CN107446520B - 一种常温固化导电胶及其连接可充电电池组的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种常温固化导电胶及其连接可充电电池组的工艺方法，该导电胶用于可充电电池组电极的连通和电池组的加固，使其能够适应使用条件下的振动和冲击，该常温固化导电胶，含有环氧树脂，环氧稀释剂、环氧固化剂、硅酮助剂、质量分数30‑90％的D50>7μm的银粉。本发明采用常温固化导电胶作为电池负极的连接和加固，可称为“负极冷焊”工艺，既能保持热焊的焊接可靠性，又能在焊接过程中不施加外热，避免电池结构的直接破坏或隐型内伤，从而避免因外加热量对导体性状产生影响。

Description

一种常温固化导电胶及其连接可充电电池组的工艺方法
技术领域
本发明涉及可充电电池领域，具体地指一种常温固化导电胶其连接可充电电池组的工艺方法。
背景技术
用于汽车或贮能的电池组，由成千上万个可充电电池所组成(rechargblebattery)，每个电池的正极和负极用特殊的激光焊接法，连接电线，保险丝。这种激光焊接的方法，可以在局部产生足够的能量，把电线焊在电极上，而不造成电池本身被加热过高，因为可充电电池对热是敏感的，比如：常规锂电池，可耐50-90℃几个小时时间。夏天遗忘在车里的锂电池，有可能因为过热而爆炸。
激光焊接是目前国际上普遍采用的焊接电池组连线的方法，但由于使用特殊装置和工艺所需的能耗，如果能采用更方便、更高性价比的工艺方法替代激光焊接法，将会使得电池组的组装更加简便，产出的电池组更加坚固耐用，更加有竞争力，不仅在性能上，而且在价格上。
特斯拉公司的专利申请US8833499、US8133287、US8057630中，主要公开的是单个电池在电池组组件中的固定，电池电极与电池组输出电极间依然为焊接连接。
公告号CN105336895A、CN204946965U、CN205303562 U的中国专利申请中同样是公开了单个电池在电池组组件中的固定，未提供新的电池电极与电池组输出电极间连接方式。
车载动力电池组为多电池串并的成组方式，电池极柱需外联极片，由极片去实电池间的电联接。由于车辆振动，故要求电池极柱与极片间是可靠焊接。另外，电池属热敏感器件，任何超过50℃的热，都可能造成电池内伤，寿命大幅缩短。同时，由于电池极为极薄的金属壳，常用的金属熔融的热焊方式，均可能造成极柱破损，造成电池废件。单个电池正极发热和对热(的耐热性)有一定耐受能力和温度范围，但负极的发热很关键，不可见高温，比如：锂电池不可长时间暴露于＞50℃的环境中，因此，需要开发出一种室温或低温(＜50℃)下电池负极与电池组输出电极间的连接方式。
在实际应用中，也可以在激光连接电池和极片之后用灌封胶把电池和极片和箱体粘接加固，虽然这是一个可行的技术方案，但大量的灌封胶加重了电池组的重量，另外用机械固定的方式也可以加固电池和极片和箱体，但是汽车的震动会造成松动，导致可靠性降低。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种保证电池电极与电池组输出电极的紧密接触、避免震动造成断路、增加散热功效而且体积轻的常温固化导电胶及其连接可充电电池组的工艺方法。
本发明的技术方案为：一种常温固化导电胶，其特征在于：所述导电胶用于可充电电池组电极的连通和电池组的加固，使其能够适应使用条件下的振动和冲击。使可充电电池组和内部电极能够适应使用条件下的振动和冲击。
优选的，含有环氧树脂，环氧稀释剂、环氧固化剂、硅酮助剂、质量分数30-90％的D50>7μm的银粉。
进一步的，含有以下质量分数的组分：10-15％的环氧树脂、2-5％的环氧稀释剂、1-3％的环氧交联剂、2-10％的环氧固化剂、1-5％的硅酮助剂、30-90％的D50>7μm的银粉。以上组分质量百分比和为100％。
