CN112300674B - 一种阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及防火阻燃技术领域，公开了一种阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池及其制备方法，所述阻燃醇酸油漆中含有醇酸树脂、阻燃剂、成炭剂、发泡剂、催干剂、防沉降剂、分散剂、颜填料、流平剂、稀释剂和抗结皮剂，相对于100重量份的所述醇酸树脂。本发明提供的阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池具有优异的防火能力。

Description

一种阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及蓄电池技术领域，具体地涉及一种阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池及其制备方法。
背景技术
蓄电池俗称电瓶，是一种电能储存装置，通过可逆的化学反应实现再充放电，属二次电池。
近年来，蓄电池在小型数码电子产品、便携式电动工具中获得了广泛应用，在电动汽车、航空航天等领域也具有广阔的应用前景。随着人们对环境安全的重视，新能源产业投入持续加大，蓄电池将在越来越多的领域发挥作用。
蓄电池由于自身制造缺陷，或受外界温度、机械、充放电异常等情况，电池内部会发生不可逆的副反应，如正极材料分解和电解液的分解，产生大量热，并释放出小分子气体。由于反应剧烈，产生的热量不能有效传递到电池外部，引起电池内部温度和压力的急剧上升，而温度的上升又会极大地加速副反应的进行，产生更大量的热和气体，此时电池进入无法控制的自加速状态，即俗称的热失控。电池热失控后自身发生燃烧，导致热失控加速扩散，容易引发爆炸和火灾事故。
目前，市场上的基本没有使用阻燃油漆对蓄电池进行阻燃保护，当发生电池热失控时容易发生火灾，对人身财产安全构成了极大的危险。
因此，开发一种阻燃醇酸油漆，覆盖于蓄电池表面，提高蓄电池的阻燃性能，延缓和阻止电池受外界火灾影响而燃烧。同时在蓄电池组的电池热失控时，延长电池之间的热失控扩散传播时间，降低蓄电池组的热失控火灾危险性，有效提高蓄电池的安全性，具有极大的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池，使得电池拥有优异的阻燃性能，用于延缓和阻止电池受外界火灾影响而燃烧，同时也预防电池热失控异常燃烧对外界的影响。并且在蓄电池组的电池热失控时，能够有效缓解和抑制电池射流火现象的出现，使电池的热失控行为多以释放大量的白色烟雾为主，能够极大的延长电池之间的热失控扩散传播时间，降低蓄电池组的热失控火灾危险性，从而有效提高蓄电池的安全性。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池，该蓄电池的外表面上具有阻燃醇酸油漆，所述阻燃醇酸油漆中含有醇酸树脂、阻燃剂、成炭剂、发泡剂、催干剂、防沉降剂、分散剂、颜填料、流平剂、稀释剂和抗结皮剂，相对于100重量份的所述醇酸树脂，所述阻燃剂的含量为30-100重量份，所述成炭剂的含量为5-50重量份，所述发泡剂的含量为15-75重量份，所述催干剂的含量为0.01-3重量份，所述防沉降剂的含量为0.1-10重量份，所述分散剂的含量为0.1-10重量份，所述颜填料的含量为1-80重量份，所述流平剂的含量为0.01-2重量份，所述稀释剂的含量为0.5-100重量份，所述抗结皮剂的含量为0.1-1重量份。
优选情况下，在所述阻燃醇酸油漆中，相对于100重量份的所述醇酸树脂，所述阻燃剂的含量为50-80重量份，所述成炭剂的含量为15-30重量份，所述发泡剂的含量为25-50重量份，所述催干剂的含量为0.08-1重量份，所述防沉降剂的含量为2-4重量份，所述分散剂的含量为2-4重量份，所述颜填料的含量为1-45重量份，所述流平剂的含量为0.1-0.5重量份，所述稀释剂的含量为30-70重量份，所述抗结皮剂的含量为0.2-0.8重量份。
优选情况下，所述醇酸树脂为大豆油脂肪酸改性醇酸树脂、亚麻油脂肪酸改性醇酸树脂、桐油脂肪酸改性醇酸树脂、豆油脂肪酸改性醇酸树脂、梓油脂肪酸改性醇酸树脂和脱水蓖麻油脂肪酸改性醇酸树脂的一种或多种按任意比例的组合。
优选地，所述阻燃剂为磷酸胍、磷酸铵、磷酸氢铵、多聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、磷酸脒基脲、笼状磷酸酯三聚氰胺盐中的一种或多种的组合。
