CN114410192A - 一种uv热膨胀涂液组合物及锂电池热失控防护贴片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料以及锂电池技术领域，具体为一种UV热膨胀涂液组合物及锂电池热失控防护贴片，其中UV热膨胀涂液组合物以自由基固化型树脂为基体，优选适当的膨胀阻燃剂，搭配光引发剂、热引发剂及其他助剂制成。该发明还提供以该涂液组合物与一定厚度玻璃纤维作为增强材料形成的贴片，该贴片用于替代目前锂电池热失控防护用防火毡，不但具有防火毡的阻燃作用，而且能够在高温或火焰下体积发泡膨胀，膨胀层兼具隔热阻燃双重作用。该贴片软硬度适中，铺贴方便、操作简单、可通过紫外光单面照射10分钟内完成固化、能够一次成型，节省施工周期。
Description
技术领域
本发明涉及材料以及锂电池技术领域，具体为一种UV热膨胀涂液组合物及锂电池热失控防护贴片。
背景技术
现代电动汽车蓄电池常用锂电池。电动汽车使用的锂电池主要是圆柱形18650电池和柔性聚合物电池。随着新能源汽车工业的发展，人们对锂电池续航里程的需求越来越高。在一定质量下，增加电动汽车的行驶里程需要增加锂电池本身的能量密度。随着电池能量密度的增加，电池的热稳定性越来越难以保证，因为热失控引起的火灾和爆炸事故的发生越来越多。因此，锂电池热失控安全防火的研究就显得尤为重要。传统的钢壳、铝壳电池在爆炸后碎片极易伤人，喷射出的电池内容物容易引燃周边物质造成更大程度火灾，如何进行热失控引起的起火和爆炸是摆在应用锂电池作为蓄电介质的新能源汽车和储能电站无法回避的问题。
目前新能源汽车电池包的防火材料以铺设防火毡材料为主，如云母板、超细玻璃棉、高硅氧棉毡等，当电池发生热失控后，防火毡材料可以有效隔绝和控制火势走向，但防火毡材料厚度薄，隔热性有限，无法有效延缓热扩散时间，这不管是对于消防救援还是乘员舱人员逃生都是不利的。为了在锂电池发生热失控时，给消防救援和乘员舱人员逃生争取时间，市场呼唤具有阻燃和隔热双重作用的材料的出现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种UV热膨胀涂液组合物及锂电池热失控防护贴片，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种UV热膨胀涂液组合物，按照质量组分计，包括以下组分含量：环氧丙烯酸酯低聚物25-55份、光固化单体15-25份、膨胀阻燃剂20-50份、自由基光引发剂2.0-5.0份、阳离子光引发剂0.1-3.0份、热引发剂2.0-5.0份和助剂0.1-2.0份。
进一步地，所述环氧丙烯酸酯低聚物为两官能度的改性环氧丙烯酸酯低聚物。
进一步地，所述光固化单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMP(EO)TA)、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMP(PO)TA)、季戊四醇三丙烯酸酯酯(PETA)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETTA)、二季戊四醇五丙烯酸酯(DPPA)、季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)中的一种或多种。
进一步地，所述膨胀阻燃剂包括酸源、碳源和气源，其中酸源为聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺和硼酸中的一种，碳源为季戊四醇、双季戊四醇、淀粉和可膨胀石墨中的一种或多种，气源为三聚氰胺、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺硼酸盐、三聚氰胺甲醛、三聚氰胺氰尿酸盐、三-(羟乙基)异氰尿酸盐(THEIC)、聚磷酸铵、脲醛树脂或氯化石蜡中的一种。
进一步地，所述膨胀阻燃剂中的酸源是聚磷酸铵，碳源是季戊四醇和可膨胀石墨或两者的组合，气源是三聚氰胺。
