CN115911781A - 一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，包括锂电池组和连接在锂电池组之间的两个熔断式电池连接片，熔断式电池连接片的外部套装有防电弧保护套，防电弧保护套包括内基材和保护套外层，内基材包括高模聚乙烯纤维布和树脂胶黏剂，保护套外层由硅橡胶、三聚氰胺型树脂、纳米氮化硼、纳米氮化硅、阻燃增塑剂、抗氧剂、增韧剂、硅烷偶联剂、紫外线吸收剂、催化剂、固化剂、绝缘剂等原料组成。该防电弧保护套能够覆盖在熔断式电池连接片的熔断位置，防止电弧溅射出来，提高了锂电池模组的安全性能，并且该防电弧保护套还具有高抗击穿性、高耐电弧性、高机械强度和高阻燃性，耐高温，绝缘性能好，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，更具体地说，是涉及一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组。
背景技术
锂电池由于能量密度高、循环寿命长等优势，被广泛应用于新能源汽车、电子产品和储能等领域。随着新能源产品的普及，电池的安全性能广受大家关注，比如锂电池模组。
为了提高锂电池模组的安全性能，锂电池模组可以通过熔断式电池连接片将相邻两个锂电池组连接起来，当锂电池模组出现问题时，熔断式电池连接片上可能会通过大于预设电流阈值的高压电流(超负荷电流)，熔断式电池连接片能够在熔断孔的两侧区域发生熔断，断开电路。但是现有的熔断式电池连接片仍存在以下不足：在熔断式电池连接片的熔断同时，会同时产生电弧，电弧的产生容易点燃锂电池或其他电路元件，存在极大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，其熔断式电池连接片上套装有防电弧保护套。
为实现上述目的，本发明提供了一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，包括至少两个锂电池组和熔断式电池连接片，所述熔断式电池连接片连接在相邻两个锂电池组的正极和负极，所述熔断式电池连接片上开设有熔断孔，当熔断式电池连接片通过大于预设电流阈值的高压电流时能够在熔断孔的两侧区域发生熔断，所述熔断式电池连接片的外部套装有防电弧保护套，所述防电弧保护套包括内基材和保护套外层，所述保护套外层注塑成型在内基材的外部。
作为优选的，所述内基材包括至少两层高模聚乙烯纤维布和树脂胶黏剂，每层高模聚乙烯纤维布之间分别通过树脂胶黏剂进行堆叠复合。
作为优选的，所述保护套外层由以下按质量百分比的原料组成：硅橡胶40％～50％、三聚氰胺型树脂15％～20％、纳米氮化硼2％～5％、纳米氮化硅2％～5％、阻燃增塑剂1％～3％、抗氧剂2％～4％、增韧剂1％～3％、硅烷偶联剂5％～8％、紫外线吸收剂1％～3％、催化剂0.5％～1％、固化剂15％～20％、绝缘剂0.3％～1％。
作为优选的，所述熔断式电池连接片的材质为铝、铜或铝镍复合材料。
作为优选的，所述高模聚乙烯纤维布的制备方法如下：
将通过硅烷偶联剂改性的纳米氮化硅和聚乙烯颗粒共挤成纤维丝；
将纤维丝浸入到抗氧剂和阻燃剂的复合溶液中，过滤，干燥，之后将纤维丝编织成聚乙烯纤维布，用环己烷溶液浸渍后进行干燥；
将浸渍干燥后的聚乙烯纤维布在温度为60～70℃下通过5～10吨压力，使其厚度控制在0.7～1.5mm，制得密度克数为400～600g/m2的高模聚乙烯纤维布。
作为优选的，所述树脂胶黏剂由以下按质量百分比的原料组成：热塑性聚氨酯弹性体橡胶40％～50％、含磷酚醛树脂15％～20％、聚氨酯固化剂20％～25％、六甲基四胺0.1％～0.5％、乙二醇10％～15％。
作为优选的，所述内基材的高模聚乙烯纤维布的数量为四层，所述高模聚乙烯纤维布与树脂胶黏剂在160～170℃温度下进行高温粘连复合。
作为优选的，所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶，所述阻燃增塑剂为磷酸三甲苯酯、甲基磷酸二甲酯或磷酸三异丙基苯酯。
作为优选的，所述三聚氰胺型树脂为聚合型高甲醚化三聚氰胺树脂或单体型高甲醚化三聚氰胺树脂，所述硅烷偶联剂为改性环氧基硅烷偶联剂或乙烯基硅烷偶联剂。
作为优选的，所述抗氧剂为(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯，所述紫外线吸收剂为水杨酸苯酯类紫外线吸收剂或二苯甲酮类紫外线吸收剂。
作为优选的，所述绝缘剂为云母粉，所述催化剂为二乙醇胺、三乙醇胺或十六烷基三甲基溴化铵。
