CN110690377A - 锂离子电池模组填充剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池模组填充剂及其制备方法，锂离子电池模组填充剂所述主要由硅藻土粉和灌封硅胶制备而成。本发明将硅藻土引入到电池模组灌封胶的应用，与传统灌封硅胶相比，缩短了灌封胶凝固的时间，增加了胶质凝固后的机械强度，更低成本的硅藻土组份的引入使整体材料成本下降。

Description

锂离子电池模组填充剂及其制备方法
技术领域
本发明属于化学电源——锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池模组填充剂及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是1990年开发商用的新一代高性能电池，此后至今被广泛应用于各行各业中，市场需求快速增长，同时技术和性能与时俱进。预计未来社会发展对其需求仍将会持续增长，尤其在电动汽车领域的需求。
锂离子电池除了部分以单体作为电源使用外，更多的是以多个单体进行串并联的方式组成电池模组从而获得更高的电压和容量以满足不同的应用场景需求，这种由多个电池单体进行串并联形成的电池组行业上通常称为电池模组，因单体电池类型是锂离子电池，因而称为锂离子电池模组。
锂离子电池具有很高的能量密度，一旦发生安全质量问题，可导致起火和爆炸，将对人和环境造成严重危害。造成锂离子电池热失控的因素很多，有设计和生产工艺的因素，也可能有原材料和不规范使用的因素，还可能有环境滥用的因素，而当多个单体组成电池模组后，影响电池模组安全的因素会增加，比如电池单体的一致性、组合方式、制造工艺等等。因此，安全性对电池模组的挑战更大。随着行业的发展，针对电池模组安全的技术不断被开发和应用。
业界有利用灌封硅胶对电池模组的间隙进行填充来稳定电池单体的相对位置和确保安全间距，并一定程度阻止了单体电池热失控引起的热量传递和蔓延，该方法被证明对提高电池模组的安全性和可靠性有一定效果。灌封硅胶在锂离子电池模组的实用性跟硅胶的凝固时间、凝固后硅胶的机械强度以及成本等诸多因素有关。因此，研发性能和成本更有优势的填充剂对锂电池行业来说具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种新型锂离子电池模组填充剂及其制备方法，该方法工艺简单、易于操作、效率高。该方法制备的锂离子电池模组填充剂中以硅藻土作为填充剂的主要成分之一，增加了填充剂的机械强度，缩短了硅胶凝固的时间，同时降低了填充剂的成本。
通过如下技术方案来实现。
锂离子电池模组填充剂，主要由硅藻土粉和灌封硅胶制备而成。
在其中一些实施例中，所述灌封硅胶和硅藻土粉的重量用量比为2：0.1～1，优选为2：0.5～0.8。
在其中一些实施例中，所述硅藻土粉优选其中SiO2含量65％～80％，Al2O3、MgO、Fe2O3、CaO金属氧化物的总含量小于10～30％，其它有机物杂质0～5％，水分含量0～5％，细度目大于80目，松散密度小于450kg/m3。
在其中一些实施例中，所述灌封硅胶为粘度为2000±1000cps，液态室温硫化硅橡胶，包括A组份和B组份，A、B组份重量比例优选为1：1±0.1。
本发明的另一目的是提供了上述锂离子电池模组填充剂的制备方法。
实现上述目的的技术方案如下。
一种锂离子电池模组填充剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述灌封硅胶的A组份和硅藻土，搅拌使其混合均匀，得混合物；
(2)往所述混合物加入灌封硅胶B组份，进行搅拌混合，冷却，即得。
在其中一些实施例中，步骤(1)所述搅拌环境温度为20～25℃，0～1min搅拌速度逐渐由0增加至600±50转/min，然后保持600±50转/min的速度搅拌8min，最后在1min内把速度由600±50转/min逐渐降为0。
在其中一些实施例中，步骤(2)所述搅拌环境温度为20～25℃，搅拌时间10min，0～1min搅拌速度逐渐又0增加至400±50转/min，然后保持400±50转/min的速度搅拌3min，最后在1min内把速度由400±50转/min逐渐降为0。
前期搅拌太快不利于混合均匀，控制搅拌速度，有利于混合均匀。
在其中一些实施例中，步骤(1)中所述灌封硅胶中的A组份和硅藻土的重量用量比为1：0.1-1；和/或步骤(2)中所述灌封硅胶中的所用的B组份与上述硅藻土的重量用量比为1：0.1-1。
在其中一些实施例中，步骤(1)中所述灌封硅胶中的A组份和硅藻土的重量用量比为1：0.5-0.8；和/或步骤(2)中所述灌封硅胶中所用的B组份与上述硅藻土的重量用量比为1：0.5-0.8。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明将硅藻土引入到电池模组灌封胶的应用，与传统灌封硅胶相比，缩短了灌封胶凝固的时间，增加了胶质凝固后的机械强度，更低成本的硅藻土组份的引入使整体材料成本下降。
通过对制备方法的条件进行控制，包括硅胶的选型、硅藻土的选型、硅胶和硅藻土的混合比例、凝固温度和时间等，实现机械强度高的锂离子电池模组填充剂。本发明所述制备方法采用简单的搅拌混合方法，工艺简单，效率高。
附图说明
图1为锂离子电池模组填充示意图。
具体实施方式
除非另外指明，本发明的实践将使用材料学、无机化学等传统技术，其属于本领域技术范围。参见例如，Sambrook，Fritsch和Maniatis，分子克隆实验指南，第3版(2002)。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例中所用到的各种常用化学试剂，均为市售产品。
除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不用于限制本发明。本发明所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面将结合实施例对本发明进行进一步说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
硅藻土粉SiO2含量65％～80％，Al2O3、MgO、Fe2O3、CaO金属氧化物的总含量小于10～30％，其它有机物杂质0～5％，水分含量0～5％，细度目大于80目，松散密度小于450kg/m3。以下实施例硅藻土粉选择牌号为SD30-04，东莞市森大硅藻土材料有限公司。
