CN111909592A - 一种适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料。该阻燃隔热涂料材料由树脂、填充颗粒材料、添加剂和溶剂组成；按质量百分比计，树脂0.1％～30％，填充颗粒材料0.1％～30％，添加剂0.1％～50％，溶剂为余量；其中，填充颗粒材料为玻璃粉、石墨粉、氧化铝粉、氧化镁粉、氧化钛粉、氢氧化镁粉、钛白粉、水镁石粉、硼酸锌粉、水滑石粉、氧化硅粉、石英砂中的一种或两种以上。本发明解决现有的薄型阻燃隔热涂料发泡层耐气体冲击能力差、涂层强度不够，易脱落等方面存在的问题。

Description

一种适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料
技术领域：
本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料。
背景技术：
锂离子电池热失控引发的火灾爆炸事故屡见报道，安全性问题成为阻碍锂离子电池在储能、动力电源产业大规模商业化应用的主要原因之一。当锂离子电池在发生热失控、火灾时，防火涂层能快速膨胀形成隔热层，有效的阻止热量向电池包外部传递，形成一层防火隔热屏障。离子电池防火涂层需要具有耐压、耐冲击、防火、耐燃、隔热等特性，与常规防火涂料有明显区别。常规的薄膨胀型防火涂料一般是用合适的乳液聚合物作基料，通过添加无机化合颗粒等作为阻燃剂，混合后添加固化剂与其他助剂形成具有一定形状与粘度的防火材料。其添加的阻燃材料遇明火后发泡形成较厚的发泡层隔绝火焰，但是发泡层较为疏松很难耐受高压气体不断冲刷，发泡层极易脱落，失去耐热效果。常规的薄膨胀型防火涂料添加的阻燃材料粒径通常为同一规格或一定范围，没有考虑到添加颗粒材料的粒径级配与颗粒的球度对耐热材料的影响，致使防火涂料强度过低，不适用于伴有高压气体循环冲击的火灾防护。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，解决现有的薄型防火涂层发泡层耐气体冲击能力差、涂层强度不够，易脱落等方面存在的问题。
本发明的技术方案是：
一种适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，该阻燃隔热涂料材料由树脂、填充颗粒材料、添加剂和溶剂组成；按质量百分比计，树脂0.1％～30％，填充颗粒材料0.1％～30％，添加剂0.1％～50％，溶剂为余量；其中，填充颗粒材料为玻璃粉、石墨粉、氧化铝粉、氧化镁粉、氧化钛粉、氢氧化镁粉、钛白粉、水镁石粉、硼酸锌粉、水滑石粉、氧化硅粉、石英砂中的一种或两种以上，对于每种填充颗粒材料，其颗粒大小分布及球度分布的质量比例为以下之一：
(1)颗粒大小分布：50目<粒度≤100目为20～40wt％，100目<粒度≤150目为10～30wt％，150目<粒度≤200目为5～15wt％，200目<粒度≤300目为5～15wt％，300目<粒度≤400目为5～15wt％，粒度大于400目为10～30wt％；
球度分布：50目<粒度≤100目中，球度小于1.2占5～15％；100目<粒度≤200目中，球度小于1.2占20～40％；粒度大于200目中，球度小于1.2占50～70％；
(2)颗粒大小分布：150目<粒度≤200目为20～40wt％，200目<粒度≤250目为40～60wt％，粒度大于250目为10～30wt％；
球度分布：150目<粒度≤250目中，球度小于1.2占10～30％；粒度大于250目中，球度小于1.2占70～90％；
(3)颗粒大小分布：200目<粒度≤250目为20～40wt％，250目<粒度≤300目为40～60wt％，粒度大于300目为10～30wt％；
球度分布：200目<粒度≤300目中，球度小于1.2占5～15％；粒度大于300目中，球度小于1.2占85～95％；
(4)颗粒大小分布：50目<粒度≤100目为10～30wt％，100目<粒度≤150目为30～50wt％，150目<粒度≤200目为4～6wt％，200目<粒度≤250目为4～6wt％，粒度大于250目为20～40wt％；
球度分布：50目<粒度≤100目中，球度小于1.2占10～20％；100目<粒度≤250目中，球度小于1.2占20～30％；粒度大于250目中，球度小于1.2占50～70％；
