發(fā)明領(lǐng)域
本公開內(nèi)容涉及用于針對(duì)電能存儲(chǔ)器件中熱失控（thermalrunaway）的保護(hù)的隔熱材料。
背景
電能存儲(chǔ)器件在運(yùn)行中可能故障，且這可導(dǎo)致可產(chǎn)生非常高溫度的局部區(qū)域的存儲(chǔ)的能量的不受控的釋放。例如，各種類型的電池已經(jīng)顯示出在所謂的“熱失控”條件中產(chǎn)生大約600-900℃的溫度[andreyw.golubkov等,thermal-runawayexperimentsonconsumerli-ionbatterieswithmetal-oxideandolivin-typecathodesrscadv.,2014,4,3633–3642]。
這樣的高溫可點(diǎn)燃鄰近的可燃物，由此產(chǎn)生火災(zāi)危險(xiǎn)。升高的溫度也可導(dǎo)致一些材料開始分解并生成氣體。在此種事件期間生成的氣體可能是毒性和/或易燃的，進(jìn)一步增加了與熱失控事件有關(guān)的危險(xiǎn)。
鋰離子電池可使用具有高揮發(fā)性和易燃性的有機(jī)電解質(zhì)。此類電解質(zhì)傾向于在起始于約150℃至200℃的溫度下開始分解并一定會(huì)具有顯著的蒸氣壓（甚至在分解開始之前）。一旦分解開始，則產(chǎn)生的氣體混合物（通常為co2、ch4、c2h4、c2h5f等的混合物）可點(diǎn)燃。電解質(zhì)分解時(shí)此類氣體的生成導(dǎo)致壓力增加且氣體通常被排出至大氣中；然而，該排出過程是危險(xiǎn)的，因?yàn)闅怏w被空氣稀釋可導(dǎo)致爆炸性燃料-空氣混合物的形成，如果其被點(diǎn)燃則可燃燒回有問題的電池中點(diǎn)燃整個(gè)裝置。
已經(jīng)提出將阻燃添加劑引入到電解質(zhì)中，或使用自身不易燃的電解質(zhì)，但這可能犧牲鋰離子電池的功效[e.peterroth等,howelectrolytesinfluencebatterysafety,theelectrochemicalsocietyinterface,summer2012,45-49]。
應(yīng)注意的是，除了易燃?xì)怏w之外，分解也可釋放毒性氣體。
熱失控的問題在包括多個(gè)電池的器件中變得復(fù)雜，因?yàn)猷徑碾姵乜蓮脑撌录形兆銐虻哪芰恳陨咧粮哂谒鼈兊脑O(shè)計(jì)的運(yùn)行溫度并由此被引發(fā)進(jìn)入熱失控。這可導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，其中存儲(chǔ)器件隨著一個(gè)電池點(diǎn)燃鄰近的電池而進(jìn)入一系列連環(huán)的熱失控。
為了防止此類連環(huán)熱失控事件發(fā)生，通常將存儲(chǔ)器件設(shè)計(jì)為或保持所儲(chǔ)存的能量足夠低，或在電池間采用足夠的隔離材料以將它們與鄰近電池中可能發(fā)生的熱事件相隔離，或它們的組合。前者嚴(yán)重限制了可潛在地存儲(chǔ)于此類器件中的能量的量。后者限制了封閉的電池可如何放置并由此限制了有效的能量密度。
當(dāng)前存在由設(shè)計(jì)者采用的多種不同的方法來最大化能量密度，同時(shí)針對(duì)連環(huán)熱失控進(jìn)行防護(hù)。
