值≥30.5％，阻燃等级为vtm-0。
54.实施例3
55.一种芳纶材料制备的电池组件盒，包括内部隔绝结构和电池组件盒外壳。在电池组件盒内部采用芳纶纸对电池单元间进行绝缘和阻燃保护，在电池组件盒壳体上采用芳纶板与最外层外壳粘合共同构成电池组件盒外壳，另外，在相邻电池单元包覆的芳纶纸之间采用导热层材料，在电池单元与电池组件盒壳体之间采用导热层材料，各层材料之间相互粘合。
56.芳纶纸是对位芳纶板。
57.芳纶板是间位芳纶板。
58.电池单元间的绝缘和阻燃材料用芳纶纸和导热层材料，将电池单元与电池单元间进行物理隔绝，提升电池单元间的绝缘性能和阻燃性能，并有效改善散热性，提升了对电池单元的保护作用。
59.电池单元间的绝缘和阻燃用芳纶纸通过芳纶胶与电池单元相粘结，使得芳纶纸与电池单元紧密结合，减少界面移动摩擦，同时也通过使用芳纶胶增强了体系的绝缘和阻燃性能。
60.组件盒外壳的芳纶复合材料包覆层接触并固定电池组件。
61.芳纶材料制备的电池组件盒的电池组件盒外壳通过芳纶胶与电池组件相粘结，使得电池组件完整装入该电池组件盒壳体中并紧密结合，减少界面移动摩擦，同时也通过使用芳纶胶增强了体系的绝缘和阻燃性能。
62.对电池组件盒中的芳纶材料层进行击穿电压测试，电池单元间击穿电压≥1500v，电池单元整体与电池组件盒外壳间击穿电压≥15000v，极限氧指数值≥30％，阻燃等级为vtm-0。
63.实施例4
64.一种芳纶材料制备的电池组件盒，包括电池组件外壳1、芳纶材料层2、导热层3和电池单元4。在电池组件盒内部采用芳纶蜂窝复合材料的芳纶材料层2对电池单元间进行绝缘和阻燃保护，在相邻电池单元包覆的芳纶板之间采用导热层3，在电池单元与电池组件盒壳体之间采用导热层材料，在电池组件盒壳体上采用芳纶材料层2与最外层电池组件盒外
壳1粘合共同构成电池组件盒外壳。
65.芳纶蜂窝复合材料是间位芳纶材料。
66.电池组件盒内部电池单元间采用芳纶复合材料和导热层材料进行物理隔绝，以提升电池单元间的电气绝缘、阻燃性能和散热效果。同时该材料结构也为电池单元间提供了优异的减振作用，进一步提升了对电池单元的保护作用。
67.芳纶蜂窝复合材料是采用芳纶纸制备的芳纶蜂窝芯材，并采用芳纶板作为蜂窝芯材两侧的蒙皮，其中一侧的芳纶板蒙皮接触并固定电池单元，同时增强电池单元间的电气绝缘性能，也起到了完全隔绝阻燃作用。
68.电池单元间的绝缘和阻燃用芳纶蜂窝复合材料通过芳纶胶与电池单元相粘结，使得该芳纶保护材料与电池单元紧密结合，减少界面移动摩擦，同时也通过使用芳纶胶增强了体系的绝缘和阻燃性能。各个电池组件盒壳体的芳纶蜂窝复合材料是采用芳纶纸制备的芳纶蜂窝芯材，并采用芳纶板作为蜂窝芯材两侧的蒙皮。其内侧的芳纶板蒙皮通过芳纶胶与导热层粘结，增强电池组件整体的电气绝缘性能，起到电池组件盒对外部的隔绝阻燃作用，另外还改善了散热效果。
69.组件盒外壳的芳纶复合材料包覆层接触并固定电池组件。
70.芳纶材料制备的电池组件盒的电池组件盒外壳通过芳纶胶与电池组件相粘结，使得电池组件完整装入该电池组件盒壳体中并紧密结合，减少界面移动摩擦，同时也通过使用芳纶胶增强了体系的绝缘和阻燃性能。同时该材料结构也为电池组件盒提供了优异的减振作用，很大程度上提升了对电池组件的保护作用。
71.图1为实施例4电池组件盒示意图；图2为实施例4单个电池单元示意图，示意了实施例4芳纶蜂窝复合材料在电池组件和单个电池单元之间的铺设方式。
72.对电池组件盒中的芳纶材料层进行击穿电压测试，电池单元间击穿电压≥15000v，电池单元整体与电池组件盒外壳间击穿电压≥15000v，极限氧指数值≥30％，阻燃等级为vtm-0。
73.实施例5
74.一种芳纶材料制备的电池组件盒，包括内部隔绝结构和电池组件盒外壳。在电池组件盒内部采用上、下两层芳纶纸和中间芳纶板共三层材料复合后对电池单元间进行绝缘和阻燃保护，在相邻电池单元包覆的芳纶复合材料之间采用导热层材料，在电池单元与电池组件盒外壳的内层芳纶蜂窝复合材料之间采用导热层材料，各层材料之间相互粘合。在电池组件盒壳体上采用芳纶蜂窝复合材料与最外层外壳粘合共同构成电池组件盒外壳。
75.芳纶纸是对位芳纶材料。
76.芳纶板是间位芳纶材料。
77.电池组件盒内部电池单元间采用芳纶纸和芳纶板复合材料及导热层材料进行物理隔绝，以提升电池单元间的电气绝缘、阻燃性能和散热效果。同时该材料结构也为电池单元间提供了一定的减振作用，提升了对电池单元的保护作用。