(5)颗粒大小分布：150目<粒度≤200目为10～30wt％，200目<粒度≤250目为50～70wt％，粒度大于250目为10～30wt％；
球度分布：150目<粒度≤250目中，球度小于1.2占20～30％；粒度大于250目中，球度小于1.2占70～80％；
(6)颗粒大小分布：50目<粒度≤80目为10～30wt％，80目<粒度≤100目为10～20wt％，粒度大于100目为60～70wt％；
球度分布：50目<粒度≤80目中，球度小于1.2占10～20％；80目<粒度≤100目中，球度小于1.2占40～60％；粒度大于100目中，球度小于1.2占30～40％；
(7)颗粒大小分布：100目<粒度≤200目为50～70wt％，200目<粒度≤300目为5～15wt％，300目<粒度≤400目为5～15wt％，400目<粒度≤500目为5～15wt％，粒度大于500目为5～15wt％；
球度分布：100目<粒度≤200目中，球度小于1.2占5～15％；200目<粒度≤400目中，球度小于1.2占5～15％；粒度大于400目中，球度小于1.2占70～90％；
(8)颗粒大小分布：150目<粒度≤200目为20～40wt％，200目<粒度≤250目为40～60wt％，粒度大于250目为10～30wt％；
球度分布：150目<粒度≤250目中，球度小于1.2占10～30％；粒度大于250目中，球度小于1.2占70～90％；
(9)颗粒大小分布：200目<粒度≤300目为40～60wt％，300目<粒度≤400目为20～40wt％，粒度大于400目为10～30wt％；
球度分布：200目<粒度≤400目中，球度小于1.2占20～40％；粒度大于400目中，球度小于1.2占60～80％。
所述的适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，优选的，树脂为环氧树脂、无溶剂环氧树脂、不饱和树脂、改性氨基树脂、热塑性丙烯酸树脂、尿素树脂、氨基树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、聚乙烯醇树脂、醇酸树脂、聚丙烯树脂的一种或两种以上，其含量为10wt％～20wt％。
所述的适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，优选的，填充颗粒材料的含量为10wt％～30wt％。
所述的适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，优选的，添加剂为三聚氰胺、钼酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、聚磷酸铵、聚氧乙烯氧丙醇胺醚、二乙基次膦酸铝、聚磷酸铵、环氧氯乙烷、二甲基苯胺、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇、山梨醇、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或两种以上，其含量为20wt％～50wt％。
所述的适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，溶剂为改性乳液、水性聚氨酯、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、醋酸乙酯、石油醚、二氯甲烷、三氯甲烷、高纯水、去离子水的一种或两种以上。
所述的适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，填充颗粒材料的球度比例要求为：球形、椭球形与多边形填充颗粒的质量比例为(4～6):(2～4):(1～3)。
所述的适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，优选的，填充颗粒材料的球度比例要求为：球形、椭球形与多边形填充颗粒的质量比例为5:3:2。
本发明的设计思想是：锂电池热失控时火焰剧烈燃烧，温度很高，同时伴有强烈的高压、高热气体喷射。本发明采用独特的配方设计使得涂层与基板的结合力更强，添加颗粒材料的粒径级配与颗粒的球度比例设计，使得球形颗粒为小粒径颗粒能够促进复合树脂材料流动性，非球形颗粒为大粒径颗粒能够堆积在一起起到骨架作用，从而使涂层具备耐高压高热气体冲击等特性，成为新能源汽车电池包阻燃隔热材料。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明通过调整颗粒材料的级配能够有效的区分不同颗粒的粒径，将不同目数的颗粒按合理的级配方案混合使用后，小颗粒能够添入到大颗粒的缝隙中，显著提高材料的密实度，大颗粒能够起到骨架支持作用，提高防火涂料的强度指标。
