CN115954585A - 一种多孔发泡材料及其制备方法、电池模组和汽车电池包 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多孔发泡材料及其制备方法、电池模组和汽车电池包。本发明提供的多孔发泡材料用于新能源汽车核心部件电池模组内,主要用于电池模组内各片电芯之间的缓冲,提供的新能源汽车电池包包括壳体和电池模组,电池模组包括两个以上并排设置的电芯,所述电芯之间设有缓冲隔热垫,所述缓冲隔热垫由多孔发泡材料和胶带组成,胶带粘结在多孔发泡材料的单侧或两侧。
Description
技术领域
本发明涉及新能源电池领域,具体的为一种用于电池模组中电芯之间缓冲的聚烯烃发泡多孔材料及其制备方法、电池模组和汽车电池包。
背景技术
随着新能源汽车行业的发展,与之相配套的产业链迎来新的发展机遇,其中的核心零部件就是电池,电池也随着汽车工业的进步而不断的发展,随着新能源行业对于汽车安全性,高续航,快速充电等各方面的要求,电池的安全性是新能源汽车安全性的保证,而电池的安全性有许多因素决定,其中电池模组中电芯之间的多孔发泡材料对电池的安全性和稳定性具有至关重要的影响。
新能源的电池是有电池模组组成的,电池模组又是由各个电芯组成中的,各个电芯之间采用多孔发泡材料进行物理隔离,避免电芯之间刚性接触,多孔发泡材料能够起到缓冲的作用,避免引刚性接触导致的电芯损坏。此外当电池在充放电时,电芯的体积会发生一定的膨胀,此时需要有多孔发泡材料来吸收体积膨胀带来的间隙变化,不至于因为体积膨胀导致的的电池电芯内部压力剧增,导致的电池爆炸起火的事故,同时也不会因为电池电芯间多孔发泡材料应力值小而导致的电池模组成组后出现松散,电芯抽芯等问题,影响电池结构的稳定性和安全性。但是目前研究多孔发泡材料对电芯缓冲作用以及对应的多孔材料应力不足导致的电芯的松散的问题比较少,研发一种既能够缓解体积膨胀应力过大,又能够保证组成模组紧凑固定,不发生松散和抽芯的多孔发泡材料对急需解决的问题。
发明内容
本发明就是针对上述问题,提供了一种多孔发泡材料、电池模组和汽车电池包。
本发明提供一种电芯间的多孔发泡材料,使电池的充放电时随着电池温度的升高,电芯温度的升高,体积膨胀时具有相对稳定的压缩应力,不至于使电池因为体积膨胀导致的的电池电芯内部压力剧增,导致的电池爆炸起火的事故,同时也不会因为电池电芯间缓冲材料应力值小而导致的电池模组成组后出现松散,电芯抽芯等问题。
本发明通过将多孔发泡材料压缩应变25%的压缩强度与压缩应变50%的压缩强度的比值,及多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度和多孔发泡材料压缩应变70%的压缩强度的比值调整在一定范围内,可以得到能量吸收优异的聚烯烃树脂多孔发泡材料,从而契合于新能源电池在充电放电过程中的体积变化,能够有效的解决电池结构的稳定性和安全性的问题。
本发明提供一种电池模组,包括电芯和缓冲隔热垫,缓冲隔热垫设置在电芯之间,所述缓冲隔热垫由多孔发泡材料和胶带组成,胶带粘结在多孔发泡材料的单侧或两侧,所述多孔发泡材料的压缩应力比值为:K1=P2 (50%)/P1(25%)= 1.3-2.5;K2=P3 (70%)/P2(50%)=1.5-3.0;P1(25%)为多孔发泡材料压缩应变25%的压缩强度;P2(50%)为多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度;P3(70%)为多孔发泡材料压缩应变70%的压缩强度。
本发明提供一种新能源汽车用电池包,包括壳体和电池模组,电池模组包括两个以上并排设置的电芯,所述电芯之间设有缓冲隔热垫,所述缓冲隔热垫由多孔发泡材料和胶带组成,胶带粘结在多孔发泡材料的单侧或两侧,所述多孔发泡材料的压缩应力比值为:K1=P2 (50%)/P1(25%)= 1.3-2.5;K2=P3 (70%)/P2(50%)=1.5-3.0;P1(25%)为多孔发泡材料压缩应变25%的压缩强度;P2(50%)为多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度;P3(70%)为多孔发泡材料压缩应变70%的压缩强度。