优选地，所述成炭剂为淀粉、环糊精、蔗糖、葡萄糖、季戊四醇和双季戊四醇中的一种或多种的组合。
优选情况下，所述发泡剂为双氰胺、三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐、尿素和氨基脲中的一种或多种的组合。
优选地，所述催干剂为异辛酸铅、异辛酸钴、异辛酸钙、异辛酸锰、异辛酸锆、异辛酸锌、环烷酸铅、环烷酸钴、环烷酸钙、环烷酸锰、环烷酸锆和环烷酸锌中的一种或多种的组合。
根据一种特别优选的具体实施方式，所述催干剂为重量比为1：(10-30)：(0.5-5)的异辛酸钴、异辛酸锆和异辛酸锌的混合物。本发明的发明人发现，采用重量比为1：(10-30)：(0.5-5)的异辛酸钴、异辛酸锆和异辛酸锌的混合物作为本发明的阻燃醇酸油漆中的催干剂能够使得由此获得的阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池具有更好的催干效果和阻燃性能。
优选情况下，该蓄电池的外表面上的所述阻燃醇酸油漆的厚度为0.05-2mm。
优选地，所述防沉降剂为氢化蓖麻油及衍生物、聚乙烯蜡、膨润土和聚酰胺蜡中的一种或多种的组合。
优选地，所述分散剂为BYK-307、BYK-330、BYK-341、BYK-2150、BYK-2155、BYK-104S、BYK-9076、UNIQSPERSE-9450(英国优卡分散剂9450)、KOS-163、TEGO-610S(迪高)、TEGO-670(迪高)中的一种或多种的组合。例如，本发明所述的分散剂可以为德国毕克品牌型号为BYK-307、BYK-330、BYK-341、BYK-2150、BYK-2155、BYK-104S和BYK-9076中的一种或多种的组合。
优选地，所述颜填料为可膨胀石墨、鳞片石墨、可膨胀珍珠岩、二氧化硅、膨胀蛭石、漂珠、空心微珠、高岭土、铝矾土、硅灰石和硅藻土中的一种或多种的组合。
优选地，所述流平剂为BYK-S706、BYK-306、BYK-359、BYK-361、TEGO-450(迪高)中的一种或多种的组合。例如，本发明所述的流平剂可以为德国毕克品牌型号为BYK-S706、BYK-306、BYK-359和BYK-361中的一种或多种的组合。
优选地，所述稀释剂为松节油、200号溶剂汽油和二甲苯中的一种或多种的组合。
优选地，所述抗结皮剂为甲乙酮肟、丁醛肟、环己酮肟中的一种或多种组合。
本发明的第二方面提供一种制备前述蓄电池的方法，该方法包括：将阻燃醇酸油漆涂覆于蓄电池的外表面，并进行干燥成膜处理。
本发明对制备阻燃醇酸油漆的方法没有特别的限制，本领域技术人员可以采用本领域内常规的制备漆的方法制备所述阻燃醇酸油漆，但是，为了使得本发明的阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池具有更好的防火能力，且具有更好的阻燃性能，本发明优选采用如下所述的方法制备阻燃醇酸油漆，该方法包括：
(1)将组分A进行第一搅拌混合，得到第一混合物料，所述组分A中含有醇酸树脂和稀释剂；
(2)将组分B与所述第一混合物料进行第二搅拌混合，得到第二混合物料，所述组分B中含有分散剂、防沉降剂、阻燃剂、成炭剂、发泡剂和颜填料；
(3)将所述第二混合物料进行细化，得到细度小于40微米的第三混合物料；
(4)将组分C与所述第三混合物料进行第三搅拌混合以得到阻燃醇酸油漆，所述组分C中含有催干剂、流平剂和抗结皮剂，
相对于100重量份的所述醇酸树脂，所述阻燃剂的用量为30-100重量份，所述成炭剂的用量为5-50重量份，所述发泡剂的用量为15-75重量份，所述催干剂的用量为0.01-3重量份，所述防沉降剂的用量为0.1-10重量份，所述分散剂的用量为0.1-10重量份，所述颜填料的用量为1-80重量份，所述流平剂的用量为0.01-2重量份，所述稀释剂的用量为0.5-100重量份，所述抗结皮剂的用量为0.1-1重量份。
根据一种优选的具体实施方式，相对于100重量份的所述醇酸树脂，所述阻燃剂的用量为50-80重量份，所述成炭剂的用量为15-30重量份，所述发泡剂的用量为25-50重量份，所述催干剂的用量为0.08-1重量份，所述防沉降剂的用量为2-4重量份，所述分散剂的用量为2-4重量份，所述颜填料的用量为1-45重量份，所述流平剂的用量为0.1-0.5重量份，所述稀释剂的用量为30-70重量份，所述抗结皮剂的用量为0.2-0.8重量份。
需要说明的是，在没有特别说明的情况下，本发明制备阻燃醇酸油漆中所涉及的各种组分，例如醇酸树脂、稀释剂等，其可选种类均与本发明第一方面中所涉及的相同组分的可选种类对应相同，本文为了避免赘述，在此不再重复，本领域技术人员不应理解为对本发明的范围的限制。
