CN111162218A - 一种电池组缓冲隔热片及其制备方法、应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池组缓冲隔热片，包括膨胀层和复合在所述膨胀层上下表面的聚酰亚胺泡沫层。该电池组缓冲隔热片中的聚酰亚胺泡沫层具有低硬度高回弹性质，能够有效提高电池主体的缓冲效果，一方面是表层聚酰亚胺泡沫具有良好的回弹性，另一方面是中间膨胀层能够受热膨胀；而且聚酰亚胺泡沫层能够吸收电池鼓胀应力，起到缓冲作用，还能起隔热作用，抑制热扩散，延缓事故发生；在电池发生起火时，缓冲隔热片的阻燃效果能够延缓火势蔓延，同时中间的膨胀层受热膨胀，有效隔离火源，增加逃生时间。此外，缓冲隔热片具有良好的耐高温性能，当车辆发生意外，电池组起火时，能够有效阻隔火源和热量，防止电池损伤进一步扩大，降低维修成本。

Description

一种电池组缓冲隔热片及其制备方法、应用
技术领域
本发明属于隔热防寒材料技术领域，涉及一种电池组缓冲隔热片及其制备方法、应用，尤其涉及一种新能源汽车用电池组缓冲隔热片及其制备方法、应用。
背景技术
二次电池(充电电池)，以锂离子电池为例，其主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂离子电池通常包括正极、负极、隔膜、电解液和壳体，具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、重量轻、自放电少、无记忆效应与性能价格比高等优点，已成为高功率电动车辆、人造卫星、航空航天等领域可充式电源的主要选择对象。随着国家和地方各级政府给予大力支持，各种扶持政策和配套政策层出不穷，为新能源行业的发展提供了良好的环境和机会。近年来，全球新能源产业迎来爆发性地增长。据前瞻产业研究院《中国储能行业市场前瞻与投资预测分析报告》预计，2016～2020年我国储能行业投资建设规模在1500～2400亿元之间。
新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车等，其动力电源主要包括锂离子电池、镍氢电池、燃料电池、铅酸电池、超级电容器，其中超级电容器大多以辅助动力源的形式出现。然而电池技术的不成熟，制约了新能源汽车的发展，从成本、动力、续航等方面看，与传统汽车还有不少差距。
起初锂电池由于其活泼的化学特性和对加工、保存、使用环境的高要求未被应用，随着科技的不断发展，锂电池逐渐成为主流。锂电池的能量密度和功率密度能够满足新能源汽车的使用需求，但是在低温条件下，其充电能力和放电能力都大打折扣。新能源汽车锂电池在使用时，会随着车辆的颠簸而产生振动，轻则壳体裂纹、封口胶开裂等外部损伤，重则电解液泄漏、极板硫化等，电池内部结构损坏，降低其使用寿命。同时，锂电池运行时会产生大量的热，严重时会造成热失控，电池电芯内的负极SEI膜分解，继而隔膜分解熔化，导致负极与电解液发生发应，随之正极和电解质发生分解，从而引发大规模的内短路，造成电解液燃烧，进而蔓延到其他电芯，造成整个电池组产生自燃，甚至爆炸，继而快速引发新能源汽车自燃，造成车毁人亡的惨剧。
因此，如何设置一种装置或材料，能够降低锂离子电池自燃带来的风险或者增加电池组自燃后车上人员的反应时间，已成为业内诸多研发企业广为关注的焦点之一。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电池组缓冲隔热片及其制备方法、应用，特别是一种新能源汽车用电池组缓冲隔热片。本发明提供的电池组缓冲隔热片，在电池发生热失控时，能起隔热作用，抑制热扩散，延缓事故发生；在电池发生起火时，能够延缓火势蔓延，还能有效隔离火源，增加逃生时间；同时制备方法简单，有利于在高铁列车制造行业内应用与推广。
本发明提供了一种电池组缓冲隔热片，包括膨胀层和复合在所述膨胀层上下表面的聚酰亚胺泡沫层。
优选的，所述膨胀层的材质包括膨胀石墨纸、硅酸铝陶瓷纤维纸和石棉布中的一种或多种；
所述膨胀层的厚度为0.5～1.5mm；
所述聚酰亚胺泡沫层的厚度为3～5cm。
优选的，所述膨胀层与聚酰亚胺泡沫层之间通过粘结层实现复合；
所述粘结层为EVA热熔胶网膜、TPU热熔胶网膜、PES热熔胶网膜和PO热熔胶网膜中的一种或多种；
所述粘结层的厚度为0.8～1.2mm；
所述电池组缓冲隔热片为新能源汽车电池组用隔热片。
优选的，所述聚酰亚胺泡沫，按原料质量分数计，包括：
Figure BDA0002355061750000021
Figure BDA0002355061750000031
优选的，所述异氰酸酯包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯、4,4＇-二苯甲烷二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种；
