CN110591406A - 一种低密度高阻燃型smc电池包材料及其制备方法和电池包 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低密度高阻燃型SMC电池包材料及其制备方法和电池包。该SMC电池包材料主要由以下重量份的原料制成：阻燃型乙烯基树脂60‑80份，低收缩添加剂15‑20份，过氧化苯甲酸叔丁酯1‑2份，轻质填料70‑80份，增强纤维90‑110份，阻燃剂50‑60份。本发明提供的低密度高阻燃型SMC电池包材料，以阻燃型乙烯基树脂、过氧化苯甲酸叔丁酯为树脂基体，添加低收缩添加剂、轻质填料、增强纤维、阻燃剂制成低密度高阻燃型SMC材料，树脂基体的基础力学性能、阻燃性能优异，对轻质填料、短切玻璃纤维、阻燃剂的相容性良好，所得SMC制品的阻燃性、力学性能优异，能够满足动力电池包的应用需求。

Description

一种低密度高阻燃型SMC电池包材料及其制备方法和电池包
技术领域
本发明属于片状模塑料(SMC)领域，具体涉及一种低密度高阻燃型SMC电池包材料及其制备方法和电池包。
背景技术
近年来，新能源汽车得到快速发展。动力电池是新能源汽车的重要组成部分，其不仅关系着新能源汽车的动力性能，也直接影响到新能源汽车运行的安全性。为规范动力电池的应用，标准GB/T 31467.3-2015对电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统的安全性等指标进行了详细的规定。
现有动力蓄电池包多采用钢材或铝合金材料作为上壳体材料，其虽具有良好的机械强度，能够抵抗冲击、振动、碰撞等外力破坏，但一方面钢材、铝合金属于导电材料，容易造成漏点、短路等问题，另一方面，钢材、铝合金的重量较大，不利于动力电池包壳体的轻量化，也不利于提高动力电池的能量密度。
SMC复合材料(sheet molding compound)，即片状模塑料，是以专用纱、不饱和树脂、低收缩添加剂、填料及助剂为原料制成的塑料制品。目前SMC部件在汽车领域中的应用已逐步扩大，公开号为CN101575444A的专利申请公开了一种低密度SMC聚酯模塑料及其制备方法，其由以下重量分数的原料组成：不饱和聚酯树脂50-70份，低收缩添加剂30-50份，降粘剂3-5份，液态颜料8-10份，固化剂1.0-2.0份，碳酸钙40-60份，轻质填充材料60-80份，增稠剂1-1.5份，脱模剂5-6份，短切玻璃纤维60-100份。该SMC材料虽然实现了制品的轻量化，但在应用于动力蓄电池包时，阻燃性、机械性能等指标难以满足使用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低密度高阻燃型SMC电池包材料，从而解决现有SMC材料在应用于电池包时，阻燃性、机械性能难以满足要求的问题。
本发明还提供了上述低密度高阻燃型SMC电池包材料的制备方法以及使用上述SMC材料的电池包。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种低密度高阻燃型SMC电池包材料，主要由以下重量份的原料制成：阻燃型乙烯基树脂60-80份，低收缩添加剂15-20份，过氧化苯甲酸叔丁酯1-2份，轻质填料70-80份，增强纤维90-110份，阻燃剂50-60份。
本发明提供的低密度高阻燃型SMC电池包材料，以阻燃型乙烯基树脂、过氧化苯甲酸叔丁酯为树脂基体，添加低收缩添加剂、轻质填料、增强纤维、阻燃剂制成低密度高阻燃型SMC材料，树脂基体的基础力学性能、阻燃性能优异，对轻质填料、短切玻璃纤维、阻燃剂的相容性良好，所得SMC制品的阻燃性、力学性能优异，能够满足动力电池包的应用需求。
所述阻燃型乙烯基树脂为市售商品，优选为南通方鑫化工有限公司牌号为FX-450型的溴化阻燃型乙烯基树脂。
所述低收缩添加剂为市售商品，常用的有PVAc、PS或PMMA。
从成本及对SMC制品的轻量化效果方面考虑，优选的，所述轻质填料为玻璃微珠。进一步优选的，所述玻璃微珠的密度为0.2-0.5g/m3。