作为优选的，所述增韧剂为聚酰亚胺或羟基硅油，所述固化剂为二乙烯三胺、邻甲苯二胺或间甲苯二胺。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明在锂电池组之间的熔断式电池连接片的外部均套装有防电弧保护套，该防电弧保护套包括内基材和保护套外层，内基材包括高模聚乙烯纤维布和树脂胶黏剂，保护套外层由硅橡胶、三聚氰胺型树脂、纳米氮化硼、纳米氮化硅、阻燃增塑剂、抗氧剂、增韧剂、硅烷偶联剂、紫外线吸收剂、催化剂、固化剂、绝缘剂等原料组成，该防电弧保护套能够覆盖在熔断式电池连接片的熔断位置，防止电弧溅射出来，提高了锂电池模组的安全性能，并且该防电弧保护套还具有高抗击穿性、高耐电弧性、高机械强度和高阻燃性，耐高温，绝缘性能好，使用寿命长。
2、本发明的防电弧保护套的内基材由高模聚乙烯纤维布和树脂胶黏剂组成，高模聚乙烯纤维布的结构强度高，模量高，具有非常高的抗击穿性和耐刺穿性，抗开裂性能好，保护套外层具有高抗击穿性、高耐电弧性、高机械强度和高阻燃性，耐高温，绝缘性能好。
3、本发明的高模聚乙烯纤维布的制备方法新颖，合理，高模聚乙烯纤维布的表面带有硅烷偶联剂改性的纳米氮化硅，可以有效提高超高高模聚乙烯纤维布与树脂胶黏剂之间的结合强度，并且聚乙烯纤维布浸入到抗氧剂和阻燃剂的复合溶液提高了抗氧性和阻燃性。
4、本发明的高模聚乙烯纤维布是在温度为60～70℃下通过5～10吨压力压制成型，厚度控制在0.7～1.5mm，密度克数为400～600g/m2，抗击穿性和耐刺穿性非常高，弯曲强度高。
5、本发明的三聚氰胺型树脂具有灭弧性，其能够与硅橡胶协同配合，提高机械强度和电气强度。增韧剂能够增加硅橡胶和三聚氰胺型树脂的韧性。
6、本发明的三聚氰胺树脂能够与纳米氮化硼、纳米氮化硅三者协同阻燃，纳米氮化硼能够对三聚氰胺型树脂进行改性，并且纳米氮化硼和纳米氮化硅是耐高温填料，进一步提高保护套的耐高温性能。
7、本发明的紫外线吸收剂能够起到光稳定化保护作用，抗氧剂能够提高保护套的耐老化性能，并在较长的时间内能够维持保护套的抗冲击性能。
8、本发明的树脂胶黏剂采用热塑性聚氨酯弹性体橡胶与含磷酚醛树脂相结合，固化速度快，粘接力强，施胶方便，无滴落，无有毒溶剂或有害成分挥发，含磷酚醛树脂的阻燃性能好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的熔断式锂电池模组的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的锂电池组的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的熔断式电池连接片的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的防电弧保护套的剖面图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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作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。
请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，包括若干个两个锂电池组1和熔断式电池连接片2，熔断式电池连接片2连接在相邻两个锂电池组的正极和负极。其中，锂电池组1可以由若干个圆柱锂电池组成。
如图3所示，熔断式电池连接片2上开设有熔断孔21，当熔断式电池连接片2通过大于预设电流阈值的高压电流时能够在熔断孔21的两侧区域22发生熔断。其中，熔断式电池连接片2的材质可以优选设置为铝、铜或铝镍复合材料。
如图3和图4所示，熔断式电池连接片2的外部套装有防电弧保护套3，防电弧保护套3可以包括内基材31和保护套外层32，保护套外层32注塑成型在内基材31的外部。
内基材31包括至少两层高模聚乙烯纤维布和树脂胶黏剂，每层高模聚乙烯纤维布之间分别通过树脂胶黏剂进行堆叠复合。
较佳的，内基材的高模聚乙烯纤维布的数量可以优选设置为四层，高模聚乙烯纤维布与树脂胶黏剂在160～170℃温度(优选160℃)下进行高温粘连复合。
实施例1
防电弧保护套的保护套外层由以下按质量百分比的原料组成：硅橡胶40％、三聚氰胺型树脂20％、纳米氮化硼2％、纳米氮化硅2％、阻燃增塑剂3％、抗氧剂4％、增韧剂3％、硅烷偶联剂5％、紫外线吸收剂3％、催化剂1％、固化剂16％、绝缘剂1％。
硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶，阻燃增塑剂为磷酸三甲苯酯。三聚氰胺型树脂为聚合型高甲醚化三聚氰胺树脂，硅烷偶联剂为改性环氧基硅烷偶联剂。
