电池单元热失控屏障

本发明涉及一种用于至少显著减缓电池组件(例如，如在电动车辆中使用的电池组件)内热失控事件的屏障。

背景技术

电动车辆或混合动力车辆(例如，汽车)中使用的电动机至少部分地由电池供电。锂离子电池通常用于此类应用，并且其呈三种形式可用：棱柱单元、小袋单元或圆柱形单元。这些电池紧凑地设置在车辆内以节省空间。有时，电池单元或电池模块中的一者或多者经历热失控事件，这可导致电池单元或电池模块中的许多电池单元或电池模块(如果不是全部的话)过热并被破坏。行业内期望防止、停止或至少显著减缓此类热失控事件。本发明为此作出贡献。

此处提供的背景描述是为了总体上呈现本公开的背景的目的。在此背景技术部分中描述本公开的范围内，目前命名的发明人的工作，以及在提交时可能无法以其他方式视为现有技术的说明书的方面，未明确或暗含地承认为反对本公开的现有技术。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种热失控屏障，该热失控屏障包括非织造纤维热绝缘层，该非织造纤维热绝缘层包括无机纤维的纤维基质、分散在该纤维基质内的不可逆或永久膨胀的可膨胀无机材料的热绝缘无机粒子和分散在该纤维基质内以便将该纤维基质固持在一起的粘结剂。还可包括任选的有机包封层以用于封闭该非织造纤维热绝缘层。还可包括任选的无机包封层以用于封闭该非织造纤维热绝缘层。

在本发明的另一方面，提供了一种用于电动车辆的电池单元模块或组件。该电池单元模块或组件包括设置在壳体中的多个电池单元和多个根据本发明的热失控屏障。这些电池单元排列成行或叠堆，其中在每对相邻的电池单元之间、或在预定数量的电池单元之间(例如，在每三个电池单元之后)、或在电池模块之间设置一个热失控屏障。

在本发明的另外的方面，提供了一种用于制备根据本发明的热失控屏障的方法，其中该方法包括使用湿法成网工艺或干法成网工艺形成非织造纤维热绝缘层。

本发明的上述发明内容并非旨在描述本发明的每个公开的实施方案或每种实施方式。以下描述更具体地举例说明了例示性实施方案。在本申请全文的若干处，通过实施例列表提供了指导，这些实施例能够以各种组合使用。在每种情况下，所引用的列表都只用作代表性的组，并且不应被理解为排他性列表。

附图说明

对应于所包括的附图的描述可在该描述内。

图1是可用于热失控屏障应用的纤维基质层和任选的包封层的示意性端视图。

图2是电池单元的电池模块的示意性侧视图，其中热失控屏障设置在相邻的电池单元之间。

图3是电池模块的电池组的示意性俯视图，其中热失控屏障放置在相邻的电池模块之间和/或电池模块的顶部。

图4是用背面有粘合剂的有机聚合物层包封的热失控屏障的摄影透视图，该背面有粘合剂的有机聚合物层具有释放衬垫和膨胀气体出口/凹口。

图5是根据本发明的一个实施方案的用于制造电池单元热失控屏障的干法成网工艺的示意性侧视图。

图6是根据本发明的一个实施方案的热失控屏障的一个实施方案的剖视图，示出了通过包封膜形成的多个膨胀通气孔。

图7是根据本发明的另一个实施方案的热失控屏障的另一个实施方案的剖视图，示出了通过包封膜形成的凹口形式的多个膨胀通气孔。

图8是热失控屏障的附加实施方案的顶部平面图，该热失控屏障具有通过包封膜形成的两种不同类型的膨胀通气孔。

具体实施方式

在描述本发明的优选实施方案时，为清楚起见，将使用具体的术语。然而，本发明并非意图受如此所选特定术语的限制，并且每个如此所选术语都包括相似地工作的所有技术等同物。

如本文所用，术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本文所述的实施方案。然而，在相同的情况或其他情况下，其他实施方案也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其它实施方案是不可用的，且并非旨在将其它实施方案排除在本发明范围之外。

如本文和所附权利要求中所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个/一种(a/an)”和“该/所述”包括复数对象。因此，举例来说，提及“一个/一种”或“该/所述”部件可包括本领域技术人员已知的一个或多个部件或其等价物。另外，术语“和/或”意指所列元件中的一个或全部或者所列元件中的任何两个或更多个的组合。

值得注意的是，术语“包括”及其变型在出现在所附说明书中时不具有限制性含义。此外，“一个”、“一种”、“该”、“至少一个”及“一个或多个”在本文中可互换使用。本文可使用相对术语诸如左、右、向前、向后、顶部、底部、侧、上部、下部、水平、竖直等，并且如果是这样，则它们来自在附图中所观察的视角。然而，这些术语仅用于简化描述，而并非以任何方式限制本发明的范围。

贯穿本说明书的对“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”的引用，意指结合实施方案描述的具体特征、结构、材料或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书的多处出现的短语，诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”，不是必须指本发明的相同实施方案。在适用的情况下，商品名以全部大写的字母列出。

术语“和/或”意指所列要素中的一个或全部或所列要素中的任何两个或更多个的组合(如防止和/或处理苦恼意指防止、处理或既处理又防止进一步的苦恼)。

如本文所用，术语“或”通常按其包括“和/或”的意义使用，除非上下文清楚表明并非如此。

另外，在本文中，通过端点表述的数值范围包含该范围内所含的所有数值(例如，1至5包含1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。

“环境条件”意指在25℃和101.3kPa的压力。

除非另外指明，否则“平均”意指数均。

“连续的”意指沿着给定层跨单个统一区域延伸(打孔的片材可为连续的)；

“固化”是指暴露于呈任何形式的辐射、加热，或使其经历导致硬化或粘度增加的物理或化学反应。

“不连续的”意指沿着给定层跨多个分立区域延伸，其中这些分立区域彼此间隔开；

“大小”是指给定对象或表面的最长尺寸。

“基本上”意指在显著程度上，如至少50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％、或99.999％、或100％的量。

“厚度”意指层或多层制品的相对两侧之间的距离。

通过端点表述的数值范围包括以具有与由规定范围的端点指示的准确度相称的增量包含在该范围内的所有数字(例如，对于从1.000到5.000的范围，增量将为0.001，并且范围将包括1.000、1.001、1.002等，1.100、1.J 01、1.102等，2.000、2.001、2.002等，2.100、2.101、2.J 02等，3.000、3.001、3.002等，3.100、3.101、3.102等，4.000、4.001、4.002等，4.100、4.101、4.102等，5.000、5.001、5.002等，至多5.999)以及该范围内的任何范围，除非另外明确指明。