78.芳纶纸和芳纶板复合材料，上、下两层对位芳纶纸分别接触电池单元和导热层材料，在增强电池单元间电气绝缘性能的同时也进一步提高了其阻燃作用。
79.所述的电池单元间的绝缘和阻燃用芳纶纸和芳纶板复合材料通过芳纶胶与电池单元和导热层材料相粘结，使得该芳纶纸和芳纶板复合材料与电池单元和导热层紧密结
合，减少界面移动摩擦，同时也通过使用芳纶胶增强了体系的绝缘和阻燃性能。
80.电池组件盒壳体的芳纶蜂窝复合材料是采用芳纶纸制备的芳纶蜂窝芯材，并采用芳纶板作为蜂窝芯材两侧的蒙皮。其中一侧的芳纶板蒙皮接触导热层材料并间接固定电池组件，同时增强电池组件整体的电气绝缘性能，也起到电池组件盒对外部的隔绝阻燃作用。
81.组件盒外壳的芳纶复合材料包覆层接触并固定电池组件。
82.芳纶材料制备的电池组件盒的电池组件盒外壳通过芳纶胶与电池组件相粘结，使得电池组件完整装入该电池组件盒壳体中并紧密结合，减少界面移动摩擦，同时也通过使用芳纶胶增强了体系的绝缘和阻燃性能。同时该材料结构也为电池组件盒提供了优异的减振作用，很大程度上提升了对电池组件的保护作用。
83.对电池组件盒中的芳纶材料层进行击穿电压测试，电池单元间击穿电压≥13600v，电池单元整体与电池组件盒外壳间击穿电压≥15000v，极限氧指数值≥30％，阻燃等级为vtm-0。
84.对比例1
85.一种电池组件盒，包括内部隔绝结构和电池组件盒外壳。电池单元最外层使用常规蓝色保护膜包裹，电池单元间采用绝缘片材进行隔离，电池单元与绝缘片材之间用胶黏剂粘结。
86.电池单元外层的常规蓝色保护膜为pvc热收缩膜。
87.电池单元间的绝缘片材为pc材质。
88.电池单元之间、电池单元与电池单元组件盒之间导热层是导热硅橡胶。
89.电池组件盒外壳采用smc等材料。
90.对电池组件盒中的材料层进行击穿电压测试，电池单元间击穿电压≥900v，电池单元整体与电池组件盒外壳间击穿电压≥9000v，其中部分材料阻燃等级低于vtm-0。
91.对比例2
92.一种芳纶材料制备的电池组件盒，包括电池组件外壳、芳纶材料层和电池单元。在电池组件盒内部采用芳纶蜂窝复合材料的芳纶材料层对电池单元间进行绝缘和阻燃保护，在电池组件盒壳体上采用芳纶材料层与最外层电池组件盒外壳粘合共同构成电池组件盒外壳。
93.芳纶蜂窝复合材料是间位芳纶材料。
94.电池组件盒内部电池单元间采用芳纶复合材料进行物理隔绝，以提升电池单元间的电气绝缘、阻燃性能。同时该材料结构也为电池单元间提供了优异的减振作用，进一步提升了对电池单元的保护作用。
95.芳纶蜂窝复合材料是采用芳纶纸制备的芳纶蜂窝芯材，并采用芳纶板作为蜂窝芯材两侧的蒙皮，其中一侧的芳纶板蒙皮接触并固定电池单元，同时增强电池单元间的电气绝缘性能，也起到了完全隔绝阻燃作用。
96.电池单元间的绝缘和阻燃用芳纶蜂窝复合材料通过芳纶胶与电池单元相粘结，使得该芳纶保护材料与电池单元紧密结合，减少界面移动摩擦，同时也通过使用芳纶胶增强了体系的绝缘和阻燃性能。各个电池组件盒壳体的芳纶蜂窝复合材料是采用芳纶纸制备的芳纶蜂窝芯材，并采用芳纶板作为蜂窝芯材两侧的蒙皮。其内侧的芳纶板蒙皮通过芳纶胶与电池组件盒内部电池单元间的芳纶蜂窝复合材料粘结，增强电池组件整体的电气绝缘性
能，起到电池组件盒对外部的隔绝阻燃作用。
97.对电池组件盒中的芳纶材料层进行击穿电压测试，电池单元间击穿电压≥15000v，电池单元整体与电池组件盒外壳间击穿电压≥15000v，极限氧指数值≥30％，阻燃等级为vtm-0。但是在电池组件充电和正常工作时，电池组件盒内因电池单元工作产生的热量不能顺畅传导至电池组件盒外部，电池组件盒内部温度升高，严重情况下可能会导致电池单元膨胀、破损甚至爆炸等。
98.与现有技术相比，本技术一种芳纶材料制备的电池组件盒包括内部隔绝结构和电池组件盒外壳，因为芳纶材料自身优异的电气绝缘性能、阻燃性能及芳纶蜂窝复合材料的特性，加上导热层材料具有较好的散热效果，并结合该电池组件盒的特殊结构，其能够为电池单元间提供优异的绝缘、阻燃性能和散热效果，并利用芳纶材料对电池组件整体进行保护，起到与车体绝缘、隔绝阻燃的作用，有效保护电池单元、电池组件盒的安全，降低或者杜绝电池发热产生的燃烧、爆炸等安全隐患。