CN115216262A - 一种电池密封填充材料、制备方法及在锂电池上的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池密封填充材料及其制备方法，包含A组份和B组份，A组分包括：树脂基体、无机导热填料和纳米级金属粉，B组分包括：树脂固化剂。B组份还包括无机导热填料和纳米级金属粉中的一种或两种。本申请的纳米级金属粉为高分子材料包覆纳米级金属粉，具有良好的导热性和绝缘性，有利于锂电池的散热。本申请的密封填充材料具有粘接性好，浇注工艺简单的优点。

Description

一种电池密封填充材料、制备方法及在锂电池上的应用
技术领域
本发明涉及一种密封材料技术，具体涉及一种电池密封填充材料、制备方法及在锂电池上的应用。
背景技术
随着国家节能环保政策要求的提高，新能源电池的应用和开发得到了广泛的重视，锂电池的产能高速增长，为了保护电池电芯，防止电芯损坏，一般会在电池壳体及电芯之间填充灌封胶，为电池提供密封性和稳定性。
聚氨酯泡沫具有较低的密度和良好的抗冲击性能。采用聚氨酯泡沫对电池进行填充，可以很好的满足电池的安全要求，并且重量较轻。随着科技水平的不断发展，对聚氨酯填充材料的综合性能提出了更高的要求。
由于锂电池现在应用的范围越来越广，在大容量电池的应用领域要求电池具有良好的稳固性，电池在运行过程中会产生热量，这就要求填充材料不仅有良好的粘接性，还要具有很好的导热性能。
CN113717347A公开了一种电池单元用聚氨酯泡沫灌封胶及其制备方法，多元醇A组分和异氰酸酯B组分组成，但其没有解决灌封胶的导热性能。
CN110885662A公开了一种聚氨酯软包电池灌封胶及其制备方法，本专利用以固定软包电池，适用范围有限。
因此，需要一种既具有良好粘接性又具有较好的导热效果的密封材料用于锂电池的密封填充。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种电池的密封填充材料，以解决上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的技术方案如下：
一种电池密封填充材料，包含A组份和B组份，
所述A组分包括：树脂基体、无机导热填料和纳米级金属粉；
所述B组分包括：树脂固化剂。
优选的，所述B组分还包括无机导热填料、纳米级金属粉中的一种或两种。
优选的，所述A组份当中，以重量份计，包括如下组份：
树脂基体，25～40份；
无机导热填料，25～40份；
纳米级金属粉，1～20份；
所述B组份当中，以重量份计算，包括：
树脂固化剂，0.5～30份；
无机导热填料，0～15份；
纳米级金属粉，0～10份。
优选的，所述密封填充材料还包括质量份为0～10份的活性稀释剂，所述稀释剂包括正丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、对叔丁基苯基缩水甘油醚、甲基丙烯酸酯缩水甘油醚、聚乙二醇缩水甘油醚、三甲醇基丙烷三缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚中的一种或几种。
优选的，所述树脂基体为环氧树脂，所述树脂固化剂为环氧树脂固化剂，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂和双酚F型环氧树脂中的一种或几种；所述环氧树脂固化剂为胺类化合物，如三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚酰胺，聚醚胺中的一种或几种。
优选的，所述树脂基体为聚氨酯预聚体，所述密封填充材料还包括质量份为0.01～5份的催化剂；
所述聚氨酯预聚体包括聚醚多元醇、聚酯多元醇与异氰酸酯形成的聚氨酯预聚体中的一种或几种；
所述固化剂为聚氨酯固化剂，
所述催化剂为辛酸亚锡，二丁基锡二月桂酸酯，叔胺类催化剂中的一种或几种；
优选的，所述无机导热填料包括氧化铝、氢氧化铝、氮化硼中的一种或几种；
所述纳米级金属粉为被有机高分子材料包覆的铜粉、铝粉、银粉中的一种或几种。
优选的，所述有机高分子材料包括三聚氰胺甲醛树脂、聚丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂中的一种或者几种。
本发明第二方面提供上述密封填充材料的制备方案，包括以下步骤：
步骤1：A组份的制备：
先将所述树脂基体与所述无机导热填料混合；
再加入纳米级金属粉混合静置，形成A胶；
当A组份中含有稀释剂时，先将树脂基体与稀释剂混合，再与导热填料混合；
步骤2：B组份的制备：
将所述固化剂与所述无机导热填料和/或纳米级金属粉混合后静置，形成B胶；