进一步地，所述膨胀阻燃剂还包含无机物成核剂，其中无机物成核剂为钛白粉。
进一步地，所述膨胀阻燃剂按照质量组分计，包括以下组分含量：其中酸源40-60份、碳源10-25份、气源10-20份、无机物成核剂5-15份。
进一步地，所述自由基光引发剂为酰基膦氧化物，包括2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(TPO)、2，4，6-三甲基苯甲酰基乙氧基苯基氧化膦(TEPO)、双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(BAPO 1)、双(2，6-二甲氧基苯甲酰)-(4，4'-二甲基辛基-2)氧化膦(BAPO 2)中的一种或多种。
进一步地，所述阳离子光引发剂为鎓盐类阳离子光引发剂，包括4，4-二甲基-二苯基碘鎓六氟磷酸盐、二苯基碘鎓六氟磷酸盐、三苯基硫鎓盐、二苯基-(4-苯基硫)苯基硫鎓六氟磷酸盐中的一种或多种。
进一步地，所述热引发剂为有机过氧化物，二酰基过氧化物、酮过氧化物、过氧酯、二烷基过氧化物、氢过氧化物和过氧缩酮中的一种。
进一步地，所述热引发剂为二酰基过氧化物，具体为二苯甲酰过氧化物。
本发明还提供一种锂电池热失控防护贴片的制备方法，包括以下操作步骤：
S1：配制UV热膨胀涂液组合物：在避光条件下，将各质量组分的光固化低聚物、光固化单体、膨胀阻燃剂、自由基光引发剂、阳离子光引发剂、热引发剂、和助剂依次加入搅拌设备中搅拌，搅拌完成后抽真空排除气泡，获得粘稠状涂液组合物；
S2：用S1)中获得的UV热膨胀涂液组合物浸渍玻璃纤维，获得浸渍物；
S3：使用SMC片材机组，将S2)中获得的所述浸渍物制备成片材，并且所述片材表面覆盖遮光薄膜；
S4：将S3)中获得的片材置于35-45℃烘房中熟化24-96h，从而获得所述锂电池热失控防护贴片。
进一步地，所述S1)中使用的玻璃纤维采用玻璃纤维短切纱、玻璃纤维短切毡、和玻璃纤维布中的一种或多种。
进一步地，所述S4)中熟化温度为40℃，熟化时间为48h。
进一步地，所述S4)中获得的锂电池热失控防护贴片的厚度为0.5－3mm。
本发明还提供一种锂电池热失控防护贴片的使用方法，包括以下操作步骤：
S1：将锂电池热失控防护贴片裁切成预定尺寸，然后用UV耐高温胶将该锂电池热失控防护贴片粘贴在电池包表面；
S2：用紫外线照射该锂电池热失控防护贴片使其与UV耐高温胶整体固化。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)、本发明提供的UV热膨胀涂液组合物采用“光-热复合引发体系”，克服了纤维物料吸收紫外光的影响，提高了光固化效率。
(2)、本发明采用制备的UV热膨胀涂液与玻璃纤维复合后经SMC片材机成形，再经低温形成具有稳定尺寸和柔韧性的半固化贴片，贴片表面覆盖遮光薄膜是为了避免紫外线照射，从而保持切片在使用前一直保持柔韧性和UV活性。
(3)、本发明提供的锂电池热失控防护贴片应用于锂电池包时，将贴片裁切成预定尺寸，然后用UV耐高温胶将贴片粘贴在电池包表面，再用紫外线照射贴片使其与UV耐高温胶整体固化，提高了其与电池包箱体的附着性，保证本发明的锂电池热失控防护贴片可以牢固的附着在电池包箱体上。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种UV热膨胀涂液组合物，按照质量组分计，包括以下组分含量：
环氧丙烯酸酯低聚物25-55份，其中环氧丙烯酸酯低聚物为两官能度的改性环氧丙烯酸酯低聚物；
光固化单体15-25份，其中光固化单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMP(EO)TA)、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMP(PO)TA)、季戊四醇三丙烯酸酯酯(PETA)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETTA)、二季戊四醇五丙烯酸酯(DPPA)、季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)中的一种或多种；