抗氧剂为(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯，紫外线吸收剂为水杨酸苯酯类紫外线吸收剂。绝缘剂为云母粉，催化剂为二乙醇胺。增韧剂为聚酰亚胺，固化剂为二乙烯三胺。
高模聚乙烯纤维布的制备方法如下：
将通过硅烷偶联剂改性的纳米氮化硅和聚乙烯颗粒共挤成纤维丝；
将纤维丝浸入到抗氧剂和阻燃剂的复合溶液中，过滤，干燥，之后将纤维丝编织成聚乙烯纤维布，用环己烷溶液浸渍后进行干燥；
将浸渍干燥后的聚乙烯纤维布在温度为60℃下通过10吨压力，使其厚度控制在0.7mm，制得密度克数为600g/m2的高模聚乙烯纤维布。
树脂胶黏剂由以下按质量百分比的原料组成：热塑性聚氨酯弹性体橡胶40％、含磷酚醛树脂20％、聚氨酯固化剂24.5％、六甲基四胺0.5％、乙二醇15％。
实施例2
防电弧保护套的保护套外层由以下按质量百分比的原料组成：硅橡胶45％、三聚氰胺型树脂15％、纳米氮化硼4％、纳米氮化硅3％、阻燃增塑剂2％、抗氧剂3％、增韧剂2％、硅烷偶联剂7％、紫外线吸收剂2％、催化剂0.8％、固化剂15.7％、绝缘剂0.5％。
硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶，阻燃增塑剂为甲基磷酸二甲酯。三聚氰胺型树脂为单体型高甲醚化三聚氰胺树脂，硅烷偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂。
抗氧剂为(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯，紫外线吸收剂为二苯甲酮类紫外线吸收剂。绝缘剂为云母粉，催化剂为三乙醇胺。增韧剂为羟基硅油，固化剂为邻甲苯二胺。
高模聚乙烯纤维布的制备方法如下：
将通过硅烷偶联剂改性的纳米氮化硅和聚乙烯颗粒共挤成纤维丝；
将纤维丝浸入到抗氧剂和阻燃剂的复合溶液中，过滤，干燥，之后将纤维丝编织成聚乙烯纤维布，用环己烷溶液浸渍后进行干燥；
将浸渍干燥后的聚乙烯纤维布在温度为65℃下通过8吨压力，使其厚度控制在1.2mm，制得密度克数为500g/m2的高模聚乙烯纤维布。
树脂胶黏剂由以下按质量百分比的原料组成：热塑性聚氨酯弹性体橡胶45％、含磷酚醛树脂18％、聚氨酯固化剂24.7％、六甲基四胺0.3％、乙二醇12％。
实施例3
防电弧保护套的保护套外层由以下按质量百分比的原料组成：硅橡胶50％、三聚氰胺型树脂15％、纳米氮化硼2％、纳米氮化硅2％、阻燃增塑剂1％、抗氧剂2％、增韧剂1％、硅烷偶联剂5％、紫外线吸收剂3％、催化剂1％、固化剂17.7％、绝缘剂0.3％。
硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶，阻燃增塑剂为磷酸三异丙基苯酯。三聚氰胺型树脂为聚合型高甲醚化三聚氰胺树脂，硅烷偶联剂为改性环氧基硅烷偶联剂。
抗氧剂为(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯，紫外线吸收剂为水杨酸苯酯类紫外线吸收剂。绝缘剂为云母粉，催化剂为十六烷基三甲基溴化铵。增韧剂为羟基硅油，固化剂为间甲苯二胺。
高模聚乙烯纤维布的制备方法如下：
将通过硅烷偶联剂改性的纳米氮化硅和聚乙烯颗粒共挤成纤维丝；
将纤维丝浸入到抗氧剂和阻燃剂的复合溶液中，过滤，干燥，之后将纤维丝编织成聚乙烯纤维布，用环己烷溶液浸渍后进行干燥；
将浸渍干燥后的聚乙烯纤维布在温度为70℃下通过5吨压力，使其厚度控制在1.5mm，制得密度克数为4000g/m2的高模聚乙烯纤维布。
树脂胶黏剂由以下按质量百分比的原料组成：热塑性聚氨酯弹性体橡胶50％、含磷酚醛树脂15％、聚氨酯固化剂24.9％、六甲基四胺0.1％、乙二醇10％。
实验测试数据：
实施例1至实施例3的高模聚乙烯纤维布，其通过了EN ISO 20344:2011版本标准并且通过第三方检测具有水吸收155毫克/厘米，水解吸98％；其通过了CSA Z195-14版本并且通过第三方检测在10mm/min穿刺1200N取样3块都通过，并通过150万的曲折测试，其通过了EN 12568:2010版本并且通过第三方检测在10mm/min穿刺1100N。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| 击穿强度(kV/mm) | 55 | 52 | 53 |
| 耐电弧时间(S) | 165 | 170 | 179 |
| 拉伸强度(MPa) | 8.5 | 8.2 | 8.3 |
| 断裂伸长率(％) | 430 | 429 | 428 |
| 撕裂强度(kN/m) | 17.1 | 16.9 | 17.0 |
| 阻燃等级(FV) | 0 | 0 | 0 |
