CN110093783A

CN110093783A - 一种气凝胶复合浆料毡及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110093783A
Application number: CN201910452491.6A
Authority: CN
Inventors: 王天赋; 韩荣荣
Original assignee: Shenzhen Aerogel Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Aerogel Technology Co Ltd
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2019-08-06

Abstract

本发明属于电子和新能源汽车材料技术领域，具体涉及一种气凝胶复合浆料毡及其制备方法和应用。该方法包括步骤：1)将气凝胶浆料与胶黏剂混合，得到气凝胶复合浆料；2)以步骤1)得到的所述气凝胶复合浆料为材料在玻璃纤维毡的表面制备气凝胶复合浆料膜层；3)在所述气凝胶复合浆料膜层上覆盖玻璃纤维布，得到待干燥气凝胶复合浆料毡。4)将步骤3)得到的所述待干燥气凝胶复合浆料毡进行干燥，得到气凝胶复合浆料毡。本发明避开了气凝胶毡生产过程中高能耗的干燥工段，得到的气凝胶复合浆料毡不掉粉，并具有和气凝胶毡相同的隔热保温性能。

Description

一种气凝胶复合浆料毡及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于电子和新能源材料技术领域，具体涉及一种气凝胶复合浆料毡及其制备方法和应用。

背景技术

随着国家对新能源汽车发展的大力支持，电动汽车产销数量快速增长，产业化步伐不断加快。现阶段，电动汽车主要以锂离子电池作为动力电池，经过多年的发展，锂离子动力电池的安全性已经得到显著的提高，但在极端条件下仍存在燃烧、爆炸等安全风险。气凝胶材料的应用进一步加强动力电池防火要求，保障人民生命财产安全。新能源汽车主要的动力来源于动力电池系统，其决定着新能源汽车的行车性能、安全性能和寿命。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、高硅氧棉、真空隔热板、二氧化硅气凝胶毡等。

目前二氧化硅气凝胶毡主要采用超临界干燥和常压干燥工艺制备，具有生产工艺复杂、设备投资高、生产周期长等缺点。气凝胶复合浆料毡具有和(二氧化硅)气凝胶毡相同的导热系数，且具有加工方便、厚度可控、不掉粉等优势，省去了气凝胶毡的包覆工段。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种气凝胶复合浆料毡及其制备方法和应用。本发明所提供的气凝胶复合浆料毡的制备方法避开了气凝胶毡生产过程中高能耗的干燥工段，工艺得到了简化，同时能耗得到了降低。所制备得到的气凝胶复合浆料毡不掉粉，性能便于调节，可作为电子或新能源电池组的保温片材。

本发明所提供的技术方案如下：

一种气凝胶复合浆料毡的制备方法，包括以下步骤：

1)将气凝胶浆料与胶黏剂混合，得到复合浆料；

2)以步骤1)得到的所述复合浆料为材料在玻璃纤维毡的表面制备气凝胶复合浆料膜层；

3)在所述气凝胶复合浆料膜层上覆盖玻璃纤维布，得到待干燥气凝胶复合浆料毡。

4)将步骤3)得到的所述待干燥气凝胶复合浆料毡进行干燥，得到气凝胶复合浆料毡。

基于上述技术方案：

一方面，现有技术中，通常将玻璃纤维毡浸入气凝胶浆料中，气凝胶进入玻璃纤维毡的微孔后对材料进行干燥，虽然气凝胶附着于玻璃纤维毡的微孔中，但结合能力弱，从而导致成品易于掉粉。而上述技术方案将气凝胶浆料与胶黏剂混合后在玻璃纤维毡的表面成膜，气凝胶分散在膜中，通过胶黏剂与玻璃纤维毡结合牢固，从而避免了容易掉粉的问题；

另一方面，现有技术中，通常将气凝胶毡制作成卷材等。这样的材料厚度较厚，导致其在超临界干燥和常压干燥工艺阶段需要耗费大量的能量。上述技术方案由于将气凝胶浆料与胶黏剂混合后在玻璃纤维毡的表面成膜，膜的厚度可控，并且厚度小，后续的干燥过程中膜内的水分等更容易气化溢出，从而有效的降低了能耗。烘干条件显著降低，甚至室温下晾干即可。

具体的，烘干条件为：温度50～90℃，时间1～5h，或者，在0～30℃经过36～48h晾干；

再一方面，现有技术中，气凝胶毡的生产，需要高压反应釜和各种化工设备，然后需要一系类的工艺，从原料硅做到多孔的二氧化硅气凝胶产品。最后再进行上胶的工序，再进行包覆，导致产品周期较长。本发明则通过将气凝胶浆料与胶黏剂混合，直接涂覆在玻纤毡的表面上，避免繁琐的工艺流程和庞大的化工设备购置，缩短了工序，使得投资成本和成规模化生产变得简单容易。

