发明内容

在本公开内容的第一方面，提供了一种用于能量存储装置的制品，其包含大于60.0重量％的无机吸热材料(相对于制品的总重量)，并且具有大于0且小于60％(体积/体积)的开孔率，其中无机吸热材料包含涂覆有碳质粘合剂的无机吸热材料颗粒，使得当根据ISO 1716标准测试时，该制品优选地具有小于5重量％的水分重量增加。

在本公开内容的第二方面，提供了一种用于能量存储装置的制品，其包含大于60.0重量％的无机吸热材料(相对于制品的总重量)，并且具有大于0且小于60％(体积/体积)的开孔率，其中无机吸热材料包含涂覆有粘合剂的无机吸热材料颗粒，所述粘合剂优选地包含分解的热塑性粘合剂或由其组成，优选地氧与碳的原子比为至少1:15(即一个或多个氧原子比15个碳原子)。

在本公开内容的第三方面，提供了一种用于能量存储装置的制品，其包含大于60.0重量％的无机吸热材料(相对于制品的总重量)，并且具有大于0且小于60％(体积/体积)的开孔率，其中无机吸热材料包含涂覆有碳质粘合剂的无机吸热材料颗粒，其中当在低于无机吸热材料分解温度的5℃温度下经受74.4kPa的压力时，该制品的变形优选地不大于其原始尺寸的5％或10％。

在本公开内容的第四方面，提供了一种用于能量存储装置的制品，其包含大于60.0重量％的无机吸热材料(相对于制品的总重量)，并且具有大于0且小于60％(体积/体积)的开孔率，其中无机吸热材料包含涂覆有碳质粘合剂的无机吸热材料颗粒，其中该制品具有至少400psi(2.76Mpa)的断裂模量(根据ASTM C203方法I测量)。在一个实施方案中，该制品是独立式制品。在一个实施方案中，该制品被成型。在另一个实施方案中，该制品是模制制品，优选注射模制制品。

在本公开内容的第五方面，提供了一种用于能量存储装置的制品，其包含大于60.0重量％的无机吸热材料(相对于制品的总重量)，并且具有大于0且小于60％(体积/体积)的开孔率，其中无机吸热材料包含涂覆有碳质粘合剂的无机吸热材料颗粒。

所公开的制品组合了：

(i)高比例的吸热材料以吸收能量；

(ii)开孔率，以使气体和相关的热量能够在热失控事件后容易地从制品中去除，并使热源与相邻区域隔离，特别是在正常操作条件下；以及

(iii)碳质粘合剂，其包覆吸热颗粒以将颗粒牢固地结合在一起并保护吸热颗粒不吸收水分。

与依赖于相当大比例的填料(如无机纤维)来赋予所需机械特性的具有类似机械性能的吸热制品相比，本公开能够提供改进的吸热性能。提供可比性吸热材料的吸热制品需要另外的壳体附件来提供机械支撑，或者用于不需要该制品的机械、绝缘和/或散热特性的应用中。

该制品具有高比例的无机吸热材料(而不是有机吸热材料)，以确保该制品具有足够的机械强度以及能量吸收能力。该制品优选地是单片的。该制品优选地是模制的、铸造的、挤压的或压制的制品，甚至更优选是不需要另外的加工操作来进一步成型该制品的模制的、挤压的、铸造的或压制的制品。

碳质粘合剂可以包含分解的有机物质，如热塑性粘合剂和/或表面活性剂。有机物质的分解可以通过热分解等(例如辐射)。原始配制品中使用的热塑性粘合剂和/或表面活性剂需要在制造操作(如注射模制)期间具有低粘度特征(例如在加工温度下小于10Pa.s或小于5.0Pa.s)。由于分解产物的形成，热塑性粘合剂和/或表面活性剂的分解通常导致制品的外观从白色变为米色/棕色。有利的是，热塑性粘合剂和/或表面活性剂的分解导致制品在分解前具有高于热塑性粘合剂和/或表面活性剂的熔点的良好机械强度。出乎意料的是，热塑性粘合剂和/或表面活性剂可以通过低粘度和良好的表面接触有助于形成复杂的制品形状，然后一旦转变成碳质粘合剂，则能够在升高温度(优选高达和高于吸热颗粒的分解温度)下生产具有良好机械特性的制品。在替代方案中，碳质粘合剂可以是除了表面活性剂之外的添加剂，或者是表面活性剂的分解产物。通常，碳质粘合剂可以包括由热塑性粘合剂、任选的添加剂或两者的分解或交联产生的产物。然而，碳质粘合剂可以替代地或者也可以包括不是由热塑性粘合剂、任选的添加剂或两者的分解或交联产生的材料。