所述芳香族二酐包括均苯四酸二酐、3,3＇,4,4＇-二苯甲酮四羧基二酐、3,3＇,4,4＇-联苯基四羧基二酐、3,3＇,4,4＇-二苯醚四酸二酐和3,3＇,4,4＇-联苯基砜四羧酸二酐中的一种或多种；
所述溶剂包括N,N＇-二甲基甲酰胺、N,N＇-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮和二甲基亚砜中的一种或多种；
所述发泡剂包括水、甲醇、乙醇、乙二醇单丁醚、正戊烷和丙酮中的一种或多种；
所述阻燃剂包括二乙二醇双(2-氯乙基)磷酸酯、三(聚氧化烯烃)磷酸酯、三(聚氧化烯烃)亚磷酸酯、磷酸三(2-氯乙基)酯和乙基磷酸二乙酯中的一种或多种；
所述匀泡剂包括聚醚改性硅油、硅酮乙二醇共聚物、聚醚改性硅氧烷和水溶性硅油中的一种或多种；
所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡、异辛酸亚锡双(2-二甲氨基乙基)醚、N,N,N',N'-四甲基亚烷基二胺、三乙胺和N,N-二甲基苄胺中的一种或多种。
本发明提供了一种如上述技术方案任意一项所述的电池组缓冲隔热片的制备方法，包括以下步骤：
a)将聚酰亚胺泡沫材料置于下模具的凹槽中，然后在聚酰亚胺泡沫材料的表面依次复合粘结层材料、膨胀层材料、粘结层材料和聚酰亚胺泡沫材料；
b)将上模具与下模具对应定位，进行热压合模后，得到电池组缓冲隔热片。
优选的，所述聚酰亚胺泡沫材料的长度为16～20cm；
所述聚酰亚胺泡沫材料的宽度为12～18cm；
所述聚酰亚胺泡沫材料的厚度为3～5cm；
所述上模具与下模具对应合并形成的空腔的长度为20～25cm；
所述上模具与下模具对应合并形成的空腔的宽度为15～20cm；
所述上模具与下模具对应合并形成的空腔的厚度为2～8mm；
所述热压合模的温度为180℃～250℃；
所述热压合模的压力为5～10MPa；
所述热压合模的时间为2～5min。
优选的，所述聚酰亚胺泡沫材料的制备过程包括以下步骤：
1)将芳香族二酐、发泡剂、阻燃剂、匀泡剂、催化剂和溶剂进行混合后，得到发泡混合液；
2)将上述步骤得到的发泡混合液和异氰酸酯经再次混合后，置于模具中经过自由发泡成型，然后进行预固化和后固化后，得到聚酰亚胺泡沫材料。
优选的，所述混合的温度为5～40℃；
所述混合的时间为2-4h；
所述混合的转速为400～1000r/min；
所述再次混合的温度为5～40℃；
所述再次混合的时间为5～20s；
所述再次混合的转速为1000～3500r/min；
所述模具包括敞开式发泡模具；
所述自由发泡的时间为10～20min；
所述预固化的方式包括微波预固化和/或烘箱预固化；
所述预固化后还包括脱模步骤；
所述微波预固化的时间为10～30min；
所述微波预固化的微波功率阶段性梯度设置为1000～5000W；
所述后固化的温度阶段性梯度设置为200～250℃；
所述后固化的时间为2～6h。
本发明还提供了上述技术方案任意一项所述的电池组缓冲隔热片或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的电池组缓冲隔热片在车辆方面上的应用。
本发明提供了一种电池组缓冲隔热片，包括膨胀层和复合在所述膨胀层上下表面的聚酰亚胺泡沫层。与现有技术相比，本发明针对现有的新能源汽车锂电池在使用时易损伤，运行时会产生大量的热，严重时会造成热失控，造成整个电池组产生自燃，甚至爆炸，继而快速引发新能源汽车自燃等问题。
本发明创造性的设计了一种电池组缓冲隔热片，该电池组缓冲隔热片中的聚酰亚胺泡沫层具有低硬度高回弹性质，能够有效提高电池主体的缓冲效果，一方面表层聚酰亚胺泡沫具有良好的回弹性，另一方面中间膨胀层受热膨胀，保证电池不会因为汽车行驶过程中相互挤压、碰撞而损坏，可延长电池的使用寿命，而且聚酰亚胺泡沫层还能够吸收电池鼓胀应力，起到缓冲作用。在电池发生热失控时，聚酰亚胺泡沫层还能起隔热作用，抑制热扩散，延缓事故发生；在电池发生起火时，缓冲隔热片的阻燃效果能够延缓火势蔓延，同时中间的膨胀层受热膨胀，有效隔离火源，增加逃生时间；缓冲隔热片还具有极好的回弹性，压缩比例较宽。
本发明提供的电池组缓冲隔热片具有良好的耐高温性能，当车辆发生意外，电池组起火时，能够有效阻隔火源和热量，防止电池损伤进一步扩大，降低维修成本。而且锂离子电池的使用寿命为5～8年，本发明提供的电池组缓冲隔热片则远大于电池的使用寿命，能够起到长效的保护作用。
实验结果表明，本发明提供的电池组缓冲隔热片具有良好的缓冲效果，压缩强度为1.08～1.31MPa，剪切强度0.12～0.18MPa；隔热性能优异，导热系数可达0.034～0.04W/(m·K)；耐火性能卓越，900℃火焰灼烧后，厚度保持率可达135％～180％。