从增强纤维的成本、润湿性、增强效果方面综合考虑，优选的，所述增强纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维中的至少一种，进一步优选的，所述增强纤维为玻璃纤维，更优选为短切玻璃纤维。
从成本、阻燃效果方面综合考虑，优选的，所述阻燃剂为Al(OH)3和/或Mg(OH)2。
为进一步降低SMC材料的成本，调节制品的力学性能，优选的，制备所述SMC电池包材料的原料还包括碳酸钙，进一步优选的，碳酸钙的用量为50-70份。为了便于制品的脱模，制备所述SMC电池包材料的原料还包括脱模剂，脱模剂的用量为7-8份。脱模剂为硬脂酸盐类，如硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸铝等。
从成本、综合性能方面考虑，最优选的，所述SMC电池包材料由以下重量份的原料制成：阻燃型乙烯基树脂60-80份，低收缩添加剂15-20份，过氧化苯甲酸叔丁酯1-2份，轻质填料70-80份，增强纤维90-110份，阻燃剂50-60份，碳酸钙50-70份，脱模剂7-8份。
上述低密度高阻燃型SMC电池包材料的制备方法，包括以下步骤：将各原料混合均匀后制得混合料；将混合料模压成型，即得。
本发明的低密度高阻燃型SMC电池包材料的制备方法，各原料的来源广、成本低，制备工艺简单，所得制品属于非金属材料，表面绝缘，避免了电芯短路失效。
所述模压成型的温度为145-160℃，成型压力为8-10MPa，成型时间为4-10min。采用该模压成型工艺，可进一步提高SMC制品的一致性和致密度，降低制品缺陷，不仅便于制品的批量制作，而且SMC制品的质量稳定，生产成本较低。
一种使用上述低密度高阻燃型SMC电池包材料的电池包。电池包包括上壳体和下壳体，上壳体和/或下壳体使用该SMC材料制成。
采用上述方法制备的SMC电池包材料，密度仅有1.25-1.5g/cm3，较普通SMC减重16％-30％，阻燃性能优异：水平燃烧等级达到HB级、垂直燃烧达到V-0级，相应电池包产品满足尘密、连续浸水实验要求和外部火烧实验要求。
附图说明
图1为以本发明的SMC电池包材料制成的电池包上壳的结构示意图；
图2为图1的电池包上壳的另一个视角的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中，阻燃型乙烯基树脂的型号为FX-450型的溴化阻燃型乙烯基酯树脂，购自南通方鑫化工有限公司；低收缩添加剂为PVAc。
以下实施例中，以制备电池包上壳为例具体说明本发明的应用情形，其结构示意图如图1至图2所示，上壳体1为顶面和侧边围成的开口朝下的箱体结构，侧边包括沿上下方向延伸的与顶面连接的立面以及连接在立面下端的水平翻边，上壳体的其中一个侧边的立面上设置有防爆阀安装孔4，与该侧边相邻的两个侧边的立面上对应设置有多个加强筋2，顶面上也设置有加强筋2，侧边的水平翻边上设置有用于与下壳体连接螺纹安装孔3。
实施例1
本实施例的低密度高阻燃型SMC电池包材料，由以下重量份的原料制成：阻燃型乙烯基树脂60份，低收缩添加剂15份，过氧化苯甲酸叔丁酯1份，玻璃微珠(密度为0.35g/m3)80份，无碱无捻短切玻璃纤维90份，氢氧化铝50份，碳酸钙50份，硬脂酸锌7份。
本实施例的低密度高阻燃型SMC电池包材料的制备方法，按配比将各原料混合均匀后，投入到模具型腔中，闭模加压成型即得，成型温度为145℃，成型压力为10MPa，时间为6min。
实施例2
本实施例的低密度高阻燃型SMC电池包材料，由以下重量份的原料制成：阻燃型乙烯基树脂70份，低收缩添加剂20份，过氧化苯甲酸叔丁酯2份，玻璃微珠(密度为0.35g/m3)70份，无碱无捻短切玻璃纤维110份，氢氧化铝60份，碳酸钙70份，硬脂酸锌8份。
本实施例的低密度高阻燃型SMC电池包材料的制备方法，按配比将各原料混合均匀后，投入到模具型腔中，闭模加压成型即得，成型温度为160℃，成型压力为8MPa，时间为5min。
实施例3
本实施例的低密度高阻燃型SMC电池包材料，由以下重量份的原料制成：阻燃型乙烯基树脂70份，低收缩添加剂17份，过氧化苯甲酸叔丁酯1.5份，玻璃微珠(密度为0.35g/m3)75份，无碱无捻短切玻璃纤维100份，氢氧化铝55份，碳酸钙60份，硬脂酸锌7.5份。