成型制品优选地包含低水平的硅酮(即优选小于2重量％，更优选小于1重量％)，最优选地不包含可检测水平的硅酮。这使得制品能够满足终止回收要求。

在一个实施方案中，当在低于无机吸热材料分解温度的5℃温度下经受74.4kPa的压力时，该制品的变形不大于制品原始尺寸的5％或不大于制品原始尺寸的10％(即在施加压力之前)。在另一个实施方案中，当在室温至250℃或300℃或400℃或500℃的温度范围内经历74.4kPa的压力时，该制品的变形不大于制品原始尺寸的5％或不大于制品原始尺寸的10％。

热塑性粘合剂和/或表面活性剂的分解可能导致凝胶形成、交联和/或与吸热材料颗粒表面的结合，从而使碳质粘合剂在较高温度下更具机械弹性。优选地，碳质粘合剂具有高于100℃或高于120℃或高于140℃或高于160℃或高于180℃或高于200℃或高于220℃或高于240℃的熔点。在一个实施方案中，碳质粘合剂的熔点高于无机吸热材料的吸热分解开始温度。在另一个实施方案中，碳质粘合剂不具有熔点。

应理解，术语“分解的热塑性粘合剂”可以包括可能不再是热塑性的粘合剂，同时分解过程形成可能不具有熔点的交联有机化合物或凝胶。分解的热塑性粘合剂和/或表面活性剂可以包含碳-氧键(例如羰基)，如有机酸和/或过氧化物，特别是在分解发生在氧化环境中的情况下。

在一个实施方案中，碳质粘合剂包含为至少1:15或至少1:12或至少1:10或至少1:8或至少1:4或至少1:3或至少1:2的氧与碳的原子比(通过XPS测定)。

在另一个实施方案中，碳质粘合剂包含呈具有至少1.0原子％或至少2.0原子％或至少3.0原子％或至少5.0原子％(通过XPS测定)的O＝C-O物质形式的碳含量。

在另一个实施方案中，碳质粘合剂包含至少1.0原子％或至少2.0原子％或至少3.0原子％或至少5.0原子％(通过XPS测定)的羰基(C＝O)。

该制品可以用于需要吸收能量的任何场合，特别是存在体积设计限制的场合。本公开提供特定优点的应用包括汽车、铁路、海洋和航空工业，如阻燃应用；防止能量存储装置中的热失控级联；以及热敏设备(包括飞行数据记录器设备)的保护。

该制品优选地是用于能量存储装置的壳体。该壳体优选地成型为容纳各种形状和尺寸的电池单元。在一个实施方案中，该壳体包括多个圆柱形凹槽以容纳圆柱形电池(例如18650、21700、26650型电池单元)。典型的圆柱形尺寸范围从直径8.5mm至75mm到长度18mm至70mm之间。

可替代地，该制品可以用作位于能量存储装置内的呈板或片形式的分隔物或隔板(例如，在电池单元或电池单元部件之间；或者在电池单元和其他温度敏感部件之间)。使用片或板可能特别适合于为方形电池单元提供热失控保护。片/板的良好刚性和高MOR强度能够防止操作过程中电池单元的膨胀。

碳质粘合剂(或有机组分)的含量可以在0.5重量％和40重量％之间或在1.0重量％和30重量％之间或在0.5重量％和20.0重量％之间或在1.0重量％至18.0重量％之间或在1.5重量％至16.0重量％之间或在2.0重量％至15.0重量％之间。更高的粘合剂含量降低壳体的无机吸热材料密度，并可能增加收缩和开裂。更低的粘合剂水平可能不利地影响制品的机械特性。此外，过低的粘合剂含量可能不利地影响吸热材料/粘合剂混合物在制造过程中的流动特征，这可能限制能够形成的形状的复杂性。

在一个实施方案中，该制品优选地包含大于65重量％或大于70重量％或大于80重量％或大于90重量％或大于94重量％或大于95重量％或大于96重量％或大于97重量％或大于98重量％的无机吸热材料。

无机吸热材料优选地在分解或反应时产生气体。

在一个实施方案中，该制品包含至少95重量％的无机吸热材料，并且无机吸热材料密度大于吸热材料理论最大密度的60％且小于吸热材料理论最大密度的90％(或小于80％)。该实施方案提供了一种制品，该制品具有高吸热材料含量和足够的开孔率，以有效地从热源中去除吸热材料分解或反应气体(以及相关的热量)。

