背景技術：

1、氣凝膠顆粒可以具有非常低的密度、高孔隙率和小孔徑。氣凝膠，且特別是二氧化硅氣凝膠，表現出低密度和低熱導率，使得它們可用作隔絕(絕緣，insulative)材料。氣凝膠可以通過從水凝膠中除去溶劑來形成，例如通過超臨界干燥技術或通過溶劑置換與環境壓力干燥組合。二氧化硅氣凝膠典型地是親水的，但可以通過使用特定的處理劑賦予疏水性。

2、在最廣泛的意義上，即，當被視為“以空氣作為分散劑的凝膠”時，氣凝膠通過干燥合適的凝膠來制造。當在這個意義上使用時，術語“氣凝膠”包括狹義上的氣凝膠，例如干凝膠和冷凍凝膠(cryogel)。如果在高于臨界溫度的溫度下并且從高于臨界壓力的壓力開始從凝膠中除去液體，則凝膠被指定為狹義上的氣凝膠。與此相反，如果液體以亞臨界方式從凝膠中除去，例如形成液體-蒸氣邊界相，則所得凝膠在許多情況下被稱為干凝膠。應當注意，根據本發明的凝膠是氣凝膠，意指其是以空氣作為分散介質的凝膠。

3、由于它們優異的隔絕性能，氣凝膠已被引入各種類型的制品中，包括設計用于諸如建筑、制冷、管道運輸等應用的熱控制制品(heat?control?article)(例如，片、墊或毯)。越來越受關注的一種應用涉及電動車輛(ev)中的可再充電電池(battery)的隔絕(insulation)。

4、us9399864公開了由具有聚合物粘合劑的氣凝膠顆粒的漿料生產的濕法成網氣凝膠毯。cn112430018公開了浸漬有由二氧化硅粘合劑保留的氣凝膠的纖維紙。cn112522949公開了氣凝膠氈，其中將氣凝膠漿料注入玻璃纖維氈中，然后將玻璃纖維氈浸入含有聚合物固化劑的漿料中。cn112681009公開了用二氧化硅氣凝膠的有機溶液浸漬的雙層紙體系。仍然需要這樣的薄的氣凝膠毯，其保持導熱性和拉伸強度并且具有減少量的可降低隔熱性能并有助于可燃性的諸如粘合劑的組分。

技術實現思路

1、已經發現，用于ev應用的隔絕性間隔物經常遇到與電池單元(蓄電池單元電池，battery?cell)在車輛壽命期間的充電和放電期間的膨脹和收縮的趨勢相關的挑戰。

2、因此，需要解決圍繞電動車輛中的可再充電電池的隔絕的至少一些問題的途徑。特別期望的是顯示出良好的隔熱性能和各種機械性能的隔絕毯。例如，期望隔絕性間隔物具有足夠的機械魯棒性以承受操作(例如，在安裝期間)和運行的機械挑戰并且其可以不太剛性或不可壓縮。

3、本文所述的許多實施方式涉及這樣的熱控制制品，其為柔性隔絕構件，例如非織造毯、片、墊、氈等。所述制品可以通過濕法成網技術由包含氣凝膠顆粒和其它材料的組合物制造。

4、在一些實施方式中，氣凝膠組合物包括氣凝膠顆粒及纖維狀組分，所述纖維狀組分包括選自聚合物纖維及無機纖維的一種或多種材料。氣凝膠顆粒:纖維狀組分的重量比為1:3-10:1。氣凝膠組合物進一步包括基于組合物的總重量計最高達25重量％的聚合物。

5、該組合物可進一步包括諸如ir遮光劑、阻燃劑或火焰阻滯劑、吸熱劑、加工助劑等材料。在熱控制制品的制造中可根據需要包括粘合劑、水、分散劑、乳化劑、絮凝劑等。

6、該組合物可用于例如通過濕法成網工藝制備非織造毯、墊或其它制品，并且據信給成品帶來顯著的益處。因此，本文所述的熱控制制品可具有優異的隔絕性能，例如，從而減少從經歷熱失控的電池單元到相鄰單元或其它電池組件的熱傳播。組合物優選是不易燃的、產生將通過(pass)ul94-v0測試或其它可燃性/燃燒性測試的制品。