术语“聚合物”应理解为包括聚合物、共聚物(例如，使用两种或更多种不同单体形成的聚合物)、低聚物以及它们的组合，以及可形成为可混溶共混物的聚合物、低聚物或共聚物。

以下所选实例仅仅是为了进一步说明本发明的特征、优点和其它细节。然而，应当明确地理解，虽然这些实例可起到示例之用，但是不应以不当地限制本发明范围的方式理解其所用的具体成分、量以及其它条件和细节。

参考图1，可用于热失控屏障应用中的纤维基质层10包含非织造无机(即非金属)或其他形式的耐热纤维绝缘材料、热绝缘陶瓷或其他形式的非金属无机粒子以及有机或无机粘结剂。如本文所用，非金属意指其不是金属或金属合金。任选地，纤维基质层10用有机聚合物层12包封。

参考图2，示例性电池模块20包括电池单元22的组件和多个热失控屏障24。每个热失控屏障24可呈一个或多个纤维基质层10的形式，具有或不具有包封12，并且可由本文所述的示例性材料制备。在贯穿电池模块20的一个或多个位置处，热失控屏障24可设置在相邻的电池单元22之间、单元22的组之间或两者。通常，电池模块20搁置在冷却板26和托盘28上方。

参考图3，示例性电池组30包括多个电池模块20，该多个电池模块可各自具有其自己的冷却板26和托盘28，或者模块20中的所有模块可共享相同的冷却板26和托盘28。由本文所述的示例性材料形成的热失控屏障24可设置在一个或多个或所有相邻的电池模块20之间、在一个或多个或所有电池模块20的顶部上(参见附图标记24′)、或两者的任何组合。单个或多个热失控屏障24的尺寸还可被设定成覆盖电池模块20中的所有电池模块的顶部。

参考图4，示例性热失控屏障24包括用有机聚合物层12包封的一个或多个纤维基质层(未示出)，该有机聚合物层覆盖一个或多个纤维基质层的两侧和外围边缘。在一个实施方案中，包封层12的主相对面涂覆有受到对应释放衬垫14和16保护的粘合剂(例如，压敏粘合剂)。优选地是，包封层12包括一个或多个出口或开口18(例如，呈凹口的形式)，其允许空气(例如，热空气)或其他气体从包封12内部逸出，而不是导致包封12像气球一样溶胀和膨胀，例如，当包封12中捕获的空气被加热到升高的温度时(例如，当一个或多个相邻的电池单元20的温度升高时)。

参考图5，常规的干法成网制造设备和工艺可用于制造根据本发明的热失控屏障20。此类设备和工艺的实施例可发现于美国专利9,580,848(Henderson等人)、9,475,034(Vincent等人)、7,491,354(Anderson)和6,808,664(Falk等人)。此类设备可包括具有多个进料器入口的室或成形箱40，包括用于将纤维、粘结剂和粒子的任何期望组合进料到箱40中的入口42，以及用于将任何期望数量或类型的填充材料进料到箱40中的多个入口44、44′和44”。在纤维与其他成分结合并混合在一起之后，所得非织造纤维材料45被沉积到带46上，该带将材料45传送到烘烤烘箱47中，通过该烘烤烘箱并从该烘烤烘箱中出来，在该烘烤烘箱中粘结剂被固化，至少使得纤维材料45可被另外加工。然后，将所得固化的非织造纤维材料45′模切、激光切割、水喷射切割或以其他方式加工成单独的非织造纤维层10(未示出)，然后在包封站48处加工非织造纤维层，例如通过将聚合物膜12(未示出)层压到单层10或两层或更多层10的叠堆的相对侧。任选的热熔粘合剂或压敏粘合剂可在对应喷洒站49和49’处施加到包封12的一侧或两侧。随后可将保护性释放衬垫(未示出)施加到每个粘合剂表面上。

参考图6，根据本发明的热失控屏障24的一个实施方案包括通过包封膜12的一层或两层形成的一个或多个通气孔52。通气孔52可具有任何期望的形状(例如，圆形、矩形、椭圆形等)，并且优选地，通气孔52通过定位在包封纤维层10的周边之外并且仍然在包封12的周边内的膜12的一部分形成，同时还提供用于膨胀气体(例如空气)逸出包含纤维层10的空间的路径。这些通气孔52的数量、大小和位置可根据需要变化。

参考图7，根据本发明的热失控屏障24的另一个实施方案包括两个通气孔54，每个通气孔都呈通过包封膜12形成的凹口的形式。通气孔54可具有任何期望的形状(例如，半圆形、矩形、半椭圆形等)，并且优选地，凹口54通过定位在包封纤维层10的周边之外并且越过包封12的周边的膜12的一部分形成，同时还提供用于膨胀气体(例如空气)逸出包含纤维层10的空间的路径。这些凹口54的数量、大小和位置可根据需要变化。

参考图8，根据本发明的热失控屏障24的附加实施方案包括通过包封12形成的两种不同类型的通气孔52和54，类似于上文相对于图6和图7所述的通气孔。

表1：测试材料

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测试方法

热侧/冷侧测试1(HCST1)

在MTS Insight 5kN拉伸测试机(获自美国明尼苏达州伊甸园市的MTS Insight公司(MTS Insight of Eden Prairie，MN，United States))中，将底部压板加热至600℃，并将样品置于其顶部上。降低嵌有热电偶的上部压板，使得两个压板之间的距离为1.6mm。记录冷侧温度相对于时间的增加(连续)，直到经过900秒(15分钟)。

热侧/冷侧测试2(HCST2)

在10kN拉伸测试机(获自德国乌尔姆的兹威克罗尔公司(ZWICKROELL of Ulm，Germany))中，将顶部台板加热至600℃，并将样品放置在设定在环境温度下的嵌有热电偶的底部压板上。使用隔热罩覆盖样品，以确保其停留在环境温度下。然后移除隔热罩，并在压力保持在1MPa的情况下降低上部压板。记录样品达到150℃(302°F)温度的时间，指定为t(150℃)。

