CN112358822A - 一种用于动力电池bms的泡棉胶带及电池模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于动力电池BMS的泡棉胶带，包括发泡体基材、胶粘剂层以及离型层；胶粘剂层是由如下方法制备：将丙烯酸酯压敏胶稀释得到固含量为10％～40％，粘度为100Cps～10,000Cps的胶粘剂溶液，向胶粘剂溶液中加入10～40份导电颗粒、10～40份可膨胀高分子微球和0.05～2份的固化剂，搅拌以发生反应，得到涂布液；将涂布液均匀地涂布在离型材料上，经过烘烤后，得到厚度为20～100μm的干胶膜；将干胶膜通过辊压贴合的方式转移粘贴至经电晕处理的发泡体基材的两侧表面上，经过45℃*2d以上的熟化，即可得到胶粘剂层。本发明的用于动力电池BMS的泡棉胶带，其胶粘剂层具有热失粘的功能，可以在物理上切断联系，减弱导通效果，起到硬件‑软件双保险的作用。

Description

一种用于动力电池BMS的泡棉胶带及电池模组
技术领域
本发明涉及胶带技术领域，具体涉及一种用于动力电池BMS的泡棉胶带，以及包含所述泡棉胶带的电池模组。
背景技术
石化能源带来的碳排放和环境危机，新能源交通特别是电动交通(E-mobility)逐渐成为各国研究趋势和未来的交通出行方式。电动交通工具中替代传统汽车内燃机的核心电池组件的可靠性，安全性和轻量化具有重要意义。其中，电池管理系统(BMS)是对电池进行监控与控制的系统，将采集的电池信息实时反馈给用户，智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电等热失控等安全故障。电池的热失控一般是通过BMS监测并通知客户，而电池模组的连接主要靠紧固件和电极之间的电线电缆，金属触片连接，一旦发生热失控，随后的维修过程中整个电池模组需要更换，费时费力，成本昂贵。
现有的电池模组的连接方式主要靠紧固件连接方式(金属或者塑料件)，电池正负极的连接主要是靠电线电缆或者金属触片的方式，不可避免采用焊点或者其他机械零件连接方式，有一定的疲劳度和寿命，如果发生损坏，返工和返修成本极高，甚至只能更换整个电池模组。传统泡棉胶带用于动力电池的组装只有阻燃，缓冲，隔热减震等单一功能，无法发挥对热失控后续做物理切断等作用。当动力电池出现热失控时，BMS作为一种电子设备理论上有失灵的风险，并且只能最大程度给出反馈信号警示客户或者切断局部通路，但是无法进一步阻止已经发生或者不可控的电池过热化学反应，并有效的物理隔断电池的热失控。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于动力电池BMS的泡棉胶带，该泡棉胶带具有热失粘的功能，当动力电池出现热失控时，泡棉胶带的胶粘剂层会在高温下失去粘性，使得电池单体从该胶粘层脱离，从而在物理上切断联系，减弱导通效果，起到硬件-软件双保险的作用；同时，泡棉胶带具有导电性，可以代替电线电缆、触片等机械零件，提高了电池模组中电池正负极连接的可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
第一方面，本发明提供了一种用于动力电池BMS的泡棉胶带，包括发泡体基材、涂覆于所述发泡体基材两侧的胶粘剂层，以及贴合于其中一侧胶粘剂层上的离型层；其中，所述胶粘剂层是由如下方法制备的：
采用有机溶剂将丙烯酸酯压敏胶稀释得到固含量为10％～40％，粘度为100Cps～10,000Cps的胶粘剂溶液，向所述胶粘剂溶液中加入10～40份导电颗粒、10～40份可膨胀高分子微球和0.05～2份的固化剂，搅拌以发生反应，得到涂布液；将所述涂布液均匀地涂布在离型材料上，经过烘烤后，得到厚度为20～100μm的干胶膜；将所述干胶膜通过辊压贴合的方式转移粘贴至经电晕处理的发泡体基材的两侧表面上，经过45℃*2d以上的熟化，即可得到所述的胶粘剂层。