一種方法是采用冷卻機(jī)構(gòu)，通過該冷卻機(jī)構(gòu)在熱事件期間釋放的能量被主動(dòng)地從受影響的區(qū)域去除并在另一位置（通常是存儲(chǔ)器件之外）被釋放。該手段被認(rèn)為是主動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，因?yàn)槠涑晒σ蕾囉诹硪幌到y(tǒng)的功能有效。這樣的系統(tǒng)并不是故障安全的（failsafe），因?yàn)槠湫枰硪幌到y(tǒng)的介入。冷卻系統(tǒng)也增加了總的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的重量，由此降低了用于其中存儲(chǔ)器件用來提供運(yùn)動(dòng)（例如電動(dòng)載具）的那些應(yīng)用的存儲(chǔ)器件的有效性。冷卻系統(tǒng)在存儲(chǔ)器件中占據(jù)的空間也可降低可實(shí)現(xiàn)的潛在能量密度。
用來防止連環(huán)熱失控的第二種手段是在電池或電池簇（clustersofcells）之間引入足夠量的隔離材料，使得熱事件期間的熱傳熱（thermalheattransfer）速率足夠低以使熱量能夠在整個(gè)電池蓄熱體（thermalmass）內(nèi)擴(kuò)散（通常通過傳導(dǎo)）。該手段被認(rèn)為是被動(dòng)方法并通常從安全優(yōu)勢而言認(rèn)為是更理想的。在該手段中，隔離材料容納熱量的能力，連同所需要的隔熱材料的質(zhì)量規(guī)定了可實(shí)現(xiàn)的能量密度的上限。
第三種手段是通過使用相變材料。這些材料在達(dá)到特定的升高的溫度時(shí)經(jīng)歷吸熱相變。該吸熱相變吸收了一部分生成的熱量并由此冷卻了局部區(qū)域。該手段本質(zhì)上也是被動(dòng)的，并且不依賴于外部機(jī)械系統(tǒng)來起作用。通常，針對(duì)電存儲(chǔ)器件這些相變材料依賴于烴材料，例如蠟和脂肪酸。這些系統(tǒng)在冷卻方面是有效的，但本身是可燃的，并因此一旦點(diǎn)燃在存儲(chǔ)器件中確實(shí)發(fā)生，其在防止熱失控方面并非有益。
用于防止連環(huán)熱失控的第四種方法是通過引入膨脹型材料。這些材料在高于特定溫度下膨脹產(chǎn)生設(shè)計(jì)為輕質(zhì)的焦化物（char）并在需要時(shí)提供隔熱。這些材料在提供隔離益處方面可能是有效的，但在存儲(chǔ)器件的設(shè)計(jì)中必須考慮材料的膨脹。
因此，存在對(duì)紓解前述提案中的問題的用來限制在能量存儲(chǔ)器件中的連環(huán)熱失控的方法的未滿足的需求。
簡要概述
本文公開的發(fā)明（以各種形式）提供包含引入無機(jī)氣體生成吸熱材料的陶瓷基體的材料。在應(yīng)用期間如果溫度升高至高于與正常運(yùn)行相關(guān)的最大水平，本發(fā)明起到提供為防止熱失控目的的多種功能的作用。這些包括：在高溫下提供隔熱；能量吸收；通過升高總壓力來發(fā)起失控中產(chǎn)生的氣體的排出過程；經(jīng)由排出吸熱反應(yīng)期間產(chǎn)生的氣體來從系統(tǒng)中去除吸收的熱量；和稀釋毒性氣體（如存在）并將其從器件中安全驅(qū)除。
詳細(xì)描述
本公開內(nèi)容的隔熱特征在其應(yīng)用的不同階段其性質(zhì)的組合方面是新穎的。在制備后原樣（as-made）狀態(tài)中，材料在小幅溫度上升期間或在熱事件的初始段提供隔熱。在這些相對(duì)低的溫度下，隔離材料用于容納熱量生成同時(shí)允許有限的傳到以緩慢地將熱能擴(kuò)散至整個(gè)蓄熱體。在這些低溫下材料被設(shè)計(jì)為不經(jīng)歷任何吸熱氣體生成反應(yīng)。這提供了允許溫度漂移（temperatureexcursion）而不造成對(duì)隔離材料的任何永久損害的時(shí)機(jī)（window）。對(duì)于鋰離子類型的存儲(chǔ)器件，與漂移或低水平升高相關(guān)的通常范圍是60℃至200℃。通過選擇正確的無機(jī)吸熱材料，設(shè)計(jì)者可選擇在它們選擇的溫度下發(fā)起第二吸熱功能。用于本公開內(nèi)容的典型的無機(jī)吸熱材料的性質(zhì)通常為60℃至顯著高于200℃的范圍，且范例材料包括但不限于表1中的那些材料。