优选的，所述导电胶包括以下质量比的混合物Ⅰ和混合物Ⅱ：
混合物Ⅰ：混合物Ⅱ＝1-50:1；
所述混合物Ⅰ包括以下质量百分数的组分：
以上组分质量百分比和为100％；
所述混合物Ⅱ包括以下质量百分数的组分：
以上组分质量百分比和为100％；
所述导电胶的固化温度≤60℃。
进一步的，所述混合物Ⅰ中：
环氧树脂A为双酚A环氧树脂；
环氧稀释剂B为聚异丙二醇二缩水甘油醚环氧树脂；
环氧交联剂C为季戊四醇四缩水甘油醚环氧树脂；
低沸点溶剂E为乙醚或丙酮。双酚A环氧树脂、聚异丙二醇二缩水甘油醚环氧树脂(此环氧树脂中异丙二醇指1,3-丙二醇)、季戊四醇四缩水甘油醚环氧树脂均为市售产品。
更进一步的，所述常温固化导电胶的固化温度≤50℃。
更进一步的，所述常温固化导电胶的固化温度≤30℃。
本发明还提供一种导电胶连接可充电电池组的工艺方法，其特征在于步骤为：
a.清洗电池极柱和外联极片上对应的待连接区域，在电池极柱的待连接区域涂覆常温固化导电胶，形成冷焊焊点；
b.将外联极片压在电池极柱上，二者待连接区域对应贴合，静置24小时后，常温固化导电胶固化，完成冷焊工艺。
优选的，所述电池极柱为电池负极极柱。
本发明的有益效果为：
1.用室温或低温(＜50℃)固化的导电胶粘接加固电池负极，一方面保证了电池电极与电池组输出电极的紧密接触，一方面避免震动造成的断路，同时增加了散热功能。
2.常温固化导电胶作电池负极的连接和加固，可称为“负极冷焊”工艺，既能保持热焊的焊接可靠性，又能在焊接过程中不施加外热，避免电池结构的直接破坏或隐型内伤，从而避免因外加热量对导体性状产生影响。
3.用一步工艺，即：用导电胶粘接电池和极片和箱体，取代了激光连接电池和极片和灌封胶加固或/和机械方法加固电池和极片和箱体的多步骤工艺。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，具体实施例1-5以及对比例1-3配方如表1所示。以下实施例中用到的粒径满足D50>7μm的银粉具体规格为：D50>7μm、D90＝14-20μm、最大粒径40-50μm。粒径满足D50>5的银粉具体规格为：D50>5μm、D90＝11-15μm、最大粒径30-35μm。
实施例1
根据表1，可得到本发明实施例1常温固化导电胶的具体组成为：导电胶包括质量比＝20:1的混合物Ⅰ和混合物Ⅱ；
混合物Ⅰ包括以下质量百分数的组分：14.3％环氧树脂A、4.1％环氧稀释剂B、0.4％环氧交联剂C、6.1％硅酮D、75.1％粒径满足D50>7μm的银粉F；其中：环氧树脂A为双酚A环氧树脂、环氧稀释剂B为聚异丙二醇二缩水甘油醚环氧树脂、环氧交联剂C为季戊四醇四缩水甘油醚环氧树脂。以上组分混合均匀得到混合物Ⅰ。
混合物Ⅱ包括以下质量百分数的组分：51.2％2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MI)、4.8％1-甲基咪唑(AIM-1)、4％硅酮、40％N-氨乙基哌嗪(AEP)。以上组分混合均匀得到混合物Ⅱ。
混合物Ⅰ、混合物Ⅱ可以常温下分开保存，使用时按比例混合均匀。
实施例2
根据表1，可得到本发明实施例2常温固化导电胶的具体组成为：导电胶包括质量比＝20:1的混合物Ⅰ和混合物Ⅱ；
混合物Ⅰ包括以下质量百分数的组分：14.3％环氧树脂A、4.1％环氧稀释剂B、0.4％环氧交联剂C、6.1％硅酮D、75.1％粒径满足D50>7μm的银粉F；其中：环氧树脂A为双酚A环氧树脂、环氧稀释剂B为聚异丙二醇二缩水甘油醚环氧树脂、环氧交联剂C为季戊四醇四缩水甘油醚环氧树脂。以上组分混合均匀得到混合物Ⅰ