本发明提供一种多孔发泡材料,内部为有多个气泡结构的片材或卷材,多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度P2比压缩应变25%的压缩强度P1的比值系数K1在范围1.1-3.0,优选系数K1的范围为1.1-2.5,进一步优选K1范围为1.3-2.5,并且压缩应变70%的压缩强度P3比压缩应变50%的压缩强度P2的比值系数K2在范围1.1-3.0,优选K2范围为1.3-3.0,进一步优选K2范围为1.5-3.0。本发明提供的应变压缩强度的比值反应了多孔发泡材料的缓冲性能以及紧固性能,获得的多孔发泡材料能够满足电池模组中电芯缓冲和紧固隔绝的需求。K1、K2值反馈电池在工作过程中,电池充放电过程中所导致的电芯间隙随体积压缩变化的速率,K1、K2小于该范围,模组之间出现松垮,在机动车行驶过程中,会出现模组松散。K1、K2大于该范围,容易引起模组内应力过大,造成爆炸。
进一步的,本发明提供的多孔发泡材料压缩应变35-50%的恒定压缩应力变化率为0.15-5.0,50-60%的恒定压缩应力变化率为0.50-11.8;所述压缩应力变化率为以X轴为应变,间隔点为1%,Y轴为压缩应力,单位为MPa,绘制不同压缩应变下的压缩应力曲线,对曲线进行一阶微分,拟合曲线获取不同压缩应变下,压缩应力变化率的数值。即所述恒定压缩应力变化率为对应的应变区间内应变曲线的压缩应力变化率。压缩应变有具体的定义,即在压应力作用下,标距原始单位长度的增量(即长度的变化率),用百分数(%)表示;压缩应力具体的定义,即压缩应力是在压缩试验过程中加在试样上的压缩负荷除以试样原始横截面积所得的值,单位MPa。
进一步的,所述多孔发泡材料压缩应变35-50%的恒定压缩应力变化率为0.20-2.48,50-60%的恒定压缩应力变化率为0.60-5.04。
本发明研究发现,上述应变区间恒定压缩应力变化率的发泡材料具有很好的韧性和缓冲性能,能够比较好的适用于电池模组中,进一步限定每一压缩应变范围内,压缩应力变化趋势都是上述范围,如果小于该范围值,模组之间出现松垮,在机动车行驶过程中,会出现模组松散。大于该范围,容易引起模组内应力过大,造成爆炸。
进一步的,本发明研究发现,本发明提供的多孔发泡材料压缩应变25-35%的恒定压缩应力变化率为0.10-1.7,60-70%的恒定压缩应力变化率为0.90-14.67。进一步的,所述发泡材料25-35%的恒定压缩应力变化率为0.15-1.18,60-70%的恒定压缩应力变化率为0.95-7.71。该应变区间的恒定压缩应力变化率的多孔材料具有很好的韧性和缓冲性能,能够比较好的适用于电池模组中。
进一步的,本发明的多孔发泡材料的P2(50%)为140-1500kPa。进一步优选为200-500kPa。所述多孔泡沫材料的压缩强度测试依照GB/T18942.1-2003中规定的测试方法,规定使用零件的单层进行测试,压缩速度按照2mm/min进行,试样面积依照本标准规定的试样面积进行制样测试。多孔发泡材料的P2(50%)在上述值能够体现该多孔发泡材料作为缓冲材料具有很好的隔绝性和缓冲韧性。
进一步的,本发明的多孔发泡材料的平均泡孔直径为20-250μm,优选为30-250μm。泡孔的直径的大小一定程度上是泡孔壁厚度是体现,泡孔直径越小,泡孔壁越厚,承载能力会越强,经过电池组装配压缩后将有更加稳定的电池成组结构。为了提高电池组的安全性,使固定压缩量下电芯之间的内应力不至于过大,发泡材料的优选泡孔直径20μm以上,进一步优选泡孔直径30μm以上。
进一步的,本发明的多孔发泡材料的密度为0.04-0.25g/cm3。作为发泡材料而言,材料密度直接决定了材料的发泡倍率,也一定程度上决定了材料压缩强度的绝对值即应用时的电池成组稳定性。
进一步的,上述多孔发泡材料可以为卷材或者是片材,所述多孔发泡材料具备一定的能量吸收特性,所述片材的厚度优选为0.5-5mm,进一步优选为2.0-4.0㎜。