优选地，采用有机溶剂将丙烯酸酯压敏胶稀释得到固含量为25％、粘度为1000Cps的胶粘剂溶液。导电颗粒的加入量优选为20份、可膨胀高分子微球的加入量优选为20份，固化剂的加入量优选为0.5份。
进一步地，所述丙烯酸酯压敏胶的粘度为4000～10000Cps(25℃)，固含量为10％～80％，重均分子量Mw为30万～300万，优选为70万；玻璃转化温度Tg＝-40℃～60℃，优选为-20℃。
进一步地，所述丙烯酸酯压敏胶是由按重量份计的如下组分经聚合反应得到的：丙烯酸丁酯10～60份，丙烯酸异冰片酯1～20份，丙烯酸0.5～5份，丙烯酸甲酯10～60份，甲基丙烯酸甲酯0.5～5份，丙烯酸羟乙酯0.1～2份、引发剂0.1～1份。优选地，丙烯酸酯压敏胶是由按重量份计的如下组分经聚合反应得到的：丙烯酸丁酯55份，丙烯酸异冰片酯6份，丙烯酸3.5份，丙烯酸甲酯36份，甲基丙烯酸甲酯2份，丙烯酸羟乙酯0.5份、引发剂0.3份。其中，引发剂优选为偶氮二异丁腈。
进一步地，所述导电颗粒选自银包镍粉、银包铜粉、铜粉、镍粉、导电石墨粉中的一种或多种，所述高分子微球的外壳为丙烯腈、甲基丙烯腈或偏氯乙烯，内含低沸点烷烃化合物，其D50粒径为10～100μm。
进一步地，所述丙烯酸酯压敏胶在制备过程中还加入了10～20份阻燃剂，从而使得胶粘剂层具备阻燃的特性。所述阻燃剂可选用本领域通常使用的阻燃剂，包括但不限于磷氮系阻燃剂、无机阻燃剂，例如磷酸三甲苯酯、水合氧化铝、氢氧化镁等。
进一步地，所述发泡体基材为聚氨酯发泡基材、聚烯烃发泡基材或聚丙烯酸酯发泡基材。
进一步地，所述聚氨酯发泡基材的制备方法为：
将重均分子量Mw＝500～3000的聚醚多元醇、50～100份的聚丙二醇和5～30份的1,5-戊二醇预先混合，随后加入0.1～1份胺催化剂/有机金属催化剂和0.1～3份含磺酸基的表面活性剂并搅拌，再加入5～30份阻燃剂，5～40份的D50粒径小于50μm的导电颗粒，然后加入多异氰酸酯以调节异氰酸酯指数至85～110；接着将溶液与氮气混合，搅拌，得到混有细小气泡的溶液，调节溶液密度至0.1～0.5g/m3；将所述溶液涂布于基材上，烘干后得到所述聚氨酯发泡基材。
进一步地，所述聚烯烃发泡基材的制备方法为：
将50～200份密度为400～1100kg/m3的低密度聚乙烯、2～5份偶氮二甲酰胺、0.5～2份氧化锌、0.1～2份的2,6二叔丁基对甲酚混合，加入5～30份阻燃剂，110℃～150℃下熔融混炼后，于挤出机中挤出长片状泡棉组合物；接着，在其两侧照射电子束，使得所述长片状泡棉组合物交联；最后，使所述长片状泡棉组合物通过200～300℃的发泡炉以加热和发泡，得到所述聚烯烃发泡基材。
进一步地，所述聚丙烯酸酯发泡基材的制备方法为：
将60份重均分子量Mw＝10万，玻璃转化温度Tg＝-40℃的丙烯酸类共聚物、10份玻璃转化温度Tg＝-20℃丙烯酸酯乳液、0.5份偶氮二甲酰胺，0.5份D50粒径＜50μm碳酸钙混合，加入20份阻燃剂，150℃下熔融混炼后，通过挤出机挤出为长片状泡棉基材，即为所述聚丙烯酸酯发泡基材。
本发明中，所述阻燃剂可选用本领域常用的阻燃剂，如磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、无机阻燃剂，包括但不限于三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、硅系阻燃剂、红磷及其化合物中的一种或多种。
第二方面，本发明提供了一种包含有所述的泡棉胶带的电池模组，该电池模组中，泡棉胶带设置于电池组之间，既可以起到阻燃，缓冲，隔热减震的功能，又可以起到固定电池组的作用，同时还可以起到连接电池正负极的作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明的用于动力电池BMS的泡棉胶带，其泡棉体基材具有轻量化、抗缓冲的作用，可以部分替代起到固定电池单元的作用，减少行车噪音并且降低电池单体、模块和电池组在高速行驶中发生碰撞带来的安全风险。