无机吸热材料密度涉及用于形成该制品的材料的密度，并且不考虑如封闭空腔的设计特征。

可替代地，具有有机吸热材料的制品可以形成包含有机和无机吸热材料组合的制品/壳体的一部分，其中有机吸热材料不仅起到将无机吸热材料颗粒结合在一起的作用，而且还用作在熔化和/或蒸发期间吸收能量的相变材料。在这些实施方案中，该壳体/制品优选地被封闭，以使得有机吸热材料的至少一部分能够相变，同时仍被包含在壳体内。有机吸热材料的逸出可能会导致电池壳体其他部分的污染，以及潜在地产生火灾风险。这些实施方案优选地与压力释放排气口组合，以在无机吸热材料开始分解或反应时使气体能够逸出。

在一些实施方案中，该壳体的碳质粘合剂小于10.0重量％或小于8.0重量％或小于7.0重量％或小于6.0重量％或小于5.0重量％或小于4.0重量％或小于3.0重量％或小于2.5重量％或小于2.0重量％或小于1.5重量％。碳质粘合剂含量越低，该壳体越可能是不易燃和/或不可燃的。可能需要去除成型制品中的一部分碳质粘合剂，以实现所需的碳质粘合剂水平。碳质粘合剂的量优选地足以将颗粒结合在一起至应用中所需的水平，并且可以是至少0.3重量％或至少0.5重量％或至少1.0重量％或至少2.0重量％，以提供足够的碳质粘合剂来保持壳体的机械完整性。足够的碳质粘合剂还涂覆吸热材料的表面，从而有助于壳体疏水，这是能量存储装置的期望特征。优选地，当根据ISO 1716标准测试时，该壳体具有小于10重量％、或小于8重量％、或小于6重量％、或小于5重量％、或小于2重量％、或小于1.5重量％的水分重量增加。

鉴于相对小的颗粒尺寸分布(例如D50<100μm)和因此高的表面积(与较大的颗粒大小相比)和低的粘合剂含量(例如<5重量％)，令人惊讶的是该制品具有如此好的机械和疏水特性的组合。将无机吸热材料的颗粒粘结在一起的碳质粘合剂的平均厚度可以小于400μm或小于300μm或小于200μm或小于100μm或小于80μm或小于60μm或小于40μm或小于20μm。这可以通过计算无机吸热颗粒的表面积和碳质粘合剂的体积来确定。例如，对于表面积为1m²/g的无机吸热颗粒和对于100重量份无机吸热材料具有2重量份碳质粘合剂的残余碳质粘合剂(密度＝0.9g/cm³)含量，平均涂层厚度为22μm。

表达本公开独特性的替代方法是，在一些实施方案中，制品包含每10m²或20m²或30m²或40m²或50m²或60m²或70m²或80m²或90m²或100m²吸热材料颗粒表面积不多于1g的粘合剂负载。

基于每单位体积吸收的能量，该制品/壳体的吸热能力取决于特定吸热材料的分解反应及其密度。该壳体的非吸热部件有损于壳体吸热能力的最大化，因此，包含这些部件将提供功能上的益处。本公开的非吸热材料优选地有助于提供具有足够机械完整性的壳体，同时使得吸热材料能够被注射模制或以其他方式加工成所需形状。

在一些实施方案中，该制品/壳体优选地是不可燃和/或不易燃的。

优选地，如通过DSC在室温和1000℃之间以每分钟20℃的温度升高所测量，该制品/壳体的吸热能力基于质量为至少800J/g或至少900J/g或至少1000J/g或至少1100J/g或至少1200J/g。

优选地，如通过DSC在室温和1000℃之间以每分钟20℃的温度升高所测量，该制品/壳体的吸热能力基于体积为至少600J/cm³或至少800J/cm³或至少1000J/cm³或至少1200J/cm³或至少1400J/cm³或至少1600J/cm³或至少1800J/cm³或至少1900J/cm³。

在一些实施方案中，该制品/壳体几乎全部由吸热材料制成，这有利地提供了高能量吸收能力，同时在正常操作条件下保持机械完整性。出乎意料的是，使用热塑性粘合剂，如石蜡，(优选地与表面活性剂(如脂肪酸)组合)能够以足够的机械完整性将吸热颗粒材料结合在一起，以用作能量存储装置壳体。

优选地，该制品/壳体的断裂模量(根据ASTM C203方法I测量)为至少400psi(2.76MPa)或至少500psi(3.45MPa)或至少600psi(4.17MPa)或至少700psi(4.83MPa)或至少800psi(5.52MPa)或至少900psi(6.21MPa)或至少1000psi(6.89MPa)或至少1100psi(7.58MPa)。

