CN115011241A - 一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料以及锂电池技术领域，具体为一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，按照质量组分计，包括以下组分含量：弹性乳液8.0‑20.0％、乙烯‑醋酸乙烯乳液8.0‑15.0％、成膜助剂1.0‑5.0％、分散剂0.1‑2.0％、pH调节剂0.1‑1.0％、消泡剂0.01‑1.00％、防腐剂0.01‑0.50％、防霉剂0.01‑0.50％、阻燃材料20.0‑45.0％、颜料1.0‑20.0％、增稠剂0.1‑5.0％、其余为水。本发明通过采用水乳型聚二甲基硅氧烷PDMS环状低聚物乳液和乙烯醋酸乙烯乳液混合作粘结剂，制备的组合物对铝基材和纤维增强塑料混合基材具有良好的附着力、弹性形变、优异的耐候性；通过添加由含磷物质、多羟基化合物、含氮类化合物和耐高温短切纤维四类物质组成的阻燃材料，使得组合物在遇到火或高温时体积会迅速膨胀成初始的5‑35倍，形成隔热阻火的炭层，抑制火灾蔓。
Description
技术领域
本发明涉及材料以及锂电池技术领域，具体为一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物。
背景技术
电动汽车作为解决资源短缺，环境污染等问题的重要途径，近年来得到了快速发展。电动汽车是以电能为能源，通过电动机将电能转化为机械能，这完全符合研制零污染汽车的理念。随着科技的发展，特别是新型高能电池技术的发展，使电动汽车的续驶里程大大提高、充电时间大大缩短，电动汽车又进入了一个新的发展阶段，并开始步入实用化阶段。目前，锂离子可充电电池因为能量密度高、使用寿命长而被大规模应用于电动汽车储存能量和提供动力。在充电期间流入流出电池进入车辆及其附件的电流会产生热量，需要根据系统的内阻来管理/消散热量，电流越大，热效应越强。
为了使锂电池在特定的工作温度范围内维持最佳工作状态，动力电池电池组专门配备有热管理系统来有效管理电池温度，避免电池的损坏或加速降解。
虽然如此，但由数百个电池以及各种电气连接母线组成的电动汽车电池模块，集成在一个较小的空间内。当电池模块中的一个电池因自身质量问题或外激源发生短路时，就会发生一种被称为热失控的灾难性现象。由此产生的火焰蔓延到邻近的电池，然后在连锁反应中蔓延到整个电池的电池。由于锂电池电解液在高温下会分解出助燃气体氧气和可燃气体甲烷等烃类气体，这会进一步助长火势。如果火势没有得到控制，还可能蔓延到周围的结构，危及车辆内的人员及周围人员的生命安全。
简言之，当电池发生热失控时，热管理系统无法完全避免火灾发生。当火灾发生时，保护车内人员免受火灾变得非常重要，从而让车辆有足够的时间停止和逃生。热失控传播带来的严重风险要求设计具有隔热防火屏障的电池模块，以减轻这种热失控事件的影响，并在发生火灾时为车辆乘员提供安全撤离时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，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：一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，按照质量组分计，包括以下组分含量：弹性乳液8.0-20.0％、乙烯-醋酸乙烯乳液8.0-15.0％、成膜助剂1.0-5.0％、分散剂0.1-2.0％、pH调节剂0.1-1.0％、消泡剂0.01-1.00％、防腐剂0.01-0.50％、防霉剂0.01-0.50％、阻燃材料20.0-45.0％、颜料1.0-20.0％、增稠剂0.1-5.0％、其余为水。
优选地，所述弹性乳液为聚二甲基硅氧烷PDMS环状低聚物乳液。
优选地，所述阻燃材料包括含磷物质、多羟基化合物、含氮类化合物和耐高温短切纤维，其中：
含磷物质为聚磷酸铵、膦酸、膦酸酯中的一种或几种的组合；
多羟基化合物为季戊四醇、双季戊四醇、淀粉和聚乙烯醇中的一种或几种的组合；
含氮化合物为三聚氰胺、胍、尿素、二甲基脲、双氰胺、三聚氰胺焦磷酸盐、羟甲基化的三聚氰胺中的一种或几种物质的组合；
耐高温短切纤维为碳纤维、玻璃纤维中的一种或两种的组合。