表1
這些吸熱材料通常含有羥基或水合組分，其可與其它碳酸鹽或硫酸鹽結(jié)合。替代性材料包括非水合碳酸鹽、硫酸鹽和磷酸鹽。常見實(shí)例是碳酸氫鈉，其在高于50℃分解以產(chǎn)生碳酸鈉、二氧化碳和水。如果熱事件確實(shí)導(dǎo)致溫度升高到高于所選擇的吸熱氣體生成材料的活化溫度，則將該材料設(shè)計(jì)為開始吸收熱能并由此提供冷卻以及隔熱兩者?？赡艿哪芰课樟咳Q于引入到配制品中的吸熱氣體生成材料的量和類型。對(duì)于給定的應(yīng)用選擇精確的添加量和類型（一種或多種）以配合隔離材料工作使得吸收的熱量足以使隔離材料能夠?qū)⑹Ｓ嗟慕亓舻臒崃總鲗?dǎo)至能量存儲(chǔ)器件的整個(gè)蓄熱體。
通過以受控的方式將熱量分配至整個(gè)蓄熱體，可將鄰近電池的溫度保持在低于臨界分解溫度或點(diǎn)燃溫度。然而，如果通過隔離材料的熱流過于傳導(dǎo)性（conducting），則鄰近的電池將在作為整體的塊體（mass）可驅(qū)散所存儲(chǔ)的熱量之前達(dá)到分解溫度或點(diǎn)燃溫度。
吸熱材料可為單一材料或吸熱材料的混合物。
應(yīng)注意的是，一些材料具有多于一個(gè)的分解溫度。例如，上文提到的具有開始于220-240℃范圍的分解溫度的水菱鎂礦分布分解：首先通過在約220℃下釋放結(jié)晶水；然后在約330℃下通過分解氫氧根離子以釋放更多的水；然后在約350℃下釋放二氧化碳。然而，分解中的這些步驟是固定的，并且不允許控制在什么溫度下吸收熱量和在什么溫度下生成氣體。
通過使用兩種或更多種具有不同分解溫度的吸熱材料的混合物，可在比單獨(dú)一種材料更寬的溫度范圍內(nèi)控制冷卻效果。兩種或更多種吸熱材料可包括一種或多種非氣體生成吸熱材料組合一種或多種氣體生成材料。
通過使用兩種或更多種在不同分解溫度下放出氣體的吸熱材料的混合物，可在比用單獨(dú)一種材料更寬的溫度范圍內(nèi)控制氣體的產(chǎn)生。
因此可定制使用的吸熱材料的數(shù)量與性質(zhì)以給出經(jīng)定制的熱量吸收和氣體放出特征（profile）。
這樣的通過混合不同的吸熱材料的對(duì)熱量吸收和氣體放出特征的定制允許了對(duì)溫度和壓力的發(fā)展的控制以滿足其中使用該材料的設(shè)備的設(shè)計(jì)需求。
例如，根據(jù)本公開內(nèi)容，碳酸氫鈉可與al(oh)3[也稱為ath(三水合鋁)]組合以提供雙重相應(yīng)吸熱材料/體系。在此類示例性的實(shí)施方式中，可預(yù)期碳酸氫鈉在略高于50℃下開始吸收能量并放出氣體，而ath將不會(huì)開始吸收能量并放出氣體直到系統(tǒng)溫度達(dá)到大概180-200℃。
將本公開內(nèi)容的隔離材料設(shè)計(jì)為在典型熱事件（其可達(dá)到超過900℃的溫度）的整個(gè)溫度范圍期間針對(duì)過度收縮是熱穩(wěn)定的。這與基于低熔點(diǎn)玻璃纖維、碳纖維或填料的許多其它材料形成對(duì)比，所述其它材料在高于300℃的溫度下大為收縮并甚至點(diǎn)燃，并且所述隔離材料與膨脹型材料不同，因?yàn)楸景l(fā)明要求保護(hù)的材料不要求設(shè)計(jì)器件組件以承受膨脹壓力。與使用相變材料的其它能量存儲(chǔ)隔離系統(tǒng)不同，本公開內(nèi)容的材料不是有機(jī)的并因此當(dāng)在升高的溫度下暴露于氧氣時(shí)不燃燒。氣體放出和其從能量存儲(chǔ)器件去除熱量并稀釋任何的毒性氣體的雙重目的是新穎的。