在一些实施方案中，该壳体具有在3％至60％(体积/体积)范围内或在5％至50％(体积/体积)范围内或在10％至40％(体积/体积)范围内或在15％至35％(体积/体积)范围内或在20％至32％(体积/体积)范围内的开孔率。在一些实施方案中，开孔率为至少12％(体积/体积)或至少14％(体积/体积)或至少16％(体积/体积)或至少18％(体积/体积)。开孔率的大小应与模制后去除的热塑性粘合剂和添加剂的比例相关。粘合剂和吸热材料之间的密度差异可能导致不同程度的开孔率。尽管作为指导，对于其中至少一部分粘合剂已被去除的制品，该制品的开孔率的数值(％(体积/体积))通常大于添加的热塑性粘合剂的重量％，因为无机吸热材料的密度可能比粘合剂的密度高2至3倍。在一些实施方案中，开孔率小于60％(体积/体积)或小于40％(体积/体积)或小于35％(体积/体积)，其中较低的开孔率倾向于产生更具机械强度的制品。

合适的吸热材料和开孔率的组合使得该制品的热绝缘特性能够被调整到所需的水平。在一个实施方案中，该制品的热导率(在40℃下测量)不大于5.0W/m.K或不大于4.0W/m.K或不大于3.0W/m.K或不大于2.0W/m.K或不大于1.0W/m.K。

开孔率使得来自产生气体的吸热材料的气体能够容易地逸出(而不会导致过度的破裂)，从而使得气体和热量也能够从该壳体逸出，从而进一步减轻热失控级联的风险。气体(例如H₂O和/或CO₂)的产生还能够剥夺大气中的氧气，特别是在封闭的环境中。更高的开孔率还可以增加该壳体的绝缘特性，从而防止热失控事件附近的电池单元过热。另外，开孔率还有助于提高该制品的硬度。

在本公开的第六方面，提供了一种用于生产成型制品的方法，其包括以下步骤：

a.将包含以下的配制品混合在一起：

i.无机吸热材料的颗粒；

ii.挥发性(fugitive)热塑性粘合剂，其熔点低于无机吸热材料的吸热分解温度；以及任选地

iii.一种或多种添加剂；

b.将混合物加热到高于热塑性粘合剂的熔点且低于无机吸热材料的分解温度；

c.将混合物成型为成型制品；以及

d.从成型制品中去除至少一部分热塑性粘合剂，以留下涂覆无机吸热材料颗粒的碳质粘合剂。

在本公开的第七方面，提供了一种用于生产成型制品的方法，其包括以下步骤：

a.将包含以下的配制品混合在一起：

i.无机吸热材料的颗粒；

ii.热塑性粘合剂，其熔点低于无机吸热材料的吸热分解温度；以及任选地

iii.一种或多种添加剂；

b.将混合物加热到高于热塑性粘合剂的熔点且低于无机吸热材料的分解温度；

c.将混合物成型为成型制品；以及

d.提供导致热塑性粘合剂和任选的添加剂分解或交联以形成碳质粘合剂的条件。

优选地，该方法还包括从成型制品中去除部分热塑性粘合剂的步骤。但是，在一些实施方案中，粘合剂可以不被去除。

成型制品可以任选地在成型(步骤c)之后和任选去除部分热塑性粘合剂之前冷却。

所使用的加工条件可以导致热塑性粘合剂和任选的添加剂的分解或交联，使得碳质粘合剂包含由热塑性粘合剂、任选的添加剂或两者的分解或交联产生的产物。这些加工条件可以包括热和/或大气(例如在氧化气氛中提高热塑性粘合剂和任选的添加剂的温度以促进分解或交联)。可替代地，交联添加剂(例如硬化剂)可以用于在暴露于活化源(例如pH、UV光或其他辐射波长的变化)或催化剂时使热塑性粘合剂交联。

例如，在一个实施方案中，热塑性粘合剂是聚乙烯，并且添加剂(如过氧化物或交联剂(如乙烯基硅烷))和催化剂可以用于将热塑性粘合剂转化成交联(或类似交联)的碳质粘合剂。这样，该制品的机械特性可以在更高的温度下增强。

成型制品优选地是根据本公开的前述方面之一的制品。

可以使用任何合适的成型技术，包括但不限于挤出、铸造模制和粉末注射模制。也可以通过迫使混合物通过模具或将混合物压入模具中来使制品成型。对于复杂的薄壁制品设计，粉末注射模制是优选的。