优选情况下，在步骤(1)中，所述第一搅拌混合的搅拌速率为400～600rpm。
在本发明中，所述第一搅拌混合的温度例如可以为0-60℃。
在本发明中，所述第一搅拌混合的时间例如可以为5-30min，例如，所述第一搅拌混合的时间也可以控制为搅拌直至液面中心出现漩涡。
优选地，所述第二搅拌混合的温度例如可以为0-60℃。
在本发明中，所述第二搅拌混合的时间例如可以为60-210min。
在本发明中，所述第二搅拌混合的搅拌速度例如可以为400-1500rpm。
根据一种特别优选的具体实施方式，进行所述步骤(2)的过程包括：先将分散剂和防沉降剂与所述第一混合物料进行混合接触(优选情况下，该混合接触的条件包括：接触的温度为0-60℃，接触的时间为10-30min，搅拌速度为400-600rpm)以得到混合物I；接着将所述混合物I与阻燃剂、成炭剂和发泡剂进行混合接触(优选情况下，该混合接触的条件包括：接触的温度为0-60℃，接触的时间为10-30min，搅拌速度为400-600rpm)以得到混合物II；然后将混合物II与颜填料进行混合接触(优选情况下，该混合接触的条件包括：接触的温度为0-60℃，接触的时间为10-30min，搅拌速度为400-600rpm)以得到混合物III；然后将此混合物III高速搅拌分散以得到所述第二混合物料(优选情况下，该高速搅拌分散的条件包括：高速搅拌分散温度0-60℃，高速搅拌分散时间为30-120min，搅拌速度为1000-1500rpm)。
优选情况下，在所述步骤(3)中，将所述第二混合物料进行细化得到细度小于40微米的第三混合物料。在没有特别说明的情况下，本文所述的细度均表示物料的最大尺寸。
优选情况下，在步骤(4)中，所述第三搅拌混合的搅拌速率为300～500rpm。
在本发明中，所述第三搅拌混合的温度例如可以为0-40℃。
在本发明中，所述第三搅拌混合的时间例如可以为10-30min。
根据一种特别优选的具体实施方式，在本发明的方法中，所述催干剂为重量比为1：(10-30)：(0.5-5)的异辛酸钴、异辛酸锆和异辛酸锌的混合物。
本发明的所述催干剂例如可以为由1重量％异辛酸钴、10重量％异辛酸锆和4重量％异辛酸锌提供的混合物。并且，对其中的溶剂没有特别的限定，可以为本领域内常规种类的溶剂。
在本发明的方法中，所述稀释剂可以在步骤(1)中一次加入，也可以分别在本发明的多个步骤中任选地分多次加入，例如，可以在步骤(1)中加入适量部分，然后在步骤(3)中加入适量稀释剂以清洗用于将所述第二混合物料进行细化的设备，并将清洗后所得物料用于本发明的方法的下一步骤中。
本发明对进行所述细化的设备没有特别的限定，例如可以为砂磨机。
本发明对蓄电池的具体种类没有限定，例如可以为锂离子电池、镍氢电池和铅酸蓄电池。
本发明提供的阻燃醇酸油漆能够在蓄电池表面形成一定厚度的保护涂层，得到的涂层不仅具有优异的防火能力，而且具有良好的附着力和优异的阻燃性能。
并且，本发明提供的阻燃醇酸油漆具有耐水性好和耐候性强的优点。
以及，本发明提供的阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池，能够延缓和阻止电池受外界火灾影响而燃烧，同时也能够有效的降低蓄电池组中某一电池热失控后对其余电池的影响，很大程度的延缓其余电池热失控的时间，并有效预防电池异常燃烧对外界的影响，从而提高蓄电池的安全性。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
以下实例中，每重量份表示10g。
以下应用的蓄电池为购自合肥国轩高科动力能源有限公司的38Ah三元锂离子电池。
实施例1
阻燃醇酸油漆配方如表1中所示：
表1
Figure BDA0002151729810000081
阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池的制备方法：
(1)将组分A进行第一搅拌混合，得到第一混合物料，具体地，在25℃下，往调漆罐中加入醇酸树脂和稀释剂，启动搅拌，搅拌的速度为500rpm，直到液面中心出现旋涡；
(2)将组分B与所述第一混合物料进行第二搅拌混合，得到第二混合物料，具体地，将分散剂和防沉降剂缓慢加入到步骤(1)的调漆罐中；再将阻燃剂、成炭剂和发泡剂加入到调漆罐中，物料加入后在600rpm的搅拌速度下分散20min使物料充分混合；然后往调漆罐中加入颜填料，在600rpm的搅拌速度下分散20min；最后在1500rpm的搅拌速度下高速搅拌分散60min，得到第二混合物料；
