CN108862286A - 阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材及汽车锂离子动力电池热管理系统用薄片 - Google Patents

阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材及汽车锂离子动力电池热管理系统用薄片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，将凝聚剂加入到溶剂中均匀搅拌，然后加入甲基三甲氧基硅烷和的硅源，搅拌均匀，加入凝胶促进剂和环保无卤阻燃剂，再次搅拌均匀，陈化凝胶形成的片材状湿凝胶，再进行至少两次溶剂置换，得到块状湿凝胶并进行干燥。汽车锂离子动力电池热管理系统用薄片包括阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，用于锂离子动力电池的隔热和减振。通过上述方式，本发明片材导热系数低，且具有超疏水、使用温度范围广、寿命长、抗压、无毒。与传统保温隔热材料相比，同等隔热效果下，气凝胶材料厚度只有传统保温隔热材料的1/2‑1/5，却能达到最佳的高温隔热效果。

Description

阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材及汽车锂离子动力电池 热管理系统用薄片
技术领域
本发明涉及一种阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材及汽车锂离子动力电池热管理系统用薄片。
背景技术
近年来，针对电池组的热失控传播问题主要通过在电池组内增加隔热层，阻断热失控从失控单体向周围传播，来实现降低电池组的损害以及附带的破坏作用。目前常用的动力电池保温隔热材料有泡棉、塑料泡沫、超细玻璃棉、 硅氧棉、真空隔热板、二氧化硅气凝胶等，电池组内隔热板是置于单体电芯之间，能够有效延缓或阻断单体电芯热失控向整个电池系统的传播的一种热防护装备。需要具备以下性能：阻燃、耐 温、导热系数低、不产生有毒气体、防水防潮防震、质轻价低厚度薄。
泡棉是塑料粒子发泡过的材料，具有有弹性、重量轻、隔热等特点。泡棉有多种种类，比如PU、PE、CR、EVE泡棉等。可应用于动力电池电芯间隔热的泡棉主要有PU、XPE、IXPE泡棉。PU泡棉在上时间压力下仍具有非常好的回弹性，适用于软包电池的电芯隔热防震材料，但是PU泡棉燃烧时会释放有毒气体，不适用于纯电动或插式混合电动等新能源汽车。XPE泡棉经过添加化学交联剂产生化学交联后发泡而成的泡棉，主要特点是性能好，泡孔大，产品一般以3mm以上的厚度为主。IXPE泡棉是经过辐照交联后发泡而成的泡棉产品，主要特点是泡孔细腻，表观美观，性能优异，而且环保性能非常不错，能达到欧盟的检测标准，是一种非常适合的动力电池隔热材料。但是该方法由于辐照设备昂贵、射线穿透力差，不适用于制备厚度较大的发泡体。其次，基于PE材料本身的特性，其在120℃作用就会发生软化或较大形变，当电芯发生着火危险后，也不能起到很好的阻燃作用。通用汽车公司 Volt的电池热管理系统的隔热方式就是采用了在电芯与电芯之间放置泡棉的方式，但是对通过对VOLT模组结构的拆解分析，所应用的泡棉并没有出现离火自熄现象，也意味着不是国标所要求的阻燃。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材及汽车锂离子动力电池热管理系统用薄片，能够解决二氧化硅气凝胶的酥脆性、阻燃性、不具减振等性能缺陷，泡棉保温减振效果不佳的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，气凝胶片材原料的组分包括：甲基三甲氧基硅烷、硅源、凝胶促进剂、具有结构导向功能的凝聚剂、溶剂、和环保无卤阻燃剂；
将100~120ml的凝聚剂加入到800~1000ml的溶剂中均匀搅拌，然后加入160~180ml的甲基三甲氧基硅烷和90~120ml的硅源，搅拌均匀，加入150~170ml的凝胶促进剂和环保无卤阻燃剂，再次搅拌均匀，陈化凝胶形成的片材状湿凝胶，再进行至少两次溶剂置换，得到块状湿凝胶并进行干燥。
在本发明一个较佳实施例中，硅源包括二甲基二甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、硅酸乙酯和硅酸中的一种或多种。
在本发明一个较佳实施例中，凝胶促进剂为1，2-环氧丙烷，凝聚剂为十六烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基氯化铵；溶剂为稀盐酸溶液。
在本发明一个较佳实施例中，环保无卤阻燃剂为集碳源、酸源和气源于一体的磷氮系膨胀阻燃剂或为三聚氰胺及其磷的化合物，磷氮系膨胀阻燃剂的用量是占溶胶质量的8%~20%，三聚氰胺及其磷的化合物的用量是占溶胶质量的8%~15%。
在本发明一个较佳实施例中，均匀搅拌溶液的转速为50~300转/min。