附图说明
图1为本发明制备的复合防寒材的结构示意简图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用工业纯或防寒材料制备领域使用的常规纯度。
本发明所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。
本发明所有工艺，其简称均属于本领域的常规简称，每个简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据简称，能够理解其常规的工艺步骤。
本发明提供了一种电池组缓冲隔热片，包括膨胀层和复合在所述膨胀层上下表面的聚酰亚胺泡沫层。
本发明原则上对所述膨胀层的具体材质没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求和质量要求进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述膨胀层的材质优选包括膨胀石墨纸、硅酸铝陶瓷纤维纸和石棉布中的一种或多种，更优选为膨胀石墨纸、硅酸铝陶瓷纤维纸或石棉布。
本发明原则上对所述膨胀层的具体参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求和质量要求进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述膨胀层的厚度优选为0.5～1.5mm，更优选为0.7～1.3mm，更优选为0.9～1.1mm。
本发明原则上对所述复合的具体方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求和质量要求进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述复合的方式优选包括粘接、压合和涂覆中的一种或多种，更优选为粘接。即所述膨胀层与聚酰亚胺泡沫层之间通过粘结层实现复合。
本发明原则上对所述粘结层的具体材质没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求和质量要求进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述粘结层优选为EVA热熔胶网膜、TPU热熔胶网膜、PES热熔胶网膜和PO热熔胶网膜中的一种或多种，更优选为EVA热熔胶网膜、TPU热熔胶网膜、PES热熔胶网膜或PO热熔胶网膜。
本发明原则上对所述粘结层的具体参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求和质量要求进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述粘结层的厚度优选为0.8～1.2mm，更优选为0.85～1.15mm，更优选为0.9～1.1mm，更优选为0.95～1.05mm。
本发明原则上对所述聚酰亚胺泡沫层的具体参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求和质量要求进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述聚酰亚胺泡沫层的厚度优选为0.8～1.2mm，更优选为0.85～1.15mm，更优选为0.9～1.1mm，更优选为0.95～1.05mm。
本发明原则上对所述聚酰亚胺泡沫的具体来源没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求和质量要求进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述聚酰亚胺泡沫，按原料质量分数计，优选包括：
Figure BDA0002355061750000071
在本发明中，重量份与质量百分含量仅是表述方式的不同，其本质含义是相同的，本领域技术人员能够基于基本常识清楚其正确含义，而且能够唯一确定。
本发明所述异氰酸酯的加入量优选为12～60重量份，更优选为22～50重量份，更优选为32～40重量份。本发明原则上对所述异氰酸酯的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述异氰酸酯优选包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯、4,4＇-二苯甲烷二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种，更优选为多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)、4,4＇-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)或六亚甲基二异氰酸酯(HDI)。