7、賦予最終制品的附加益處可包括增加的柔性、可壓縮性、彈性、拉伸強度、和抗沖擊性。允許電池包裝(encasement)膨脹和收縮，這些制品有助于減輕電池隔室(compartment)(例如，單元、模塊和組(pack))的尺寸變化的影響，減少這種類型的循環可對電池材料的磨損(wear-and-tear)。

8、現在將參考附圖更具體地描述并在權利要求書中指出本發明的上述和其它特征，包括構造的各種細節和部件的組合，以及其它優點。應當理解，用于體現本發明的特定方法和裝置是以說明的方式示出的且不是作為對本發明的限制。在不脫離本發明的范圍的情況下，本發明的原理和特征可以在各種各樣的實施方式中采用。

技術特征：

1.氣凝膠組合物，包含：

2.根據權利要求1所述的組合物，其中所述氣凝膠顆粒為二氧化硅氣凝膠顆粒。

3.根據權利要求2所述的組合物，其中所述二氧化硅氣凝膠顆粒是疏水性的。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的組合物，其中所述組合物包含15-65重量％的氣凝膠顆粒，例如，20-60重量％、25-55重量％、30-50重量％、或35-45重量％。

5.根據權利要求1-4中任一項所述的組合物，其中所述氣凝膠顆粒具有在0.1mm-5mm的范圍內的粒度，例如，0.1mm-4mm、0.1mm-1.5mm、或1mm-4mm。

6.根據權利要求1-5中任一項所述的組合物，其中所述氣凝膠顆粒:纖維狀組分的重量比為1:2-10:1、1:3-3:1、1:2-2:1、1.2:1-9:1、1:2-7:1、或1:1-5:1。

7.根據權利要求1-6中任一項所述的組合物，其中所述纖維狀組分以5-55重量％的量存在，例如，10-50重量％、15-40重量％、20-35重量％、或10-30重量％。

8.根據權利要求1-7中任一項所述的組合物，其中所述纖維狀組分包含玻璃纖維、陶瓷纖維、或這兩者。

9.根據權利要求1-8中任一項所述的組合物，其中所述纖維狀組分包含主要纖維和一種或多種次要纖維的共混物。

10.根據權利要求9所述的組合物，其中所述主要纖維包含玻璃纖維或陶瓷纖維，并且，所述次要纖維選自陶瓷棉、玻璃纖維、陶瓷纖維、芳族聚酰胺纖維、pbi纖維、纖維素纖維、棉纖維、碳纖維、丙烯酸類纖維、聚乙烯醇(pva)纖維、酚醛纖維、聚烯烴纖維、以及前者中的任意的混合物。

11.根據權利要求9或10所述的組合物，其中所述次要纖維選自陶瓷棉、玻璃纖維、陶瓷纖維、芳族聚酰胺纖維、和pbi纖維。

12.根據權利要求9-11中任一項所述的組合物，其中所述主要纖維和所述次要纖維在縱橫比、長度、長度分布、直徑、直徑分布和組成的至少一者中不同。

13.根據權利要求9-12中任一項所述的組合物，其中所述主要纖維以大于所述次要纖維的比例存在于所述組合物中。

14.根據權利要求9-13中任一項所述的組合物，其中所述主要纖維和所述次要纖維的重量比為100:1-1:100，例如，50:1-1:50、35:1-1:35、25:1-1:25、15:1-1:15、10:1-1:10、7:1-1:7、5:1-1:5、4:1-1:4、3:1-1:3、或2:1-1:2。