本公開內(nèi)容的材料合意地為其中使用該材料的器件提供機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性。本公開內(nèi)容的材料可具有高孔隙度，使材料能夠?yàn)槁晕⒖蓧嚎s的。這在組裝期間可能具有益處，因?yàn)榭蓪⒉考喝肱浜显谝黄?，帶來非常緊密固定的包裝。這進(jìn)而提供汽車、航天和工業(yè)環(huán)境所需的耐振動(dòng)性和耐沖擊性。
如果足夠量級(jí)的熱事件發(fā)生使得吸熱反應(yīng)發(fā)生，本公開內(nèi)容的材料的機(jī)械性質(zhì)改變。氣體的放出可能降低本公開內(nèi)容的材料保持初始組裝壓力的機(jī)械能力。然而，經(jīng)歷熱事件的存儲(chǔ)器件將當(dāng)然不再適合于使用并因此對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言該變化是可接受的。氣體的放出留下多孔的隔離基體。
由吸熱氣體生成材料產(chǎn)生的氣體包括（但不限于）co2、h2o或其組合。這些氣體的放出提供了一系列后續(xù)的功能。首先，在上限正常運(yùn)行溫度和更高的閾值溫度（高于該溫度所述器件易于熱失控）之間的氣體生成可充當(dāng)迫使用于能量存儲(chǔ)器件的排出系統(tǒng)開啟的手段。
氣體的生成可用于部分稀釋熱事件期間生成的任何毒性和腐蝕性蒸氣。一旦排出系統(tǒng)啟動(dòng)，所述氣體用于在其通過排出系統(tǒng)離開器件時(shí)將熱能帶出。由吸熱材料生成氣體也有助于迫使毒性氣體經(jīng)由排出系統(tǒng)離開能量存儲(chǔ)器件。
通過稀釋熱失控期間形成的任何氣體，氣體點(diǎn)燃的潛勢降低。
可以均帶來對(duì)于本公開內(nèi)容所規(guī)定的新穎性能特征的多種方式形成本發(fā)明的實(shí)例。這些包括干壓、真空成型、浸透和直接注射，如下文所概括的。
優(yōu)選實(shí)施方案描述
不具有吸熱氣體生成材料的隔離材料在熱失控期間的性能顯著地差于具有吸熱氣體生成材料的隔離材料的性能。對(duì)于鋰離子存儲(chǔ)器件而言，200–250℃溫度范圍被認(rèn)為對(duì)于熱失控的開始而言是危險(xiǎn)的。
在分別封裝于以下隔離材料的包含6個(gè)5ah鋰離子電池的免維護(hù)電池組構(gòu)造的對(duì)比測試中：
?包含吸熱氣體生成材料的隔離材料[編號(hào)m1–還參見下表10]；和
?不具有吸熱氣體生成材料的隔離材料[編號(hào)m2–真空成型和熱結(jié)合的板]；
將單個(gè)電池破壞以引發(fā)失控并測量該電池和鄰近電池的溫度。
獲得表2的結(jié)果：
這些結(jié)果清楚地證明：
?受損（事故）電池的最大溫度方面的顯著降低（25%）；
?相鄰電池的最大溫度方面的急劇降低（60%或更多）；
歸因于包含吸熱氣體生成材料。
應(yīng)注意的是，在具有吸熱氣體生成材料的情況下，相鄰電池保持在遠(yuǎn)低于200℃，而在不具有吸熱氣體生成材料的情況下，相鄰電池的溫度接近或超過200℃。
本公開內(nèi)容的隔離材料含有陶瓷隔離基體結(jié)合無機(jī)吸熱材料，選擇所述無機(jī)吸熱材料以在高于正常運(yùn)行溫度但低于預(yù)先確定的易于導(dǎo)致由加熱造成的熱失控的溫度下產(chǎn)生排出氣體（off-gassing）。