本发明所述芳香族二酐的加入量优选为16～63重量份，更优选为26～53重量份，更优选为36～43重量份。本发明原则上对所述芳香族二酐的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述芳香族二酐优选包括均苯四酸二酐、3,3＇,4,4＇-二苯甲酮四羧基二酐、3,3＇,4,4＇-联苯基四羧基二酐、3,3＇,4,4＇-二苯醚四酸二酐和3,3＇,4,4＇-联苯基砜四羧酸二酐中的一种或多种，更优选为均苯四酸二酐(PMDA)、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧基二酐(BTDA)、3,3’,4,4’-联苯基四羧基二酐(BPDA)或3,3’,4,4’-二苯醚四酸二酐(ODPA)。
本发明所述溶剂的加入量优选为12～38重量份，更优选为17～33重量份，更优选为22～28重量份。本发明原则上对所述溶剂的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述溶剂优选包括N,N＇-二甲基甲酰胺、N,N＇-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮和二甲基亚砜中的一种或多种，更优选为N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N’-二甲基乙酰胺(DMAC)。N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)。
本发明所述发泡剂的加入量优选为0.1～20重量份，更优选为0.5～18重量份，更优选为1～15重量份，更优选为5～10重量份。本发明原则上对所述发泡剂的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述发泡剂优选包括水、甲醇、乙醇、乙二醇单丁醚、正戊烷和丙酮中的一种或多种，更优选为水、甲醇、乙醇、乙二醇单丁醚、正戊烷或丙酮。
本发明所述阻燃剂的加入量优选为1～18重量份，更优选为3～15重量份，更优选为5～12重量份，更优选为7～10重量份。本发明原则上对所述环保催化剂的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述阻燃剂优选包括二乙二醇双(2-氯乙基)磷酸酯、三(聚氧化烯烃)磷酸酯、三(聚氧化烯烃)亚磷酸酯、磷酸三(2-氯乙基)酯和乙基磷酸二乙酯中的一种或多种，更优选为二乙二醇双(2-氯乙基)磷酸酯、三(聚氧化烯烃)磷酸酯、三(聚氧化烯烃)亚磷酸酯、磷酸三(2-氯乙基)酯或乙基磷酸二乙酯。
本发明所述匀泡剂的加入量优选为0.2～2重量份，更优选为0.5～1.8重量份，更优选为0.8～1.5重量份，更优选为1.0～1.2重量份。本发明原则上对所述匀泡剂的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述匀泡剂优选包括聚醚改性硅油、硅酮乙二醇共聚物、聚醚改性硅氧烷和水溶性硅油中的一种或多种，更优选为聚醚改性硅油、硅酮乙二醇共聚物、聚醚改性硅氧烷或水溶性硅油。
本发明所述催化剂的加入量优选为0.1～6.5重量份，更优选为0.5～6重量份，更优选为1～5.5重量份，更优选为2～4.5重量份，更优选为3～3.5重量份。本发明原则上对所述催化剂的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述催化剂优选包括二月桂酸二丁基锡、异辛酸亚锡双(2-二甲氨基乙基)醚、N,N,N',N'-四甲基亚烷基二胺、三乙胺和N,N-二甲基苄胺中的一种或多种，更优选为二月桂酸二丁基锡、异辛酸亚锡双(2-二甲氨基乙基)醚、N,N,N',N'-四甲基亚烷基二胺、三乙胺或N,N-二甲基苄胺。
本发明提供了一种如上述技术方案任意一项所述的电池组缓冲隔热片的制备方法，包括以下步骤：
a)将聚酰亚胺泡沫材料置于下模具的凹槽中，然后在聚酰亚胺泡沫材料的表面依次复合粘结层材料、膨胀层材料、粘结层材料和聚酰亚胺泡沫材料；
b)将上模具与下模具对应定位，进行热压合模后，得到电池组缓冲隔热片。
本发明所述电池组缓冲隔热片的制备方法中，所述原料的选择和比例及其优选范围，与前述电池组缓冲隔热片中相应的原料的选择和比例及其优选范围优选可以一一对应，在此不再一一赘述。
本发明首先将聚酰亚胺泡沫材料置于下模具的凹槽中，然后在聚酰亚胺泡沫材料的表面依次复合粘结层材料、膨胀层材料、粘结层材料和聚酰亚胺泡沫材料。