进一步的,上述多孔发泡材料的导热系数小于0.5W/(m·K),进一步的,上述多孔发泡材料的导热系数应在0.045W/(m·K)以下。并且上述多孔发泡材料UL-94水平阻燃等级HF-1。
本发明另一方面提供了一种制备上述多孔发泡材料的方法,所述方法包含如下步骤:
将聚烯烃树脂100份,热分解型发泡剂3-30份,阻燃剂1-10份及其它助剂0-5份进行混合,制备成为含有发泡剂的发泡母粒,含有阻燃剂的阻燃母粒,含有交联助剂的敏化母粒;
将获得的母粒进行预混,并且投入挤出机中,得到卷材;
将步骤(2)中挤出的卷材经过辐照交联后得到预发泡体;
将步骤(3)中的预发泡体在高温环境中进行发泡,得到含有多层泡孔结构的多孔发泡材料。
进一步的,所述步骤(2)中的挤出机为单螺杆挤出机,挤出温度为150-180℃。
进一步的,所述步骤(3)中辐照的能量为0.8Mev-3.0Mev。
进一步的,所述步骤(4)中高温发泡温度为200-260℃。
本发明使用的树脂为聚烯烃系树脂,选择低密度聚乙烯,高密度聚乙烯树脂,线性低密度聚乙烯,共聚聚丙烯,均聚聚丙烯,高熔体强度聚丙烯中的一种或者几种 ,其中聚乙烯树脂优选茂金属催化的线性低密度聚乙烯树脂,通过使用通过茂金属化合物催化剂得到的直链状线性低密度聚乙烯树脂,容易得到高冲击吸收的发泡材料。
所述的聚丙烯树脂可使用均聚聚丙烯树脂,高熔体强度聚丙烯树脂,共聚聚丙烯树脂中的一种或者几种共用,所述的聚丙烯树脂为无规共聚聚丙烯,其中分子链上的乙烯含量为1.5-4.5%,可以自由调整片材的软段与硬段的比例,同时为后续辐照交联提供足够的交联支点,保持产品具有充分的发泡性和优异的物理机械性能。
进一步的,所述的聚丙烯树脂的熔融指数MI=0.5-5.0g/10min,优选MI=0.5-3.0g/10min,进一步优选MI=0.5-2.5g/10min,上述熔融指数的测试条件为230度/2.16KG。
在发泡片中聚丙烯树脂的含量在40%以上,更优选含量在50%以上,进一步优选含量在50%以上,同时不超过85%。PP含量进一步影响压缩应力。
聚丙烯的含量,类型,分子量的分布影响产品的可发泡性和泡孔尺寸,进而影响产品的压缩应力,这里特别选取结晶度范围在35%-75%之间的聚丙烯树脂,由于电子辐照交联中需要一定数量的交联支点为交联提供足够数量的自由基,而交联过程往往发生在树脂的非交联区,否则树脂体系无法完成交联而失去发泡的特性,同时结晶度越高产品的刚性越强,交联支点越少,在发泡时极易出现熔体强度偏低而引起发泡的泡孔偏大或者泡孔塌陷而影响产品,使产品具有不可发泡性,同时当聚丙烯树脂选取的结晶度过低即分子链上的乙烯基团过高,这里虽然可以提供足够的交联自由基,但是则会使树脂偏软,使发泡制品的压缩应力偏小。
本发明中发泡剂母粒,使用的发泡剂没有特别限制,可以使用放热型发泡剂,吸热型发泡剂,可列举出偶氮二甲酰胺、N,N’-二亚硝基五亚甲基四胺、对甲苯磺酰基氨基脲、碳酸氢钠,发泡微球等,在这些中,优选偶氮二甲酰胺可以单独使用,也可以与其它类型发泡剂组合使用。
本发明中阻燃母粒,含有以下阻燃物料,可列举为溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯,十溴二苯乙烷,多溴联苯醚,溴代三嗪,氢氧化镁,氢氧化铝,三氧化二锑中的一种或多种协效使用。
进一步的,本发明中抗氧剂母粒,使用塑料加工中的常用的抗氧剂,可列举出受阻酚类型,亚磷酸酯类型,硫醚类型,可以单独使用,也可以几种一起协效使用。
进一步的,本发明中交联敏化母粒,可以使用多官能团的单体,通过向聚烯烃系树脂中添加交联助剂,从而减少步骤(3)中照射的电离性放射线量,从而防止因电离性放射线的照射而导致的树脂分子裂解,影响树脂体系的熔体强度进而影响发泡时的保气性导致发泡困难。