再一方面，在玻璃纤维毡的表面成膜可使得膜厚度可控且容易调整，使得气凝胶复合浆料毡整体厚度可控且容易调整，可以制作成片材，用于新能源电池等的保温片材。

具体的，步骤1)中，所述气凝胶浆料包括以下重量百分含量的各组分：8～30％的气凝胶，0.2～2％的分散剂，68～90％的水。

基于上述技术方案，气凝胶浆料可很好的与胶黏剂混合，并易于作为喷涂或刮涂材料。

具体的，所述气凝胶浆料与所述胶黏剂的重量比为75:25～90:10。

具体的，步骤1)中，所述气凝胶浆料为炭气凝胶或SiO₂气凝胶浆料。

上述技术方案适用于炭气凝胶或SiO₂气凝胶浆料，具有较宽的适用范围。

具体的，步骤1)中，所述胶黏剂选自聚乙烯醇、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、水性环氧树脂、丙烯酸乳液、环氧树脂乳液、白乳胶、环氧树脂、或无机粘结剂等中的任意一种。

基于上述技术方案，各类型的胶黏剂可以很好的与气凝胶浆料混合，并易于作为喷涂或刮涂材料。

具体的，步骤2)中，采用喷涂或刮涂的方式在所述玻璃纤维毡的表面制备气凝胶复合浆料膜层。

基于上述技术方案，易于在玻璃纤维毡的表面成膜，并且，膜厚度可控并易于调节。

优选的，所述气凝胶复合浆料膜层的厚度为0.5～3mm。

上述技术方案中，气凝胶复合浆料膜层的厚度小，可以实现气凝胶复合浆料毡总体的厚度小。

具体的，步骤3)中，所述玻璃纤维布的厚度为0.1～0.5mm。

基于上述技术方案，可以使气凝胶复合浆料毡厚度薄。

本发明还提供了根据本发明所提供的气凝胶复合浆料毡的制备方法制备得到的气凝胶复合浆料毡。

一方面，现有技术中，通常将玻璃纤维毡浸入气凝胶浆料中，气凝胶进入玻璃纤维毡的微孔后对材料进行干燥，虽然气凝胶附着于玻璃纤维毡的微孔中，但结合能力弱，从而导致成品易于掉粉。而上述技术方案中，气凝胶浆料与胶黏剂混合后在玻璃纤维毡的表面成膜，气凝胶分散在膜中，通过胶黏剂与玻璃纤维毡结合牢固，从而不容易掉粉的问题；

另一方面，由于气凝胶和玻璃纤维均具有较低的导热系数，气凝胶复合浆料毡保温性能良好；

再一方面，在玻璃纤维毡的表面所成的膜厚度可控且容易调整，使得气凝胶复合浆料毡整体厚度可控且容易调整，便于制作成片材。

优选的，所述气凝胶复合浆料毡的厚度为4～12mm。

上述技术方案所提供的气凝胶复合浆料毡具有小的厚度和良好的隔热性能，可作为新能源电池等的保温片材。

在玻璃纤维毡的表面成膜可使得膜厚度可控且容易调整，使得气凝胶复合浆料毡整体厚度可控且容易调整，可以制作成片材，用于新能源电池等的保温片材。

本发明还提供了本发明所提供的气凝胶复合浆料毡的应用：作为片材。

以本发明所提供的气凝胶复合浆料毡作为电池的保温片材，可以兼顾材料的厚度和保温性能。

具体的，作为电池组、电池仓或乘客舱的保温片材。

以本发明所提供的气凝胶复合浆料毡作为作为电池组、电池仓或乘客舱的保温片材，可以兼顾厚度和保温性能。

本发明的有益效果在于：

1、制备工艺简单。避开了气凝胶毡生产过程中高能耗的干燥工段。采用该工艺制备的气凝胶复合浆料毡可在烘箱中干燥，也可在室温下自干。

2、设备投入低。气凝胶复合浆料毡的生产可手工完成，也可在简单的裁切、涂覆等设备下完成。

3、不掉粉。采用该工艺制备的气凝胶毡不掉粉，免除了二次加工的麻烦。

4、良好的导热系数。气凝胶复合浆料毡具有和气凝胶毡相同的隔热保温性能。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种气凝胶复合浆料毡的制备方法，包括以下步骤：

1)将气凝胶浆料与胶黏剂混合，得到气凝胶复合浆料，气凝胶浆料为炭气凝胶或SiO₂气凝胶浆料，气凝胶复合浆料包括：8％的气凝胶，1％的分散剂，70％的水，21％的白乳胶；

2)以步骤1)得到的气凝胶复合浆料为材料在玻璃纤维毡的表面制备气凝胶复合浆料膜层，具体采用喷涂或刮涂的方式在玻璃纤维毡的两个表面制备气凝胶复合浆料膜层，各面的气凝胶复合浆料膜层的厚度为1mm，玻璃纤维毡的厚度为3mm；