15.根據權利要求1-14中任一項所述的組合物，具有在25℃下的5mw/m·k-32mw/m·k的熱導率，例如，10mw/m·k-30mw/m·k、17mw/m·k-25mw/m·k、或15mw/m·k-25mw/m·k。

16.根據權利要求1-15中任一項所述的組合物，進一步包含遮光劑。

17.根據權利要求16所述的組合物，其中所述遮光劑選自炭黑、云母、氧化鋁、石墨、二氧化鈦、金紅石砂、氧化鐵、碳化硅(sic)、石墨、二氧化鋯、以及這些中的兩種或更多種的組合。

18.根據權利要求16或17所述的組合物，其中所述遮光劑以最高達10重量％的量存在，例如，0.5重量％-8重量％、0.75重量％-5重量％、或1重量％-3重量％。

19.根據權利要求1-18中任一項所述的組合物，其中所述組合物具有0.3-6mm的厚度，例如，0.4-4mm、1-3mm、或1.5-2.5mm。

20.根據權利要求1-19中任一項所述的組合物，其中所述組合物具有0.1-3mpa或0.15-2mpa的拉伸強度。

21.根據權利要求1-20中任一項所述的組合物，進一步包含阻燃劑、火焰阻滯劑、吸熱材料或相變材料中的一種或多種。

22.根據權利要求1-21中任一項所述的組合物，具有0.1-0.6g/cm3的密度，例如，0.15-0.5g/cm3、0.15-0.4g/cm3、或0.2-0.35g/cm3。

23.根據權利要求1-22中任一項所述的組合物，其中所述聚合物包含表面活性劑、分散劑、或這兩者。

24.根據權利要求23所述的組合物，其中所述表面活性劑或分散劑選自離子型(陰離子型和陽離子型)表面活性劑和分散劑、兩性表面活性劑和分散劑、非離子型表面活性劑和分散劑、以及高分子量表面活性劑和分散劑。

25.根據權利要求23或24所述的組合物，其中所述分散劑是陽離子型分散劑，例如，具有2-20的hlb比。

26.根據權利要求23-25中任一項所述的組合物，其中所述陽離子型分散劑包含具有0.1:1-11:1的環氧乙烷鏈節與環氧丙烷鏈節的摩爾比的環氧乙烷和環氧丙烷低聚物。

27.根據權利要求1-26中任一項所述的組合物，其中所述聚合物包含粘合劑。

28.根據權利要求27所述的組合物，其中所述粘合劑選自有機硅、聚氨酯、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、苯乙烯-丁二烯共聚物、和丙烯酸酯(丙烯酸類)聚合物。

29.根據權利要求27或28所述的組合物，其中所述粘合劑選自丙烯酸類聚合物、有機硅、聚氨酯、和這些中的兩種或更多種的組合。

30.根據權利要求1-29中任一項所述的組合物，其中，基于所述組合物的總重量，所述聚合物的重量比例為4-20％、5-10％、10-15％、15-20％、20-25％、5％-15％、或8％-17％。

31.根據權利要求1-30中任一項所述的組合物，進一步包含彈性體顆粒。

32.根據權利要求1所述的組合物，其中聚合物包含絮凝體系，所述絮凝體系包含絮凝劑和絮凝聚合物。

33.根據權利要求31所述的組合物，其中所述絮凝劑是聚合物型的。

34.根據權利要求31或32所述的組合物，其中，a)所述絮凝劑是陽離子型的并且所述絮凝聚合物是陰離子型的，或者，b)所述絮凝劑是陰離子型的并且所述絮凝聚合物是陽離子型的。

35.根據權利要求1-34中任一項所述的組合物，其中所述聚合物包含絮凝體系，所述絮凝體系包含絮凝劑和絮凝聚合物、任選的粘合劑、分散劑、和任選的消泡劑，其中所述組合物中的絮凝體系和任選的粘合劑的總量為3-20重量％，例如4-16重量％。