剪切强度：

遵循ASTM273C273M的方法。使用五分钟的剪切速度。

热导率测试：

热导率测量值是使用热常数分析仪，型号TPS 2500S获自瑞典哥德堡的Hot

所指定的参数是1)以秒为单位的测量时间和2)以mW为单位的加热功率。样品温度作为环境室温输入。然后按照TPS手册中所限定的进行测量。

通过点击软件内的“计算”并选择“标准分析”选项来分析结果。在测量之后，软件呈现了若干图形，包括“瞬时”图形和“残余”图形。瞬时图形显示了样品加热到至多200点期间传感器的温度升高。分析结果的第一遍将从点10开始，并包括瞬时上点200之前的所有内容。如果残余图形看起来不像随机散布的点，则使用较小的数据点子集进行分析。这是通过从测量的起点和终点修剪点来完成的。通常，如果分析中使用的点少于50个，结果是不可靠的。除了满足残余图的质量，还定义了若干其他数值要求，包括手册中规定的“探测深度(PD)”、“温度增加(TI)”、“总特征时间(TCT)”和“平均偏差(MD)”。对于这些规格：PD必须小于样品的厚度，TI必须在0.4K和4.0K之间，TCT必须在0.33和1.0之间，MD必须为10-4或更好的量级。如果不满足这五个标准，则调整加热功率和测量时间。重复这些设置，直到进行准确的测量，其中准确度通过满足手册中所示的所有数值要求来定义。测量并记录针对测试样品的单位为W/m.K的热导率值。

实施例1至实施例8(EX1-EX8)和比较例1至比较例2(CE1-CE2)

对于实施例1、实施例3和实施例5至实施例7，短纤维的重量百分比组合(如表2所示)被称重，并在放置在进料带上之前用手预混合。纤维材料通过气流成网处理器进行加工(即从顶部进料)，如美国专利7,491,354中公开的一样，其中纤维被开松并分散到气流中，然后收集在筛网带上。此类气流成网加工设备和使用此类设备形成气流成网幅材的方法的细节可发现于在美国专利9,580,848(Henderson等人)、9,475,034(Vincent等人)、7,491,354(Anderson)和6,808,664(Falk等人)中。以重量百分比计的填料(如表2所示)从顶部或侧面进料到气流成网加工机的室或成形箱中。使用与气动喇叭耦合的体积进料器将填料一致地分布到幅材中。然后，样品以1.1米/分钟的速度通过143.3℃(290°F)下的强迫通风对流烘箱送出。

对于实施例2和4，遵循美国专利5,869,010(Langer)的实施例1中描述的方法。经组装的样品包含表2中示出的重量百分比的纤维和填料，而不是美国专利5,869,010中所示的材料。

对于实施例8，遵循美国专利9,399,864(Samanta等人)的实施例A，并进行了显著的修改。通过将400克Barlox 12(获自瑞士巴塞尔的龙沙集团(Lonza Group of Basel，Switzerland))添加到43℃(110°F)的379升(100加仑)水中来制备气凝胶浆液。混合浆液。添加200克Foamaster 111(获自德国路德维希港的巴斯夫集团(BASF Group ofLudwigshafen，Germany))，并且混合浆液。添加重量百分比的EAF68(如表2所示)并混合。然后添加重量百分比的AG(如表2所示)并混合。将浆液混合15分钟，并添加200克MOJO MP9307C并混合。通过将717克Microstrand 110X-481(获自美国科罗拉多州丹佛市的佳斯迈威公司(John Manville of Denver，CO，United States))添加到2271升(600加仑)水中来制备纤维浆液。将浆液在500rpm下制浆60秒。添加重量百分比的T255(如表2所示)并将浆液在500rpm下制浆30秒。然后将另外的1136升(300加仑)水添加到浆液。将757升(200加仑)纤维浆液与379升(100加仑)气凝胶浆液混合，并混入重量百分比的SW+(如表2所示)。在造纸机上处理合并的浆液。

表2：样品组合物(重量百分比)

对样品进行HCST1测试，并且结果示于表3中。

表3：热侧/冷侧温度测试结果(基重＝600gsm)，单住为摄氏度(℃)

实施例9至实施例34(EX9-EX34)和比较例3至比较例8(CE3-CE8)

遵循美国专利申请2010/0115900中描述的“用于制备纤维片材的一般程序”，其中材料替代如表4所示。将自来水(3升，18℃)和60克(g)无机纤维添加到GT800经典共混机中(获自瑞士于滕多夫的Rotor Lips有限公司(Rotor Lips Ltd，Uetendorf，Switzerland))，并清洗至小于50重量％的散粒含量。使共混机低速操作五秒。使用1升自来水(18℃)将所得浆液冲洗到配备有桨式混合器的RW16混合容器中(获自德国施陶芬的IKA-宝马股份有限公司(IKA-Werke GmbH，Staufen，Germany))。用额外的一升自来水(18℃)稀释该浆液。以中等速度混合稀释的浆液以保持固体悬浮。添加消泡剂(可以商品名“FOAMASTER 111”(0.3克)，获自新泽西州爱迪生市汉高公司(Henkel，Edison，N.J.))和乙烯-乙酸乙烯酯三元共聚物胶乳(可以商品名“AIRFLEX 600BP”(6.0g，55重量％固体)获自空气产品公司(AirProducts))。絮凝剂以表4所示的量逐滴添加。然后如表4所示添加热绝缘粒子。混合器速度增加，并且混合持续1分钟至5分钟。移除桨式混合器，并且将浆液倒入20cm×20cm(8英寸×8英寸)的片材成形器(获自美国纽约州沃特敦的威廉姆斯仪器公司(Williams ApparatusCo，Watertown，NY，United States))中并排水。用擀面杖辊排水片材的表面以移除多余的水。然后，将片材在吸墨纸之间在90kPa-97kPa(13psi-14psi)的表面压力下按压五分钟。然后在强制通风烘箱中在150℃下干燥该片材10分钟到15分钟，并在暴露于环境大气中时平衡过夜。在4.9kPa的恒定压力下测量样品的厚度和基重，并记录在表5中。对于实施例15至实施例25(EX15-EX25)，这些样品中使用的蛭石材料或在用于制备样品之前被预热以永久预膨胀蛭石，或在制备样品之后，在特定的时间条件和温度条件下被后加热以永久后膨胀蛭石。对于EX21，在样品组装之前，蛭石在300℃下预热6小时。对于EX22和EX23，在样品组装后，蛭石在450℃下加热30分钟。对于EX24，在样品组装之前，蛭石在500℃下预热30分钟。对于EX25、EX33和EX34，样品中的蛭石在样品组装前在1000℃下预热30分钟。