在一些实施方案中，热塑性粘合剂和任选的一种或多种添加剂优选地包括相变材料。在低于吸热分解或反应开始时相变的相变材料可以有利地调节吸热制品附近的温度。

部分粘合剂的去除优选地通过将该制品加热到高于粘合剂熔点且低于该制品的吸热分解温度的温度来进行。在其他实施方案中，粘合剂在吸收性粉末的存在下被去除，以使得粘合剂的一部分能够被抽出。碳质粘合剂被认为优先地保持在颗粒之间的界面上，并作为颗粒表面上的薄膜。去除的粘合剂和其他有机添加剂形成开放的多孔制品，这有助于吸热材料分解过程中气体的排出。

还可以应用粘合剂去除的替代方法，包括通过化学提取(例如用合适的溶剂溶解一部分热塑性粘合剂)。

优选地，热塑性粘合剂的熔点比无机吸热材料的吸热分解起始温度低至少10℃或至少25℃或至少50℃。能够将粘合剂的温度升高到其熔点以上提供了更大的加工灵活性，因为能够在模制过程中或在去除粘合剂的过程中降低热塑性粘合剂的粘度。较低的粘度使得较薄的粘合剂涂层能够包含无机吸热材料，这有助于使用较低的粘合剂水平。

热塑性粘合剂优选地包括石蜡。

为了使吸热吸收能力最大化，该制品/壳体优选地含有少于15重量％或少于10重量％或少于5wt％或少于2重量％的惰性填料(例如纤维、陶瓷氧化物和/或无机粘合剂)，并且优选地不故意添加惰性填料(即仅作为杂质存在)。该制品优选地由以下组成：吸热材料；热塑性粘合剂和任选的其他添加剂。添加剂(如果存在的话)优选地是有机的，更优选地是有机表面活性剂。

添加剂可以添加至该制品(例如壳体)总重量的5重量％或10重量％或15重量％。

表面活性剂(如脂肪酸)是优选的添加剂。相对于热塑性粘合剂，表面活性剂优选地占5重量％至30重量％，更优选地占10重量％至20重量％。

在一个实施方案中，碳质粘合剂包含热塑性粘合剂和表面活性剂(例如脂肪酸，如硬脂酸)和/或其分解产物。

在去除粘合剂的过程中，粘合剂优选地被分解(尤其是保留在该制品中的碳质粘合剂)。如果粘合剂的热分解在低于吸热材料分解起始温度的温度下开始，这可以通过热分解来实现。优选地，粘合剂的去除发生在热塑性粘合剂的分解温度或其以上。

可替代地，粘合剂可以暴露于辐射以分解粘合剂。粘合剂的分解(或部分分解)被认为促进了交联、凝胶形成或其他机制，以增加粘合剂的反应性并增强其粘合强度，特别是在分解前在高于粘合剂熔点的温度下。

无机吸热材料

无机吸热材料优选地含有金属羟基、水合、碳酸盐、硫酸盐和/或磷酸盐组分，它们在指定的起始分解或反应温度下分解或反应，其中该反应或分解导致能量的吸收。吸热材料的实例包括碳酸氢钠、水碳镁石、石膏、硝酸钠、八水合磷酸镁、氢氧化铝(也称为三水合铝)、水菱镁矿、片钠铝石、氢氧化镁、碳酸镁低水合物、勃姆石、硼酸锌、三氧化锑和氢氧化钙。分解或反应产物优选地是无毒的，如二氧化碳和/或水。

分解或反应产物优选地提供绝缘屏障。应理解，在热失控事件期间，壳体的机械特性可能会劣化，从而留下更多孔的绝缘制品。例如，氢氧化铝将分解成多孔氧化铝制品，如下式所示：

2Al(OH)₃→Al₂O₃+3H₂O

对于防止热失控事件的传播和保护相邻设备的目标来说，电池壳体的机械劣化是次要的，因为热事件可能会使电池模块不可操作。

然而，希望该制品保持其完整性，以使该制品仍能起到绝缘屏障的作用。

表A

为了帮助壳体保持其形状，包含无机纤维的单独部件可以被设置或粘附到该壳体的外表面(例如，在该壳体和外部保护盖之间)。无机纤维(或含有其的纸)优选地本质上是耐火的，并且能够承受超过1000℃的温度(例如607、HT或Kaowool1600纸)。该纤维优选地呈纸或稀松布的形式。根据BS 1902第6部分测试，绝缘屏障的热导率优选地小于0.20W/m.K，更优选地小于0.01W/m.K。

可以选择吸热材料来获得特定的能量吸收温度曲线(参见表A)，其中两种或更多种吸热材料的混合物能够在扩展的温度范围内吸收能量。

在一些实施方案中，吸热材料包含气体产生组分(例如CaCO₃)和非气体产生组分(例如NaNO₃)。

颗粒尺寸分布

为了使该壳体(或其他制品)具有足够高比例的吸热材料，同时还能够形成(例如粉末注射模制)所需的形状，吸热材料优选地具有双峰颗粒尺寸分布。优选地，双峰分布的峰值相隔30至200微米，更优选地相隔50至150微米。