吸熱材料的量大于零并處于有效提供一些載熱和氣體稀釋作用的量。低至1wt%的氣體生成吸熱材料可能是有效的，取決于器件設(shè)計(jì)，但通常要求和/或需要更高的量。
通常陶瓷基體與吸熱材料的比率可為按重量計(jì)1:19至9:1，且可為按重量計(jì)1:9至6:4。
陶瓷基體通常包含無機(jī)纖維和粘合劑，且可包含顆粒狀材料。
所述顆粒狀材料在性質(zhì)上可為微孔性的，且可包括煅制陶瓷（fumedceramics）、遮光劑（opacifier）及其混合物。
所述粘合劑可包括液體粘合劑、干粘合劑或兩者；以及可為無機(jī)、有機(jī)或兩者。
可存在遮光劑。
取決于產(chǎn)品形式，所述材料可包含水或其它溶劑作為組分。
典型的混合物可為表3的混合物：
表3
其中上文提出的組分總計(jì)為組合物的大于60%，大于70%，大于80%，或大于90%。組分的比例可根據(jù)產(chǎn)品形式變化。
無機(jī)纖維發(fā)揮作用以提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、隔離性質(zhì)和限制在升高的溫度下的收縮。纖維賦予的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度使隔離材料能夠抵御可導(dǎo)致正常運(yùn)行期間或熱事件期間過度開裂的彎曲應(yīng)力。由于纖維不是有機(jī)的或基于純碳的，它們將不燃燒并因此將不貢獻(xiàn)于放熱的熱量生成。在升高的溫度漂移期間，不像在小于900℃（在熱事件期間經(jīng)常達(dá)到）的溫度下燃燒或熔融的那些，由于纖維的耐火性質(zhì)，纖維將用于將基體保持在一起?？墒褂玫睦w維包括陶瓷纖維、e-玻璃纖維、s-玻璃纖維、多晶纖維、含磷（phosphoric）纖維、淋溶二氧化硅（leachedsilica）纖維、石英纖維或氧化鋯纖維。取決于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，無機(jī)纖維可不存在，但通常以3%或更多的量存在。
微孔性隔離材料通常包括無機(jī)氧化物，其中孔徑如此小以致其由于對(duì)流而干涉氣體的平均自由程，同時(shí)也通過使顆粒間的接觸點(diǎn)最小化而使傳導(dǎo)最小化。對(duì)于微孔性材料而言典型材料是陶瓷氧化物粉末，例如鍛制二氧化硅、鍛制氧化鋁、鍛制氧化鋯或其混合物。對(duì)于本公開內(nèi)容而言必需的微孔性材料的量隨能量存儲(chǔ)組裝件的確切性質(zhì)而變，且本公開內(nèi)容涵蓋不具有微孔性材料的實(shí)施方案直至具有高至60%的微孔性材料的實(shí)施方案。
微孔性組分的目的是將受影響的電池隔離至向外流動(dòng)的熱通量足夠低使得可通過傳導(dǎo)將其輸送通過整個(gè)組裝件而不將受影響的電池外的任何點(diǎn)升高至高于熱燃點(diǎn)的水平。出于舉例目的，如果材料隔離足夠小的電池或具有低能量容量的那些，則將需要非常少（若有的話）的微孔性材料。陶瓷纖維基體材料的隔離特征可能是足夠的。然而如果被隔離的電池容納高水平的潛在熱能，則非常高量的微孔性材料可能是必要的以防止鄰近的電池升高至高于點(diǎn)燃溫度同時(shí)如果溫度變得足夠高也為吸熱材料反應(yīng)和吸收能量提供時(shí)間。
