CN110055021A - 一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物及其在锂离子动力电池中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物，按重量计，包括以下组分：20~60份环氧树脂、增韧剂5~30份、填料0~60份、稀释剂0~15份、水汽阻隔剂0.1~5份、层状纳米材料0.1~5份、聚丙烯酰胺粉末0.05~1份、胺类固化剂3‑40份和固化促进剂0‑5份。该组合物不仅具有高韧性、高粘接强度和耐疲劳性能，还兼具高的水汽阻隔性，可以满足锂离子动力电池轻量化对粘接与密封提出的新需求，具有重要的应用价值和实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体涉及的是一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物及其在锂离子动力电池中的应用。
背景技术
锂离子动力电池作为新能源汽车的关键部件，其性能的优劣将对电动汽车的应用前景产生重大影响。由于现阶段动力电池比能量普遍较低，为了延长动力电池的使用时间，减少充电次数，必须让汽车轻量化，而动力电池的“减肥”将成为电动汽车整车轻量化的关键。
锂离子动力电池轻量化技术是一项复杂的系统工程，需要从电池包的各个组成部分进行轻量化设计，包括铝合金电芯壳体的轻量化设计。由于电芯内部的锂离子电池内部是一个较为复杂的化学体系，这些化学系统的反应过程及结果都与水分密切相关，而水分的失控不仅能导致锂盐的分解，而且对正负极材料的成膜和稳定性都将产生恶劣的影响，导致锂离子电池的电化学特性，诸如容量、内阻和产品特性都会产生较为明显的恶化。为此，在对动力电池电芯壳体的轻量化过程中，与传统的铝合金壳体不同的是，引入的塑料制件与塑料制件，或塑料制件与金属制件，不能用焊接来密封，而只能用胶粘剂来密封与粘接，这就对胶粘剂提出了更多的要求，即在履行粘接作用的同时还需兼具高的水汽阻隔性。
与其它体系的胶粘剂，如聚氨酯树脂、丙烯酸树脂相比，环氧树脂有着更高的水汽阻隔性，但仍远不及分类为气体阻隔材料的聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇等高阻隔性材料。为了提高气体阻隔性能，现有技术主要通过增加胶层的厚度、组合使用填料和引入含酰胺基的固化剂等各方面下功夫。在中国专利“胺类环氧树脂固化剂、含有该固化剂的气体阻隔性环氧树脂组合物、涂料和层压用粘合剂（CN 101679611 B）”，公开了一种包含胺化合物的胺类环氧树脂固化剂以及含有该固化剂且具有高气体阻隔性能与长适用期的环氧树脂组合物，除了环氧树脂固有的优异性能以外，所述胺化合物可赋予环氧树脂以高气体阻隔性能和长适用期。然而，尽管该技术可以显著提升胶粘剂对氧气的阻隔性，但该技术并未提及对水汽的阻隔性，此外，由于涉及固化剂的合成，进而存在固化剂价格昂贵，不利于大规模推广。
针对目前环氧树脂结构粘接所存在水汽阻隔性不足的难题，开发一种具有高阻隔性环氧树脂组合物，具有重要的应用价值和实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高阻隔性环氧树脂组合物，其可满足锂离子动力电池电芯轻量化提出的高水汽阻隔性的要求，具有重要的应用价值和实际意义。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物，按重量计，包括以下组分：20~60份环氧树脂、增韧剂5~30份、填料0~60份、稀释剂0~15份、水汽阻隔剂0.1~5份、层状纳米材料0.1~5份、聚丙烯酰胺粉末0.05~1份、胺类固化剂3-40份和固化促进剂0-5份。
所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，双酚F型环氧树脂，酚醛环氧树脂、双酚S型环氧树脂或缩水甘油酯环氧树脂中的一种或几种的组合。
所述的增韧剂为是聚硫橡胶、核-壳聚合物、丁腈橡胶、丙烯酸类聚合物或氨基封端的材料和环氧树脂的加合物，或羧基封端的材料和环氧树脂的加合物的一种或几种的组合。
所述的填料为硅微粉、滑石粉、纳米碳酸钙、重钙、氧化铝粉、短切玻璃纤维的一种或几种的组合。