表4：样品组合物(重量百分比)

对样品进行HCST2测试，并且结果示于表5中。

表5：热侧/冷侧温度测试结果

实施例35(EX35)

将PP层压到如实施例5中组装的样品上。手工样品在132℃(270°F)和200kPa下两面热压。使用在149℃(300°F)下的脉冲密封机手动密封边缘，并且加热2秒，冷却10秒，其中所有步骤都在524kPa(76psi)压力的压缩力下进行。PP膜厚度为0.02mm(1密耳)。对600gsm样品进行剪切强度测试，并且结果在表6中示出。

实施例36(EX36)

使用具有15.24cm(6英寸)熔喷粘合剂模具的Nordson Altablue Gridmelter将热熔粘合剂H2345施加到实施例35的样品上。将粘合剂在193℃(380°F)下加热，并在206.8kPa(30psi)的气压和20RPM的泵速下喷洒到幅材。对600gsm样品进行剪切强度测试，并且结果在表6中示出。

实施例37(EX37)

使用从美国明尼苏达州圣保罗的3M公司获得的具有PPS的ACCUSPRAY ONE喷枪系统，将FB喷洒涂覆到如实施例35中组装的样品上。手工样品在一面喷洒涂覆，并且然后被翻转以涂覆另一面。对600gsm样品进行剪切强度测试，并且结果在表6中示出。

实施例38(EX38)

将获自美国俄亥俄州阿克伦市的加百利性能产品公司(Gabriel PerformanceProducts of Akron，OH，United States)的PKHH苯氧基树脂溶解在50％的甲基乙基酮(MEK)溶液中，以形成粘合剂。MEK在室温下蒸发60分钟。将两个粘合剂涂层施加在0.076mm(3密耳)PET膜的一侧上，该PET膜获自美国特拉华州威明顿市的杜邦公司(Dupont ofWilmington，DE，United States)。将两个粘合剂涂层施加在另一个0.076mm(3密耳)PET膜的一侧上。粘合剂涂层的厚度为0.036mm(1.4密耳)。将粘合剂涂覆的PET样品膜放置在如实施例5中组装的样品的顶部侧和底部侧上。对600gsm样品进行剪切强度测试，并且结果在表6中示出。

表6：包封样本测试结果

实施例39至实施例40(EX39至EX40)

使用实施例9至实施例16中描述的程序，用表7中所示材料组装样品。在4.9kPa的恒定压力下测量样品的厚度和基重并记录在表8中。对样品进行HCST2测试，并且结果示于表8中。

表7：样品组合物(重量百分比)

表8：热侧/冷侧温度测试结果

实施例41至实施例57(EX41至EX57)

通过基重对短纤维的组合(如表9所示)进行称重，并通过气流成网加工机进行加工。该设备和使用该设备形成气流成网幅材的方法的细节描述于美国专利9,580,848(Henderson等人)、9,475,034(Vincent等人)、7,491,354(Anderson)和6,808,664(Falk等人)中。然后通过气流成网加工机再次加工合并的短纤维，并将气相二氧化硅填料按基重(如表2所示)直接进料到气流成网加工机的室中。使用螺杆进料器将填料一致地分布到幅材中。将幅材以0.25米/分钟至1.5米/分钟的速度通过148.89℃(300°F)的强制通风对流烘箱送出。样品的厚度介于0.5mm至15mm之间。

然后使用热压机将幅材致密化至规定的间隙厚度。聚四氟乙烯(PTFE)涂覆的玻璃纤维织物片材(获自美国伊利诺伊州埃尔姆赫斯特的麦克马斯特-卡尔公司(McMaster-Carr of Elmhurst，IL.United States))放置在样品的两侧上，并将样品放置在维持在148.89℃(300°F)温度下的两个热板之间。施加压力30秒至120秒以活化双组分纤维(T255)。然后，将致密化的样品立即放置在两块板之间，在压力下维持在室温下30秒至120秒，以将幅材设定为期望厚度。

表9：样品组合物(gsm)

对样品进行HCST2测试，并且结果示于表10中。样品的实际厚度由ASTM D5736-95测量，其中玻璃纤维织物片材被移除。板压校准为0.002psi(13.790帕斯卡)。

表10：热侧/冷侧温度测试结果

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通过将实际基重(gsm)除以实际厚度(mm)来计算包含40％气相二氧化硅的1000gsm样品的密度(在EX48-EX53中示出)。在表11中示出了针对EX48-EX53的HCST2测试3600秒后记录的密度和冷侧温度。该表通过测量得的冷侧温度以升序组织。

表11：密度与冷侧温度

进行热导率测试并且结果在表12中示出。

表12：热导率测试结果

令人惊讶的是，已经发现气相二氧化硅比二氧化硅气凝胶具有更高的热导率。据信，不具有气相二氧化硅粒子的非织造纤维热绝缘(即纤维基质)的热导率低于具有气相二氧化硅粒子的相同纤维基质的热导率。

附加实施方案

电池单元热失控屏障实施方案

1.一种热失控屏障，该热失控屏障可操作地适于(即，设计、配置、成形和/或设定尺寸)或以其他方式适用于设置在电池模块或组件(即，堆叠成行的一系列电池单元)的相邻的电池单元(例如，棱柱电池单元或小袋型电池单元)之间，诸如用于向电动机(例如，如在电动车辆或混合动力车辆中使用的电动机)供电的电池模块或组件，并且用于防止、停止或至少显著减缓电池模块或组件内或相邻的电池模块或组件之间的热失控事件，该热失控屏障包括：

仅干法成网或湿法成网的非织造纤维热绝缘一层或更多层(例如，呈垫、片材、带或三维薄壁结构的形式)，该仅一层或更多层干法成网或湿法成网的非织造纤维热绝缘包括陶瓷或其他形式的非金属(即，不是金属、金属合金或金属复合材料)无机纤维的纤维基质；