步骤3：将所述A组份和B组份按质量比50:1～50混合，制成密封填充材料，将所述密封填充材料浇注于电池的密封部位，以对电池进行密封。
本发明第三方面提供上述密封填充材料在锂电池封装上的应用。
本发明的有益效果：
1、该电池密封填充密封材料，价格便宜，浇注工艺简单；
2、该电池密封填充材料由于环氧树脂以及聚氨酯树脂的固有特性，可以与锂电池的金属壳体，电芯材料、塑料壳体均能有效粘接；
3、该电池密封填充材料具有一定的弹性，可以抵消电池在使用过程中由于温度变化引起的体积膨胀或者收缩；
4、该密封材料填充了无机导热填料，特别是添加了有机材料包覆的金属粉末，可以使该密封填料的在保证绝缘的情况下，导热系数大大增加，有利于锂电池的散热。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
A组份：
Figure BDA0003724864610000051
B组份：
Figure BDA0003724864610000052
制备过程：
步骤1：A组份的制备：
将树脂基体E21 40份与稀释剂烯丙基缩水甘油醚10份加入捏合机中，开启搅拌，在搅拌的情况下缓慢加入氢氧化铝粉末25份及三聚氰胺甲醛树脂包覆的铜粉5份，搅拌4～6h静置1h，密封包装，形成A组分。
步骤2：B组份的制备：
将三乙烯四胺5份与三聚氰胺甲醛树脂包覆的铜粉1份加入捏合机中搅拌4～6h，静置1h，密封包装，形成B组分
步骤3：将A组份和B组份以50:5的比例混合，制成密封填充材料，将所述密封填充材料浇注于大容量电池的电芯密封部位，以对电池进行密封。
实施例2：
A组份：
Figure BDA0003724864610000061
B组份：
组份 质量分数 生产厂家
聚酰胺651 30 济南晴天化工科技有限公司
三氧化二铝 15 安徽科润纳米科技有限公司
制备过程：
步骤1：A组份的制备：
将质量分数为35份的树脂基体E51加入三辊研磨机中，开启搅拌，在搅拌的情况下缓慢加入三氧化二铝粉末25份及聚氨酯树脂包覆的铝粉8份，搅拌4～6h静置1h，密封包装，形成A组分。
步骤2：B组份的制备：
将聚酰胺651固化剂30份加入捏合机中在不断搅拌的条件下加入三氧化二铝15份搅拌4～6h，静置1h，密封包装，形成B组分
步骤3：将混合后的A组份和B组份以50:40的比例混合，制成密封填充材料，将所述密封填充材料浇注于大容量电池的电芯密封部位，以对电池进行密封。
实施例3：
A组份：
Figure BDA0003724864610000071
B组份：
组份 质量分数 生产厂家
聚醚胺2000 20 广州巴陶拜化工有限公司
制备过程：
步骤1：A组份的制备：
将质量分数为30份的树脂基体E44和稀释剂聚乙二醇缩水甘油醚10份加入三辊研磨机中，开启搅拌，在搅拌的情况下缓慢加入氮化硼粉末30份及三聚氰胺甲醛树脂包覆的银粉10份，搅拌4～6h静置1h，密封包装，形成A组分。
步骤2：B组份的制备：
将聚醚胺2000固化剂20份密封包装，形成B组分
步骤3：将混合后的A组份和B组份以50:25的比例混合，制成密封填充材料，将所述密封填充材料浇注于大容量电池的电芯密封部位，以对电池进行密封。
实施例4:
A组份：
组份 质量分数 生产厂家
双酚F862 25 南通星辰合成材料有限公司
三氧化二铝 35 安徽科润纳米科技有限公司
丙烯酸树脂包覆的铜粉 10 自制
B组份：
组份 质量分数 生产厂家
聚酰胺3140 25 美国瀚森化工
三氧化二铝 10 安徽科润纳米科技有限公司
丙烯酸树脂包覆的铜粉 3 自制
制备过程：
步骤1：A组份的制备：
将质量分数为25份的双酚F型862环氧树脂基体加入三辊研磨机中，开启搅拌，在搅拌的情况下缓慢加入三氧化二铝粉末35份及丙烯酸树脂包覆的铜粉10份，搅拌4～6h静置1h，密封包装，形成A组分。
步骤2：B组份的制备：
将聚酰胺3140固化剂25份加入三辊研磨机中在不断搅拌的条件下加入三氧化二铝10份和丙烯酸树脂包覆的铜粉3份搅拌4～6h，静置1h，密封包装，形成B组分。
步骤3：将A胶和B胶以50:50的比例混合，制成密封填充材料，将所述密封填充材料浇注于大容量电池的电芯密封部位，以对电池进行密封，形成的密封剂的性能见下表。
实施例5：
A组份：
组份 质量分数 生产厂家
聚氨酯预聚体1 40 自制
三氧化二铝 25 安徽科润纳米科技有限公司
丙烯酸树脂包覆的铜粉 5 自制
B组份：
组份 质量分数 生产厂家
水分散体 0.5 自制
制备过程：
步骤1：A组份的制备：
将聚醚多元醇3000与甲苯二异氰酸酯预聚合形成聚氨酯预聚体40份，三氧化二铝25份，丙烯酸树脂包覆的铜粉5份加入行星搅拌釜中，开启搅拌，并用冷水冷却系统对行星搅拌釜进行冷却，搅拌6～8h静置2h，密封包装，形成A组分。