(3)将所述第二混合物料进行细化，得到第三混合物料，具体地，用砂磨机将第二混合物料研磨至细度小于40微米，备用；
(4)将组分C与所述第三混合物料进行第三搅拌混合以得到阻燃醇酸油漆，具体地，在25℃下，向第三混合物料中加入催干剂、流平剂和抗结皮剂，搅拌分散，搅拌的速度为400rpm，搅拌的时间为20min；得到阻燃醇酸油漆；
(5)将阻燃醇酸油漆分3次涂覆于蓄电池的外表面，每次涂覆在前一次干燥成膜后涂覆，得到阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池PT1，其中，干燥成膜的温度为60℃，时间为3h，阻燃醇酸油漆层总厚度为0.8mm。
实施例2
阻燃醇酸油漆配方如表2中所示：
表2
Figure BDA0002151729810000091
阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池的制备方法：
(1)将组分A进行第一搅拌混合，得到第一混合物料，具体地，在30℃下，往调漆罐中加入醇酸树脂和稀释剂，启动搅拌，搅拌的速度为400rpm，直到液面中心出现旋涡；
(2)将组分B与所述第一混合物料进行第二搅拌混合，得到第二混合物料，具体地，将分散剂和防沉降剂缓慢加入到步骤(1)的调漆罐中；再将阻燃剂、成炭剂和发泡剂加入到调漆罐中，物料加入后在400rpm的搅拌速度下分散20min使物料充分混合；然后往调漆罐中加入颜填料，在400rpm的搅拌速度下分散30min；最后在1500rpm的搅拌速度下高速搅拌分散120min；
(3)将所述第二混合物料进行细化，得到第三混合物料，具体地，用砂磨机将第二混合物料研磨至细度小于40微米，备用；
(4)将组分C与所述第三混合物料进行第三搅拌混合以得到阻燃醇酸油漆，具体地，在30℃下，向第三混合物料中加入催干剂、流平剂和抗结皮剂，搅拌分散，搅拌的速度为500rpm，搅拌的时间为20min；
(5)将阻燃醇酸油漆分3次涂覆于蓄电池的外表面，每次涂覆在前一次干燥成膜后涂覆，得到阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池PT2，其中，干燥成膜的温度为60℃，时间为3h，阻燃醇酸油漆层总厚度为0.8mm。
实施例3
阻燃醇酸油漆配方如表3中所示：
表3
Figure BDA0002151729810000101
Figure BDA0002151729810000111
阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池的制备方法：
与实施例1中的制备方法相同，得到阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池PT3。
实施例4
阻燃醇酸油漆配方与实施例1中的配方相似，所不同的是：
本实施例中使用的催干剂为0.68重量份的异辛酸钴。
阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池的制备方法：
与实施例1中的制备方法相同，得到阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池PT4。
实施例5
阻燃醇酸油漆配方与实施例1中的配方相似，所不同的是：
本实施例中使用的催干剂为0.34重量份的异辛酸钴和0.34重量份的异辛酸锌。
阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池的制备方法：
与实施例1中的制备方法相同，得到阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池PT5。
对比例1
醇酸漆为购自南京长江涂料有限公司的市购金装100醇酸漆，命名为D-PT1。
对比例2
阻燃醇酸油漆配方如表4中所示：
表4
Figure BDA0002151729810000121
阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池的制备方法：
与实施例1中的制备方法相同，得到阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池D-PT2。
测试例
对前述实例中制备得到的阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池的性能进行测试，其中，细度、附着力和火焰传播比值按GB 12441-2005测试方法进行测试；油漆氧指数按GB 12441-2005测试方法进行测试；电池组热失控行为和热失控扩散时间按以下方法进行测试：
