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CN114851460B - 渐变弹性材料及其生产模具和生产方法以及方型电池 - Google Patents

渐变弹性材料及其生产模具和生产方法以及方型电池 Download PDF

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CN114851460B CN202210442748.1A CN202210442748A CN114851460B CN 114851460 B CN114851460 B CN 114851460B CN 202210442748 A CN202210442748 A CN 202210442748A CN 114851460 B CN114851460 B CN 114851460B
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Abstract

本发明提出了一种渐变弹性材料及其生产模具和生产方法以及方型电池，该渐变弹性材料生产模具包括：正对设置的第一模具和第二模具，所述第一模具面向所述第二模具的表面为第一表面，所述第二模具面向所述第一模具的表面为第二表面，所述第一表面和所述第二表面形成膨胀空间，所述第一模具和/或所述第二模具上设置有充气孔；韧性膜，所述韧性膜设置在所述第一模具和/或所述第二模具设置有所述充气孔的一侧，所述韧性膜的边缘与靠近所述韧性膜的所述第一模具或所述第二模具贴合形成密封结构，所述充气孔用于向所述密封结构内通入气体，使所述韧性膜形成朝向所述膨胀空间的凸起部。由此，可用于生产厚度相同、密度大小分布不同的渐变弹性材料。

Description

渐变弹性材料及其生产模具和生产方法以及方型电池
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体地，涉及渐变弹性材料及其生产模具和生产方法以及方型电池。
背景技术
电池的电芯之间常设置有缓冲材料，该缓冲材料用于吸收电芯鼓胀变形，另外还可以复合绝缘膜、隔热膜等使其成为具有多重功能的复合膜层。目前，该缓冲材料一般为均质材料，均质材料的生产过程都是通过平面模具进行生产，生产的产品具有均质特性，然而当其应用在电池中时，由于电芯发生鼓胀时，中间变形大，四周变形小，因此，均质材料并不能很好的应对电芯鼓胀。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种渐变弹性材料及其生产模具和生产方法以及方型电池，该渐变弹性材料生产模具结构简单，可用于制备厚度均匀、密度大小分布不同的渐变弹性材料，从而将该渐变弹性材料用于相邻两个电芯之间的缓冲材料，可以解决电芯鼓胀问题，进而提高电池的安全性能。
在本发明的一个方面，提出了一种渐变弹性材料生产模具，包括：正对设置的第一模具和第二模具，所述第一模具面向所述第二模具的表面为第一表面，所述第二模具面向所述第一模具的表面为第二表面，所述第一表面和所述第二表面形成膨胀空间，所述第一模具和/或所述第二模具上设置有充气孔；韧性膜，所述韧性膜设置在所述第一模具和/或所述第二模具设置有所述充气孔的一侧，所述韧性膜的边缘与靠近所述韧性膜的所述第一模具或所述第二模具贴合形成密封结构，所述充气孔用于向所述密封结构内通入气体，使所述韧性膜形成朝向所述膨胀空间的凸起部。由此，通过模具上的充气孔使韧性模形成凸起，液态的弹性材料流过凸起部时，凸起部上方形成局部少料区，凸起部的周边区域形成局部多料区，继续发泡，当原料成为半固态时，将密封结构内的气体放掉，使韧性膜成平面，继续发泡，最终形成厚度均匀的弹性材料后，少料区和多料区的厚度相同，但是少料区材料少，多料区材料多，即可使最终发泡形成的弹性材料成为密度大小不同的渐变弹性材料，将该渐变弹性材料用于相邻两个电芯之间作为缓冲材料使用时，可根据电芯鼓胀情况调整渐变弹性材料的弹性变化趋势，以更好的保护电芯，提高电池的安全性。