不可逆或永久膨胀的可膨胀无机材料的热绝缘陶瓷或其他形式的非金属(即，不是金属、金属合金或金属复合材料)无机粒子(膨胀型材料的粒子，诸如蛭石矿物和珍珠岩矿物均匀地、一致地、大体上或以其他方式贯穿制造过程或以制造过程允许的程度(例如，在干法成网工艺和湿法成网工艺两者中在垫的底部上可能存在少量的粒子沉降)分散在纤维基质内)，和有机或无机粘结剂(例如，针刺、缝合或以其他方式机械缠绕到纤维基质中的有机或无机粘结剂纤维，以便将纤维基质固持在一起等的有机或无机粘合剂粘结剂)，该有机或无机粘结剂均匀地、一致地、大体上或以其他方式贯穿制造过程或以制造过程允许的程度地分散在纤维基质内，以便将无机填料粒子和无机纤维粘结在一起，或在安装到电池单元之间之前，以其他方式将纤维基质固持在一起，持续所需的时间以至少经受住所需的处理程度(例如在包封过程期间)；

任选的有机物(例如，聚合物、纸等)包封层(例如，一层或多个相对的夹层，其中每个层呈膜、涂层、有机纤维非织造或织造织物等形式)，该任选的有机物包封层封闭或其他方式包封至少一个或两个主面的全部、大多数或一部分，并且优选地还包封非织造纤维热绝缘层的外围边缘的全部、大多数或一部分，以防止或显著减少无机纤维或粒子从包封的非织造纤维热绝缘层中脱落或损失。以及

任选的有机物(例如，25-80g/m

当无机纤维或粒子损失的数量小于非织造纤维热绝缘层的原始纤维或粒子含量的10重量％、5重量％或1重量％时，无机纤维或粒子脱落的减少是显著的。有机包封层越薄(即屏障的有机含量越低)，热测试结果/冷测试结果越好。

本发明的热失控屏障还可用于电池模块或组件之间。

根据本发明，无机粘结剂、有机粘结剂或两者的组合可以是有用的，并且可包括例如US 8,834,759中公开的那些。可用于干法成网或湿法成网纤维加工的无机粘结剂的实施例可包括加热时转化成可熔二氧化硅的硅酮粒子。有机-无机混合粘结剂也是有用的，诸如例如

示例性粘结剂纤维包括在干法成网工艺中使用双组分芯鞘型聚合物纤维。在湿法成网工艺中，可使用乙烯乙酸乙烯酯乳胶分散体粘结剂、双组分芯鞘型聚合物纤维或两者的组合。当使用聚合物粘结剂纤维时，可通过加热和压缩非织造纤维热绝缘材料来活化粘结剂。也可使用有机粘结剂和无机粘结剂的组合。

如本文所用，术语“无机”是指陶瓷或以其他方式非金属(即，不是金属、金属合金或金属复合材料)无机材料。

“热失控”是当电池单元经历放热连锁反应，导致电池单元的不可控温度上升的现象。除其他原因之外，放热连锁反应可由例如电池单元的过热、电池单元的过电压和电池单元的机械穿刺引起。

“热传播”是当电池单元热失控导致电池组或系统中的剩余电池单元经历热失控现象。

“热失控事件”是指电池单元容器中的一个电池单元过热，导致相邻的电池单元过热的连锁反应，并可能爆炸或着火，直到过热电池单元的数量达到传播的临界点，导致模块或模块的组件中所有或超过一半的电池单元被破坏。导致电池单元过热的因素包括：物理损坏、施加过电压、过热(电池单元内部短路)。

随着电池单元的能量密度增加，电池单元开始出现故障(例如，从至少丧失其效率或不能工作到点燃、燃烧或爆炸)的温度降低。同样，随着电池单元的能量密度降低，电池单元开始出现故障的温度升高。例如，随着温度的受控斜升，当温度达到约120℃至130℃时，NMC811型电池倾向于开始出现故障或甚至爆炸，而当温度达到约180℃时，NMC622型电池开始出现故障或甚至爆炸。对于具有较低能量密度的电池单元(例如，NMC532型电池单元和NMC433型电池单元)，对应温度较高。对于物理上更大的电池单元或者当温度快速升高时，通过电池单元的热扩散可导致局部温度需要更长时间才能达到临界点。据信，该热扩散效应可导致电池单元开始出现故障或爆炸的实际温度稍微高一些。可能需要本发明的热失控屏障以防止相邻的电池达到约130℃至约150℃范围内的温度。

如本文所用，“防止”热失控事件是指防止单个电池单元的过热导致与该单个电池单元相邻的电池单元的过热。当相邻的电池单元未达到130℃、135℃、140℃、145℃或150℃以上时，该屏障被视为防止热失控事件。

如本文所用，“停止”热失控事件是指电池单元的过热仅导致相邻的电池单元(即，在过热电池单元的任一侧上的三个、两个或甚至仅一个电池单元)过热，并且电池模块或组件中的剩余电池单元不过热。

如本文所用，“减缓”热失控事件是指热失控事件被减缓至少足够长的时间，以允许邻近于电池模块或组件的人员(例如，电动车辆乘客车厢内部的占用者)在被热失控事件伤害之前逃离到远离电池模块或组件的安全距离。一旦电池单元出现故障(例如着火或过热到不能正常运行的程度)并且电池单元之间存在热屏障，任何相邻的电池单元传播故障(例如着火或过热)的时间至少大于5分钟，并且优选地大于10分钟或甚至20分钟。

该无机粒子可包括例如不可逆或永久膨胀的膨胀型材料的粒子、不可逆或永久膨胀的珍珠岩矿物等。此类包含空隙的无机粒子，诸如例如在不可逆或永久膨胀的蛭石中发现的那些，是特别期望的。不可逆或永久膨胀的珍珠岩矿物粒子还包含空隙，但珍珠岩矿物比蛭石矿物更硬，并且更不容易压缩。

如本文所用，不可逆或永久膨胀的可膨胀粒子(例如膨胀型材料的粒子，诸如蛭石矿物和珍珠岩矿物)是指已经被加热到一定温度和时间的粒子，该温度和时间使得该粒子不可逆或永久膨胀到其可膨胀性的至少10％和至多100％，或在用于形成热失控屏障之前进行预膨胀，或在将其并入到非织造纤维热绝缘中之后进行后膨胀。