将2节蓄电池依次排列，如图1所示，将300W加热板位于1#电池一侧，用于触发1#电池热失控，当观察到1#电池发生热失控时，加热板断电，停止加热。观察电池组中2#电池热失控行为和热失控时间，计算电池组间热失控扩散时间。
测试结果见表5。
表5
Figure BDA0002151729810000122
Figure BDA0002151729810000131
从上述结果可以看出，本发明提供的阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池，在电池热失控时能够有效缓解和抑制电池射流火现象的出现，使电池的热失控行为多以释放大量的白色烟雾为主，能够极大的延长电池之间的热失控扩散传播时间，降低蓄电池组的热失控火灾危险性，有效提高蓄电池的安全性，在用于蓄电池的阻燃安全性上具有显著的开发前景和极大的经济效益。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种阻燃醇酸油漆覆盖的蓄电池，该蓄电池的外表面上具有阻燃醇酸油漆，所述阻燃醇酸油漆中含有醇酸树脂、阻燃剂、成炭剂、发泡剂、催干剂、防沉降剂、分散剂、颜填料、流平剂、稀释剂和抗结皮剂，相对于100重量份的所述醇酸树脂，所述阻燃剂的含量为30-100重量份，所述成炭剂的含量为5-50重量份，所述发泡剂的含量为15-75重量份，所述催干剂的含量为0.01-3重量份，所述防沉降剂的含量为0.1-10重量份，所述分散剂的含量为0.1-10重量份，所述颜填料的含量为1-80重量份，所述流平剂的含量为0.01-2重量份，所述稀释剂的含量为0.5-100重量份，所述抗结皮剂的含量为0.1-1重量份；
所述成炭剂为淀粉、环糊精、蔗糖、葡萄糖、季戊四醇和双季戊四醇中的一种或多种的组合；
所述颜填料为可膨胀石墨、鳞片石墨、可膨胀珍珠岩、二氧化硅、膨胀蛭石、漂珠、空心微珠、高岭土、铝矾土、硅灰石和硅藻土中的一种或多种的组合；
所述醇酸树脂为大豆油脂肪酸改性醇酸树脂、亚麻油脂肪酸改性醇酸树脂、桐油脂肪酸改性醇酸树脂、豆油脂肪酸改性醇酸树脂、梓油脂肪酸改性醇酸树脂和脱水蓖麻油脂肪酸改性醇酸树脂的一种或多种的组合；
所述催干剂为重量比为1：（10-30）：（0.5-5）的异辛酸钴、异辛酸锆和异辛酸锌的混合物。
2.根据权利要求1所述的蓄电池，其中，在所述阻燃醇酸油漆中，相对于100重量份的所述醇酸树脂，所述阻燃剂的含量为50-80重量份，所述成炭剂的含量为15-30重量份，所述发泡剂的含量为25-50重量份，所述催干剂的含量为0.08-1重量份，所述防沉降剂的含量为2-4重量份，所述分散剂的含量为2-4重量份，所述颜填料的含量为1-45重量份，所述流平剂的含量为0.1-0.5重量份，所述稀释剂的含量为30-70重量份，所述抗结皮剂的含量为0.2-0.8重量份。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池，其中，所述阻燃剂为磷酸胍、磷酸铵、磷酸氢铵、多聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、磷酸脒基脲、笼状磷酸酯三聚氰胺盐中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1或2所述的蓄电池，其中，所述发泡剂为双氰胺、三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐、尿素和氨基脲中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1或2所述的蓄电池，其中，所述防沉降剂为氢化蓖麻油及衍生物、聚乙烯蜡、膨润土和聚酰胺蜡中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1或2所述的蓄电池，其中，所述抗结皮剂为甲乙酮肟、丁醛肟、环己酮肟中的一种或多种组合。
7.根据权利要求1或2所述的蓄电池，其中，该蓄电池的外表面上的所述阻燃醇酸油漆的厚度为0.05-2 mm。
8.一种制备权利要求1-7中任意一项所述的蓄电池的方法，该方法包括：将阻燃醇酸油漆涂覆于蓄电池的外表面，并进行干燥成膜处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述干燥成膜处理的条件包括：温度为20-80℃，时间为1-24 h。
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