本发明原则上对所述聚酰亚胺泡沫材料的具体尺寸没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述聚酰亚胺泡沫材料的长度优选为16～20cm，更优选为16.5～19.5cm，更优选为17～19cm，更优选为17.5～18.5cm。所述聚酰亚胺泡沫材料的宽度优选为12～18cm，更优选为13～17cm，更优选为14～16cm。所述聚酰亚胺泡沫材料的厚度优选为3～5cm，更优选为3.2～4.8cm，更优选为3.5～4.5cm，更优选为3.7～4.2cm。
本发明原则上对所述模具的具体材质没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述模具的材质优选为不锈钢，更优选为304不锈钢。
本发明原则上对所述模具的具体结构没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述模具包括上模和下模，即上模具和下模具。本发明所述上模和下模中均设置凹槽，合模后可形成空腔。
本发明原则上对所述空腔的具体参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述上模具与下模具对应合并形成的空腔的长度优选为20～25cm，更优选为21～24cm，更优选为22～23cm。所述上模具与下模具对应合并形成的空腔的宽度优选为15～20cm，更优选为16～19cm，更优选为17～18cm。所述上模具与下模具对应合并形成的空腔的厚度优选为2～8mm，更优选为3～7mm，更优选为4～6mm。
本发明随后将上模具与下模具对应定位，进行热压合模后，得到电池组缓冲隔热片。
本发明原则上对所述对应定位的具体方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述对应定位优选包括由四个定位销进行定位。
本发明原则上对所述热压合模的具体参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述热压合模的温度优选为180℃～250℃，更优选为190℃～240℃，更优选为200℃～230℃，更优选为210℃～220℃。所述热压合模的压力优选为5～10MPa，更优选为6～9MPa，更优选为7～8MPa。所述热压合模的时间优选为2～5min，更优选为2.5～4.5min，更优选为3～4min。
本发明原则上对所述热压合模的具体设备没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述热压合模的具体设备优选包括平板油压机。
本发明原则上对所述聚酰亚胺泡沫材料的制备过程没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规制备过程即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为完整和细化整体技术方案，更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述聚酰亚胺泡沫材料的制备过程优选包括以下步骤：
1)将芳香族二酐、发泡剂、阻燃剂、匀泡剂、催化剂和溶剂进行混合后，得到发泡混合液；
2)将上述步骤得到的发泡混合液和异氰酸酯经再次混合后，置于模具中经过自由发泡成型，然后进行预固化和后固化后，得到聚酰亚胺泡沫材料。
本发明首先将芳香族二酐、发泡剂、阻燃剂、匀泡剂、催化剂和溶剂进行混合后，得到发泡混合液。
本发明原则上对所述混合的具体方式和参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述混合的方式优选为搅拌混合。所述混合的温度优选为常温，具体优选为5～40℃，更优选为10～35℃，更优选为15～30℃，更优选为20～25℃。所述混合的时间优选为2～4h，更优选为2.2～3.8h，更优选为2.5～3.5h，更优选为2.8～3.2h。所述混合的转速优选为400～1000r/min，更优选为500～900r/min，更优选为600～800r/min。
本发明随后将上述步骤得到的发泡混合液和异氰酸酯经再次混合后，置于模具中经过自由发泡成型，然后进行预固化和后固化后，得到阻燃型聚酰亚胺泡沫材料。
本发明原则上对所述再次混合的具体方式和参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述再次混合的方式优选为搅拌混合。所述再次混合的温度优选为常温，具体优选为5～40℃，更优选为10～35℃，更优选为15～30℃，更优选为20～25℃。所述再次混合的时间优选为5～20s，更优选为8～18s，更优选为10～15s。所述再次混合的转速优选为1000～3500r/min，更优选为1500～3000r/min，更优选为2000～2500r/min。