颗粒的相应表面积可以在0.5m²/g和5.0m²/g之间。在一个实施方案中，颗粒的表面积为至少0.8m²/g或至少1.0m²/g。

当混合物是单峰模式时，在获得具有大于总产物的85重量％(脱蜡前)的无机吸热材料的成型制品方面已观察到困难。

如果成型制品由100重量％无空隙的吸热材料制成，则吸热材料的理论最大密度是成型制品的密度(即吸热材料的密度)。该制品/壳体优选地具有大于无机吸热材料的理论最大密度的50重量％或大于其60重量％或大于其70重量％或大于其85重量％或大于其90重量％的无机吸热材料密度。该制品/壳体可以不超过无机吸热材料的理论最大密度的90％或80％或75％。吸热材料(无机和有机)的组合密度优选地是(无机和有机)吸热材料的理论最大密度的50重量％或更大或60重量％或更大或70重量％或大于75重量％或大于80重量％或大于85重量％或大于95重量％。

在一个实施方案中，双峰颗粒分布包括优选地在5至200μm或7至100μm或10至45μm范围内的颗粒d50；优选地在40至400μm范围内且优选地在100至200μm范围内的颗粒d90；以及优选地在1至50μm且优选地在2至10μm范围内的颗粒d10。当与适当的热塑性粘合剂和添加剂组合时，这种颗粒尺寸分布能够形成具有薄壁的成型制品。

当需要小于5.0mm的壁厚时，优选较小的颗粒尺寸分布(例如在10至45μm范围内的d50)。较大的颗粒尺寸分布或单峰颗粒尺寸分布可能足以生产具有较低比例的无机吸热材料(例如<85重量％)和/或具有较高水平开孔率的不太复杂的几何形状或制品。

热塑性粘合剂

热塑性粘合剂可以是挥发性粘合剂，其可以通过低于吸热材料的起始分解或反应温度的热处理被至少部分去除。

在一些实施方案中，热塑性粘合剂是吸热相变材料，如蜡。热塑性粘合剂优选地包含蜡，包括石蜡或大结晶蜡，其是主要由碳数在18至45范围内的正构烷烃构成的热塑性材料。在它们的固体形式中，石蜡是半结晶的，具有低熔点(例如40℃至60℃)和大约150J/g的熔化热。在熔体中，石蜡具有低粘度(例如，60℃时7MPa.s，75℃时5MPa.s以及100℃时3MPa.s)和通常约25mJ/m²的表面张力。

虽然氯化石蜡可以用于增强壳体的阻燃性，但毒性较低的替代品(例如未取代的石蜡)通常是优选的。

在替代实施方案中，热塑性粘合剂可以是聚合物，如聚烯烃(例如聚乙烯，包括低密度聚乙烯)、聚己内酯或具有足够低的熔融温度和粘度以促进无机吸热材料的粉末注射模制(PIM)的任何合适的聚合物。

虽然已知常规吸热组合物包含无机吸热材料和聚合物(即有机吸热材料)，但所需的聚合物含量更高，同时另外的聚合物材料用无机纤维增强(参见US9,399,707)。出乎意料的是，热塑性粘合剂水平明显较低的组合物能够形成机械稳定的制品。

吸热材料的选择将影响热塑性粘合剂的选择，其中吸热分解的起始温度越高，更多种类的熔融温度低于分解起始温度的热塑性粘合剂将是可用的。

在一些实施方案中，粘合剂(或无机吸热材料)可以包括发泡剂，该发泡剂在模制过程中使制品通气，从而降低制品的密度。该制品的封闭孔隙率可以在2％和50％(体积/体积)之间或者在5％和30％(体积/体积)之间。在其他实施方案中，混合物可以包含在加工过程中挥发的挥发性化合物，以进一步增加制品的孔隙率。

添加剂

本领域已知的一系列添加剂可以加入到混合物中，包括但不限于表面活性剂、收缩改性剂、光泽改性剂、阻燃剂、抑烟剂、抗冲改性剂、固化改性剂、粘度或流变改性剂、润湿剂(表面活性剂)、分散剂、交联剂、催化剂、抗氧化剂、发泡剂、润滑剂、脱模剂、胶凝剂、粘性改性剂、流动剂、酸清除剂、消泡剂、加工助剂、填料、无机粘合剂或其组合。