根据本发明的一些实施例，所述韧性膜包括多个膜单元，所述膜单元间隔设置，所述膜单元的边缘与靠近所述韧性模的所述第一模具或所述第二模具贴合形成所述密封结构。
根据本发明的一些实施例，所述韧性膜构造为正对的两个，两个所述韧性膜上的所述膜单元大小相同，所述凸起部垂直于所述第一模具或第二模具的截面呈弧形，相邻两个所述凸起部在所述渐变弹性材料生产模具长度方向和/或宽度方向的间距为L，且L满足2mm≤L≤20mm。
根据本发明的一些实施例，所述膜单元的长度为a，且a满足：140mm≤a≤1400mm；所述膜单元的宽度b，且b满足50mm≤b≤250mm。
根据本发明的一些实施例，所述第一表面上的凸起部的最高点到所述第一表面的距离c，且c满足0.2mm≤c≤5mm；和/或所述第二表面上所述凸起部的最高点到所述第二表面的距离为d，且d满足0.2mm≤d≤5mm。
根据本发明的一些实施例，所述第一表面和所述第二表面之间的距离e，且e满足0.5mm≤e≤8mm。
在本发明的另一个方面，提出了一种渐变弹性材料制备方法。包括：(1)通过充气孔向上述渐变弹性材料生产模具的密封结构内通入气体，使韧性膜向朝向膨胀空间的方向形成凸起；(2)向所述膨胀空间内加入液态弹性材料；(3)所述液态弹性材料转变为半固态后，放掉所述密封结构内的气体，使所述韧性膜成为平面，继续发泡；(4)所述弹性材料发泡到目标厚度后，移除所述第一模具和所述第二模具，以获得渐变弹性材料。由此，即可制备密度大小不同的渐变弹性材料，将该渐变弹性材料用于相邻两个电芯之间作为缓冲材料使用时，可根据电芯鼓胀情况调整渐变弹性材料的弹性变化趋势，以更好的保护电芯，提高电池的安全性。
在本发明的又一个方面，提出了一种渐变弹性材料，是由前述的渐变弹性材料生产模具和制备方法得到的。由此，该弹性材料中间密度低、四周密度高，可使用更多场景。
根据本发明的一些实施例，所述渐变弹性材料包括泡棉、橡胶和气凝胶毡中的至少之一。
在本发明的再一个方面，提出了一种方型电池，包括多个电芯和缓冲材料，所述缓冲材料设在相邻两个所述电芯之间，其中，所述缓冲材料包括前述的渐变弹性材料。由此，当其用在电芯间用作缓冲材料时，可根据电芯鼓胀情况调整渐变弹性材料的弹性变化趋势，以更好的保护电芯，提高电池的安全性。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了本发明一个实施例的渐变弹性材料生产模具结构示意图；
图2显示了本发明另一个实施例的渐变弹性材料生产模具结构示意图；
图3显示了本发明另一个实施例的渐变弹性材料生产模具结构示意图；
图4显示了本发明另一个实施例的渐变弹性材料生产模具结构示意图；
图5显示了本发明一个实施例的韧性膜的结构示意图；
图6显示了本发明一个实施例的渐变弹性材料生产模具结构示意图；
图7显示了图2中虚线区域的局部放大图；
图8显示了图3中虚线区域的局部放大图；
图9显示了本发明一个实施例的渐变弹性材料生产模具结构示意图；
图10显示了电池包的局部结构示意图。
附图标记：
100：第一模具；10：充气孔；200：第二模具；300：韧性膜；310：膜单元；1000:渐变弹性材料；2000：电芯。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的一个方面，提出了一种渐变弹性材料生产模具，参考图1，该渐变弹性材料生产模具包括正对设置的第一模具100、第二模具200和韧性膜300。其中，