所述的稀释剂为2-乙基己基缩水甘油醚、C12-C14烷基缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚中的一种或几种的组合。
所述的水汽阻隔剂为甲基丙烯酸十三氟辛酯、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或两种的组合。
所述的层状纳米材料为有机蒙脱土、层状双氢氧化物、氮化硼纳米片和石墨烯材料中的一种或几种的组合；所述的石墨烯的层数为1~100层。
所述的聚丙烯酰胺粉末的目数为125~20000目。
所述的固化剂为聚酰胺固化剂、脂肪胺固化剂、脂环胺固化剂和聚硫醇固化剂中的一种或几种的组合。
所述的固化促进剂为三乙醇胺、苯甲醇、K-54和2，4，6- 三（二甲氨基甲基）苯酚中的一种或几种的组合。
根据本申请的又一方面，提供了上述任一环氧树脂组合物在锂离子动力电池中的应用。进一步地，提供了上述任一环氧树脂组合物在轻量化锂离子动力电池中的应用。
采用上述技术方案后，本发明公开的一种高强耐疲劳型环氧树脂结构胶具有以下有益效果但不限于：
1）聚丙烯酰胺作为一种超吸水性树脂，在环氧树脂体系中可以吸收水蒸气，从而使水汽难以从环氧树脂基体中渗透，进而提高环氧树脂的水汽阻隔性。
2）通过引入具有低表面能和强疏水性的水汽阻隔剂来降低环氧树脂的亲水性，提升其疏水性，进而提高环氧树脂的水汽阻隔性。
3）通过引入层状纳米材料，利用其迂回路径的原理，增加了水汽透过环氧树脂的路径，从而显著提升环氧树脂的水汽阻隔性。
4）通过对聚丙烯酰胺、水汽阻隔剂和层状纳米材料添加比例的优化设计，在环氧树脂的阻隔性和粘接强度之间获得了平衡，获得了具有高阻隔性和高粘接强度的环氧树脂组合物。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
将50g双酚A型环氧树脂、16g环氧封端丁腈橡胶、0.4g甲基丙烯酸十三氟辛酯、3g有机蒙脱土、0.1g 1000目的聚丙烯酰胺粉末、30g脂肪胺固化剂和0.5g 2，4，6- 三（二甲氨基甲基）苯酚在25℃的温度条件下混合均匀，即得到高水汽阻隔性环氧树脂组合物。
实施例2
将10g双酚A型环氧树脂、10g双酚F型环氧树脂、5g聚硫橡胶、58.5g硅微粉、10g 2-乙基己基缩水甘油醚、0.1g十七氟癸基三乙氧基硅烷、5g氮化硼纳米片、0.05g 20000目的聚丙烯酰胺粉末、3g聚酰胺固化剂和0.35g K-54在25℃的温度条件下混合均匀，即得到高水汽阻隔性环氧树脂组合物。
实施例3
将40g酚醛环氧树脂、20g双酚S型环氧树脂、8.9g缩水甘油酯环氧树脂、5g核-壳聚合物、5g丁腈橡胶、2.5g十七氟癸基三乙氧基硅烷、2.5g甲基丙烯酸十三氟辛酯、0.1g层状双氢氧化物、1g 20000目的聚丙烯酰胺粉末、10g脂环胺固化剂和5g聚硫醇固化剂在100℃的温度条件下混合均匀，即得到高水汽阻隔性环氧树脂组合物。
实施例4
将30g双酚A型环氧树脂、50g丙烯酸类聚合物、2g甲基丙烯酸十三氟辛酯、2.5g单层石墨烯、0.5g 125目的聚丙烯酰胺粉末、10g聚硫醇固化剂和5g三乙醇胺在30℃的温度条件下混合均匀，即得到高水汽阻隔性环氧树脂组合物。
实施例5
将50g双酚A型环氧树脂、5g环氧接枝丙烯酸类聚合物、5g步骤2）所制备的含γ-氨丙基和3-氨丙基的倍半硅氧烷、20g脂肪胺固化剂、20g聚酰胺固化剂在30℃的温度条件下混合均匀，即得到高水汽阻隔性环氧树脂组合物。
实施例6
将20g双酚A型环氧树脂、5g环氧接枝丙烯酸类聚合物、60g重钙、5g新戊二醇二缩水甘油醚、2g甲基丙烯酸十三氟辛酯、0.5g 5层石墨烯、2g 100层石墨烯、0.5g 125目的聚丙烯酰胺粉末、5g脂肪胺固化剂在30℃的温度条件下混合均匀，即得到高水汽阻隔性环氧树脂组合物。
实施例7
将30g双酚A型环氧树脂、10g环氧接枝核-壳聚合物、15g纳米碳酸钙、5g氧化铝粉、10g短切玻璃纤维、10g丁二醇二缩水甘油醚、5g丁基缩水甘油醚、0.5g甲基丙烯酸十三氟辛酯、2g 5层石墨烯、2g 100层石墨烯、0.5g 125目的聚丙烯酰胺粉末、5g脂肪胺固化剂、2g苯甲醇和3g K-54在30℃的温度条件下混合均匀，即得到高水汽阻隔性环氧树脂组合物。
实施例8