将理解的是，该制品可以全部或部分被涂覆，以增强与导热性和/或导电性相关的表面特性；光滑度或磨损性；以及可操作性或任何其他所需的功能特性。在一些实施方案中，混合物包含颗粒或纤维状无机填料。填料可以用于增强材料和所得壳体的机械特性。已发现少量(例如小于或等于5.0重量％或小于或等于4.0重量％或小于或等于3.0重量％或小于或等于2.0重量％)可以增强机械特性，同时仍保持高吸热材料密度。大于0.1重量％或更大或0.5重量％或更大的填料可以提供机械特性方面的益处。

为了使制品设计具有更大的设计选择，优选地添加润滑剂和/或表面活性剂的使用。润滑剂和/或表面活性剂涂覆吸热颗粒表面，并且能够以足够的机械完整性注射模制(或其他成型技术)更高的吸热材料含量，同时能够实现更薄的壁厚。

热塑性粘合剂组合物优选地包含硬脂酸，该硬脂酸除了是吸热相变材料之外，还在粉末注射模制过程中起到润滑助剂和表面活性剂的作用。硬脂酸是一种饱和脂肪酸，具有18碳链且熔点为69℃。硬脂酸被认为涂覆吸热材料颗粒的表面并防止颗粒之间的直接接触。硬脂酸不足以覆盖颗粒表面被认为会导致颗粒聚结和悬浮液粘度增加。表面活性剂含量(例如硬脂酸或其他脂肪酸)高达总有机物质的8.0重量％；或高达混合物的5.0重量％提供了有利的效果，但是更高的量可能导致粘合剂热去除过程中的破裂。

表面活性剂被认为有助于吸热颗粒结合在一起，特别是在热分解过程中，这有助于反应基团(例如羧基或羰基)与吸热颗粒表面以及热塑性粘合剂的反应。因此，所得表面层既疏水又能在高于表面活性剂和热塑性粘合剂的初始熔融温度的温度下牢固地保持吸热颗粒之间的结合。

不受限制地，可以单独使用或作为混合物使用的合适的有机添加剂包括聚乙二醇、癸酸、反油酸、月桂酸、十五烷酸、三硬脂酸甘油酯、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、乙酰胺、富马酸甲酯、甲酸、辛酸、甘油、D-乳酸、棕榈酸甲酯、莰苨酮、二庚基酮、苯酚、十七烷酮、1-环己基十八烷、4-十七烷酮、对甲苯胺、氨氰、二十烷酸甲酯、3-十七烷酮、2-十七烷酮、氢化肉桂酸、鲸蜡醇、萘胺、莰烯、邻硝基苯胺、9-十七烷酮、百里香酚、山嵛酸甲酯、二苯胺、对二氯苯、草酸盐、次磷酸、邻二甲苯二氯化物、氯乙酸、硝基萘、三肉豆蔻酸甘油酯、十七烷酸、蜂蜡、乙醇酸、对溴苯酚、偶氮苯、丙烯酸、二硝基甲苯、苯乙酸、烯丙基硫脲、溴代樟脑、杜烯、苄胺、溴苯甲酸甲酯、α-萘酚、戊二酸、对二甲苯二氯化物、儿茶酚、醌、乙酰苯胺、琥珀酸酐、苯甲酸、苯乙烯、苯甲酰胺或其任何组合。

在一个实施方案中，表面活性剂包含羰基。羰基提供了反应性基团，该反应性基团能够在制品的加工过程中反应以结合吸热颗粒和/或热塑性粘合剂。

电池壳体设计

电池壳体优选地包括多个凹槽以容纳多个电池单元。电池单元可以是任何形状，包括圆柱形、棱柱形、纽扣形和袋形。每个电池单元的容量将决定可能的热失控事件的大小和壳体材料的能量吸收能力的量，该能量吸收能力是减轻在一个电池单元中发生的热事件传播到相邻电池单元中引起热事件的风险所需要的。

电池壳体设计优选地使得每个电池单元至少部分地被吸热材料包围，以限制热失控事件期间热量产生的严重性，并且使相邻电池单元与产生的热量绝缘，以防止事件迁移到相邻电池单元。

壳体设计优选地被成型用于容纳电池单元，并且同样地，可以包括多个符合电池单元形状的空腔(例如圆柱形、棱柱形、纽扣形或袋形)。

在一个实施方案中，电池壳体包括多个凹槽，其中每个凹槽与相邻凹槽的距离小于20mm或小于10mm或小于5mm或小于2.5mm。该壳体优选地包括至少2或3个凹槽或至少5个凹槽或至少7个凹槽或至少9个凹槽。