在本发明一个较佳实施例中，陈化凝胶是溶胶倒入密闭容器内，在温度30~65摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶。
在本发明一个较佳实施例中，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂。
在本发明一个较佳实施例中，干燥包括常压干燥、微波干燥或超临界干燥，常压干燥、微波干燥的温度为35~65摄氏度，超临界干燥的干燥时间为3~9小时， 温度45~90摄氏度，超临界的二氧化碳或酒精的压强为6MPa ~35MPa,超临界的二氧化碳或酒精的气体流量为150~180L/h。
在本发明一个较佳实施例中，增强所述二氧化硅气凝胶片材强度的方法包括：在溶胶段加入短玻璃纤维或预氧丝短纤维，与溶胶一起形成湿凝胶，含有增强纤维的湿凝胶经干燥后，获得强度增强的弹性二氧化硅气凝胶片材。
本发明还涉及一种汽车锂离子动力电池热管理系统用薄片，包括所述的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，用于锂离子动力电池的隔热和减振。
本发明的有益效果是：本发明的片材导热系数低，且具有超疏水、使用温度范围广、寿命长、抗压、无毒。 与传统保温隔热材料相比，同等隔热效果下，气凝胶材料厚度只有传统保温隔热材料的1/2-1/5，却能达到最佳的高温隔热效果。应用在锂离子动力电池模组中时，低的导热系数可以有效阻隔电芯在大倍率下充放电急剧产生的热量扩散；当电芯发生热失控时可以起到隔热作用，延缓或阻断事故发生；当电芯过热发生燃烧时，气凝胶隔热片材达到建筑A1级/UL94标准V0级不燃的性能，也能够有效阻断或延缓火势蔓延，为逃生提供足够的时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材在电子扫描显微镜下的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明一种阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，气凝胶片材原料的组分包括：甲基三甲氧基硅烷、硅源、凝胶促进剂、具有结构导向功能的凝聚剂、溶剂、和环保无卤阻燃剂。
其中，硅源包括二甲基二甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、硅酸乙酯和硅酸中的一种或多种。
凝胶促进剂为1，2-环氧丙烷，凝聚剂为十六烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基氯化铵；溶剂为稀盐酸溶液，浓度为1.5×10-5mol/ml-3×10-5mol/ml。
环保无卤阻燃剂为集碳源、酸源和气源于一体的磷氮系膨胀阻燃剂或为三聚氰胺及其磷的化合物。
磷氮系膨胀阻燃剂：该产品集碳源、酸源和气源与一体，在高温作用下发生分解并且迅速酯化膨胀。在起始阶段释放出不可燃的蒸汽而产生吸热效果，紧接着游离的磷酸促使碳层的形成，在燃烧材料表面形成致密的多空膨胀炭层提高了热绝缘性能，该炭层可以阻止热源向高聚物的传递以及隔绝氧气，阻止内层高聚物的进一步降解和可燃物向表面的释放。磷氮系膨胀阻燃剂无卤、无重金属，符合RoHS、REACH环保要求。粉体进行了超细和良好的表面处理，使阻燃剂在产品中不析出、不迁移，阻燃效果通过UL94V-0级。磷氮系膨胀阻燃剂的用量是占溶胶质量的8%~20%。
三聚氰胺及其与磷的化合物，主要是三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸和三聚氰胺磷酸酯。氮系阻燃剂一般为白色晶状细粉末，粒径10μm～50μm，容易分散。密度1.5g/cm～1.7g/cm。作为阻燃剂新品种，氮系阻燃剂有很多优点：高效阻燃；不含卤素；无腐蚀作用，因而减少了机械被腐蚀问题；耐紫外光照；使制品不褪色，不喷霜；可回收再利用。不需要和其它阻燃剂配合使用。三聚氰胺及其磷的化合物的用量是占溶胶质量的8%~15%时可燃等级就能达到UL94标准的V-O阻燃级。
阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材的制备方法包括：
实施例1：将100ml的十六烷基三甲基氯化铵加入到800ml浓度为1.5×10-5mol/ml的盐酸溶剂中均匀搅拌，搅拌转速为50转/min，然后加入160ml的甲基三甲氧基硅烷和90ml的二甲基二甲氧基硅烷，搅拌均匀成溶胶1，搅拌转速为50转/min，加入150ml的1，2-环氧丙烷和磷氮系膨胀阻燃剂，再次搅拌均匀成溶胶2，搅拌转速为50转/min，溶胶倒入密闭容器内，在温度30摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶，再进行两次溶剂置换，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂，经溶剂充分置换后得到块状湿凝胶,并在烘箱内低温干燥至干凝胶，烘箱温度35摄氏度，制得常压法制造阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材。