优选地，所述成膜助剂为二元酸二甲基酯、二元酸二异丁基酯、1，2-丙二醇中的一种或一种以上的组合。
优选地，所述分散剂为丙烯酸聚合体、高分子嵌段聚合体、疏水型特殊聚羧酸盐中的一种或一种以上的组合。
优选地，所述PH调节剂为氨水、2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一种或一种以上的组合。
优选地，所述消泡剂为矿物油类消泡剂，所述增稠剂为非离子聚氨酯缔合型聚合物。
优选地，所述防腐剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的混合物，所述防霉剂为2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、尿素衍生物的混合物。
优选地，所述颜料为二氧化钛或是二氧化钛与氧化铁红浆、氧化铁黄浆、碳黑浆的中一种或一种以上的组合。
本发明还提供一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物的制备方法，包括以下操作步骤：
S1：按比例称取适量的水和弹性乳液，将成比例的水和弹性乳液加入配料罐中进行搅拌；
S2：按比例称取适量的分散剂、消泡剂、防腐剂和防霉剂，在S1)的搅拌过程中加入成比例的分散剂、消泡剂、防腐剂和防霉剂，再加入适量的PH调节剂，调节混合浆液PH值为8.0～9.0；
S3：按比例称取适量的预先配置好的阻燃材料和颜料，将阻燃材料和颜料加入S2)中得到的混合物中继续搅拌，充分混合均匀后，将混合物料抽入研磨机中研磨；
S4：当S3)中的混合物料研磨至浆料细度≤50μm，再加入适量的乙烯-醋酸乙烯乳液，之后再缓慢匀速加入适量的成膜助剂，继续搅拌10-30min，然后加入适量的颜料浆调色，最后加适量的增稠剂，过滤后得到成品。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采用水乳型聚二甲基硅氧烷PDMS环状低聚物乳液和乙烯醋酸乙烯乳液混合作粘结剂，制备的锂电池包热失控隔热防火保护组合物对铝基材和纤维增强塑料混合基材具有良好的附着力、弹性形变、优异的耐候性；通过添加由含磷物质、多羟基化合物、含氮类化合物和耐高温短切纤维四类物质组成的阻燃材料，使得组合物在遇到火或高温时体积会迅速膨胀成初始的5-35倍，形成隔热阻火的炭层，抑制火灾蔓。
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。
实施例1：一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，按照质量组分计，包括以下组分含量：弹性乳液8.0％、乙烯-醋酸乙烯乳液8.0％、成膜助剂1.0％、分散剂0.1％、pH调节剂0.1％、消泡剂0.01％、防腐剂0.01％、防霉剂0.01％、阻燃材料20.0％、颜料1.0％、增稠剂0.1％、其余为水。
进一步的，所述弹性乳液为聚二甲基硅氧烷PDMS环状低聚物乳液。
进一步的，所述阻燃材料包括含磷物质、多羟基化合物、含氮类化合物和耐高温短切纤维，其中：
含磷物质为聚磷酸铵、膦酸、膦酸酯中的一种或几种的组合；
多羟基化合物为季戊四醇、双季戊四醇、淀粉和聚乙烯醇中的一种或几种的组合；
含氮化合物为三聚氰胺、胍、尿素、二甲基脲、双氰胺、三聚氰胺焦磷酸盐、羟甲基化的三聚氰胺中的一种或几种物质的组合；
耐高温短切纤维为碳纤维、玻璃纤维中的一种或两种的组合。
进一步的，所述成膜助剂为二元酸二甲基酯、二元酸二异丁基酯、1，2-丙二醇中的一种或一种以上的组合。
进一步的，所述分散剂为丙烯酸聚合体、高分子嵌段聚合体、疏水型特殊聚羧酸盐中的一种或一种以上的组合。
进一步的，所述PH调节剂为氨水、2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一种或一种以上的组合。
进一步的，所述消泡剂为矿物油类消泡剂，所述增稠剂为非离子聚氨酯缔合型聚合物。
进一步的，所述防腐剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的混合物，所述防霉剂为2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、尿素衍生物的混合物。