经测试，本发明的防电弧保护套的击穿强度可以为50～55kV/mm，耐电弧时间可以为160～180s，拉伸强度可以为7.9～8.5MPa，断裂伸长率可以为410～430％，撕裂强度可以为16.5～17.1kN/m，阻燃特性为FV0级，综合性能优异。
综上所述，本发明的防电弧保护套能够覆盖在熔断式电池连接片的熔断位置，防止电弧溅射出来，提高了锂电池模组的安全性能，并且该防电弧保护套还具有高抗击穿性、高耐电弧性、高机械强度和高阻燃性，耐高温，绝缘性能好，使用寿命长。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，包括至少两个锂电池组和熔断式电池连接片，所述熔断式电池连接片连接在相邻两个锂电池组的正极和负极，所述熔断式电池连接片上开设有熔断孔，当熔断式电池连接片通过大于预设电流阈值的高压电流时能够在熔断孔的两侧区域发生熔断，其特征在于：所述熔断式电池连接片的外部套装有防电弧保护套，所述防电弧保护套包括内基材和保护套外层，所述保护套外层注塑成型在内基材的外部；
所述内基材包括至少两层高模聚乙烯纤维布和树脂胶黏剂，每层高模聚乙烯纤维布之间分别通过树脂胶黏剂进行堆叠复合；
所述保护套外层由以下按质量百分比的原料组成：硅橡胶40％～50％、三聚氰胺型树脂15％～20％、纳米氮化硼2％～5％、纳米氮化硅2％～5％、阻燃增塑剂1％～3％、抗氧剂2％～4％、增韧剂1％～3％、硅烷偶联剂5％～8％、紫外线吸收剂1％～3％、催化剂0.5％～1％、固化剂15％～20％、绝缘剂0.3％～1％。
2.根据权利要求1所述的一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，其特征在于：所述熔断式电池连接片的材质为铝、铜或铝镍复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，其特征在于：所述高模聚乙烯纤维布的制备方法如下：
将通过硅烷偶联剂改性的纳米氮化硅和聚乙烯颗粒共挤成纤维丝；
将纤维丝浸入到抗氧剂和阻燃剂的复合溶液中，过滤，干燥，之后将纤维丝编织成聚乙烯纤维布，用环己烷溶液浸渍后进行干燥；
将浸渍干燥后的聚乙烯纤维布在温度为60～70℃下通过5～10吨压力，使其厚度控制在0.7～1.5mm，制得密度克数为400～600g/m2的高模聚乙烯纤维布。
4.根据权利要求1所述的一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，其特征在于：所述树脂胶黏剂由以下按质量百分比的原料组成：热塑性聚氨酯弹性体橡胶40％～50％、含磷酚醛树脂15％～20％、聚氨酯固化剂20％～25％、六甲基四胺0.1％～0.5％、乙二醇10％～15％。
5.根据权利要求1或4所述的一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，其特征在于：所述内基材的高模聚乙烯纤维布的数量为四层，所述高模聚乙烯纤维布与树脂胶黏剂在160～170℃温度下进行高温粘连复合。
6.根据权利要求1所述的一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，其特征在于：所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶，所述阻燃增塑剂为磷酸三甲苯酯、甲基磷酸二甲酯或磷酸三异丙基苯酯。
7.根据权利要求1所述的一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，其特征在于：所述三聚氰胺型树脂为聚合型高甲醚化三聚氰胺树脂或单体型高甲醚化三聚氰胺树脂，所述硅烷偶联剂为改性环氧基硅烷偶联剂或乙烯基硅烷偶联剂。
8.根据权利要求1所述的一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，其特征在于：所述抗氧剂为(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸三酯，所述紫外线吸收剂为水杨酸苯酯类紫外线吸收剂或二苯甲酮类紫外线吸收剂。
9.根据权利要求1所述的一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，其特征在于：所述绝缘剂为云母粉，所述催化剂为二乙醇胺、三乙醇胺或十六烷基三甲基溴化铵。
10.根据权利要求1所述的一种可防止电弧溅射的熔断式锂电池模组，其特征在于：所述增韧剂为聚酰亚胺或羟基硅油，所述固化剂为二乙烯三胺、邻甲苯二胺或间甲苯二胺。
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