实施例2：将110ml的十六烷基三甲基氯化铵加入到900ml浓度为2×10-5mol/ml的盐酸溶剂中均匀搅拌，搅拌转速为180转/min，然后加入170ml的甲基三甲氧基硅烷和110ml的二甲基二甲氧基硅烷，搅拌均匀成溶胶1，搅拌转速为180转/min，加入180ml的1，2-环氧丙烷和磷氮系膨胀阻燃剂，再次搅拌均匀成溶胶2，搅拌转速为175转/min，溶胶倒入密闭容器内，在温度48摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶，再进行三次溶剂置换，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂，经溶剂充分置换后得到块状湿凝胶,并在烘箱内低温干燥至干凝胶，烘箱温度50摄氏度，制得常压法制造阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材。
实施例3：将120ml的十六烷基三甲基氯化铵加入到1000ml浓度为3×10-5mol/ml的盐酸溶剂中均匀搅拌，搅拌转速为300转/min，然后加入180ml的甲基三甲氧基硅烷和120ml的二甲基二甲氧基硅烷，搅拌均匀成溶胶1，搅拌转速为300转/min，加入170ml的1，2-环氧丙烷和磷氮系膨胀阻燃剂，再次搅拌均匀成溶胶2，搅拌转速为300转/min，溶胶倒入密闭容器内，在温度65摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶，再进行5次溶剂置换，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂，经溶剂充分置换后得到块状湿凝胶,并在烘箱内低温干燥至干凝胶，烘箱温度65摄氏度，制得常压法制造阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材。
实施例5：将100ml的十八烷基三甲基氯化铵加入到800ml浓度为1.5×10-5mol/ml的盐酸溶剂中均匀搅拌，搅拌转速为50转/min，然后加入160ml的甲基三甲氧基硅烷和90ml的正硅酸乙酯，搅拌均匀成溶胶1，搅拌转速为50转/min，加入150ml的1，2-环氧丙烷和三聚氰胺，再次搅拌均匀成溶胶2，搅拌转速为50转/min，溶胶倒入密闭容器内，在温度30摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶，再进行两次溶剂置换，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂，经溶剂充分置换后得到块状湿凝胶,并在微波烘箱或烘道内低温干燥至干凝胶，烘箱温度35摄氏度，制得微波加热干燥法制造阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材。
实施例6：将110ml的十八烷基三甲基氯化铵加入到900ml浓度为2×10-5mol/ml的盐酸溶剂中均匀搅拌，搅拌转速为180转/min，然后加入170ml的甲基三甲氧基硅烷和110ml的正硅酸乙酯，搅拌均匀成溶胶1，搅拌转速为175转/min，加入160ml的1，2-环氧丙烷和三聚氰胺，再次搅拌均匀成溶胶2，搅拌转速为170转/min，溶胶倒入密闭容器内，在温度45摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶，再进行三次溶剂置换，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂，经溶剂充分置换后得到块状湿凝胶,并在微波烘箱或烘道内低温干燥至干凝胶，烘箱温度48摄氏度，制得微波加热干燥法制造阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材。
实施例7：将120ml的十八烷基三甲基氯化铵加入到1000ml浓度为3×10-5mol/ml的盐酸溶剂中均匀搅拌，搅拌转速为300转/min，然后加入180ml的甲基三甲氧基硅烷和120ml的正硅酸乙酯，搅拌均匀成溶胶1，搅拌转速为300转/min，加入170ml的1，2-环氧丙烷和三聚氰胺，再次搅拌均匀成溶胶2，搅拌转速为300转/min，溶胶倒入密闭容器内，在温度65摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶，再进行四次溶剂置换，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂，经溶剂充分置换后得到块状湿凝胶,并在微波烘箱或烘道内低温干燥至干凝胶，烘箱温度65摄氏度，制得微波加热干燥法制造阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材。