进一步的，所述颜料为二氧化钛或是二氧化钛与氧化铁红浆、氧化铁黄浆、碳黑浆的中一种或一种以上的组合。
本发明还提供一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物的制备方法，包括以下操作步骤：
S1：按比例称取适量的水和弹性乳液，将成比例的水和弹性乳液加入配料罐中进行搅拌；
S2：按比例称取适量的分散剂、消泡剂、防腐剂和防霉剂，在S1)的搅拌过程中加入成比例的分散剂、消泡剂、防腐剂和防霉剂，再加入适量的PH调节剂，调节混合浆液PH值为8.0～9.0；
S3：按比例称取适量的预先配置好的阻燃材料和颜料，将阻燃材料和颜料加入S2)中得到的混合物中继续搅拌，充分混合均匀后，将混合物料抽入研磨机中研磨；
S4：当S3)中的混合物料研磨至浆料细度≤50μm，再加入适量的乙烯-醋酸乙烯乳液，之后再缓慢匀速加入适量的成膜助剂，继续搅拌10-30min，然后加入适量的颜料浆调色，最后加适量的增稠剂，过滤后得到成品。
实施例2：一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，按照质量组分计，包括以下组分含量：弹性乳液12.0％、乙烯-醋酸乙烯乳液9.0％、成膜助剂2.0％、分散剂0.5％、pH调节剂0.2％、消泡剂0.05％、防腐剂0.02％、防霉剂0.05％、阻燃材料25.0％、颜料5.0％、增稠剂0.5％、其余为水。
实施例2与上述实施例材料、加工步骤相同，不同之处在于两者的配比不同。
实施例3：一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，按照质量组分计，包括以下组分含量：弹性乳液14.0％、乙烯-醋酸乙烯乳液12.0％、成膜助剂3.0％、分散剂1.5％、pH调节剂0.4％、消泡剂0.10％、防腐剂0.10％、防霉剂0.10％、阻燃材料30.0％、颜料10.0％、增稠剂1.0％、其余为水。
实施例3与上述实施例材料、加工步骤相同，不同之处在于两者的配比不同。
实施例4：一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，按照质量组分计，包括以下组分含量：弹性乳液16.0％、乙烯-醋酸乙烯乳液13.0％、成膜助剂4.0％、分散剂1.5％、pH调节剂0.8％、消泡剂0.50％、防腐剂0.30％、防霉剂0.30％、阻燃材料35.0％、颜料15.0％、增稠剂3.0％、其余为水。
实施例4与上述实施例材料、加工步骤相同，不同之处在于两者的配比不同。
实施例5：一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，按照质量组分计，包括以下组分含量：弹性乳液20.0％、乙烯-醋酸乙烯乳液15.0％、成膜助剂5.0％、分散剂2.0％、pH调节剂1.0％、消泡剂1.00％、防腐剂0.50％、防霉剂0.50％、阻燃材料45.0％、颜料20.0％、增稠剂5.0％、其余为水。
实施例5与上述实施例材料、加工步骤相同，不同之处在于两者的配比不同。
选择相同型号和尺寸均相同的六块新的锂电池，将按实施例1-5中所述配比与制备方法所制得的锂电池包热失控隔热防火保护组合物分别均匀涂覆在锂电池的外表面，涂覆量和涂覆厚度保持一致，涂覆后的保护膜厚度为80微米，对比例为未涂覆的锂电池，对其阻燃性能进行测试：
将对比例以及各实施例样品分别放置在实验台上，采用高温喷火枪分别对比例以及各实施例样品进行灼烧，喷火枪温度分别设定为1000℃，灼烧时间为5分钟，灼烧后对比例以及各实施例样品的背火温度以及电池性能进行测试；
选择相同型号和尺寸均相同的十二块块新的锂电池，将按实施例1-5中所述配比与制备方法所制得的锂电池包热失控隔热防火保护组合物分别均匀涂覆在相邻的两块锂电池的外表面之间，涂覆量和涂覆厚度保持一致，涂覆后的保护膜厚度为80微米，然后将涂覆有保护组合物的其中一块锂电池固定在夹具上，用拉力检测机构牵引另一块锂电池，测试保护组合物的粘结强度，结果如下表所示：