将40g双酚A型环氧树脂、15g环氧接枝丁腈橡胶、15g 滑石粉、10g C12烷基缩水甘油醚、5g C14烷基缩水甘油醚、2g甲基丙烯酸十三氟辛酯、0.5g 5层石墨烯、2g 100层石墨烯、0.5g 125目的聚丙烯酰胺粉末、5g脂肪胺固化剂、5g苯甲醇在30℃的温度条件下混合均匀，即得到高水汽阻隔性环氧树脂组合物。
对比例1
将50g双酚A型环氧树脂、19.5g环氧封端丁腈橡胶、30g脂肪胺固化剂和0.5g 2，4，6-三（二甲氨基甲基）苯酚在25℃的温度条件下混合均匀，即得到环氧树脂组合物。
对实施例1和对比例1所得高水汽阻隔性环氧树脂组合物各项性能进行测试，结果参见表1所示；其中，拉伸剪切强度按照GB/T 7124标准测试；水汽透过率按照ASTM1249M测试。
表1实施例1和对比例1所得样品的各项性能
从上表中可以看出，通过加入层状纳米材料、水汽阻隔性和聚丙烯酰胺粉末，可以保持其拉伸剪切强度的前提，显著提升其对水汽的阻隔性能，进而可在锂离子动力电池轻量化领域中得以应用。
上述实施例并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (11)
1.一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物，按重量计，包括以下组分：20~60份环氧树脂、增韧剂5~30份、填料0~60份、稀释剂0~15份、水汽阻隔剂0.1~5份、层状纳米材料0.1~5份、聚丙烯酰胺粉末0.05~1份、胺类固化剂3-40份和固化促进剂0-5份。
2.根据权利要求1所述的一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物，其特征在于，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，双酚F型环氧树脂，酚醛环氧树脂、双酚S型环氧树脂或缩水甘油酯环氧树脂中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物，其特征在于，所述的增韧剂为是聚硫橡胶、核-壳聚合物、丁腈橡胶、丙烯酸类聚合物或氨基封端的材料和环氧树脂的加合物，或羧基封端的材料和环氧树脂的加合物的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物，其特征在于，所述的填料为硅微粉、滑石粉、纳米碳酸钙、重钙、氧化铝粉、短切玻璃纤维的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物，其特征在于，所述的稀释剂为2-乙基己基缩水甘油醚、C12-C14烷基缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求1所述的一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物，其特征在于，所述的水汽阻隔剂为甲基丙烯酸十三氟辛酯、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或两种的组合。
7.根据权利要求1所述的一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物，其特征在于，所述的层状纳米材料为有机蒙脱土、层状双氢氧化物、氮化硼纳米片和石墨烯材料中的一种或几种的组合；所述的石墨烯的层数为1~100层。
8.根据权利要求1所述的一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物，其特征在于，所述的聚丙烯酰胺粉末的目数为125~20000目。
9.根据权利要求1所述的一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物，其特征在于，所述的固化剂为聚酰胺固化剂、脂肪胺固化剂、脂环胺固化剂和聚硫醇固化剂中的一种或几种的组合。
10.根据权利要求1所述的一种高水汽阻隔性环氧树脂组合物，其特征在于，所述的固化促进剂为三乙醇胺、苯甲醇、K-54和2，4，6- 三（二甲氨基甲基）苯酚中的一种或几种的组合。
11.根据权利要求1至10任一项所述的环氧树脂组合物在锂离子动力电池中的应用。
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