实施例8：将100ml的十八烷基三甲基氯化铵加入到800ml浓度为1.5×10-5mol/ml的盐酸溶剂中均匀搅拌，搅拌转速为50转/min，然后加入160ml的甲基三甲氧基硅烷和90ml的硅酸乙酯，搅拌均匀成溶胶1，搅拌转速为50转/min，加入150ml的1，2-环氧丙烷和三聚氰胺氰尿酸，再次搅拌均匀成溶胶2，搅拌转速为50转/min，溶胶倒入密闭容器内，在温度30摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶，再进行两次溶剂置换，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂，经溶剂充分置换后得到块状湿凝胶,并在超临界干燥装置设备内进行超临界干燥3小时,超临界的温度45摄氏度，超临界的压强二氧化碳或酒精的压强6MPa,超临界的二氧化碳或酒精的气体流量150L/h至干凝胶，制得超临界干燥法制造的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材。
实施例9：将110ml的十八烷基三甲基氯化铵加入到900ml浓度为2×10-5mol/ml的盐酸溶剂中均匀搅拌，搅拌转速为170转/min，然后加入170ml的甲基三甲氧基硅烷和110ml的硅酸乙酯，搅拌均匀成溶胶1，搅拌转速为175转/min，加入160ml的1，2-环氧丙烷和三聚氰胺氰尿酸，再次搅拌均匀成溶胶2，搅拌转速为180转/min，溶胶倒入密闭容器内，在温度50摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶，再进行三次溶剂置换，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂，经溶剂充分置换后得到块状湿凝胶,并在超临界干燥装置设备内进行超临界干燥6小时,超临界的温度70摄氏度，超临界的压强二氧化碳或酒精的压强20MPa,超临界的二氧化碳或酒精的气体流量165L/h至干凝胶，制得超临界干燥法制造的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材。
实施例10：将120ml的十八烷基三甲基氯化铵加入到1000ml浓度为3×10-5mol/ml的盐酸溶剂中均匀搅拌，搅拌转速为300转/min，然后加入180ml的甲基三甲氧基硅烷和120ml的硅酸乙酯，搅拌均匀成溶胶1，搅拌转速为300转/min，加入170ml的1，2-环氧丙烷和三聚氰胺氰尿酸，再次搅拌均匀成溶胶2，搅拌转速为300转/min，溶胶倒入密闭容器内，在温度65摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶，再进行六次溶剂置换，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂，经溶剂充分置换后得到块状湿凝胶,并在超临界干燥装置设备内进行超临界干燥9小时,超临界的温度90摄氏度，超临界的压强二氧化碳或酒精的压强35MPa,超临界的二氧化碳或酒精的气体流量180L/h至干凝胶，制得超临界干燥法制造的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材。
实施例11：将100ml的十六烷基三甲基氯化铵加入到800ml浓度为1.5×10-5mol/ml的盐酸溶剂中均匀搅拌，搅拌转速为50转/min，然后加入160ml的甲基三甲氧基硅烷和90ml的硅酸，搅拌均匀成溶胶1，搅拌转速为50转/min，加入适量短玻璃纤维继续搅拌,再加入150ml的1，2-环氧丙烷和磷氮系膨胀阻燃剂，再次搅拌均匀成溶胶2，搅拌转速为50转/min，溶胶倒入密闭容器内，在温度30摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶，再进行至少两次溶剂置换，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂，经溶剂充分置换后得到块状湿凝胶,并在超临界干燥装置设备内进行超临界干燥3小时,超临界的温度45摄氏度，超临界的压强二氧化碳或酒精的压强6MPa,超临界的二氧化碳或酒精的气体流量150L/h至干凝胶，制得强度增强的阻燃弹性二氧化硅气凝片材。
短玻璃纤维作为强化弹性二氧化硅气凝胶的补强材料应用时，最大的特征是抗拉强度大，耐热性好，温度达300℃时对强度没影响。有优良的电绝缘性，是高级的电绝缘材料，也用于绝热材料和防火屏蔽材料。