步骤2：B组份的制备：
将去离子水与表面活性剂，亲油树脂共混形成油包水型纳米水分散体，密封包装，形成B组分。
步骤3：将A胶和B胶以50:1的比例混合，制成密封填充材料，将所述密封填充材料浇注于大容量电池的电芯密封部位，以对电池进行密封。
实施例6
A组份：
Figure BDA0003724864610000101
B组份：
Figure BDA0003724864610000102
制备过程：
步骤1：A组份的制备：
将聚酯多元醇2000与IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)预聚合形成聚氨酯预聚体35份、氢氧化铝30份，三聚氰胺甲醛树脂包覆的纳米级铜粉8份、叔胺类催化剂0.01份加入行星搅拌釜中，开启搅拌，并用冷水冷却系统对行星搅拌釜进行冷却，搅拌6～8h静置2h，密封包装，形成A组分。
步骤2：B组份的制备：
将聚醚胺500树脂固化剂10份和三聚氰胺甲醛树脂包覆的纳米级铜粉1份、加入行星搅拌釜中，开启搅拌，并用冷水冷却系统对行星搅拌釜进行冷却，搅拌6～8h静置2h，密封包装，形成B组分。
步骤3：将A组份和B组份以50:10的比例混合，制成密封填充材料，将所述密封填充材料浇注于大容量电池的电芯密封部位，以对电池进行密封。
实施例7
A组份：
Figure BDA0003724864610000111
B组份：
Figure BDA0003724864610000112
制备过程：
步骤1：A组份的制备：
将聚醚多元醇2500与MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)预聚合形成聚氨酯预聚体30份、氮化硼30份，聚丙烯酸酯树脂包覆的铜粉6份加入行星搅拌釜中，开启搅拌，并用冷水冷却系统对行星搅拌釜进行冷却，搅拌6～8h静置2h，密封包装，形成A组分。
步骤2：B组份的制备：
将丙三醇树脂固化剂15份和三聚氰胺甲醛树脂包覆的纳米级铜粉3份、氮化硼5份加入行星搅拌釜中，开启搅拌，并用冷水冷却系统对行星搅拌釜进行冷却，搅拌6～8h静置2h，密封包装，形成B组分。
步骤3：将A组份和B组份以50:25的比例混合，制成密封填充材料，将所述密封填充材料浇注于大容量电池的电芯密封部位，以对电池进行密封。
实施例8
A组份：
Figure BDA0003724864610000121
B组份：
Figure BDA0003724864610000122
Figure BDA0003724864610000131
制备过程：
步骤1：A组份的制备：
将聚醚多元醇3500与TDI(甲苯二异氰酸酯)预聚合形成聚氨酯预聚体425份、氮化硼35份，三聚氰胺甲醛树脂包覆的纳米级银粉8份加入行星搅拌釜中，开启搅拌，并用冷水冷却系统对行星搅拌釜进行冷却，搅拌6～8h静置2h，密封包装，形成A组分。
步骤2：B组份的制备：
将聚酰胺650树脂固化剂20份和三聚氰胺甲醛树脂包覆的纳米级银粉4份、氮化硼5份、催化剂辛酸亚锡0.01份加入行星搅拌釜中，开启搅拌，并用冷水冷却系统对行星搅拌釜进行冷却，搅拌6～8h静置2h，密封包装，形成B组分。
步骤3：将A组份和B组份以50:40的比例混合，制成密封填充材料，将所述密封填充材料浇注于大容量电池的电芯密封部位，以对电池进行密封，形成的密封剂的性能见下表。
对比例1：为市售环氧树脂类灌封胶，与实施例1-4的区别在于，未加入被包覆的金属纳米粉。
对比例2：
A组份：
组份 质量分数 生产厂家
聚氨酯预聚体3 30 自制
氮化硼 36 安徽科润纳米科技有限公司
B组份：
组份 质量分数 生产厂家
丙三醇 15 国药集团化学试剂有限公司
氮化硼 8 安徽科润纳米科技有限公司
制备过程：
步骤1：A组份的制备：
将聚醚多元醇2500与MDI(二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯)预聚合形成聚氨酯预聚体30份、氮化硼36份加入行星搅拌釜中，开启搅拌，并用冷水冷却系统对行星搅拌釜进行冷却，搅拌6～8h静置2h，密封包装，形成A组分。
步骤2：B组份的制备：
将丙三醇树脂固化剂15份和氮化硼8份加入行星搅拌釜中，开启搅拌，并用冷水冷却系统对行星搅拌釜进行冷却，搅拌6～8h静置2h，密封包装，形成B组分。
步骤3：将A胶和B胶以50:25的比例混合，制成密封填充材料，将所述密封填充材料浇注于大容量电池的电芯密封部位，以对电池进行密封，形成的密封剂的性能见下表。
对比例2为聚氨酯类灌封胶，与实施例5-8的区别在于未加入被包覆的金属纳米粉。