遮光劑是在其中溫度上升至輻射熱水平的熱縮鍛條件期間可增加隔離材料性能的組分。類似于上文對(duì)于微孔性組分所描述的，對(duì)于遮光劑的需求取決于能量存儲(chǔ)器件的熱量釋放特征。如果在熱事件期間溫度足夠高以達(dá)到輻射熱溫度，則遮光劑將有助于生成的任何輻射熱的緩慢傳遞。在該應(yīng)用中，微孔性材料、纖維基體或其組合本身針對(duì)輻射熱傳遞均不是有效的。常見的遮光劑材料包括tio2、硅、氧化鋁、粘土（其可充當(dāng)遮光劑和粘合劑兩者）、sic和重金屬氧化物。在正常運(yùn)行溫度下或甚至在熱事件期間的較低溫度下這些遮光劑不為本公開內(nèi)容提供任何功能。遮光劑趨于高成本且非常致密，并因此增加了存儲(chǔ)器件的重量。取決于能量存儲(chǔ)單元的設(shè)計(jì)和熱事件期間熱量釋放的性質(zhì)，對(duì)于遮光劑添加的必要范圍可為0-30%。
吸熱材料組分是本公開內(nèi)容的必要部分。已知大多數(shù)能量存儲(chǔ)器件在60℃或更低下運(yùn)行良好。將本公開內(nèi)容的吸熱材料設(shè)計(jì)為在高于該溫度下開始其反應(yīng)，但優(yōu)選足夠低以致其可在這樣的事件的開始時(shí)刻開始吸收熱事件期間生成的熱能，從而最小化受影響的電池和鄰近的電池中的溫度升高。當(dāng)超過高于正常運(yùn)行溫度的設(shè)定水平時(shí)，吸熱材料吸收熱量并放出氣體。放出氣體用于稀釋、抵消和帶走熱量。同時(shí)，突然生成熱量可用于發(fā)信號(hào)或?qū)е履芰看鎯?chǔ)器件中的排出口開始排出。需要的吸熱材料的量取決于器件配置、能量密度和其余隔離材料組分的熱導(dǎo)率。涉及具有76wt%或更多的吸熱氣體生成材料的材料。
也可調(diào)節(jié)吸熱氣體生成材料的量以實(shí)現(xiàn)所需的氣體生成體積，且對(duì)類型的選擇可用于設(shè)定吸熱的氣體生成應(yīng)發(fā)生的溫度。在高度隔離系統(tǒng)中，可能需要較高的溫度，而在較小隔離的系統(tǒng)中，可能需要較低的溫度以防止相鄰電池中的溫度達(dá)到臨界點(diǎn)燃溫度。將滿足這些要求的典型的無機(jī)吸熱材料包括但不限于包括上文提及的那些。
隔離材料的粘合劑相性質(zhì)上可為無機(jī)或有機(jī)的，但優(yōu)選為無機(jī)的。粘合劑相的目的在于提供足夠的結(jié)構(gòu)完整性以組裝器件，在正常情況期間（duringnormal）將電池保持在適當(dāng)位置并任選在熱事件期間提供機(jī)械穩(wěn)定性。粘合劑的類型和量可變化以允許對(duì)于組裝件而言必要的剛度和使用中的機(jī)械性能。將允許高度柔韌的隔離材料的粘合劑的實(shí)例將為膠乳。淀粉可用于產(chǎn)生更為剛性的構(gòu)造。也可使用熱固性粘合劑，尤其是當(dāng)使用高水平的微孔性材料時(shí)。對(duì)于其中有機(jī)粘合劑是不合意的那些應(yīng)用，則使用無機(jī)粘合劑例如但不限于硅酸鈉、硅酸鉀、膠態(tài)二氧化硅和膠態(tài)氧化鋁。也可使用耐火粘土如高嶺土作為粘合劑。這些粘土還含有水，其在高度升高的溫度下以吸熱的方式揮發(fā)掉以提供進(jìn)一步的益處。可添加至隔離材料的全部無機(jī)粘合劑或?yàn)槿芤?懸浮液形式，或?yàn)楦稍镄问?，這取決于使用的形成方法。
實(shí)施例中描述的組分材料并非全部與通常應(yīng)用的制造途徑相容。為此特定能量存儲(chǔ)器件的設(shè)計(jì)要求可規(guī)定必要的制造途徑。為此下文描述四種不同的制造方法/配制品組合。
干壓
一種制造方法是首先將組分一起干共混，并然后在高壓下將其壓制成所需的初始成形體直到形成微孔性結(jié)構(gòu)。如果需要高度的生坯強(qiáng)度，則可將干熱固性粘合劑添加到共混步驟中，在該情況下在低于氣體將從吸熱材料中放出所處的溫度，但足夠高以固化熱固性粘合劑的溫度下形狀得以保持。這可在壓制步驟期間或后來進(jìn)行。一旦完成，可將得到的成形體機(jī)械加工成指定的設(shè)計(jì)。用于該制造途徑的典型的配制品在以下給出。