膨胀型粒子(例如蛭石粒子)可通过将粒子过热到超过可逆点而永久膨胀(例如，对于蛭石，在约350℃至约1000℃的范围内)。此类永久膨胀的膨胀型粒子(例如蛭石粒子)可具有膨胀的手风琴或蠕虫状结构，与处于其未膨胀状态的相同粒子相比，由于其细长几何形状、较低的密度和较低的机械稳定性，该手风琴或蠕虫状结构更容易分裂成较小的粒子。随着加热温度的升高，粒子的永久膨胀程度增加(即，粒子可变得更大和/或更长)。还可期望使用已经通过化学处理方法永久膨胀的蛭石(参见，例如，“蛭石的化学剥离和胶体分散体的生产(Chemical Exfoliation of Vermiculite and the Production ofColloidal Dispersions)”，G.F.Walker，W.G.Garrett，(科学(Science))1967年4月21日：第156卷，第3773期，第385-387页，DOI：10.1126/science.156.3773.385；以及https://science.sciencemag.org/content/156/3773/385.abstract)。

因为它们在其膨胀状态下更容易分裂，所以在未膨胀的膨胀型粒子已经被并入到非织造纤维热绝缘中之后，可期望膨胀型粒子进行后膨胀。即使采用温和的加工以使其基本上不分裂，据信将预膨胀的膨胀型粒子并入到非织造纤维热绝缘中可仍导致膨胀粒子变得定向到绝缘的平面(即x轴、y轴和/或其间)中。例如，对于预膨胀蛭石粒子，细长粒子可变得大体上在非织造纤维热绝缘的纵向方向或下游方向(即y轴)上与纤维对齐，而不是在厚度方向(即z轴)上。

相反，当其后膨胀时(即，在用未膨胀的膨胀型粒子制备非织造纤维热绝缘之后)，膨胀的膨胀型粒子不主要在绝缘的平面中定向。与处于其膨胀状态的相同粒子相比，未膨胀的膨胀型粒子通常具有更均匀的结构几何形状(即具有更接近1的纵横比)。据信，该更均匀的结构几何形状在非织造纤维热绝缘形成期间不太可能受到纤维对齐的影响。结果，后膨胀的膨胀型粒子更可能在非织造纤维热绝缘内各向同性地定向。例如，关于后膨胀蛭石粒子，细长粒子可变得在厚度方向(即z轴)、平面内(即x轴、y轴和/或其间)或其离轴方向上对齐。据信，预膨胀粒子与后膨胀粒子的取向之间的该差异是由未膨胀粒子具有比处于其膨胀状态时更均匀的结构几何形状造成的。

2.根据实施方案1所述的热失控屏障，其中该非织造纤维热绝缘层包含的无机纤维的量在该非织造纤维热绝缘层的低至约15重量％至19重量％到至多约70重量％、75重量％、80重量％、85重量％或90重量％的范围内。

3.根据实施方案1或2所述的热失控屏障，其中该非织造纤维热绝缘层包含的纤维散粒的量在该非织造纤维热绝缘层中无机纤维量的约3重量％到至多约60重量％的范围内。

在一个实施方案中，如果不添加绝缘粒子，则干法成网的无机纤维含量为95.2重量％，并且湿法成网的无机纤维含量为95.5重量％。在最低水平的绝缘粒子(例如气凝胶粒子)负载下，对于干法成网和湿法成网，无机纤维含量为72重量％。对于干法成网的非织造纤维热绝缘，纤维是开松的(即大块纤维被分离，变得不太致密)，这可移除一些散粒。对于湿法成网的非织造纤维热绝缘，纤维被湿法清洁，这比干法成网开松工艺移除更多的散粒。来自摩根公司的未清洁的SuperWool Plus中存在约40％的散粒，在非织造纤维热绝缘中实际的纤维材料含量为19％-43％。对于非织造纤维热绝缘而言，可能需要具有约10％到至多约80％范围内的纤维含量。较低量的纤维将需要较高量的有机粘结剂。可包括其他添加剂(例如，阻燃材料、吸热材料、红外反射材料等)。

4.根据实施方案1至3中任一项所述的热失控屏障，其中该非织造纤维热绝缘层包含的热绝缘无机粒子的量在该非织造纤维热绝缘层的低至约10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、或35重量％到至多约40重量％、45重量％、50重量％、55重量％或60重量％的范围内。例如，使用干法成网工艺可获得高达60％的粒子含量，并且使用湿法成网工艺可获得高达50％的粒子含量。

5.根据实施方案1至4中任一项所述的热失控屏障，其中该非织造纤维热绝缘层包含的有机粘结剂的量在该非织造纤维热绝缘层的低至约2.5重量％、3.0重量％、3.5重量％、4.0重量％、4.5重量％、5.0重量％、

5.5重量％、6.0重量％或6.5重量％到至多约7.0重量％、7.5重量％、8.0重量％、8.5重量％、9.0重量％、9.5重量％、或10.0重量％的范围内。

6.根据实施方案1至5中任一项所述的热失控屏障，其中该非织造纤维热绝缘层的安装(即压缩)厚度在约0.5mm到至多小于5.0mm的范围内。具体地，安装(即压缩)厚度在约0.5mm到至多约2.5mm的范围内，其中下限可为约0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm，并且上限可为约1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm或2.5mm。在一些应用中，安装厚度甚至可高达约2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3.0mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm、3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4.0mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm或小于5.0mm。该非织造纤维热绝缘层的安装厚度几乎总是小于其未安装(即未压缩)厚度。当热失控屏障处于其安装(即压缩)状态时，对其性能进行测量。

7.根据实施方案1至6中任一项所述的热失控屏障，其中该非织造纤维热绝缘层的未安装(即，未压缩)厚度在约1.0mm到至多小于8.0mm的范围内，其中下限可为约1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3.0mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm、或3.5mm、并且上限可为约4.0mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm、5.0mm、5.5mm、6.0mm、6.5mm、7.0mm、7.5mm、或8.0mm。该非织造纤维热绝缘层的未压缩厚度总是大于其安装厚度。

8.根据实施方案1至7中任一项所述的热失控屏障，其中该非织造纤维热绝缘层的基重在低至约250g/m

在一个实施方案中，热绝缘无机粒子是不可逆或永久膨胀的蛭石的粒子，并且对于约1.50mm到至多约2.5mm范围内的相邻的电池单元之间的安装间隙，非织造纤维热绝缘层的基重为450g/m