为了增加电池模块的能量密度，电池单元应紧密地间隔在一起，同时最小化电池壳体壁或隔板。最小壁厚可以由多种设计约束决定，包括但不限于：

·成型(例如粉末注射模制)工艺的局限性；

·壳体的机械强度要求；

·壳体所需的能量吸收能力；以及

·壁的绝缘特性。

对于小容量电池(例如10Ah或更小；或5Ah或更小；或2Ah或更小或1Ah或更小)，电池壳体内的最小壁厚通常小于20mm或10mm，尽管最小壁厚可以随着电池容量和壳体设计成比例地增加。

本公开的配制品和成型工艺能够使最小壁厚低至例如0.50mm，尽管其他设计限制，如壳体能量吸收能力通常要求最小壁厚为至少0.8mm或至少1.0mm。

在一个实施方案中，最小壁厚在0.5mm至20mm或1.0mm至10mm或2.0mm至5.0mm的范围内。

高吸热材料含量、高机械强度和与薄壁形成复杂形状的能力的独特组合提供了高度的设计灵活性。空腔的功能可以是结合控制制品孔隙率的能力来降低制品的总重量。

空腔可以放置在制品内，使得制品的能量吸收能力不会减弱。这可以通过提供一种制品来实现，该制品包括与能量存储装置的能量释放分布对齐的能量吸收密度分布(即，在能量释放能量越高的地方，能量吸收密度越高)。包含一个或多个间隔空腔还具有进一步改善能量存储装置和制品的一个或多个外壁之间的制品绝缘特性的效果。

空腔的大小和形状可以由能量存储装置的能量吸收要求以及所使用材料的机械特性决定。在一个实施方案中，成型制品可以包括一个或多个空腔。空腔优选地由最小壁厚在0.5mm至20mm范围内的一个或多个壁限定。在一个实施方案中，空腔是开放的空腔，这使得成型制品在加工过程中能够有效地脱蜡。在其他实施方案中，空腔是封闭的或密封的空腔。密封的空腔可以用于在制品内存储相变材料，以更好地调节能量存储装置的温度，从而优化电池存储。在其他实施方案中，空腔被设计成容纳电池传感器和/或电池管理系统的其他组件。

在其他实施方案中，空腔包括对空腔内的温度和/或压力敏感的存储流体；和壳体传感器(优选远程传感器)，其监控流体的状况(例如温度和/或压力)。传感器能够监控能量存储装置的状况，并与电池管理系统通信，以在可能的热失控事件之前关闭能量存储模块。

为了在电池模块的正常操作期间分配和均衡电池单元的热量，电池壳体/制品可以由具有相对高热导率的材料制成。合适的实例是吸热材料，如金属氢氧化物(例如，氢氧化铝)。吸热材料的导电性可以通过添加导电组分，如石墨或碳(包括碳纳米管和石墨烯)来进一步增强。可替代地，相邻电池单元的吸热材料的表面可以涂覆有导电涂层，使得在“热点”的情况下，温度可以有效地传导到整个能量存储装置，以激活更大比例的吸热材料，从而更有效地吸收电池单元内发射的能量，以防止热失控。

在另一个实施方案中，该壳体可以包括单独的容纳格构件，该容纳格构件包括多个开口以容纳电池单元。格构件材料可以包括导电材料，如石墨或金属，其可以是开孔或泡沫结构。

出于本公开的目的，参考壳体的实施方案(制品的特定实施方案)也将被视为参考制品。

出于本公开的目的，术语“分解的”意指从原始化学结构的转变，包括加工过程中化学结构的分解或反应(例如，热和/或氧化和/或辐射降解)。

术语“有机组分”是指热塑性/碳质粘合剂和有机添加剂的组合。

术语“类似交联的碳质粘合剂”是指当用于粘合制品时，当在室温至220℃或至500℃的温度范围内经受74.4kPa的压力时，其变形能够不大于制品原始尺寸的5％的碳质粘合剂。类似交联的碳质粘合剂可以包括分解的热塑性粘合剂。类似交联的碳质粘合剂可以含有热塑性粘合剂的一部分。类似交联的碳质粘合剂可以包含交联的或形成凝胶的碳链。

术语“开孔率”是指构成成型制品的材料的开放空隙空间(即材料微结构中固有的)，但不包括形成成型制品设计的一部分的机械加工、模制或其他制造的开放空隙空间(例如冷却通道)。

出于本公开的目的，术语“分解的热塑性粘合剂”或“分解的残余粘合剂”或“分解的粘合剂”意指热塑性粘合剂和有机添加剂(包括表面活性剂)的分解产物。