由表中可以看出，实施例1、实施例3.实施例4和实施例5中的样品测试数据均由于对比例的测试数据，因此本发明提供的锂电池包热失控隔热防火保护组合物在阻燃隔热方面具有明显的效果，能够形成隔热阻火的炭层，抑制火灾蔓延。
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)
1.一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，其特征在于：按照质量组分计，包括以下组分含量：弹性乳液8.0-20.0％、乙烯-醋酸乙烯乳液8.0-15.0％、成膜助剂1.0-5.0％、分散剂0.1-2.0％、pH调节剂0.1-1.0％、消泡剂0.01-1.00％、防腐剂0.01-0.50％、防霉剂0.01-0.50％、阻燃材料20.0-45.0％、颜料1.0-20.0％、增稠剂0.1-5.0％、其余为水。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，其特征在于：所述弹性乳液为聚二甲基硅氧烷PDMS环状低聚物乳液。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，其特征在于：所述阻燃材料包括含磷物质、多羟基化合物、含氮类化合物和耐高温短切纤维，其中：
含磷物质为聚磷酸铵、膦酸、膦酸酯中的一种或几种的组合；
多羟基化合物为季戊四醇、双季戊四醇、淀粉和聚乙烯醇中的一种或几种的组合；
含氮化合物为三聚氰胺、胍、尿素、二甲基脲、双氰胺、三聚氰胺焦磷酸盐、羟甲基化的三聚氰胺中的一种或几种物质的组合；
耐高温短切纤维为碳纤维、玻璃纤维中的一种或两种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，其特征在于：所述成膜助剂为二元酸二甲基酯、二元酸二异丁基酯、1，2-丙二醇中的一种或一种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，其特征在于：所述分散剂为丙烯酸聚合体、高分子嵌段聚合体、疏水型特殊聚羧酸盐中的一种或一种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，其特征在于：所述PH调节剂为氨水、2-氨基-2-甲基-1-丙醇中的一种或一种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，其特征在于：所述消泡剂为矿物油类消泡剂，所述增稠剂为非离子聚氨酯缔合型聚合物。
8.根据权利要求1所述的一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，其特征在于：、所述防腐剂为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的混合物，所述防霉剂为2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-(4-噻唑基)苯并咪唑、尿素衍生物的混合物。
9.根据权利要求1所述的一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物，其特征在于：所述颜料为二氧化钛或是二氧化钛与氧化铁红浆、氧化铁黄浆、碳黑浆的中一种或一种以上的组合。
10.根据权利要求1-9所述的一种锂电池包热失控隔热防火保护组合物的制备方法，其特征在于：包括以下操作步骤：
S1：按比例称取适量的水和弹性乳液，将成比例的水和弹性乳液加入配料罐中进行搅拌；
S2：按比例称取适量的分散剂、消泡剂、防腐剂和防霉剂，在S1)的搅拌过程中加入成比例的分散剂、消泡剂、防腐剂和防霉剂，再加入适量的PH调节剂，调节混合浆液PH值为8.0～9.0；
S3：按比例称取适量的预先配置好的阻燃材料和颜料，将阻燃材料和颜料加入S2)中得到的混合物中继续搅拌，充分混合均匀后，将混合物料抽入研磨机中研磨；
S4：当S3)中的混合物料研磨至浆料细度≤50μm，再加入适量的乙烯-醋酸乙烯乳液，之后再缓慢匀速加入适量的成膜助剂，继续搅拌10-30min，然后加入适量的颜料浆调色，最后加适量的增稠剂，过滤后得到成品。
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