本发明原则上对所述模具的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述模具优选包括敞开式发泡模具。
本发明原则上对所述自由发泡成型的参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述自由发泡成型的时间优选为10～20min，更优选为12～18min，更优选为14～16min。所述自由发泡的温度优选为室温，具体可以为0～40℃，更优选为5～35℃，更优选为10～30℃，更优选为15～25℃。
本发明原则上对所述预固化的方式和参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述预固化的方式优选包括微波预固化，更优选为梯度预固化。本发明所述微波预固化的时间优选为10～30min，更优选为12～28min，更优选为15～25min，更优选为18～22min。所述微波预固化的微波功率阶段性梯度设置优选为1000～5000W，更优选为1500～4500W，更优选为2000～4000W，更优选为2500～3500W，具体可以为1200W、1800W、2200W、2600W、3000W、3400W、3800W、4200W和4600W中的任意两个或多个梯度设置。
本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，完整和细化制备过程，所述预固化后优选还包括脱模步骤。
本发明原则上对所述后固化的方式和参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、应用要求以及质量控制进行选择和调整，本发明为更好的保证缓冲隔热片低硬度高回弹的性质，提升缓冲效果、隔热作用和耐高温性能，进一步抑制热扩散和减少电池组损失，所述后固化的时间优选为2～6h，更优选为2.5～5.5h，更优选为3～5h，更优选为3.5～4.5h。所述后固化的温度阶段性梯度设置优选为200～250℃，更优选为210～240℃，更优选为220～230℃，具体可以为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃和250℃中的任意两个或多个梯度设置。
参见图1，图1为本发明提供的电池组缓冲隔热片的叠放结构示意图。其中，1为聚酰亚胺泡沫层，2为粘结层，3为膨胀层。
本发明还提供了上述技术方案任意一项所述的电池组缓冲隔热片或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的电池组缓冲隔热片在车辆方面上的应用。其中，所述车辆具体可以包括新能源汽车，更具体的可以包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车等等。
本发明上述步骤提供了一种新能源汽车用电池组缓冲隔热片及其制备方法、应用。本发明通过特定的结构设置和特定参数设置，充分发挥了电池组缓冲隔热片中的聚酰亚胺泡沫层具有低硬度高回弹性质，能够有效提高电池主体的缓冲效果，一方面表层聚酰亚胺泡沫具有良好的回弹性，另一方面中间膨胀层受热膨胀，保证电池不会因为汽车行驶过程中相互挤压、碰撞而损坏，可延长电池的使用寿命，而且聚酰亚胺泡沫层还能够吸收电池鼓胀应力，起到缓冲作用。在电池发生热失控时，聚酰亚胺泡沫层还能起隔热作用，抑制热扩散，延缓事故发生；在电池发生起火时，缓冲隔热片的阻燃效果能够延缓火势蔓延，同时中间的膨胀层受热膨胀，有效隔离火源，增加逃生时间；缓冲隔热片具有极好的回弹性，压缩比例较宽。
本发明提供的电池组缓冲隔热片，通过特殊的结构，结合相应的参数和特定的制备工艺，使得缓冲隔热片具有良好的耐高温性能、缓冲性能、隔热作用和阻燃效果，当车辆发生意外，电池组起火时，能够有效阻隔火源和热量，防止电池损伤进一步扩大，降低维修成本。而且锂离子电池的使用寿命为5～8年，本发明提供的电池组缓冲隔热片则远大于电池的使用寿命，能够起到长效的保护作用。
实验结果表明，本发明提供的电池组缓冲隔热片具有良好的缓冲效果，压缩强度为1.08～1.31MPa，剪切强度0.12～0.18MPa；隔热性能优异，导热系数可达0.034～0.04W/(m·K)；耐火性能卓越，900℃火焰灼烧后，厚度保持率可达135％～180％。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种电池组缓冲隔热片及其制备方法、应用进行了详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