混合物Ⅱ包括以下质量百分数的组分：85.3％2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MI)、8％1-甲基咪唑(AIM-1)、6.7％硅酮。以上组分混合均匀得到混合物Ⅱ。
表1常温固化导电胶组成
实施例3
根据表1，可得到本发明实施例3常温固化导电胶的具体组成为：导电胶包括质量比＝15:1的混合物Ⅰ和混合物Ⅱ；
混合物Ⅰ包括以下质量百分数的组分：14.3％环氧树脂A、4.1％环氧稀释剂B、0.4％环氧交联剂C、6.1％硅酮D、75.1％粒径满足D50>7μm的银粉F；其中：环氧树脂A为双酚A环氧树脂、环氧稀释剂B为聚异丙二醇二缩水甘油醚环氧树脂、环氧交联剂C为季戊四醇四缩水甘油醚环氧树脂。以上组分混合均匀得到混合物Ⅰ。
混合物Ⅱ包括以下质量百分数的组分：28.24％2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MI)、2.82％1-甲基咪唑(AIM-1)、2.27％硅酮、66.67％粒径满足D50>7μm的银粉。以上组分混合均匀得到混合物Ⅱ。
实施例4
根据表1，可得到本发明实施例4常温固化导电胶的具体组成为：导电胶包括质量比＝25:1的混合物Ⅰ和混合物Ⅱ；
混合物Ⅰ包括以下质量百分数的组分：9％环氧树脂A、9.6％环氧稀释剂B、5.4％环氧交联剂C、1％硅酮D、75％粒径满足D50>7μm的银粉F；其中：环氧树脂A为双酚A环氧树脂、环氧稀释剂B为聚异丙二醇二缩水甘油醚环氧树脂、环氧交联剂C为季戊四醇四缩水甘油醚环氧树脂。以上组分混合均匀得到混合物Ⅰ。
混合物Ⅱ包括以下质量百分数的组分：85.3％2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MI)、8％1-甲基咪唑(AIM-1)、6.7％硅酮。以上组分混合均匀得到混合物Ⅱ。
实施例5
根据表1，可得到本发明实施例5常温固化导电胶的具体组成为：导电胶包括质量比＝25:1的混合物Ⅰ和混合物Ⅱ；
混合物Ⅰ包括以下质量百分数的组分：8.57％环氧树脂A、9.14％环氧稀释剂B、5.15％环氧交联剂C、0.95％硅酮D、71.43％粒径满足D50>7μm的银粉F、4.76％低沸点溶剂E；其中：环氧树脂A为双酚A环氧树脂、环氧稀释剂B为聚异丙二醇二缩水甘油醚环氧树脂、环氧交联剂C为季戊四醇四缩水甘油醚环氧树脂、低沸点溶剂E为乙醚或丙酮(本实施例优选乙醚)。以上组分混合均匀得到混合物Ⅰ。
混合物Ⅱ包括以下质量百分数的组分：85.3％2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MI)、8％1-甲基咪唑(AIM-1)、6.7％硅酮。以上组分混合均匀得到混合物Ⅱ。
实施例6
本发明实施例6常温固化导电胶的具体组成为：导电胶包括质量比＝50:1的混合物Ⅰ和混合物Ⅱ；
混合物Ⅰ包括以下质量百分数的组分：12％环氧树脂A、7％环氧稀释剂B、4％环氧交联剂C、1％硅酮D、73％粒径满足D50>7μm的银粉F、3％低沸点溶剂E；其中：环氧树脂A为双酚A环氧树脂、环氧稀释剂B为聚异丙二醇二缩水甘油醚环氧树脂、环氧交联剂C为季戊四醇四缩水甘油醚环氧树脂、低沸点溶剂E为乙醚或丙酮(本实施例优选丙酮)。以上组分混合均匀得到混合物Ⅰ。
混合物Ⅱ包括以下质量百分数的组分：60％2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MI)、6％1-甲基咪唑(AIM-1)、3％硅酮、20％N-氨乙基哌嗪(AEP)、11％粒径满足D50>7μm的银粉。以上组分混合均匀得到混合物Ⅱ。
实施例7
本发明实施例7常温固化导电胶的具体组成为：导电胶包括质量比＝1:1的混合物Ⅰ和混合物Ⅱ；