第一模具100面向第二模具200的表面为第一表面，第二模具200面向第一模具100的表面为第二表面，第一表面和第二表面之间形成膨胀空间，第一模具100和/或第二模具200上设置有充气孔10。具体地，可以仅在一个模具上设置充气孔10，例如，仅在第一模具100上设置充气孔10或仅在第二模具200上设置充气孔10，优选地在两个模具上均设置充气孔10。
韧性膜300设置在第一模具100和/或第二模具200设置有充气孔10的一侧，韧性膜300的边缘与靠近韧性膜300的第一模具100或第二模具200贴合形成密封结构，充气孔10用于向密封结构内通入气体，使韧性膜300形成朝向膨胀空间的凸起部。
根据本发明的一些实施例，当只有一个模具上设置有充气孔10时，例如，参考图1和图2，仅在第一模具100上设置充气孔10，韧性膜300设置在第一模具100具有充气孔10的一侧，韧性膜300的边缘与第一模具100贴合，形成四周密封的韧性膜300，通过充气孔10向密封的韧性膜300内充气，即可使韧性膜300发生鼓胀，形成凸起部。
根据本发明的另一些实施例，参考图3，当仅在第二模具200上设置充气孔10时，韧性膜300设置在第二模具200具有充气孔10的一侧，韧性膜300的边缘与第二模具200贴合，形成四周密封的韧性膜300，通过充气孔10向密封的韧性膜300内充气，即可使韧性膜300发生鼓胀，形成凸起部。
根据本发明的另一些实施例，参考图4，当第一模具100和第二模具200上均设置有充气孔10时，在膨胀空间内可以设置两个韧性膜300，靠近第一模具100的韧性膜300的四周与第一模具100贴合形成密封结构，靠近第二模具200的韧性膜300的四周与第二模具200贴合形成密封结构，通过充气孔10向密封结构内充气，即可使上面的韧性膜300向下鼓胀，下面的韧性膜300向上鼓胀。
本发明所涉及的渐变弹性材料生产模具，由于模具表面具有凸起，液态的弹性材料流过凸起部时，凸起部上方形成局部少料区，凸起部的周边区域形成局部多料区，当原料成为半固态时，将密封结构内的气体放掉或维持较低压力水平，使韧性膜300成为平面继续发泡，最终形成的弹性材料后少料区和多料区的厚度相同，但是少料区材料少，多料区材料多，即可使最终发泡形成的弹性材料成为密度大小不同的渐变弹性材料1000。将其应用于电芯2000之间用作缓冲材料时，如果渐变弹性材料1000受到外力的挤压，密度低的区域即可对应电芯2000膨胀变形较大的区域，由于密度低的区域发泡水平高，弹性比较差，受到外力挤压时形变较大，反作用力较小，密度高的区域即可对应电芯2000膨胀变形较小的区域，由于密度高的区域发泡水平低，弹性好，收到外力挤压时形变较小，反作用力较大，由此，渐变弹性材料1000通过密度上的差异来分散受到外力挤压时对电芯2000的反作用力，使电芯2000受力更均匀，从而提高电池的安全性。
根据本发明的一些实施例，参考图1和图5，韧性膜300可以包括多个间隔设置的膜单元310，膜单元310的边缘与靠近韧性模的第一模具100或第二模具200贴合形成密封结构。具体地，韧性膜300靠近第一模具100设置时，膜单元310的四周与第一模具100贴合形成密封结构，当韧性膜300靠近第二模具200设置时，膜单元310的四周与第二模具200贴合形成密封结构，由此，可通过充气孔10向每一个密封结构内通入气体，使膜单元310鼓胀形成凸起，最终发泡形成的整块弹性材料包括多个厚度均匀、密度渐变的弹性材料，可将整块的弹性材料切割成多个小块的渐变弹性材料1000进行使用，提高生产效率。