膨胀阻燃剂20-50份，其中膨胀阻燃剂包括酸源、碳源和气源，其中酸源包括聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺和硼酸，碳源包括季戊四醇、双季戊四醇、淀粉和可膨胀石墨，气源包括三聚氰胺、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺硼酸盐、三聚氰胺甲醛、三聚氰胺氰尿酸盐、三-(羟乙基)异氰尿酸盐(THEIC)、聚磷酸铵、脲醛树脂或氯化石蜡；
进一步的，膨胀阻燃剂中的酸源是聚磷酸铵，碳源是季戊四醇和可膨胀石墨或两者的组合，气源是三聚氰胺，该膨胀阻燃剂还包含无机物成核剂，其中无机物成核剂为钛白粉；
进一步的，膨胀阻燃剂按照质量组分计，包括以下组分含量：其中酸源40-60份、碳源10-25份、气源10-20份、无机物成核剂5-15份；
自由基光引发剂2.0-5.0份，其中自由基光引发剂为酰基膦氧化物，包括2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(TPO)、2，4，6-三甲基苯甲酰基乙氧基苯基氧化膦(TEPO)、双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(BAPO 1)、双(2，6-二甲氧基苯甲酰)-(4，4'-二甲基辛基-2)氧化膦(BAPO 2)中的一种或多种；
阳离子光引发剂0.1-3.0份，其中阳离子光引发剂为鎓盐类阳离子光引发剂，包括4，4-二甲基-二苯基碘鎓六氟磷酸盐、二苯基碘鎓六氟磷酸盐、三苯基硫鎓盐、二苯基-(4-苯基硫)苯基硫鎓六氟磷酸盐中的一种或多种；
热引发剂2.0-5.0份，热引发剂为有机过氧化物，二酰基过氧化物、酮过氧化物、过氧酯、二烷基过氧化物、氢过氧化物和过氧缩酮中的一种；
进一步的，热引发剂为二酰基过氧化物，具体为二苯甲酰过氧化物。
助剂0.1-2.0份。
使用时：本实施例提供的一种UV热膨胀涂液组合物，质量组分含量包括环氧丙烯酸酯低聚物30kg、单体三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)15kg、聚磷酸铵20kg、三聚氰胺6.7kg、季戊四醇6.4kg、可膨胀石墨0.2kg、钛白粉5kg、2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(TPO)3kg、二苯基碘鎓六氟磷酸盐2kg、过氧化苯甲酰2kg、异丙苯过氧化氢2kg、过氧化苯甲酸叔丁酯1kg。
将上述原料依次加入具有高速剪切的搅拌设备中，高速搅拌30分钟，静止后抽真空排除气泡持续20分钟，配制和搅拌时需要避光；
将分散好的树脂糊放入SMC片材机组进料槽中，浸渍玻璃纤维，控制UV热膨胀涂液组合物浸渍量是玻璃纤维重量的2倍，防护贴片厚度为1.5mm，浸渍后上下覆盖黑色的聚酯薄膜或聚乙烯薄膜，经过滚压工序排除气泡，收卷，40℃烘房48h熟化，采用黑色薄膜包装防护贴片，经上述步骤得到的软硬适中的片状物料即为本发明锂电池热失控防护贴片，将制作好的贴片在避光阴凉处保存；
使用时，首先对需要保护的电池包外壳涂刷底涂UV胶粘剂，然后撕去裁切好的防护贴片表面的黑色薄膜，在已打好底的外壳上均匀地铺设防护贴片，再用滚筒均匀滚压、压实，赶出气泡，然后撕掉表面薄膜，用3kw功率紫外光灯对防护贴片进行照射15min，紫外光固化箱空气温度在80-120℃，达到完全固化。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种UV热膨胀涂液组合物，其特征在于：按照质量组分计，包括以下组分含量：环氧丙烯酸酯低聚物25-55份、光固化单体15-25份、膨胀阻燃剂20-50份、自由基光引发剂2.0-5.0份、阳离子光引发剂0.1-3.0份、热引发剂2.0-5.0份和助剂0.1-2.0份。