本实施例的低密度高阻燃型SMC电池包材料的制备方法，按配比将各原料混合均匀后，投入到模具型腔中，闭模加压成型即得，成型温度为150℃，成型压力为9MPa，时间为6min。
对比例1
对比例的SMC电池包材料，原料配方与实施例1基本相同，区别仅在于使用邻苯型不饱和聚酯树脂替换阻燃型乙烯基树脂，然后按实施例1的方法模压成型制备。
试验例
本试验例检测各实施例和对比例制备的电池包上壳的密度、阻燃性、力学性能等指标，其中阻燃性按照GB/T 2408-2008的规定进行，外部火烧试验按照GB/T 31467.3-2015的规定进行，具体结果如表1所示。
表1各实施例和对比例的电池包上壳的性能对比
性能 测试标准 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
密度，g/cm<sup>3</sup> — 1.32 1.41 1.45 1.78
水平燃烧 GB/T2408-2008 HB级 HB级 HB级 HB级
垂直燃烧 GB/T2408-2008 V-0级 V-0级 V-0级 V-1级
外部火烧 GB/T31467.3 通过 通过 通过 不通过
拉伸强度，Mpa GB/T 1447 80 134 92 75
拉伸模量，Gpa GB/T 1447 7 11.5 9 9
弯曲强度，Mpa GB/T 1449 164 207 180 170
弯曲模量，Gpa GB/T 1449 9 11 10 10
冲击强度，kJ/m<sup>2</sup> GB/T 1451 105 128 110 70
由表1的试验结果可知，实施例所制备的SMC电池包上壳的密度在1.25-1.5g/cm3之间，阻燃性能和力学性能均优于常规SMC制品，满足电池包的高质量防护要求。
在本发明的低密度高阻燃型SMC电池包材料的其他实施例中，增强纤维、轻质填料、阻燃剂的种类和用量可以根据原料易得性、减量化要求等要求进行适应性调整，可根据实际需要添加或不添加脱模剂，可获得与实施例1相当的效果。可利用实施例的SMC材料制成电池包下壳体，由上壳体、下壳体配合形成低密度高阻燃型电池包产品。

Claims (10)

1.一种低密度高阻燃型SMC电池包材料，其特征在于，主要由以下重量份的原料制成：阻燃型乙烯基树脂60-80份，低收缩添加剂15-20份，过氧化苯甲酸叔丁酯1-2份，轻质填料70-80份，增强纤维90-110份，阻燃剂50-60份。
2.如权利要求1所述的低密度高阻燃型SMC电池包材料，其特征在于，所述增强纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维中的至少一种。
3.如权利要求1所述的低密度高阻燃型SMC电池包材料，其特征在于，所述轻质填料为玻璃微珠。
4.如权利要求1所述的低密度高阻燃型SMC电池包材料，其特征在于，所述阻燃剂为Al(OH)3和/或Mg(OH)2。
5.如权利要求1所述的低密度高阻燃型SMC电池包材料，其特征在于，制备所述SMC电池包材料的原料还包括碳酸钙。
6.如权利要求5所述的低密度高阻燃型SMC电池包材料，其特征在于，所述碳酸钙的用量为50-70份。
7.如权利要求1所述的低密度高阻燃型SMC电池包材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：阻燃型乙烯基树脂60-80份，低收缩添加剂15-20份，过氧化苯甲酸叔丁酯1-2份，轻质填料70-80份，增强纤维90-110份，阻燃剂50-60份，碳酸钙50-70份，脱模剂7-8份。
8.一种如权利要求1所述的低密度高阻燃型SMC电池包材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将各原料混合均匀后制得混合料；将混合料模压成型，即得。
9.如权利要求8所述的低密度高阻燃型SMC电池包材料的制备方法，其特征在于，所述模压成型的温度为145-160℃，成型压力为8-10MPa，成型时间为4-10min。
10.一种使用如权利要求1所述的低密度高阻燃型SMC电池包材料的电池包。
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