2.本发明的用于动力电池BMS的泡棉胶带，通过在胶粘剂中引入了适量的可膨胀高分子微球，当超过一定温度时，可膨胀高分子微球可以膨胀到自身的几倍甚至几十倍，覆盖住胶层表面，使得胶层与被贴物脱离，达到失粘的目的。该泡棉胶带用于动力电池时，由于胶粘剂层具有热失粘的功能，可以作为BMS的辅助手段，在BMS监控发现热失控的故障的同时，胶粘剂层会在高温下失去粘性，使得电池单体从该胶粘层脱离，从而在物理上切断联系，减弱导通效果，起到硬件-软件双保险的作用。
3.本发明的用于动力电池BMS的泡棉胶带，其为多孔结构，质量轻，成本低廉，是一种轻量化材料。其用于汽车上时，具有减轻重量、节省燃油、经济性好的优点。
4.本发明的用于动力电池BMS的泡棉胶带，具有阻燃/导电/降噪减震/隔热等多种功能，特别的，作为导电材料时可以代替电线电缆、触片等机械零件，提高了连接的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例中的用于动力电池BMS的泡棉胶带的结构示意图；
图中标号说明：1、发泡体基材；2、第一胶粘剂层；3、第二胶粘剂层；4、离型层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义，本文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。本文中在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，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/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。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
1)聚氨酯泡棉基材的制造
采用聚醚多元醇(重均分子量Mw＝1000)将90份的聚丙二醇(PPG)和10份的1,5-戊二醇预先混合，随后将0.7份胺催化剂和1份泡沫稳定剂加入到100份上述混合好的多元醇中并搅拌，再加入20份的水合氧化铝阻燃剂。接着加入研磨至D50粒径小于50μm导电颗粒银包镍粉(树枝状，Fukuda)，调节所需的导电性。再加入多异氰酸酯(MDI)，调节异氰酸酯指数至85到110，然后将混合物与氮气混合并搅拌至得到混有细小气泡的溶液，调节溶液的密度至0.2g/m3左右。最后，使用涂布器(Zehntner，Gmbh，ZUA2000)将溶液涂布在50μm的PET离型膜上至设定厚度，80℃*5min烘干，获得聚氨酯泡棉基材。
2)胶粘剂溶液的制造
丙烯酸酯共聚物组成如下：丙烯酸丁酯55份，丙烯酸异冰片酯6份，丙烯酸3.5份，丙烯酸甲酯36份，甲基丙烯酸甲酯2份，丙烯酸羟乙酯0.5份。准确称取上述中各种原料，并投入1000mL反应釜中，在氮气的氛围下升温至65℃并均匀搅拌30min，再加入0.1份的引发剂平稳反应90分钟。接着升温至80℃，加入0.2份的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，反应240分钟后制得丙烯酸酯共聚物。在反应过程中，通过控制反应放热来控制制备的丙烯酸酯共聚物粘度为4000Cps-10000 Cps(25℃)，固含量40％，重均分子量Mw 70万左右,玻璃转化温度Tg＝-20℃。分子量Mw用GPC(Waters 2414,聚苯乙烯标样，THF流动相)测试，固含量测试：烘箱150℃，30min，粘度测试仪器Brookfield旋转粘度计(25℃)。