将实施例1-4所制备的密封填充材料和对比例1灌封胶进行性能测试，结果如下表：
Figure BDA0003724864610000151
将实施例5-8所制备的密封填充材料和对比例2灌封胶进行性能测试，结果如下表：
Figure BDA0003724864610000152
实施例1-4和对比例1均为环氧树脂类密封胶，通过性能测试的对比可以看出，实施例中的密封填充材料的导热系数有了明显的提高，强度和断裂伸长率与对比例持平。因此说明，纳米级金属粉的加入，对于提高密封填充材料的导热率有显著的提高效果。
实施例5-8和对比例2为聚氨酯类密封胶，通过性能测试的对比可以看出，实施例中的密封填充材料的导热系数有了明显的提高，强度和断裂伸长率与对比例持平。因此说明，纳米级金属粉的加入，对于提高密封填充材料的导热率有显著的提高效果。
通过两组对比可以发现，纳米金属粉的加入，对于提高密封填充材料的导热率有显著提高效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池密封填充材料，包含A组份和B组份，其特征在于，
所述A组分包括：树脂基体、无机导热填料和纳米级金属粉；
所述B组分包括：树脂固化剂。
2.根据权利要求1所述的电池密封填充材料，其特征在于，所述B组分还包括无机导热填料、纳米级金属粉中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的电池密封填充材料，其特征在于，所述A组份当中，以重量份计，包括如下组份：
树脂基体，25～40份；
无机导热填料，25～40份；
纳米级金属粉，1～20份；
所述B组份当中，以重量份计算，包括：
树脂固化剂，0.5～30份；
无机导热填料，0～15份；
纳米级金属粉，0～10份。
4.根据权利要求2所述的电池密封填充材料，其特征在于，所述密封填充材料还包括质量份为0～10份的活性稀释剂，所述稀释剂包括正丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、对叔丁基苯基缩水甘油醚、甲基丙烯酸酯缩水甘油醚、聚乙二醇缩水甘油醚、三甲醇基丙烷三缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚中的一种或几种。
5.根据权利要求1-4任一所述的电池密封填充材料，其特征在于，所述树脂基体为环氧树脂，所述树脂固化剂为环氧树脂固化剂，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧树脂和双酚F型环氧树脂中的一种或几种；
所述环氧树脂固化剂为胺类化合物，三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚酰胺，聚醚胺中的一种或几种。
6.根据权利要求1-4任一所述的电池密封填充材料，其特征在于，所述树脂基体为聚氨酯预聚体，所述密封填充材料还包括质量份为0.01～5份的催化剂；
所述聚氨酯预聚体包括聚醚多元醇、聚酯多元醇与异氰酸酯形成的聚氨酯预聚体中的一种或几种；
所述树脂固化剂为醇类固化剂、胺类固化剂及水中的一种或几种；
所述催化剂为辛酸亚锡，二丁基锡二月桂酸酯，叔胺类催化剂中的一种或几种。
7.根据权利要求1-4任一所述的电池密封填充材料，其特征在于，所述无机导热填料包括氧化铝、氢氧化铝、氮化硼中的一种或几种；所述纳米级金属粉为被有机高分子材料包覆的铜粉、铝粉、银粉中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的电池密封填充材料，其特征在于，所述有机高分子材料包括三聚氰胺甲醛树脂、聚丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂中的一种或者几种。
9.一种制备权利要求1-8任一项所述的电池密封填充材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：A组份的制备：
将所述树脂基体与所述无机导热填料混合；
加入纳米级金属粉混合静置；
当A组份中含有稀释剂时，先将树脂基体与稀释剂混合，再与导热填料混合；
步骤2：B组份的制备：
将所述树脂固化剂与所述无机导热填料和/或纳米级金属粉混合后静置；
步骤3：将A组份和B组份按质量比50:1～50混合，制成密封填充材料，将所述密封填充材料浇注于电池的密封部位，以对电池进行密封。
10.一种如权利要求1至8任一所述的密封填充材料在锂电池封装上的应用。
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