36.根據權利要求1-35中任一項所述的組合物，其中所述組合物是自支撐的。

37.制造非織造氣凝膠組合物的方法，所述方法包括：

38.根據權利要求37所述的方法，其中所述水性溶劑包含小于5重量％的有機溶劑，例如，小于3重量％或小于1重量％。

39.根據權利要求37或38所述的方法，其中所述水性漿料中的包括所述聚合物型組分在內的固體材料的總量為5重量％-25重量％，例如，5-10重量％、10-15重量％、15-20重量％、或20-25重量％。

40.根據權利要求37-39中任一項所述的方法，進一步包括對脫水絮凝物進行壓縮。

41.根據權利要求37-40中任一項所述的方法，進一步包括對非織造氣凝膠毯進行壓縮。

42.根據權利要求37-41中任一項所述的方法，其中所述氣凝膠顆粒是二氧化硅氣凝膠顆粒。

43.根據權利要求42所述的方法，其中所述二氧化硅氣凝膠顆粒是疏水性的。

44.根據權利要求37-43中任一項所述的方法，其中所述絮凝物和所述上清液中的氣凝膠顆粒的總量為15-65重量％，例如20-60重量％、25-55重量％、30-50重量％、或35-45重量％，不包括所述水性溶劑。

45.根據權利要求37-44中任一項所述的方法，其中所述氣凝膠顆粒具有在0.1mm-5mm的范圍內的粒徑，例如，0.1mm-4mm、0.1mm-1.5mm、或1mm-4mm。

46.根據權利要求37-45中任一項所述的方法，其中所述氣凝膠顆粒:纖維狀組分的重量比為1:2-10:1、1:3-3:1、1:2-2:1、1.2:1-9:1、1:2-7:1、或1:1-5:1。

47.根據權利要求37-46中任一項所述的方法，其中所述纖維狀組分以5-55重量％，例如10-50重量％、15-40重量％、20-35重量％、或10-30重量％的量存在于所述絮凝物和所述上清液中，不包括所述水性溶劑。

48.根據權利要求37-47中任一項所述的方法，其中所述纖維狀組分包含玻璃纖維、陶瓷纖維、或這兩者。

49.根據權利要求37-48中任一項所述的方法，其中所述纖維狀組分包含主要纖維和一種或多種次要纖維的共混物。

50.根據權利要求49所述的方法，其中所述主要纖維包含玻璃纖維或陶瓷纖維，并且所述次要纖維選自陶瓷棉、玻璃纖維、陶瓷纖維、芳族聚酰胺纖維、pbi纖維、纖維素纖維、棉纖維、碳纖維、丙烯酸類纖維、聚乙烯醇(pva)纖維、酚醛纖維、聚烯烴纖維、以及前者中的任意的混合物。

51.根據權利要求49或50所述的方法，其中所述次要纖維選自陶瓷棉、玻璃纖維、陶瓷纖維、芳族聚酰胺纖維、和pbi纖維。

52.根據權利要求49-51中任一項所述的方法，其中所述主要纖維和所述次要纖維在縱橫比、長度、長度分布、直徑、直徑分布和組成的至少一者中不同。

53.根據權利要求49-52中任一項所述的方法，其中所述主要纖維以大于所述次要纖維的比例存在于所述組合物中。

54.根據權利要求49-53中任一項所述的方法，其中所述主要纖維和所述次要纖維的重量比為100:1-1:100，例如，50:1-1:50、35:1-1:35、25:1-1:25、15:1-1:15、10:1-1:10、7:1-1:7、5:1-1:5、4:1-1:4、3:1-1:3、或2:1-1:2。

55.根據權利要求37-54中任一項所述的方法，其中所述非織造氣凝膠組合物具有5mw/m·k-32mw/m·k的在25℃下的熱導率，例如，10mw/m·k-30mw/m·k、17mw/m·k-25mw/m·k、或15mw/m·k-25mw/m·k。