3)双面胶带的制造
将上述丙烯酸酯共聚物用乙酸乙酯溶剂稀释，得到固含量为25％，粘度为1000Cps(25℃)的胶粘剂溶液，再加入20份导电颗粒银包镍粉(树枝状，Fukuda)，20份可膨胀高分子微球(松本油脂)，搅拌30分钟后，加入0.4份的异氰酸酯固化剂，再搅拌15分钟，使用涂布器(Zehntner Gmbh，ZUA2000)均匀地涂布在含有PE淋膜的离型纸(Loparex，纸张克重120g/m2)上，经过90℃*3min烘烤，得到厚度为50μm的干胶膜。接着，将离型纸的上烘干胶粘剂层通过机器辊压贴合的方式转移粘贴至上述泡棉基材上。泡棉基材由于表面能较低的原因，在辊压贴合前先进行电晕处理，表面电晕处理的功率为0.8KW，所得的泡棉胶带再经过45℃*3天熟化，待大部分溶剂挥发干净，即可得到所述泡棉双面胶带。
实施例2
实施例2与实施例1的区别仅在于使用的泡棉基材为聚烯烃泡棉基材，其制备方法为：
将100份密度为900kg/m3的低密度聚乙烯(LDPE)，4.5份偶氮二甲酰胺(ADC)，1份氧化锌，0.5份的2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)混合，加入20份的水合氧化铝阻燃剂，在130℃下熔融混炼后，从挤出机中挤出厚度约0.2mm的长片状泡棉组合物；接着，通过在其两侧照射具有500KV加速电压的电子束来交联所述长片状泡棉组合物。然后，将长片状泡棉组合物通过热空气和红外加热器连续进料，并在保温250℃的发泡炉中以加热和发泡，并膨胀至0.8mm厚度，得到聚烯烃泡棉基材。
实施例3
实施例3与实施例1的区别仅在于使用的泡棉基材为聚丙烯酸酯泡棉基材，其制备方法为：
将60份丙烯酸类共聚物(Mw＝10万，玻璃转化温度约-40℃)，10份丙烯酸酯乳液(玻璃转化温度-20℃)，0.5份可热分解发泡剂的偶氮二甲酰胺(ADC)，0.5份D50＜50μm碳酸钙混合，加入20份的水合氧化铝阻燃剂，用挤出机在150℃下熔融混炼，通过模头间隙挤出为厚度约0.8mm厚度的长片状泡棉基材，得到聚丙烯酸酯泡棉基材。
比较例1
比较例1与实施例1的区别仅在于：在实施例1中第(3)步，不加入高分子微球，加入导电粒子。
比较例2
比较例2与实施例1的区别仅在于：在实施例1中第(3)步，不加入导电粒子，加入高分子微球。
性能测试
对实施例1-3，比较例1-2制备的泡棉双面胶带进行检测，检测项目包括密度、柔软度、导电性、阻燃性、剥离强度。其中，泡棉密度和柔软度(CFD-25％)的评价方法按照ASTMD3574方法，泡棉导电性评价按照采用MIL-STD-202307#标准夹具测试接触电阻，胶带阻燃性按照ASTM D3801或者UL 94VTM方法，剥离强度采用标准GB/T2792-1998。所得结果参见表1。
表1实施例1-3，比较例1-2制备的泡棉双面胶带的性能测试结果
Figure BDA0002746074250000081
Figure BDA0002746074250000091
参见表1的结果，实施例1-3的泡棉双面胶带在25℃下的剥离强度高，达到了2500～3000gf/25mm，用于电池模组时，能够部分替代紧固件，起到固定电池单元的作用。在80℃下的剥离强度为80～200gf/25mm，远低于对比例1的1900gf/25mm，这表明本发明的泡棉双面胶带具有热失粘的功能，当动力电池出现热失控时，泡棉胶带的胶粘剂层会在高温下失去粘性，使得电池单体从该胶粘层脱离，从而在物理上切断联系，减弱导通效果，起到硬件-软件双保险的作用。
另外，实施例1-3的泡棉双面胶带密度低，导电性和阻燃性好，能够代替电线电缆、触片等机械零件，提高了连接的可靠性，同时能够降低重量，提高汽车的燃油经济性。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种用于动力电池BMS的泡棉胶带，其特征在于，包括发泡体基材、涂覆于所述发泡体基材两侧的胶粘剂层，以及贴合于其中一侧胶粘剂层上的离型层；其中，所述胶粘剂层是由如下方法制备的：