根据本发明的一些实施例，参考图4和图6，韧性膜300构造为正对的两个，两个韧性膜300上的膜单元310大小相同，凸起部垂直于第一模具100或第二模具200的截面呈弧形，相邻两个凸起部在渐变弹性材料1000生产模具长度方向和/或宽度方向的间距为L，且L满足2mm≤L≤20mm。具体地，第一模具100和第二模具200上均设置有充气孔10，通过第一模具100向靠近第一模具100的膜单元310充气，通过第二模具200向靠近第二模具200的膜单元310充气，使两个韧性膜300上的膜单元310均朝向膨胀空间鼓胀，由于两个韧性膜300上的膜单元310大小相同、彼此正对且鼓胀后形成的凸起截面为弧形，由此即可形成一整快厚度均匀、密度渐变的弹性材料，每一个膜单元310对应形成的渐变弹性材料1000均为厚度均匀、中间密度低、四周密度高的渐变弹性材料1000。沿相邻凸起之间的间隙进行切割，即可将整张渐变弹性材料1000分割成多个厚度均匀、中间密度低、四周密度高的渐变材料。
根据本发明的一些实施例，充气孔10的位置和数量不受特别限制，例如，充气孔10可以设置在每一个密封结构的中心位置，或者，设置在密封结构的边缘，具体地，本领域技术人员可根据实际过程中想得到的凸起部的大小进行设置。
根据本发明的一些实施例，充气过程中的压力不受限制，本领域技术人员肯根据密封结构的鼓胀程度进行调节。
根据本发明的一些实施例，参考图5，膜单元310的长度为a，且a可以满足：140mm≤a≤1400mm；膜单元310的宽度b，且b可以满足50mm≤b≤250mm。具体地，可根据渐变弹性材料1000的应用进行裁切，例如，当将其应用于电芯2000与电芯2000之间作为缓冲材料时，可根据电芯2000的大小裁切成不同尺寸的渐变弹性材料1000。
根据本发明的一些实施例，参考图2和图7，第一表面上的凸起部的最高点到第一表面的距离c，且c满足0.2mm≤c≤5mm，具体地，可以为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm或4.5mm等；和/或参考图3和图8，第二表面上凸起部的最高点到第二表面的距离为d，且d满足0.2mm≤d≤5mm，具体地，可以为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm或4.5mm等。需要说明的是，c和d的大小可以相同也可以不同，本领域技术人员可根据实际需求进行设计。
根据本发明的一些实施例，参考图4，第一表面和第二表面之间的距离e，且e满足0.5mm≤e≤8mm。也即是说，最终形成的渐变弹性材料1000的厚度可以为1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm或7.5mm。
在本发明的另一个方面，提出了一种渐变弹性材料1000的制备方法，包括：(1)通过充气孔10向前述的渐变弹性材料1000生产模具的密封结构内通入气体，使韧性膜300形成朝向膨胀空间的凸起部；(2)向膨胀空间内加入液态弹性材料；(3)液态弹性材料转变为半固态后，放掉密封结构内的气体，使韧性膜300成为平面，继续发泡；(4)弹性材料发泡到目标厚度后，移除第一模具100和第二模具200，以获得渐变弹性材料1000。具体来说，通过充气孔10向密封结构内充气，使模具上形成如图2、图3或图4所示的凸起，向图2、图3或图4中所示的模具形成的膨胀空间内加入液态的弹性材料，待弹性材料转变为半固态后，放掉密封结构内的气体，使韧性膜为一个平面(参考图9)，弹性材料继续在第一模具100和第二模具200之间形成的膨胀空间内发泡，达到目标厚度后，即可移除第一模具100和第二模具200，获得渐变弹性材料1000。由此，通过模具上的充气孔10使韧性模形成凸起，液态的弹性材料流过凸起部时，凸起部上方形成局部少料区，凸起部的周边区域形成局部多料区，继续发泡，当原料成为半固态时，将密封结构内的气体放掉，使韧性膜300成平面，继续发泡，最终形成厚度均匀的弹性材料后，少料区和多料区的厚度相同，但是少料区材料少，多料区材料多，即可使最终发泡形成的弹性材料成为密度大小不同的渐变弹性材料1000。当其用在电芯2000间用作缓冲材料时，可根据电芯2000鼓胀情况调整渐变弹性材料1000的弹性变化趋势，以更好的保护电芯2000，提高电池的安全性。