56.根據權利要求37-55中任一項所述的方法，其中混合進一步包括在所述水性漿料中包含遮光劑。

57.根據權利要求56所述的方法，其中所述遮光劑選自炭黑、云母、氧化鋁、石墨、二氧化鈦、金紅石砂、氧化鐵、碳化硅(sic)、石墨、二氧化鋯、以及這些中的兩種或更多種的組合。

58.根據權利要求56或57所述的方法，其中所述遮光劑以最高達10重量％，例如0.5重量％-8重量％、0.75重量％-5重量％、或1重量％-3重量％的量存在于絮凝物和上清液中，不包括所述水性溶劑。

59.根據權利要求37-58中任一項所述的方法，其中所述非織造氣凝膠組合物具有0.3-6mm的厚度，例如，0.4-4mm、1-3mm、或1.5-2.5mm。

60.根據權利要求37-59中任一項所述的方法，其中所述非織造氣凝膠組合物具有0.1-3mpa或0.15-2mpa的拉伸強度。

61.根據權利要求37-60中任一項所述的方法，其中混合進一步包括在所述水性漿料中包含阻燃劑、火焰阻滯劑、吸熱材料或相變材料中的一種或多種。

62.根據權利要求37-61中任一項所述的方法，其中所述非織造氣凝膠組合物具有0.1-0.6g/cm3的密度，例如，0.15-0.5g/cm3、0.15-0.4g/cm3、或0.2-0.35g/cm3。

63.根據權利要求37-62中任一項所述的方法，其中所述聚合物型組分包含表面活性劑、分散劑、或這兩者。

64.根據權利要求63所述的方法，其中所述表面活性劑或分散劑選自離子型(陰離子型和陽離子型)表面活性劑和分散劑、兩性表面活性劑和分散劑、非離子型表面活性劑和分散劑、以及高分子量表面活性劑和分散劑。

65.根據權利要求63或64所述的方法，其中所述分散劑是陽離子型分散劑，例如，具有2-20的hlb比。

66.根據權利要求63-65中任一項所述的方法，其中所述陽離子型分散劑包含具有0.1:1-11:1的環氧乙烷鏈節與環氧丙烷鏈節的摩爾比的環氧乙烷和環氧丙烷低聚物。

67.根據權利要求37-66中任一項所述的方法，其中所述聚合物型組分進一步包含消泡劑。

68.根據權利要求37-67中任一項所述的方法，其中所述聚合物型組分包含粘合劑。

69.根據權利要求68所述的方法，其中所述粘合劑選自有機硅、聚氨酯、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、苯乙烯-丁二烯共聚物、和丙烯酸酯(丙烯酸類)聚合物。

70.根據權利要求68或69所述的方法，其中所述粘合劑選自丙烯酸類聚合物、有機硅、聚氨酯、和這些中的兩種或更多種的組合。

71.根據權利要求37-70中任一項所述的方法，其中所述絮凝物和所述上清液中的聚合物型組分的重量比例為4-20％、5-10％、10-15％、15-20％、20-25％、5％-15％、或8％-17％，不包括所述水性溶劑。

72.根據權利要求37-71中任一項所述的方法，其中混合進一步包括在所述水性漿料中包含彈性體顆粒。

73.根據權利要求37-72中任一項所述的方法，其中絮凝或凝聚中的一者或多者包括向所述水性漿料中添加絮凝劑。

74.根據權利要求73所述的方法，其中所述絮凝劑是聚合物型的。

75.根據權利要求37-74中任一項所述的方法，其中，所述聚合物型組分包括絮凝聚合物，并且，其中，a)所述絮凝劑是陽離子型的并且所述絮凝聚合物是陰離子型的或者b)所述絮凝劑是陰離子型的并且所述絮凝聚合物是陽離子型的。