表4典型的干壓成形體配制品
預(yù)成型體的浸透
在該方法中，產(chǎn)品在其中首先使纖維組分預(yù)成型為成形體（預(yù)成型體），并然后隨后用含有其余組分的懸浮液浸透的方法來形成。
可使用由其它工業(yè)例如紙漿模塑、紙和陶瓷纖維成形體采用的通常應(yīng)用的真空成型技術(shù)來生成預(yù)成型體。在這些過程中使纖維組分在液體中的稀懸浮液（漿料）接觸網(wǎng)篩，漿料組分隨著液體（通常為水）被抽過而累積在該網(wǎng)篩上。漿料的確切濃度變化以匹配所使用的方法和纖維性質(zhì)。也可將有機(jī)或無機(jī)粘合劑引入到該步驟中。一旦成形體（或扁平材料）建立起所需的厚度，將其從懸浮液中移除并干燥直到實(shí)現(xiàn)足夠的處理強(qiáng)度和開孔孔隙度以允許浸透。
浸透可通過將預(yù)成型體（或扁平材料）浸入到本發(fā)明的其余非纖維組分的懸浮液中來完成。在該方法中毛細(xì)管作用將懸浮液拉到孔隙中置換空氣。如需要，可通過施加真空或壓力來輔助浸透。然后將浸透的部件干燥以除去水。一旦將水去除，粘合劑（如存在）將硬化。然后如需要可進(jìn)一步機(jī)械加工和/或處理得到的材料，或如果適合的話原樣使用。
該制造途徑適用于制備具有高吸熱材料載量（容易地達(dá)到80%載量，且還可擴(kuò)展至更高的載量）的配制品。表5顯示了典型纖維預(yù)成型體的干成分（當(dāng)提及液體粘合劑，這表示液體粘合劑的固化殘余物）。
表5典型的纖維預(yù)成型體配制品（干）
表6顯示典型的浸透懸浮液（當(dāng)提及液體粘合劑，這表示固化前的液體粘合劑）
表6典型的浸透懸浮液
通過該制造途徑制備的所得的本發(fā)明的最終成形體的典型組成在表7中給出（當(dāng)提及液體粘合劑，這表示液體粘合劑的固化殘余物）。
表7經(jīng)浸透的部件的典型的最終配制品
真空成型
浸透技術(shù)的一個(gè)特征是存在非纖維組分的濃度梯度。濃度在外表面最大，且朝向中心降低。這由隔離基體充當(dāng)過濾器并隨著浸透物從表面進(jìn)一步行進(jìn)對(duì)其進(jìn)行限制造成。用于減少不均勻分布的一種方法是在一個(gè)步驟中用全部組分形成部件。在該制造方法中，將全部的組分材料引入起始的稀漿料懸浮液中。然后經(jīng)由在紙漿模塑、紙和陶瓷纖維工業(yè)中通常應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)真空成型技術(shù)使懸浮液成形為所需的成形體（或扁平材料）。然后將所得到的部件或紙干燥并可以制備后原樣使用，或進(jìn)一步機(jī)械加工。該技術(shù)具有產(chǎn)生更為均質(zhì)的成形體的優(yōu)點(diǎn)，但不很好地適合于制備具有非常高載量的非纖維組分的配制品。這是由于成形篩的堵塞（blinding）干擾了懸浮液被拉過的能力。該技術(shù)因此更適合于薄的產(chǎn)品，例如紙，或其中截面厚度小于10mm的近凈成形體（nearnetshape）。對(duì)水懸浮液的使用排除了對(duì)鍛制氧化物的使用，因此這些材料一旦暴露于水則不能生成微孔性結(jié)構(gòu)。
表8顯示了不包含工藝水的典型的真空成型的成形體的化學(xué)組成（chemistry），且其中當(dāng)提及液體粘合劑，這表示未固化的液體粘合劑。
表8典型的真空成型的成形體的化學(xué)組成
可塑產(chǎn)品