2、本发明通过调整颗粒的球度(球度是指碎屑颗粒接近球体的程度，同一圆心之最大半径与最小半径的比值小于1.2定义为球形)考虑球形颗粒为小粒径颗粒能够促进阻燃隔热涂料流动性，非球形颗粒为大粒径颗粒能够堆积在一起起到骨架作用；通过调整颗粒材料的特征提高涂层强度、减少了树脂用量，减少固化时间，降低固化时气味排放，保证操作人员的健康。
具体实施方式：
在具体实施过程中，本发明制备的阻燃隔热涂料材料是将填充颗粒按照设定好的级配与球度比例进行混合，而后加入树脂、添加剂进行搅拌，并添加适量的溶剂。由于填充颗粒级配合理，树脂的粘结效率提高，树脂需用量减少，具体的复合树脂材料配比需根据原材料的特性以及使用要求等因素制定。
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1
本实施例中，按质量份数计，阻燃隔热涂料配方如下：
1、填充颗粒
(1)玻璃粉5份，级配质量比例为：50目<粒度≤100目占30％，100目<粒度≤150目占20％，150目<粒度≤200目占10％，200目<粒度≤300目占10％，300目<粒度≤400目占10％，粒度﹥400目占20％；
球度分布质量比例为：50目<粒度≤100目中球度小于1.2占10％，100目<粒度≤200目中球度小于1.2占30％，粒度﹥200目中球度小于1.2占60％；
(2)石墨粉10份，级配质量比例为：150目<粒度≤200目占30％，200目<粒度≤250目占50％，粒度﹥250目占20％；
球度分布质量比例为：150目<粒度≤250目中球度小于1.2占20％，粒度﹥250目中球度小于1.2占80％；
(3)氧化铝粉10份，级配质量比例为：200目<粒度≤250目占30％，250目<粒度≤300目50％，粒度﹥300目占20％；
球度分布质量比例为：200目<粒度≤300目中球度小于1.2占10％，粒度﹥300目中球度小于1.2占90％；
2、树脂：改性环氧树脂20份；
3、添加剂：三聚氰胺10份、季戊四醇15份、聚磷酸铵10份、多聚磷酸铵5份、二甲基苯胺5份；
4、溶剂：丙醇、异丙醇各5份。
本实施例中，阻燃隔热涂料的制备方法如下：按照配方将称量好的树脂倒入容器，加入添加剂、溶剂和玻璃粉、石墨粉、氧化铝粉，混合均匀，不断搅拌，加入溶剂使防火涂料达到合适的粘稠度，涂覆于锂离子动力电池仓表面，形成防火涂层。
表1阻燃隔热涂料中填充颗粒材料的粒径与形状(球度)对防火涂层性能影响
Figure BDA0002582881660000051
实施例2
本实施例中，按质量份数计，阻燃隔热涂料配方如下：
1、填充颗粒
(1)钛白粉15份，级配质量比例为：50目<粒度≤100目20％，100目<粒度≤150目40％，150目<粒度≤200目5％，200目<粒度≤250目5％，粒度﹥250目30％；
球度分布质量比例为：50目<粒度≤100目中球度小于1.2占15％，100目<粒度≤250目中球度小于1.2占25％，粒度﹥250目中球度小于1.2占60％；
(2)石墨粉5份，级配质量比例为：150目<粒度≤200目20％，200目<粒度≤250目60％，粒度﹥250目20％；
球度分布质量比例为：150目<粒度≤250目中球度小于1.2占25％，粒度﹥250目中球度小于1.2占75％；
(3)氧化镁粉10份，级配质量比例为：50目<粒度≤80目20％，80目<粒度≤100目15％，粒度﹥100目65％；
球度分布质量比例为：50目<粒度≤80目中球度小于1.2占15％，80目<粒度≤100目中球度小于1.2占50％，粒度﹥100目中球度小于1.2占35％；
2、树脂：呋喃树脂20份；
3、添加剂：三聚氰胺10份、聚氧乙烯氧丙醇胺醚3份、多聚磷酸铵5份、二乙基次膦酸铝3份、二甲基苯胺2份；
4、溶剂：丙醇12份、异丙醇15份。
本实施例中，阻燃隔热涂料的制备方法如下：按照配方将称量好的树脂倒入容器，加入添加剂、溶剂和钛白粉、石墨粉、氧化镁份，混合均匀，不断搅拌，加入溶剂使防火涂料达到合适的粘稠度，涂覆于锂离子动力电池仓表面，形成防火涂层。
表2阻燃隔热涂料中填充颗粒材料的粒径与形状(球度)对防火涂层性能影响