根据本发明的一些实施例，弹性材料包括泡棉、橡胶和气凝胶毡中的至少一种。
在本发明的再一个方面，提出了一种方型电池，包括多个电芯2000和缓冲材料，缓冲材料设在相邻两个电芯2000之间，其中，缓冲材料包括前述的渐变弹性材料1000。具体地，参考图9，将渐变弹性材料1000放置于电芯2000之间，当渐变弹性材料1000受到外力挤压时，密度低的中心区域即可对应电芯2000膨胀变形较大的区域，由于密度低的区域发泡水平高，弹性比较差，受到外力挤压时形变较大，反作用力较小，密度高的四周区域即可对应电芯2000膨胀变形较小的区域，由于密度高的区域发泡水平低，弹性好，收到外力挤压时形变较小，反作用力较大，由此，渐变弹性材料1000通过密度上的差异来分散受到外力挤压时对电芯2000的反作用力，使电芯2000受力更均匀，达到保护电芯2000的目的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种渐变弹性材料生产模具，其特征在于，包括：
正对设置的第一模具和第二模具，所述第一模具面向所述第二模具的表面为第一表面，所述第二模具面向所述第一模具的表面为第二表面，所述第一表面和所述第二表面形成膨胀空间，所述第一模具和/或所述第二模具上设置有充气孔；
韧性膜，所述韧性膜设置在所述第一模具和/或所述第二模具设置有所述充气孔的一侧，所述韧性膜的边缘与靠近所述韧性膜的所述第一模具或所述第二模具贴合形成密封结构，所述充气孔用于向所述密封结构内通入气体，使所述韧性膜形成朝向所述膨胀空间的凸起部；
所述韧性膜包括多个膜单元，所述膜单元间隔设置，所述膜单元的边缘与靠近所述韧性膜的所述第一模具或所述第二模具贴合形成所述密封结构。
2.根据权利要求1所述的渐变弹性材料生产模具，其特征在于，所述韧性膜构造为正对的两个，两个所述韧性膜上的所述膜单元大小相同，所述凸起部垂直于所述第一模具或第二模具的截面呈弧形，相邻两个所述凸起部在所述渐变弹性材料生产模具长度方向和/或宽度方向的间距为L，且L满足2mm≤L≤20mm。
3.根据权利要求1所述的渐变弹性材料生产模具，其特征在于，所述膜单元的长度为a，且a满足：140mm≤a≤1400mm；
所述膜单元的宽度b，且b满足50mm≤b≤250mm。
4.根据权利要求2所述的渐变弹性材料生产模具，其特征在于，所述第一表面上的凸起部的最高点到所述第一表面的距离c，且c满足0.2mm≤c≤5mm；和/或
所述第二表面上所述凸起部的最高点到所述第二表面的距离为d，且d满足0.2mm≤d≤5mm。
5.根据权利要求3所述的渐变弹性材料生产模具，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面之间的距离e，且e满足0.5mm≤e≤8mm。
6.一种渐变弹性材料的制备方法，其特征在于，包括：
(1)通过充气孔向权利要求1～5中任一项所述的渐变弹性材料生产模具的密封结构内通入气体，使韧性膜向朝向膨胀空间的方向形成凸起；
(2)向所述膨胀空间内加入液态弹性材料；
(3)所述液态弹性材料转变为半固态后，放掉所述密封结构内的气体，使所述韧性膜成为平面，继续发泡；
(4)所述弹性材料发泡到目标厚度后，移除所述第一模具和所述第二模具，以获得渐变弹性材料。
7.一种渐变弹性材料，其特征在于，是由权利要求6中所述的渐变弹性材料制备方法得到的。
8.根据权利要求7所述的渐变弹性材料，其特征在于，所述渐变弹性材料包括泡棉、橡胶和气凝胶毡中的至少之一。
9.一种方型电池，其特征在于，包括多个电芯和缓冲材料，所述缓冲材料设在相邻两个所述电芯之间，其中，所述缓冲材料包括权利要求7或8所述的渐变弹性材料。
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