进一步的,作为交联助剂,具体而言,可举出三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯等在1分子中具有3个官能团的化合物、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、1,9-壬二醇二甲基丙烯酸酯、1,10-癸二醇二甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯等在1分子中具有2个官能团的化合物、邻苯二甲酸二烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯、间苯二甲酸二烯丙酯、乙基乙烯基苯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂基酯、甲基丙烯酸硬脂基酯,过氧化二异丙苯等,这些交联助剂单独使用或组合两种以上使用。
对于交联助剂的添加量而言,相对于树脂成分100质量份,优选为0.2~8质量份,更优选为0.3~6质量份,进一步优选为0.5~3质量份。交联剂的用量同步骤(3)中辐照剂量的选取,共同对发泡片材的交联度的控制。而作为发泡材料交联度的高低对泡孔孔径的控制,发泡体密度的控制都有着直接的关系。
上述步骤(3)的辐照交联可以是经过高能电子束,α射线,β射线,γ射线等电离性放射线方法进行辐照。
上述步骤(4)中高温环境为高温发泡炉。
本发明还提供了上述多孔发泡材料或上述多孔发泡材料用于动力电池模组或者储能电池模组中的用途。
本发明的有益效果:
发明提供一种多孔发泡材料,内部为有多个气泡结构的片材或卷材,多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度P2比压缩应变25%的压缩强度P1的比值系数K1在范围1.1-3.0,优选系数K1的范围为1.1-2.5,进一步优选K1范围为1.3-2.5,并且压缩应变70%的压缩强度P3比压缩应变50%的压缩强度P2的比值系数K2在范围1.1-3.0,优选K2范围为1.3-2.5,进一步优选K2范围为1.5-3.0。本发明提供的应变压缩强度的比值反应了多孔发泡材料的缓冲性能以及紧固性能,获得的多孔发泡材料能够满足电池模组中电芯缓冲和紧固隔绝的需求。
本发明获得的多孔发泡材料用于电池模组具有足够安全的稳定性,该安全性包括进行模拟测试时出现的实效状态。
本发明提供的多孔发泡材料35-50%的恒定压缩应力变化率为0.15-5.0,50-60%的恒定压缩应力变化率为0.50-11.8;所述压缩应力变化率为以X轴为应变,Y轴为压缩应力,绘制不同压缩应变下的压缩应力曲线,对曲线进行一阶微分,拟合曲线获取不同压缩应变下,压缩应力变化率的数值。上述应变区间恒定压缩应力变化率的发泡材料具有很好的韧性和缓冲性能,能够比较好的适用于电池模组中。
本发明提供的多孔发泡材料压缩应变25-35%的恒定压缩应力变化率为0.10-1.7,60-70%的恒定压缩应力变化率为0.90-14.67。进一步的,所述发泡材料压缩应变25-35%的恒定压缩应力变化率为0.15-1.18,60-70%的恒定压缩应力变化率为0.95-7.71。该应变区间的恒定压缩应力变化率的多孔材料具有很好的韧性和缓冲性能,能够比较好的适用于电池模组中。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述,以便本领域技术人员理解。
本发明提供一种多孔发泡材料,所述多孔发泡材料的压缩应力比值为:
K1=P2 (50%)/P1(25%)= 1.3-2.5;
K2=P3 (70%)/P2(50%)=1.5-3.0;
P1(25%)为多孔发泡材料压缩应变25%的压缩强度;P2(50%)为多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度;P3(70%)为多孔发泡材料压缩应变70%的压缩强度。
所述发泡材料压缩应变35-50%的恒定压缩应力变化率为0.15-5.0,压缩应变50-60%的恒定压缩应力变化率为0.50-11.8;所述压缩应力变化率为以X轴为应变,Y轴为压缩应力,绘制不同压缩应变下的压缩应力曲线,对曲线进行一阶微分,拟合曲线获取不同压缩应变下,压缩应力变化率的数值。进一步的,所述发泡材料压缩应变35-50%的恒定压缩应力变化率为0.20-2.48,压缩应变50-60%的恒定压缩应力变化率为0.60-5.04。