按照配方4,4＇-二苯甲烷二异氰酸酯22重量份，均苯四酸二酐(PMDA)28重量份，N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)35重量份，甲醇5重量份，三(聚氧化烯烃)亚磷酸酯3重量份，聚醚改性硅氧烷10重量份，二月桂酸二丁基锡2重量份制备聚酰亚胺泡沫层。
将聚酰亚胺泡沫层裁切成长为20cm，宽为15cm，厚为4cm的片材备用。将聚酰亚胺泡沫层置于模具凹槽之中，在其表面铺上0.8mmPA热熔胶网膜，再铺上1mm膨胀石墨纸，然后再铺上0.8mmPA热熔胶网膜，最后放置聚酰亚胺泡沫层，合上另外一个模具，对准定位销。
将模具放置在平板油压机平台上，设置温度为250℃，压力10MPa，热压150s，待温度冷却后打开模具，即可得到新能源汽车用电池组缓冲隔热片。
对本发明实施例1制备的电池组缓冲隔热片进行性能检测。
参见表1，表1为本发明实施例1制备的电池组缓冲隔热片的性能检测数据。
实施例2
按照配方4,4＇-二苯甲烷二异氰酸酯22重量份，均苯四酸二酐(PMDA)28重量份，N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)35重量份，甲醇5重量份，三(聚氧化烯烃)亚磷酸酯3重量份，聚醚改性硅氧烷10重量份，二月桂酸二丁基锡2重量份制备聚酰亚胺泡沫层。
将聚酰亚胺泡沫层裁切成长为20cm，宽为15cm，厚为4cm的片材备用。将聚酰亚胺泡沫层置于模具凹槽之中，在其表面铺上0.8mmPA热熔胶网膜，再铺上1mm硅酸铝陶瓷纤维纸，然后再铺上0.8mmPA热熔胶网膜，最后放置聚酰亚胺泡沫层，合上另外一个模具，对准定位销。
将模具放置在平板油压机平台上，设置温度为250℃，压力10MPa，热压150s，待温度冷却后打开模具，即可得到新能源汽车用电池组缓冲隔热片。
对本发明实施例1制备的电池组缓冲隔热片进行性能检测。
参见表1，表1为本发明实施例1制备的电池组缓冲隔热片的性能检测数据。
实施例3
按照配方4,4＇-二苯甲烷二异氰酸酯22重量份，均苯四酸二酐(PMDA)28重量份，N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)35重量份，甲醇5重量份，三(聚氧化烯烃)亚磷酸酯3重量份，聚醚改性硅氧烷10重量份，二月桂酸二丁基锡2重量份制备聚酰亚胺泡沫层。
将聚酰亚胺泡沫层裁切成长为20cm，宽为15cm，厚为4cm的片材备用。将聚酰亚胺泡沫层置于模具凹槽之中，在其表面铺上0.8mm PA热熔胶网膜，再铺上1mm石棉布，然后再铺上0.8mm PA热熔胶网膜，最后放置聚酰亚胺泡沫层，合上另外一个模具，对准定位销。
将模具放置在平板油压机平台上，设置温度为250℃，压力10MPa，热压150s，待温度冷却后打开模具，即可得到新能源汽车用电池组缓冲隔热片。
对本发明实施例1制备的电池组缓冲隔热片进行性能检测。
参见表1，表1为本发明实施例1制备的电池组缓冲隔热片的性能检测数据。
实施例4
按照配方4,4＇-二苯甲烷二异氰酸酯22重量份，均苯四酸二酐(PMDA)28重量份，N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)35重量份，甲醇5重量份，三(聚氧化烯烃)亚磷酸酯3重量份，聚醚改性硅氧烷10重量份，二月桂酸二丁基锡2重量份制备聚酰亚胺泡沫层。
将聚酰亚胺泡沫层裁切成长为20cm，宽为15cm，厚为4cm的片材备用。将聚酰亚胺泡沫层置于模具凹槽之中，在其表面铺上0.8mm PA热熔胶网膜，再铺上1mm膨胀石墨纸，然后再铺上0.8mm PA热熔胶网膜，最后放置聚酰亚胺泡沫层，合上另外一个模具，对准定位销。
将模具放置在平板油压机平台上，设置温度为220℃，压力5MPa，热压200s，待温度冷却后打开模具，即可得到新能源汽车用电池组缓冲隔热片。
对本发明实施例1制备的电池组缓冲隔热片进行性能检测。
参见表1，表1为本发明实施例1制备的电池组缓冲隔热片的性能检测数据。
表1
Figure BDA0002355061750000171
其中，
密度检测：使用547-301厚度规检测初始厚度；通过重量、体积计算密度；
压缩强度：压缩50％，检测应力值；
拉伸强度：ASTMD3574-08，5mm/min(拉伸速率)
剪切强度：ASTMC273C 273M，5mm/min(剪切速率)；
导热系数：GB/T 10295-2008；
耐温：800℃5min单面加热，检测加热前后材料厚度变化。
以上对本发明提供的一种新能源汽车用电池组缓冲隔热片及其制备方法、应用进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种电池组缓冲隔热片，其特征在于，包括膨胀层和复合在所述膨胀层上下表面的聚酰亚胺泡沫层。