9.根据实施方案1至8中任一项所述的热失控屏障，其中该非织造纤维热绝缘层的基重在约250g/m

在特定实施方案中，例如，当热绝缘无机粒子是不可逆或永久膨胀的蛭石的粒子并且间隙为约1mm时，可能需要基重在约300g/m

10.根据实施方案1至9中任一项所述的热失控屏障，其中该热绝缘无机粒子由选自由以下各项组成的组的材料之一或这些材料的任何组合的粒子制备或至少包括这些粒子：不可逆或永久膨胀的蛭石(即，已经被加热到一定温度并持续一段时间，使得蛭石粒子不可逆或永久膨胀到其可膨胀性的至少10％并且至多100％，或通过在用于形成屏障之前被预膨胀，或在其处于非织造纤维热绝缘中之后的后膨胀)，不可逆或永久膨胀的珍珠岩(即，已经被加热到一定温度并加热一段时间，使得珍珠岩粒子不可逆地或永久地膨胀到其可膨胀性的至少10％和至多100％的珍珠岩，或通过在用于形成屏障之前被预膨胀，或在其处于非织造纤维热绝缘中之后被后膨胀)，和不可逆地或永久膨胀的粘土。

膨胀粘土是一种轻质粒子或骨料，其可通过在回转窑中将粘土加热至约1,200℃(2,190°F)来制备。产生的气体通过加热期间形成的数千个小气泡使粘土膨胀，产生蜂窝结构。由于在窑中的圆周移动，膨胀粘土可具有近似圆形或马铃薯形状，并且在不同的大小和密度下可用。膨胀粘土已被用于制备轻质混凝土产物(参见例如，网站：https://www.archiexpo.com/architecture-design-manufacturer/expanded-clay-aggregate-concrete-23000.html)和其他用途。膨胀粘土通常以商标名LECA(轻膨胀粘土骨料的首字母缩略词)或LIAPOR(多孔lias粘土)为人所熟知，还称为Hydroton，并且在非专有术语烧制粘土卵石、生长岩石、膨胀粘土或hydrocorns下，是烧制和膨胀粘土的小球(参见例如网站：https：//www.sciencedirect.com/topics/engineering/expanded-clay-aggregate)。

可能需要该热失控屏障还包括其他热绝缘无机粒子，诸如例如，选自由以下各项组成的组的材料中的一者或任何组合的粒子：无机气凝胶、干凝胶、中空陶瓷微球或多孔陶瓷微球、未膨胀蛭石、气相二氧化硅、其他形式的多孔二氧化硅、未膨胀珍珠岩、浮石、硅藻土、二氧化钛和氧化锆。

11.根据实施方案1至10中任一项所述的热失控屏障，其中纤维基质的无机纤维选自由以下各项组成的纤维的组：碱土硅酸盐纤维、耐火陶瓷纤维(RCF)、多晶羊毛(PCW)纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维和硅酸盐纤维。玻璃纤维和二氧化硅纤维通常不包含任何或仅包含标称散粒。PCW通常包含最多5％的散粒，而碱土硅酸盐(AES)纤维在未清洁时包含至多60％的粒子，并且在清洁时包含低至约10％-30％的最小散粒。

12.根据实施方案1至11中任一项所述的热失控屏障，其中有机粘结剂呈聚合物纤维(例如，PE/PET、PET、FRPET)、干燥聚合物粉末(例如，LDPE、聚酰胺、环氧树脂粉末(3MSCOTCHCAST 265、3M SCOTCHKOTE 6258))或液体粘结剂(例如，丙烯酸乳胶、乙烯乙酸乙烯酯(EAF68)乳胶、硅树脂、聚氨酯等)等的形式)。

13.根据实施方案1至12中任一项所述的热失控屏障，其中该非织造纤维热绝缘层被该有机包封层包封。

14.根据实施方案13所述的热失控屏障，其中该有机包封层具有通过该有机包封层形成的至少一个通气孔，该至少一个通气孔被定位成并且大小被设定成允许包含在该热失控屏障内的膨胀气体(例如，空气)从该有机包封中逸出，使得该有机包封层的结构完整性保持完好(即，该非织造纤维热绝缘层保持完全、大多数或至少显著地被该有机包封层包封)，当热失控屏障在电池单元模块(例如，电池单元的叠堆)的组装期间被压缩时，或当热失控屏障升温时(例如，在相邻的电池单元的正常操作或过热期间)。每个通气孔可呈矩形形状(参见例如，图8)、圆形形状、椭圆形形状或任何其他期望的形状或它们的组合。一个或多个或每个通气孔可呈从包封的侧边缘朝向热失控屏障的中心突出的凹口的形式(参见例如，图8中的左侧通气孔54和图7中的通气孔54)。可选地，一个或多个或每个通气孔可形成在包封的侧边缘的内部并邻近于非织造热绝缘(参见图8中的右侧通气孔52和图6中的通气孔52)。另外，一个或多个或每个通气孔可在非织造纤维热绝缘的仅一侧上(参见图6右侧上的通气孔52)或两侧(参见图6左侧上的通气孔52)通过包封层形成。还可能需要每个通气孔呈多个小穿孔的形式，该多个小穿孔聚集在一起(例如，像筛网、筛子或滤器)以提供期望的出口开口面积。

15.根据实施方案13或14所述的热失控屏障，其中该热失控屏障具有顶部边缘、底部边缘和相对的侧边缘，并且该至少一个通气孔沿着一个侧边缘或两个相对的侧边缘的周边定位。

16.根据实施方案13至15中任一项所述的热失控屏障，其中该至少一个通气孔提供通过该有机包封层的出口开口，该出口开口具有在约2mm

17.根据实施方案13至16中任一项所述的热失控屏障，其中该有机包封层呈连续层、不连续层(例如，具有允许气体穿透有机层的穿孔、通孔或孔隙)或两者的组合的形式。另外，有机层可呈有机(例如，聚合物)膜、稀松布、织造或非织造织物、粘合剂(例如，热塑性或热熔性粘合剂)层或它们的组合的形式。有机层的一个实施例是聚合物膜(例如共聚酯聚合物膜)。

18.根据实施方案13至17中任一项所述的热失控屏障，其中该有机包封层是压延层、热熔涂覆的层、喷洒涂覆的层、浸涂层或层压层(例如，其中通过使用压敏粘合剂或其他粘合剂)。