3)在气凝胶复合浆料膜层上覆盖玻璃纤维布，得到待干燥气凝胶复合浆料毡。

4)将步骤3)得到的待干燥气凝胶复合浆料毡进行干燥，得到气凝胶复合浆料毡，气凝胶复合浆料毡的厚度为4mm，干燥条件为50℃，5h。

对步骤2)得到的复合有气凝胶复合浆料膜层的玻璃纤维毡进行掉粉测试，测试方法为震动质量损失率试验方法，测试结果为0。

对步骤3)得到的气凝胶复合浆料毡进行导热性的测试，测试方法为防护热板法，测试结果为0.023W/(m·K)。

实施例2

一种气凝胶复合浆料毡的制备方法，包括以下步骤：

1)气凝胶复合浆料为炭气凝胶或SiO₂气凝胶浆料，气凝胶复合浆料包括：15％的气凝胶，2％分散剂，70％水，18％胶黏剂；

2)以步骤1)得到的气凝胶复合浆料为材料在玻璃纤维毡的表面制备气凝胶复合浆料膜层，具体采用喷涂或刮涂的方式在玻璃纤维毡的两个表面制备气凝胶复合浆料膜层，各面的气凝胶复合浆料膜层的厚度为1mm，玻璃纤维毡的厚度为5；

4)将步骤3)得到的待干燥气凝胶复合浆料毡进行干燥，得到气凝胶复合浆料毡，气凝胶复合浆料毡的厚度为6mm，干燥条件为50℃，5h。

对步骤2)得到的复合有气凝胶复合浆料膜层的玻璃纤维毡进行掉粉测试，测试方法为震动质量损失率试验方法，测试结果为0.01％。

对步骤3)得到的气凝胶复合浆料毡进行导热性的测试，测试方法为防护热办法，测试结果为0.025W/(m·K)。

实施例3

一种气凝胶复合浆料毡的制备方法，包括以下步骤：

1)气凝胶复合浆料为SiO₂气凝胶浆料，气凝胶复合浆料包括：20％的气凝胶，2％的分散剂，60％的水，18％胶黏剂；

2)以步骤1)得到的气凝胶复合浆料为材料在玻璃纤维毡的表面制备气凝胶复合浆料膜层，具体采用喷涂或刮涂的方式在玻璃纤维毡的两个表面制备气凝胶复合浆料膜层，各面的气凝胶复合浆料膜层的厚度为2mm，玻璃纤维毡的厚度为3mm；

4)将步骤3)得到的待干燥气凝胶复合浆料毡进行干燥，得到气凝胶复合浆料毡，气凝胶复合浆料毡的厚度5mm，干燥条件为60℃，5h。

对比例

以5mm的气凝胶玻纤毡和5mm的气凝胶浆料毡的干燥过程设置对比例，以恒重前后质量损失率小于等于1％评定为干燥完成，测试结果如下：

测量5mm的气凝胶玻纤毡在60℃下干燥5h，完成干燥后对其进行恒重。恒重前后质量损失率大于1％，无法完全干燥，

测量5mm的气凝胶浆料毡在60℃，5h，完成干燥后完成后对其进行恒重。恒重前后质量损失率为1％，完成干燥。

通过上述对比可以看出，相比较气凝胶玻纤毡，本发明所提供的气凝胶浆料更容易烘干。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种气凝胶复合浆料毡的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将气凝胶浆料与胶黏剂混合，得到气凝胶复合浆料；

2)以步骤1)得到的所述气凝胶复合浆料为材料在玻璃纤维毡的表面制备气凝胶复合浆料膜层；

3)在所述气凝胶复合浆料膜层上覆盖玻璃纤维布，得到待干燥气凝胶复合浆料毡；

2.根据权利要求1所述的气凝胶复合浆料毡的制备方法，其特征在于：

步骤1)中，所述气凝胶浆料包括以下重量百分含量的各组分：8～30％的气凝胶，0.2～2％的分散剂，68～90％的水；

步骤1)中，所述气凝胶浆料与所述胶黏剂的重量比为75:25～90:10。

3.根据权利要求2所述的气凝胶复合浆料毡的制备方法，其特征在于：

所述气凝胶浆料选自炭气凝胶、SiO₂气凝胶浆料、纤维素气凝胶、石墨烯气凝胶、聚合物气凝胶中的任意一种；

所述胶黏剂选自聚乙烯醇、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、水性环氧树脂、丙烯酸乳液、环氧树脂乳液、白乳胶、环氧树脂或无机粘结剂中的任意一种；

所述分散剂选自十二甲烷基苯磺酸钠、硬脂酸类、聚山梨酯、司盘或纤维素类中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的气凝胶复合浆料毡的制备方法，其特征在于：步骤2)中，采用喷涂或刮涂的方式在所述玻璃纤维毡的表面制备气凝胶复合浆料膜层。

5.根据权利要求1至4任一所述的气凝胶复合浆料毡的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述气凝胶复合浆料膜层的厚度为0.5～3mm。

6.根据权利要求1至4任一所述的气凝胶复合浆料毡的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述玻璃纤维布的厚度为0.1～0.5mm。

7.一种根据权利要求1至6任一所述的气凝胶复合浆料毡的制备方法制备得到的气凝胶复合浆料毡。

8.根据权利要求7所述的气凝胶复合浆料毡，其特征在于：所述气凝胶复合浆料毡的厚度为4～12mm。

9.一种根据权利要求7所述的气凝胶复合浆料毡的应用，其特征在于：作为片材。

10.根据权利要求9所述的气凝胶复合浆料毡的应用，其特征在于：作为电池组、电池仓或乘客舱的保温片材。