76.根據權利要求75所述的方法，其中絮凝物和上清液中的絮凝劑、絮凝聚合物和任選的粘合劑的總量為3-20重量％，例如4-16重量％，不包括所述水性溶劑。

77.根據權利要求37-76中任一項所述的方法，其中所述非織造氣凝膠組合物是自支撐的。

78.根據權利要求37-77中任一項所述的方法，進一步包括在所述干燥的氣凝膠組合物上涂覆聚合物或低聚物溶液或乳液并固化所述溶液或乳液以在所述氣凝膠組合物上形成涂覆物。

79.根據權利要求78所述的方法，其中所述涂覆物包含聚烯烴、有機硅聚合物、聚乙烯醇、淀粉、聚四氟乙烯、酚醛聚合物、三聚氰胺聚合物、苯酚甲醛、和丙烯酸類聚合物。

80.根據權利要求37-79中任一項所述的方法，進一步包括用疏水劑處理所述氣凝膠組合物。

81.根據權利要求80所述的方法，其中所述疏水劑選自硅烷化合物、硅氮烷化合物或二硅氧烷化合物。

82.根據權利要求80或81所述的方法，其中，所述疏水劑選自三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、六甲基二硅氮烷和六甲基二硅氧烷。

83.氣凝膠組合物，其通過根據權利要求37-82中任一項所述的方法制得。

84.熱控制制品，其包含根據權利要求1-37和83中任一項所述的氣凝膠組合物。

85.根據權利要求84所述的熱控制制品，其中所述制品是毯、片、氈、或墊。

86.根據權利要求84或85所述的熱控制制品，其中所述制品是柔性非織造毯。

87.根據權利要求84-86中任一項所述的熱控制制品，具有根據ul94-v0的不易燃的可燃性等級。

88.根據權利要求84-87中任一項所述的熱控制制品，具有最高達30mw/m.k的在25℃下的熱導率。

89.根據權利要求84-88中任一項所述的熱控制制品，具有5mw/m·k-30mw/m·k的在25℃下的熱導率，例如，17mw/m·k-30mw/m·k或15mw/m·k-25mw/m·k。

90.根據權利要求84-89中任一項所述的熱控制制品，具有0.09-5mpa的拉伸強度，例如，0.1-3mpa或0.15-2mpa。

91.根據權利要求84-90中任一項所述的熱控制制品，包含所述氣凝膠組合物的多個堆疊層。

92.根據權利要求84-91中任一項所述的熱控制制品，進一步包括獨立地包含織造聚合物氈、泡沫墊、云母片、或導熱材料的一個或多個層。

93.根據權利要求84-92中任一項所述的熱控制制品，其中所述熱控制制品的至少一個表面被聚合物膜覆蓋。

94.根據權利要求93所述的熱控制制品，其中所述聚合物選自有機硅聚合物、聚偏二氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、和氯化聚乙烯。

95.根據權利要求93或94所述的熱控制制品，其中所述聚合物膜包括增強纖維。

96.根據權利要求84-95中任一項所述的熱控制制品，進一步包括涂覆物。

97.根據權利要求96所述的熱控制制品，其中所述涂覆物包含聚烯烴、有機硅聚合物、聚乙烯醇、淀粉、聚四氟乙烯、酚醛聚合物、三聚氰胺聚合物、苯酚甲醛、和丙烯酸類聚合物。

98.電動車輛，其包括根據權利要求84-97中任一項所述的熱控制制品。

99.電池，其包括根據權利要求84-97中任一項所述的熱控制制品。

技術總結
氣凝膠組合物包括氣凝膠顆粒及纖維狀組分，所述纖維狀組分包括選自聚合物纖維及無機纖維的一種或多種材料。氣凝膠顆粒:纖維狀組分的重量比為1:3?10:1。氣凝膠組合物進一步包括最高達25重量％的聚合物，基于該組合物的總重量計。

技術研發人員：張曉峰,S·S·沙利文,J·甘布爾,P·F·佩斯卡托雷,C·班農,S·喬達里
受保護的技術使用者：卡博特公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28