混合物Ⅰ包括以下质量百分数的组分：9％环氧树脂A、6％环氧稀释剂B、5％环氧交联剂C、4％硅酮D、74％粒径满足D50>7μm的银粉F、2％低沸点溶剂E；其中：环氧树脂A为双酚A环氧树脂、环氧稀释剂B为聚异丙二醇二缩水甘油醚环氧树脂、环氧交联剂C为季戊四醇四缩水甘油醚环氧树脂、低沸点溶剂E为乙醚或丙酮。以上组分混合均匀得到混合物Ⅰ。
混合物Ⅱ包括以下质量百分数的组分：40％2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MI)、4％1-甲基咪唑(AIM-1)、4％硅酮、15％N-氨乙基哌嗪(AEP)、37％粒径满足D50>7μm的银粉。以上组分混合均匀得到混合物Ⅱ。
将上述制得的常温固化导电胶或市售的其他导电胶用于连接可充电电池组的工艺方法，步骤为：
a.清洗电池极柱(优选电池负极极柱)和外联极片上对应的待连接区域，在电池极柱的待连接区域涂覆常温固化导电胶，形成冷焊焊点；
b.将外联极片压在电池极柱上，二者待连接区域对应贴合，静置24小时后，常温固化导电胶固化，完成冷焊工艺。
上述工艺方法不限于使用本发明制得的常温固化导电胶。
将上述制得的常温固化导电胶的固化温度、固化后的硬度及电阻性能进行测试，结果如下表所示。
表2常温固化导电胶的性能
从表2可以看出，在混合物Ⅰ中所用银粉并非全为D50>7μm的情况下，对比实施例1-3中电阻均为＞70Ω，而所用银粉全为D50>7μm的情况下，实施例1-5中电阻只有十几欧，电阻大大降低，从而得到本专利的导电胶具有可以满足电极连通的电性能。通过表格1里的固化后的物理性能(比如硬度)可以看出本专利的导电胶也具备了加固电池组的优良性能。

Claims (8)

1.一种常温固化导电胶，其特征在于：所述常温固化导电胶用于可充电电池组电极的连通和电池组的加固，使其能够适应使用条件下的振动和冲击，所述常温固化导电胶含有环氧树脂，环氧稀释剂、环氧固化剂、硅酮助剂、质量分数30-90％的D50>7μm的银粉。
2.如权利要求1所述的常温固化导电胶，其特征在于：含有以下质量百分数的组分：10-15％的环氧树脂、2-5％的环氧稀释剂、1-3％的环氧交联剂、2-10％的环氧固化剂、1-5％的硅酮助剂、30-90％的D50>7μm的银粉。
3.如权利要求1所述的常温固化导电胶，其特征在于，所述导电胶包括以下质量比的混合物Ⅰ和混合物Ⅱ：
混合物Ⅰ：混合物Ⅱ＝1-50:1；
所述混合物Ⅰ包括以下质量百分数的组分：
71.43-75.1％粒径满足D50>7μm的银粉F，
以上组分质量百分比和为100％；
所述混合物Ⅱ包括以下质量百分数的组分：
以上组分质量百分比和为100％；
所述导电胶的固化温度≤60℃。
4.如权利要求3所述的常温固化导电胶，其特征在于，所述混合物Ⅰ中：
环氧树脂A为双酚A环氧树脂；
环氧稀释剂B为聚异丙二醇二缩水甘油醚环氧树脂；
环氧交联剂C为季戊四醇四缩水甘油醚环氧树脂；
低沸点溶剂E为乙醚或丙酮。
5.如权利要求3所述的常温固化导电胶，其特征在于，所述常温固化导电胶的固化温度≤50℃。
6.如权利要求3所述的常温固化导电胶，其特征在于，所述常温固化导电胶的固化温度≤30℃。
7.一种如权利要求1所述的常温固化导电胶连接可充电电池组的工艺方法，其特征在于步骤为：
a.清洗电池极柱和外联极片上对应的待连接区域，在电池极柱的待连接区域涂覆导电胶，形成冷焊焊点；
b.将外联极片压在电池极柱上，二者待连接区域对应贴合，静置至导电胶固化，完成冷焊工艺。
8.如权利要求7所述的常温固化导电胶连接可充电电池组的工艺方法，其特征在于，所述电池极柱为电池负极极柱。
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