Figure BDA0002582881660000061
Figure BDA0002582881660000071
实施例3
本实施例中，按质量份数计，阻燃隔热涂料配方如下：
1、填充颗粒
(1)氧化硅粉10份，级配质量比例为：100目<粒度≤200目60％，200目<粒度≤300目10％，300目<粒度≤400目10％，400目<粒度≤500目10％，粒度﹥500目10％；
球度分布质量比例为：100目<粒度≤200目中球度小于1.2占10％，200目<粒度≤400目中球度小于1.2占10％，粒度﹥400目中球度小于1.2占80％；
(2)石墨粉2份，级配质量比例为：150目<粒度≤200目30％，200目<粒度≤250目50％，粒度﹥250目20％；
球度分布质量比例为：150目<粒度≤250目中球度小于1.2占20％，粒度﹥250目中球度小于1.2占80％；
(3)氢氧化镁粉3份，级配质量比例为：200目<粒度≤300目50％，300目<粒度≤400目30％，粒度﹥400目20％；
球度分布质量比例为：200目<粒度≤400目中球度小于1.2占30％，粒度﹥400目中球度小于1.2占70％；
2、树脂：改性氨基树脂15份；
3、添加剂：三聚氰胺10份、环氧氯乙烷3份、多聚磷酸铵5份、聚氧乙烯氧丙醇胺醚3份、邻苯二甲酸二甲酯2份、二甲基苯胺5份；
4、溶剂：石油醚20份、乙二醇22份。
本实施例中，阻燃隔热涂料的制备方法如下：按照配方将称量好的树脂倒入容器，加入添加剂、溶剂和氧化硅粉、石墨粉、氢氧化镁粉，混合均匀，不断搅拌，加入溶剂使防火涂料达到合适的粘稠度，涂覆于锂离子动力电池仓表面，形成防火涂层。
表3阻燃隔热涂料中填充颗粒材料的粒径与形状(球度)对防火涂层性能影响
Figure BDA0002582881660000081
实施例结果表明，本发明适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，为了克服现有技术的不足，降低了树脂含量，而且通过调整添加颗粒材料的粒径级配，并考虑颗粒的球度比例，来获得的高强度防火涂层材料。从而，可以解决现有的薄型阻燃隔热涂料发泡层耐气体冲击能力差、涂层强度不够，易脱落等方面存在的问题。
本发明不局限于上述的实施方式，任何在本发明的基础上所作出的简单修改、替代(包含术语)或变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，其特征在于，该阻燃隔热涂料材料由树脂、填充颗粒材料、添加剂和溶剂组成；按质量百分比计，树脂0.1％～30％，填充颗粒材料0.1％～30％，添加剂0.1％～50％，溶剂为余量；其中，填充颗粒材料为玻璃粉、石墨粉、氧化铝粉、氧化镁粉、氧化钛粉、氢氧化镁粉、钛白粉、水镁石粉、硼酸锌粉、水滑石粉、氧化硅粉、石英砂中的一种或两种以上，对于每种填充颗粒材料，其颗粒大小分布及球度分布的质量比例为以下之一：
(1)颗粒大小分布：50目<粒度≤100目为20～40wt％，100目<粒度≤150目为10～30wt％，150目<粒度≤200目为5～15wt％，200目<粒度≤300目为5～15wt％，300目<粒度≤400目为5～15wt％，粒度大于400目为10～30wt％；
球度分布：50目<粒度≤100目中，球度小于1.2占5～15％；100目<粒度≤200目中，球度小于1.2占20～40％；粒度大于200目中，球度小于1.2占50～70％；
(2)颗粒大小分布：150目<粒度≤200目为20～40wt％，200目<粒度≤250目为40～60wt％，粒度大于250目为10～30wt％；
球度分布：150目<粒度≤250目中，球度小于1.2占10～30％；粒度大于250目中，球度小于1.2占70～90％；
(3)颗粒大小分布：200目<粒度≤250目为20～40wt％，250目<粒度≤300目为40～60wt％，粒度大于300目为10～30wt％；
球度分布：200目<粒度≤300目中，球度小于1.2占5～15％；粒度大于300目中，球度小于1.2占85～95％；
(4)颗粒大小分布：50目<粒度≤100目为10～30wt％，100目<粒度≤150目为30～50wt％，150目<粒度≤200目为4～6wt％，200目<粒度≤250目为4～6wt％，粒度大于250目为20～40wt％；