硅胶：液态室温硫化硅橡胶，双组份型(组份重量比例1：1)，粘度为2000±1000cps。以下实施例选择牌号Sylgard 170，道康宁公司的硅胶。
实施例1
锂离子电池模组填充剂的制备，包括以下步骤：
(1)分别称取1kg灌封硅胶A组份(Sylgard 170)，0.5kg硅藻土(SD30-04，森大公司)，用搅拌机使其混合均匀；搅拌环境温度为20～25℃，搅拌时间10min，0～1min搅拌速度逐渐由0增加至600转/min，然后保持600转/min的速度搅拌8min，最后在1min内把速度由600转/min逐渐降为0，静置使温度自然冷却到室温；
(2)往(1)中搅拌均匀的混合物加入1kg灌封硅胶B组份(Sylgard 170)，进行搅拌混合，搅拌环境温度为20～25℃，搅拌时间5min，0～1min搅拌速度逐渐由0增加至400转/min，然后保持400转/min的速度搅拌3min，最后在1min内把速度由400转/min逐渐降为0，静置使温度自然冷却到室温，得到锂离子电池模组填充剂。
(3)将得到锂离子电池模组填充剂取适量，填充到体积为200*80*70mm的18650型锂离子电池模组的间隙中如图1，考察填充后的凝固时间，机械强度，综合表征各项性能。
实施例2
1、分别称取1kg灌封硅胶A组份(Sylgard 170)，0.8kg硅藻土(SD30-04，森大公司)，用搅拌机使其混合均匀；搅拌环境温度为20～25℃，搅拌时间10min，0～1min搅拌速度逐渐又0增加至600转/min，然后保持600转/min的速度搅拌8min，最后在1min内把速度由600转/min逐渐降为0，静置使温度自然冷却到室温；
2、往(1)中搅拌均匀的混合物加入1kg灌封硅胶B组份((Sylgard 170))，进行搅拌混合，搅拌环境温度为20～25℃，搅拌时间5min，0～1min搅拌速度逐渐由0增加至400转/min，然后保持400转/min的速度搅拌3min，最后在1min内把速度由400转/min逐渐降为0，静置使温度自然冷却到室温，得到混合物，即为本发明制备的锂离子电池模组填充剂。
实施例3性能测试
黏度：用旋转黏度计测定；拉伸强度：按GB/T 528—1998测定；撕裂强度：按GB/T529—1999测定，硬度；按GB/T 531—1999测定；电阻率：按GB/T 1692--1992测定；介电常数和介质损耗因数：按GB/T 1693—1989测定；电气强度和耐电压：按GB/T 1695--2005测定；热膨胀系数：按ASTM 831测定；热导率：按ASTM E 1461测定。
测试结果：如表一所示，Sylgard 170为未添加硅藻土的参照样品，当Sylgard 170加入一定量的硅藻土后，混合物的粘度略有增大，但对填充过程影响不大；完全凝固的时间明显缩短；拉伸强度和撕裂强度明显增强，说明填充材料的总体机械强度增加；其它各项性能如电阻率、导热率、电气强度、阻燃性等各个方面与参照样相当；说明加入硅藻土后，凝固时间缩短和机械强度增加是明显有效的，而其它性能也保持比较稳定的状态，说明制备的填充剂是一种性能更优的填充剂。
表一 不同填充剂的各项性能指标对比
Figure BDA0002208033520000061
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种锂离子电池模组填充剂，其特征在于，主要由硅藻土粉和灌封硅胶制备而成。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池模组填充剂，其特征在于，所述灌封硅胶和硅藻土粉的重量用量比为2：0.1～1。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池模组填充剂，其特征在于，所述灌封硅胶和硅藻土粉的重量用量比为为2：0.5～0.8。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池模组填充剂，其特征在于，所述硅藻土粉中SiO2含量65％～80％，Al2O3、MgO、Fe2O3、CaO金属氧化物的总含量小于10～30％，其它有机物杂质0～5％，水分含量0～5％，细度目大于80目，松散密度小于450kg/m3。
5.根据权利要求1-4任一项所述的锂离子电池模组填充剂，其特征在于，所述灌封硅胶为粘度为2000±1000cps，液态室温硫化硅橡胶，包括A组份和B组份，A、B组份重量比例为1：1±0.1。
6.权利要求1所述锂离子电池模组填充剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将所述灌封硅胶中的A组份和硅藻土，搅拌使其混合均匀，得混合物；
(2)往所述混合物加入所述灌封硅胶中的B组份，进行搅拌混合，冷却，即得。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述搅拌环境温度为20～25℃，0～1min搅拌速度逐渐由0增加至600±50转/min，然后保持600±50转/min的速度搅拌8min，最后在1min内把速度由600±50转/min逐渐降为0。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述搅拌环境温度为20～25℃，搅拌时间5min，其中0～1min搅拌速度逐渐又0增加至400±50转/min，然后保持400±50转/min的速度搅拌3min，最后在1min内把速度由400±50转/min逐渐降为0。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述灌封硅胶中的A组份和硅藻土的重量用量比为1：0.1-1；和/或步骤(2)中所述灌封硅胶中的B组份和所述硅藻土的重量用量比为1：0.1-1。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述灌封硅胶中的A组份和硅藻土的重量用量比为1：0.5-0.8；和/或步骤(2)中所述灌封硅胶中的B组份和所述硅藻土的重量用量比为1：0.5-0.8。
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