实施例12：将115ml的十六烷基三甲基氯化铵加入到950ml浓度为3×10-5mol/ml的盐酸溶剂中均匀搅拌，搅拌转速为250转/min，然后加入175ml的甲基三甲氧基硅烷和110ml的正硅酸乙酯，搅拌均匀成溶胶1，搅拌转速为220转/min，加入适量短玻璃纤维继续搅拌,再加入160ml的1，2-环氧丙烷和磷氮系膨胀阻燃剂，再次搅拌均匀成溶胶2，搅拌转速为220转/min，溶胶倒入密闭容器内，在温度60摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶，再进行三次溶剂置换，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂，经溶剂充分置换后得到块状湿凝胶,并在超临界干燥装置设备内进行超临界干燥8小时,超临界的温度87摄氏度，超临界的压强二氧化碳或酒精的压强30MPa,超临界的二氧化碳或酒精的气体流量180L/h至干凝胶，制得强度增强的阻燃弹性二氧化硅气凝片材。
短玻璃纤维作为强化弹性二氧化硅气凝胶的补强材料应用时，最大的特征是抗拉强度大，耐热性好，温度达300℃时对强度没影响。有优良的电绝缘性，是高级的电绝缘材料，也用于绝热材料和防火屏蔽材料。
实施例13：将100ml的十八烷基三甲基氯化铵加入到800ml浓度为1.5×10-5mol/ml的盐酸溶剂中均匀搅拌，搅拌转速为50转/min，然后加入160ml的甲基三甲氧基硅烷和90ml的二甲基二甲氧基硅烷，搅拌均匀成溶胶1，搅拌转速为50转/min，加入适量预氧丝短纤维，优选聚丙烯腈(PAN)基预氧丝继续搅拌,再加入150ml的1，2-环氧丙烷和三聚氰胺，再次搅拌均匀成溶胶2，搅拌转速为50转/min，溶胶倒入密闭容器内，在温度30摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶，再进行三次溶剂置换，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂，经溶剂充分置换后得到块状湿凝胶, 并在烘箱内低温干燥至干凝胶，烘箱温度38摄氏度，制得强度增强的阻燃弹性二氧化硅气凝片材。
聚丙烯腈(PAN)基预氧丝是由含碳的有机纤维原丝在空气介质下，经过几十至几百分钟的预氧化过程，而得到预氧丝，阻燃效果好。
实施例14：将115ml的十八烷基三甲基氯化铵加入到950ml浓度为3×10-5mol/ml的盐酸溶剂中均匀搅拌，搅拌转速为280转/min，然后加入175ml的甲基三甲氧基硅烷和115ml的二甲基二甲氧基硅烷，搅拌均匀成溶胶1，搅拌转速为280转/min，加入适量预氧丝短纤维，优选聚丙烯腈(PAN)基预氧丝继续搅拌,再加入1650ml的1，2-环氧丙烷和三聚氰胺，再次搅拌均匀成溶胶2，搅拌转速为250转/min，溶胶倒入密闭容器内，在温度60摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶，再进行三次溶剂置换，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂，经溶剂充分置换后得到块状湿凝胶, 并在烘箱内低温干燥至干凝胶，烘箱温度63摄氏度，制得强度增强的阻燃弹性二氧化硅气凝片材。
聚丙烯腈(PAN)基预氧丝是由含碳的有机纤维原丝在空气介质下，经过几十至几百分钟的预氧化过程，而得到预氧丝，阻燃效果好。
一种具有阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材的薄片，包括所述的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，选用较大厚度阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，用破切机破切成需要的厚度尺寸，对薄片厚度在线检测、外观在线检测、检验、收卷、包装，最后入库备用于汽车锂离子动力电池的隔热和减振。
具有阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材的薄片在锂离子动力电池应用范围包括：用于锂离子动力电池总成、及其模组和单体电芯间隔热阻燃，还可应用于模组于壳体之间的隔热防震、电池箱的外部防寒层和高温隔热层等零部件。
阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶是一种微纳米孔性弹性体阻燃二氧化硅气凝胶新品种材料，是目前工程应用的最轻的固体材料，可以使得新能源汽车轻量化更节能。由其制成的高弹性二氧化硅气凝胶各种片材导热系数为0.015~0.078 W/(m·K)，甚至更低，且具有超疏水、建筑A1级/UL94标准V0级、使用温度范围广（-200~350℃）、寿命长、抗压、无毒。
汽车锂离子动力电池热管理系统用阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材和IXPE隔热泡棉片材性能对比：
性能指标 本发明的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶 PU、XPE、IXPE泡棉类
密度 (Kg/m3) 80~150 200（5倍发泡）