本公開內(nèi)容的產(chǎn)品也可以用于形成能量存儲(chǔ)器件的組裝件的可塑材料的形式而非以制品的形式來制備?？伤馨姹镜闹圃焱ǔＪ加谠诨旌掀髦袧穹ɑ旌辖M分直到充分混合（例如持續(xù)約10分鐘）。在該點(diǎn)可添加殺生物劑以防止存儲(chǔ)期間霉菌生長。如需要，也可包含ph調(diào)節(jié)劑。一旦混合完成，則可將可塑產(chǎn)品包裝到填隙（caulking）管或滾筒中用于存儲(chǔ)，并在組裝之前分配。在組裝期間可將可塑材料注射、擠壓或以其他方式置于待隔離的區(qū)域中并將得到的組裝件干燥以去除水。通常，如果使用無機(jī)粘合劑，則經(jīng)干燥的部件將非常緊密地粘附至增加器件結(jié)構(gòu)完整性的非隔離組件。這樣的可塑的發(fā)明幾乎不需要或不需要干燥后的另外的機(jī)械加工。
用于可塑制備方法的典型配制品在表9中給出。由于鍛制陶瓷氧化物的性質(zhì)，不能用水對(duì)它們進(jìn)行濕法處理，因此該制造方法通常排除將它們引入本發(fā)明。
表9典型的可塑配制品
應(yīng)注意的是，存在的液體可包括液體粘合劑，或也包括添加的液體。用于液體粘合劑的固化劑可包括在添加的液體中。
其它形式
所述材料可為泡沫體形式，所述泡沫體為化學(xué)和/或機(jī)械發(fā)泡的。已知發(fā)泡陶瓷用于隔離目的[例如us4596834]，且吸熱材料可構(gòu)成部分的泡沫體組分和/或被后續(xù)浸漬到泡沫體中?？蓪㈩愃朴诳伤芙M合物的組合物發(fā)泡。
典型的組合物
在表10中給出了已經(jīng)證明在本申請(qǐng)中起作用的示例性的組合物。
成形材料的性質(zhì)
上文的描述涉及形成成形體，包括扁平成形體例如板和紙。用于本申請(qǐng)的這些成形體可具有特定的形式。例如所述成形體可包括：
?具有為接收能量存儲(chǔ)器件而成形的凹部的材料主體；
?具有為接收能量存儲(chǔ)器件而各自成形的多個(gè)凹部的材料主體；
?具有兩個(gè)或更多個(gè)具有不同濃度的吸熱氣體生成材料的區(qū)域的材料；
?具有吸熱氣體生成材料的梯度的材料；
?包括具有比材料主體內(nèi)的區(qū)域更高的吸熱氣體生成材料濃度的材料的表面區(qū)域的材料；
?包括具有比材料的不同的表面區(qū)域更高的吸熱氣體生成材料濃度的材料的表面區(qū)域的材料；
材料的選擇
如上文所說明的，材料的產(chǎn)品形式取決于應(yīng)用。以下為可驅(qū)使選擇一種或另一種上文提及的產(chǎn)品形式和材料組分的因素：
?易碎的材料可能比在機(jī)械損傷過程中可變形而無裂紋的材料更易于開裂，因?yàn)殚_裂可為熱量/氣體逸出提供容易的路徑。
?可變形的材料相比于剛性材料較不可能滲透果凍卷（jellyroll）并導(dǎo)致內(nèi)部短路。
?剛性/硬質(zhì)材料可增加隔離材料和包含其的任何器件的強(qiáng)度，使得可減輕碰撞并保護(hù)果凍卷。
?一旦電池或模塊變形，可能合意的是吸熱保護(hù)保持盡可能均勻，由此熱保護(hù)是完好的。
?如果吸熱材料/體系含有水并與對(duì)水敏感的能量存儲(chǔ)器件一起使用，合意地在相關(guān)電存儲(chǔ)器件的正常運(yùn)行溫度中與吸熱材料/體系相關(guān)的水的蒸氣壓低。
?包含多個(gè)電存儲(chǔ)器件的器件的不同區(qū)域可能要求不同水平的吸熱材料，且因此可應(yīng)用在其整個(gè)范圍內(nèi)具有不同濃度吸熱材料的材料。例如所述材料可包括：
○具有比材料主體內(nèi)的區(qū)域更高的吸熱氣體生成材料濃度的表面區(qū)域；和/或
○具有比材料的不同的表面區(qū)域更高的吸熱氣體生成材料濃度的表面區(qū)域。
上文的描述不限制本發(fā)明，且隔離領(lǐng)域的技術(shù)人員將設(shè)想到各種變型，而其仍然落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。