采用有机溶剂将丙烯酸酯压敏胶稀释得到固含量为10％～40％，粘度为100Cps～10,000Cps的胶粘剂溶液，向所述胶粘剂溶液中加入10～40份导电颗粒、10～40份可膨胀高分子微球和0.05～2份的固化剂，搅拌以发生反应，得到涂布液；将所述涂布液均匀地涂布在离型材料上，经过烘烤后，得到厚度为20～100μm的干胶膜；将所述干胶膜通过辊压贴合的方式转移粘贴至经电晕处理的发泡体基材的两侧表面上，经过45℃*2d以上的熟化，即可得到所述的胶粘剂层。
2.根据权利要求1所述的用于动力电池BMS的泡棉胶带，其特征在于，所述丙烯酸酯压敏胶的粘度为4000～10000Cps(25℃)，固含量为10％～80％，重均分子量Mw为30万～300万，玻璃转化温度Tg＝-40℃～60℃。
3.根据权利要求1所述的用于动力电池BMS的泡棉胶带，其特征在于，所述丙烯酸酯压敏胶是由按重量份计的如下组分经聚合反应得到的：丙烯酸丁酯10～60份，丙烯酸异冰片酯1～20份，丙烯酸0.5～5份，丙烯酸甲酯10～60份，甲基丙烯酸甲酯0.5～5份，丙烯酸羟乙酯0.1～2份、引发剂0.1～1份。
4.根据权利要求1所述的用于动力电池BMS的泡棉胶带，其特征在于，所述导电颗粒选自银包镍粉、银包铜粉、铜粉、镍粉、导电石墨粉中的一种或多种，所述高分子微球的外壳为丙烯腈、甲基丙烯腈或偏氯乙烯，内含低沸点烷烃化合物，其D50粒径为10～100μm。
5.根据权利要求1所述的用于动力电池BMS的泡棉胶带，其特征在于，所述丙烯酸酯压敏胶在制备过程中还加入了10～20份阻燃剂。
6.根据权利要求1所述的用于动力电池BMS的泡棉胶带，其特征在于，所述发泡体基材为聚氨酯发泡基材、聚烯烃发泡基材或聚丙烯酸酯发泡基材。
7.根据权利要求6所述的用于动力电池BMS的泡棉胶带，其特征在于，所述聚氨酯发泡基材的制备方法为：
将重均分子量Mw＝500～3000的聚醚多元醇、50～100份的聚丙二醇和5～30份的1,5-戊二醇预先混合，随后加入0.1～1份胺催化剂/有机金属催化剂和0.1～3份含磺酸基的表面活性剂并搅拌，再加入5～30份阻燃剂，5～40份的D50粒径小于50μm的导电颗粒，然后加入多异氰酸酯以调节异氰酸酯指数至85～110；接着将溶液与氮气混合，搅拌，得到混有细小气泡的溶液，调节溶液密度至0.1～0.5g/m3；将所述溶液涂布于基材上，烘干后得到所述聚氨酯发泡基材。
8.根据权利要求6所述的用于动力电池BMS的泡棉胶带，其特征在于，所述聚烯烃发泡基材的制备方法为：
将50～200份密度为400～1100kg/m3的低密度聚乙烯、2～5份偶氮二甲酰胺、0.5～2份氧化锌、0.1～2份的2,6二叔丁基对甲酚混合，加入5～30份阻燃剂，110℃～150℃下熔融混炼后，于挤出机中挤出长片状泡棉组合物；接着，在其两侧照射电子束，使得所述长片状泡棉组合物交联；最后，使所述长片状泡棉组合物通过200～300℃的发泡炉以加热和发泡，得到所述聚烯烃发泡基材。
9.根据权利要求6所述的用于动力电池BMS的泡棉胶带，其特征在于，所述聚丙烯酸酯发泡基材的制备方法为：
将60份重均分子量Mw＝10万，玻璃转化温度Tg＝-40℃的丙烯酸类共聚物、10份玻璃转化温度Tg＝-20℃丙烯酸酯乳液、0.5份偶氮二甲酰胺，0.5份D50粒径＜50μm碳酸钙混合，加入20份阻燃剂，150℃下熔融混炼后，通过挤出机挤出为长片状泡棉基材，即为所述聚丙烯酸酯发泡基材。
10.一种包含有权利要求1-9任一项所述的泡棉胶带的电池模组。
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