2.根据权利要求1所述的一种UV热膨胀涂液组合物，其特征在于：所述环氧丙烯酸酯低聚物为两官能度的改性环氧丙烯酸酯低聚物。
3.根据权利要求1所述的一种UV热膨胀涂液组合物，其特征在于：所述光固化单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMP(EO)TA)、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMP(PO)TA)、季戊四醇三丙烯酸酯酯(PETA)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETTA)、二季戊四醇五丙烯酸酯(DPPA)、季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种UV热膨胀涂液组合物，其特征在于：所述膨胀阻燃剂按照质量组分计，包括以下组分含量：酸源40-60份、碳源10-25份、气源10-20份、无机物成核剂5-15份，其中酸源为聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺和硼酸中的一种，碳源为季戊四醇、双季戊四醇、淀粉和可膨胀石墨中的一种或多种，气源为三聚氰胺、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺硼酸盐、三聚氰胺甲醛、三聚氰胺氰尿酸盐、三-(羟乙基)异氰尿酸盐(THEIC)、聚磷酸铵、脲醛树脂或氯化石蜡中的一种，无机物成核剂为钛白粉。
5.根据权利要求1所述的一种UV热膨胀涂液组合物，其特征在于：所述自由基光引发剂为酰基膦氧化物，包括2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(TPO)、2，4，6-三甲基苯甲酰基乙氧基苯基氧化膦(TEPO)、双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(BAPO 1)、双(2，6-二甲氧基苯甲酰)-(4，4'-二甲基辛基-2)氧化膦(BAPO 2)中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种UV热膨胀涂液组合物，其特征在于：所述阳离子光引发剂为鎓盐类阳离子光引发剂，包括4，4-二甲基-二苯基碘鎓六氟磷酸盐、二苯基碘鎓六氟磷酸盐、三苯基硫鎓盐、二苯基-(4-苯基硫)苯基硫鎓六氟磷酸盐中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种UV热膨胀涂液组合物，其特征在于：所述热引发剂为有机过氧化物，二酰基过氧化物、酮过氧化物、过氧酯、二烷基过氧化物、氢过氧化物和过氧缩酮中的一种。
8.一种锂电池热失控防护贴片的制备方法，其特征在于：包括以下操作步骤：
S1：配制UV热膨胀涂液组合物：在避光条件下，将各质量组分的光固化低聚物、光固化单体、膨胀阻燃剂、自由基光引发剂、阳离子光引发剂、热引发剂、和助剂依次加入搅拌设备中搅拌，搅拌完成后抽真空排除气泡，获得粘稠状涂液组合物；
S2：用S1)中获得的UV热膨胀涂液组合物浸渍玻璃纤维，获得浸渍物；
S3：使用SMC片材机组，将S2)中获得的所述浸渍物制备成片材，并且所述片材表面覆盖遮光薄膜；
S4：将S3)中获得的片材置于35-45℃烘房中熟化24-96h，从而获得所述锂电池热失控防护贴片。
9.根据权利要求12所述的一种锂电池热失控防护贴片的制备方法，其特征在于：所述S1)中使用的玻璃纤维采用玻璃纤维短切纱、玻璃纤维短切毡、和玻璃纤维布中的一种或多种。
10.根据权利要求8-9所述的一种锂电池热失控防护贴片的使用方法，其特征在于：包括以下操作步骤：
S1：将锂电池热失控防护贴片裁切成预定尺寸，然后用UV耐高温胶将该锂电池热失控防护贴片粘贴在电池包表面；
S2：用紫外线照射该锂电池热失控防护贴片使其与UV耐高温胶整体固化。
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