球度分布：50目<粒度≤100目中，球度小于1.2占10～20％；100目<粒度≤250目中，球度小于1.2占20～30％；粒度大于250目中，球度小于1.2占50～70％；
(5)颗粒大小分布：150目<粒度≤200目为10～30wt％，200目<粒度≤250目为50～70wt％，粒度大于250目为10～30wt％；
球度分布：150目<粒度≤250目中，球度小于1.2占20～30％；粒度大于250目中，球度小于1.2占70～80％；
(6)颗粒大小分布：50目<粒度≤80目为10～30wt％，80目<粒度≤100目为10～20wt％，粒度大于100目为60～70wt％；
球度分布：50目<粒度≤80目中，球度小于1.2占10～20％；80目<粒度≤100目中，球度小于1.2占40～60％；粒度大于100目中，球度小于1.2占30～40％；
(7)颗粒大小分布：100目<粒度≤200目为50～70wt％，200目<粒度≤300目为5～15wt％，300目<粒度≤400目为5～15wt％，400目<粒度≤500目为5～15wt％，粒度大于500目为5～15wt％；
球度分布：100目<粒度≤200目中，球度小于1.2占5～15％；200目<粒度≤400目中，球度小于1.2占5～15％；粒度大于400目中，球度小于1.2占70～90％；
(8)颗粒大小分布：150目<粒度≤200目为20～40wt％，200目<粒度≤250目为40～60wt％，粒度大于250目为10～30wt％；
球度分布：150目<粒度≤250目中，球度小于1.2占10～30％；粒度大于250目中，球度小于1.2占70～90％；
(9)颗粒大小分布：200目<粒度≤300目为40～60wt％，300目<粒度≤400目为20～40wt％，粒度大于400目为10～30wt％；
球度分布：200目<粒度≤400目中，球度小于1.2占20～40％；粒度大于400目中，球度小于1.2占60～80％。
2.按照权利要求1所述的适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，其特征在于，优选的，树脂为环氧树脂、无溶剂环氧树脂、不饱和树脂、改性氨基树脂、热塑性丙烯酸树脂、尿素树脂、氨基树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、聚乙烯醇树脂、醇酸树脂、聚丙烯树脂的一种或两种以上，其含量为10wt％～20wt％。
3.按照权利要求1所述的适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，其特征在于，优选的，填充颗粒材料的含量为10wt％～30wt％。
4.按照权利要求1所述的适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，其特征在于，优选的，添加剂为三聚氰胺、钼酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、聚磷酸铵、聚氧乙烯氧丙醇胺醚、二乙基次膦酸铝、聚磷酸铵、环氧氯乙烷、二甲基苯胺、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇、山梨醇、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或两种以上，其含量为20wt％～50wt％。
5.按照权利要求1所述的适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，其特征在于，溶剂为改性乳液、水性聚氨酯、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、乙酸乙酯、醋酸乙酯、石油醚、二氯甲烷、三氯甲烷、高纯水、去离子水的一种或两种以上。
6.按照权利要求1所述的适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，其特征在于，填充颗粒材料的球度比例要求为：球形、椭球形与多边形填充颗粒的质量比例为(4～6):(2～4):(1～3)。
7.按照权利要求6所述的适用于锂离子动力电池仓的阻燃隔热涂料，其特征在于，优选的，填充颗粒材料的球度比例要求为：球形、椭球形与多边形填充颗粒的质量比例为5:3:2。
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