2.根据权利要求1所述的电池组缓冲隔热片，其特征在于，所述膨胀层的材质包括膨胀石墨纸、硅酸铝陶瓷纤维纸和石棉布中的一种或多种；
所述膨胀层的厚度为0.5～1.5mm；
所述聚酰亚胺泡沫层的厚度为3～5cm。
3.根据权利要求1所述的电池组缓冲隔热片，其特征在于，所述膨胀层与聚酰亚胺泡沫层之间通过粘结层实现复合；
所述粘结层为EVA热熔胶网膜、TPU热熔胶网膜、PES热熔胶网膜和PO热熔胶网膜中的一种或多种；
所述粘结层的厚度为0.8～1.2mm；
所述电池组缓冲隔热片为新能源汽车电池组用隔热片。
4.根据权利要求1所述的电池组缓冲隔热片，其特征在于，所述聚酰亚胺泡沫，按原料质量分数计，包括：
Figure FDA0002355061740000011
5.根据权利要求4所述的电池组缓冲隔热片，其特征在于，所述异氰酸酯包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯、4,4＇-二苯甲烷二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种；
所述芳香族二酐包括均苯四酸二酐、3,3＇,4,4＇-二苯甲酮四羧基二酐、3,3＇,4,4＇-联苯基四羧基二酐、3,3＇,4,4＇-二苯醚四酸二酐和3,3＇,4,4＇-联苯基砜四羧酸二酐中的一种或多种；
所述溶剂包括N,N＇-二甲基甲酰胺、N,N＇-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮和二甲基亚砜中的一种或多种；
所述发泡剂包括水、甲醇、乙醇、乙二醇单丁醚、正戊烷和丙酮中的一种或多种；
所述阻燃剂包括二乙二醇双(2-氯乙基)磷酸酯、三(聚氧化烯烃)磷酸酯、三(聚氧化烯烃)亚磷酸酯、磷酸三(2-氯乙基)酯和乙基磷酸二乙酯中的一种或多种；
所述匀泡剂包括聚醚改性硅油、硅酮乙二醇共聚物、聚醚改性硅氧烷和水溶性硅油中的一种或多种；
所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡、异辛酸亚锡双(2-二甲氨基乙基)醚、N,N,N',N'-四甲基亚烷基二胺、三乙胺和N,N-二甲基苄胺中的一种或多种。
6.一种如权利要求1～5任意一项所述的电池组缓冲隔热片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将聚酰亚胺泡沫材料置于下模具的凹槽中，然后在聚酰亚胺泡沫材料的表面依次复合粘结层材料、膨胀层材料、粘结层材料和聚酰亚胺泡沫材料；
b)将上模具与下模具对应定位，进行热压合模后，得到电池组缓冲隔热片。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰亚胺泡沫材料的长度为16～20cm；
所述聚酰亚胺泡沫材料的宽度为12～18cm；
所述聚酰亚胺泡沫材料的厚度为3～5cm；
所述上模具与下模具对应合并形成的空腔的长度为20～25cm；
所述上模具与下模具对应合并形成的空腔的宽度为15～20cm；
所述上模具与下模具对应合并形成的空腔的厚度为2～8mm；
所述热压合模的温度为180℃～250℃；
所述热压合模的压力为5～10MPa；
所述热压合模的时间为2～5min。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰亚胺泡沫材料的制备过程包括以下步骤：
1)将芳香族二酐、发泡剂、阻燃剂、匀泡剂、催化剂和溶剂进行混合后，得到发泡混合液；
2)将上述步骤得到的发泡混合液和异氰酸酯经再次混合后，置于模具中经过自由发泡成型，然后进行预固化和后固化后，得到聚酰亚胺泡沫材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为5～40℃；
所述混合的时间为2-4h；
所述混合的转速为400～1000r/min；
所述再次混合的温度为5～40℃；
所述再次混合的时间为5～20s；
所述再次混合的转速为1000～3500r/min；
所述模具包括敞开式发泡模具；
所述自由发泡的时间为10～20min；
所述预固化的方式包括微波预固化和/或烘箱预固化；
所述预固化后还包括脱模步骤；
所述微波预固化的时间为10～30min；
所述微波预固化的微波功率阶段性梯度设置为1000～5000W；
所述后固化的温度阶段性梯度设置为200～250℃；
所述后固化的时间为2～6h。
10.权利要求1～5任意一项所述的电池组缓冲隔热片或权利要求6～9任意一项所述的制备方法所制备的电池组缓冲隔热片在车辆方面上的应用。
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