19.根据实施方案13至18中任一项所述的热失控屏障，其中该非织造纤维热绝缘层具有外围边缘，并且该有机包封层围绕该外围边缘密封。

20.根据实施方案1至19中任一项所述的热失控屏障，其中该非织造纤维热绝缘层至少通过UL94 V0易燃性测试的V-2或V-1级，并且优选地V-0级。

易燃性测试

使用UL-94标准(测试设备和器具中零件的塑性材料易燃性的安全性的标准)来执行该测试。UL-94标准是美国保险商实验室发布的塑料易燃性标准。该标准确定了样本在被点燃后该材料的要么熄灭，要么扩散火焰的倾向。UL-94标准已与IEC 60707、60695-11-10和60695-11-20以及ISO 9772和9773统一。将75mm×150mm的样品暴露于2cm、50W的tirrel燃烧器火焰点火源。将测试样品竖直放置在火焰上方，并且测试火焰冲击样品的底部。对于每个样品，测量熄灭时间并指定V等级。V等级是在样品没有燃烧至顶部夹具或滴下能点燃棉花指示器的熔融材料的情况下的熄灭时间的量度，如下表1所示。

表1.UL94分类(V等级)。

21.根据实施方案1至20中任一项所述的热失控屏障，其中该热绝缘无机粒子由不可逆或永久膨胀的膨胀型材料的粒子制备或至少包括这些粒子。

22.根据实施方案21所述的热失控屏障，其中该膨胀的膨胀型材料已经不可逆地或永久地膨胀至其可膨胀性的至少约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％到至多100％。

23.根据实施方案1至20中任一项所述的热失控屏障，其中该热绝缘无机粒子由不可逆或永久膨胀的粒子(蛭石粒子)制备或至少包括该不可逆或永久膨胀的粒子。

24.根据实施方案23所述的热失控屏障，其中该膨胀的蛭石粒子已经不可逆地或永久地膨胀至其可膨胀性的至少约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％到至多100％。

25.根据实施方案1至24中任一项所述的热失控屏障，其中该热绝缘无机粒子还包括气相二氧化硅粒子。

26.根据实施方案25所述的热失控屏障，其中气相二氧化硅粒子的表面积在约100m

27.一种包括多个根据实施方案1至26中任一项所述的热失控屏障的热失控屏障组件，其中该多个热失控屏障(a)呈叠堆的形式设置在容器(例如，纸板或其他箱)中，(b)首尾相连串联设置，其中每个热失控屏障的一个主面被粘附到一段单面胶带或双面胶带的主粘合剂表面上(当使用双面胶带时，胶带的相对的主粘合剂表面可被释放衬垫保护)，或(c)呈胶带的形式首尾相连地串联设置，其中每个热失控屏障的非织造纤维热绝缘一个或更多层端对端设置，并夹在或以其他方式包封在两个相对长度的有机(例如聚合物)包封层之间(例如，呈两个相对的膜、涂层、纤维织物等的形式)。

电池单元模块实施方案

28.一种用于电动车辆的电池单元模块或组件，该电池单元模块或组件包括：

多个电池单元，所述多个电池单元设置在壳体中；以及

多个根据实施方案1至27中任一项所述的热失控屏障，

其中该电池单元排列成行或叠堆，其中在每对相邻的电池单元之间或预定数量的电池单元之间设置一个热失控屏障。

制备电池单元热失控屏障实施方案的方法

29.根据实施方案1至27中任一项所述的制备该热失控屏障的方法，其中该方法包括使用湿法成网工艺或干法成网工艺形成该非织造纤维热绝缘层。

30.根据实施方案29所述的方法，该方法还包括：

提供完全由未膨胀的可膨胀粒子(例如，未膨胀的膨胀型粒子，诸如未膨胀的蛭石粒子或未膨胀的珍珠岩粒子)制备、大多数由该未膨胀的膨胀型粒子制备或至少包括该未膨胀的膨胀型粒子的热绝缘无机粒子；

将热绝缘无机粒子设置为均匀或一致地贯穿非织造纤维热绝缘层分布中或分布在该非织造纤维热绝缘层内；以及

将未膨胀的可膨胀粒子(例如，膨胀型粒子)加热到一定温度并加热一段时间，使未膨胀的可膨胀粒子不可逆地或永久地膨胀，

其中加热发生在未膨胀的可膨胀粒子设置在非织造纤维热绝缘层内之前或之后。

31.根据实施方案30所述的方法，其中该加热发生在该未膨胀的可膨胀粒子被设置在该非织造纤维热绝缘层内之后。

32.根据实施方案30或31所述的方法，其中该加热导致未膨胀的膨胀型粒子不可逆地或永久地膨胀至其可膨胀性的至少约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％到至多100％。

33.根据实施方案30至32中任一项所述的方法，其中该未膨胀的可膨胀粒子包括未膨胀的膨胀型粒子(例如，蛭石粒子、未膨胀的珍珠岩粒子或两者的组成)。

34.根据实施方案29所述的方法，该方法还包括：

提供完全由不可逆或永久预膨胀的可膨胀粒子(例如蛭石或珍珠岩的不可逆或永久预膨胀的膨胀型粒子)制备、大多数由该不可逆或永久预膨胀的可膨胀粒子制备或至少包括该不可逆或永久预膨胀的可膨胀粒子的热绝缘无机粒子；以及

将热绝缘无机粒子设置为均匀或一致地贯穿非织造纤维热绝缘层分布中或分布在该非织造纤维热绝缘层内，

其中预膨胀粒子是在热绝缘无机粒子被设置在非织造纤维热绝缘层内之前，通过将未膨胀的可膨胀型粒子加热到使未膨胀的可膨胀粒子不可逆或永久膨胀的温度和时间而形成的。

35.根据实施方案34所述的方法，其中该预膨胀可膨胀粒子是不可逆地或永久地膨胀至其可膨胀性的至少约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％到至多100％的膨胀型粒子。

36.根据实施方案34或35所述的方法，其中该预膨胀可膨胀粒子包括预膨胀蛭石粒子、预膨胀珍珠岩粒子或两者。

在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可对本发明进行各种修改和更改。例如，据信微波加热可用于不可逆地或永久地膨胀由膨胀型材料制备的粒子。据信使用微波能量，而不是在烘箱中烘烤，可导致膨胀型粒子在纤维基质内更均匀的膨胀。因此，本发明并不局限于上述实施方案，而是受下述实施方案及其任何等同物中提及的限制的约束。本发明可在不存在本文中未具体描述的任一元件的情况下适当地实施。以上引用的所有专利和专利申请，包括在背景技术部分中的那些，均以引用方式全文并入本文中。