导热系数 (W/mk) 0.017~0.024（超临界干燥法），0.024~0.04（常压法或微波加热干燥法） 0.095~0.3
使用温度 (℃) -80~350℃ -40~120℃
阻燃性能 建筑A1级/UL94标准V0级（不燃烧） UL94标准HB级(燃烧的)
吸水率 室温24h (%) 疏水 <0.5
环保无毒性 ROHS标准 ROHS标准
温形变120℃，24h (%) 无 收缩10%
压缩回弹率 48% 0~15%
常规厚度（mm） 0.5/1/2/3/4/5/6/7/8/9/10 0.5/1/3/10
如表中数据所示，与传统保温隔热材料相比，同等隔热效果下，气凝胶材料厚度只有传统保温隔热材料的1/2-1/5。却是目前可应用于新能源汽车及动力电池最薄最高效的保温隔热材料。
本发明应用在锂离子动力电池模组中时，低的导热系数可以有效阻隔电芯在大倍率下充放电急剧产生的热量扩散；当电芯发生热失控时可以起到隔热作用，延缓或阻断事故发生；当电芯过热发生燃烧时，气凝胶隔热片材达到建筑A1级/UL94标准V0级不燃的性能，也能够有效阻断或延缓火势蔓延，为逃生提供足够的时间。
随着阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材工艺的成熟和生产规模的扩大，其价格必然会下降，有着性价比竞争优势，在新能源汽车动力电池中的应用和市场渗透率也必将随着新能源汽车的行业增长而激增。该产品将助力提升我国新能源汽车的安全可靠性和全球竞争力。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，其特征在于，气凝胶片材原料的组分包括：甲基三甲氧基硅烷、硅源、凝胶促进剂、具有结构导向功能的凝聚剂、溶剂、和环保无卤阻燃剂；
将100~120ml的凝聚剂加入到800~1000ml的溶剂中均匀搅拌，然后加入160~180ml的甲基三甲氧基硅烷和90~120ml的硅源，搅拌均匀，加入150~170ml的凝胶促进剂和环保无卤阻燃剂，再次搅拌均匀，陈化凝胶形成的片材状湿凝胶，再进行至少两次溶剂置换，得到块状湿凝胶并进行干燥。
2.根据权利要求1所述的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，其特征在于，硅源包括二甲基二甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、硅酸乙酯和硅酸中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，其特征在于，凝胶促进剂为1，2-环氧丙烷，凝聚剂为十六烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基氯化铵；溶剂为稀盐酸溶液。
4.根据权利要求1所述的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，其特征在于，环保无卤阻燃剂为集碳源、酸源和气源于一体的磷氮系膨胀阻燃剂或为三聚氰胺及其磷的化合物，磷氮系膨胀阻燃剂的用量是占溶胶质量的8%~20%，三聚氰胺及其磷的化合物的用量是占溶胶质量的8%~15%。
5.根据权利要求1所述的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，其特征在于，均匀搅拌溶液的转速为50~300转/min。
6.根据权利要求1所述的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，其特征在于，陈化凝胶是溶胶倒入密闭容器内，在温度30~65摄氏度的烘箱内低温陈化凝胶。
7.根据权利要求1所述的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，其特征在于，溶剂置换是每隔12小时取出密闭容器，用酒精置换湿凝胶析出的溶剂。
8.根据权利要求1所述的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，其特征在于，干燥包括常压干燥、微波干燥或超临界干燥，常压干燥、微波干燥的温度为35~65摄氏度，超临界干燥的干燥时间为3~9小时， 温度45~90摄氏度，超临界的二氧化碳或酒精的压强为6MPa ~35MPa,超临界的二氧化碳或酒精的气体流量为150~180L/h。
9.根据权利要求1-8任一所述的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，其特征在于，增强所述二氧化硅气凝胶片材强度的方法包括：在溶胶段加入短玻璃纤维或预氧丝短纤维，与溶胶一起形成湿凝胶，含有增强纤维的湿凝胶经干燥后，获得强度增强的弹性二氧化硅气凝胶片材。
10.一种汽车锂离子动力电池热管理系统用薄片，其特征在于，包括权利要求9所述的阻燃隔热的弹性二氧化硅气凝胶片材，用于锂离子动力电池的隔热和减振。
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