进一步的,所述发泡材料压缩应变25-35%的恒定压缩应力变化率为0.10-1.7,压缩应变60-70%的恒定压缩应力变化率为0.90-14.67。优选的,所述发泡材料压缩应变25-35%的恒定压缩应力变化率为0.15-1.18,60-70%的恒定压缩应力变化率为0.95-7.71。
进一步的,上述多孔发泡材料P2(50%)为140-1500kPa。进一步优选为200-500kPa。所述多孔发泡材料的平均泡孔直径为20-250μm。
本发明提供一种多孔发泡材料的的方法,所述方法包含如下步骤:
(1)将聚烯烃树脂100份,热分解型发泡剂3-30份,阻燃剂1-10份及其它助剂0-5份进行混合,制备成为含有发泡剂的发泡母粒,含有阻燃剂的阻燃母粒,含有交联助剂的敏化母粒;
(2)将获得的母粒进行预混,并且投入挤出机中,得到卷材;
(3)将步骤(2)中挤出的卷材经过辐照交联后得到预发泡体;
(4)将步骤(3)中的预发泡体在高温环境中进行发泡,得到含有多层泡孔结构的多孔发泡材料。
本发明提供一种多孔发泡材料用于电池电芯间缓冲的用途。所述电池为新能源车用电池或者储能电池。
交联聚烯烃多孔发泡材料
本发明的交联聚烯烃多孔发泡材料为片材或者卷材,上述材料应具有泡孔结构,以下对本发明的聚烯烃发泡材料进行更详细的说明:
比值系数K
比值系数需要同时满足K1 和K2的范围,如果压缩强度的比值不在K1范围内,则会出现电芯在成组过程中出现松散,如果压缩强度的比值不在K2范围内,则会出现电芯在成组过程中内部压力过大,导致电池再次充电膨胀时出现应力过大导致安全事故。经过进一步的论证,进一步的,本发明中P2/P1的比值称为K1 ,K1优选范围为1.1-3.0,进一步优选为1.3-2.5,并且70%的压缩强度(以下称为P3)比上P2的比值为K2,优选范围为1.1-3.0,进一步优选范围为1.5-3.0 。
压缩应力变化率
压缩应力变化率为以X轴为应变(间隔点为1%),Y轴为压缩应力(MPa),绘制不同压缩应变下的压缩应力曲线,对曲线进行一阶微分,拟合曲线获取不同压缩应变下,压缩应力变化率的数值。
材料密度
作为发泡材料而言,材料密度直接决定了材料的发泡倍率,也一定程度上决定了材料压缩强度的绝对值即应用时的电池成组稳定性。
材料的泡孔直径
本发明的多孔发泡材料,泡孔的直径的大小一定程度上是泡孔壁厚度是体现,泡孔直径越小,泡孔壁越厚,承载能力会越强,经过电池组装配压缩后将有更加稳定的电池成组结构,进一步的,本发明的发泡材料的气孔直径优选250μm以下的,进一步优选230μm以下 。
进一步的,为了提高电池组的安全性,使固定压缩量下电芯之间的内应力不至于过大,发泡材料的优选泡孔直径20μm以上的,进一步优选泡孔直径30μm以上的。
综上,本发明的发泡材料的泡孔直径控制在20-250μm之间,进一步优选在30-200μm,(优选值)既保证了模组的稳定性,也保证电芯之间压力不至于过大而产生安全隐患。
材料的导热系数
本发明中的发泡材料为含有多层孔隙结构的发泡材料,具有较低的导热系数,导热系数越低表明绝热性能越好,在实际的使用过程中,产品经过压缩后缩小了泡孔间的平均气泡距离,能够使导热系数降的更低,优选导热系数0.5W/(m· K),进一步优选导热系数0.045W/(m· K)以下,此时所描述的导热系数为厚度方向上的导热系数,检测标准依据国标GB/T 10295-2008。
阻燃等级
本发明的材料,应用到新能源汽车电池电芯直接,阻燃特性为强制需要满足的特性,构成整个阻燃体系的材料包括但不限于溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯,十溴二本乙烷,多溴联苯醚,溴代三嗪,氢氧化镁,氢氧化铝,三氧化二锑中的一种或者多种,至少使材料满足UL-94泡沫水平燃烧中的HF-1,HF-2,BHF 等级,优选HF-2等级,进一步优选HF-1的阻燃等级,测试依据为UL94阻燃等级测试标准。
聚烯烃树脂
本发明使用的树脂为聚烯烃系的树脂,选择低密度聚乙烯,高密度聚乙烯树脂,线性低密度聚乙烯,共聚聚丙烯,均聚聚丙烯,高熔体强度聚丙烯中的一种或者几种,其中聚乙烯树脂优选茂金属催化的线性低密度聚乙烯树脂,通过使用通过茂金属化合物催化剂得到的直链状线性低密度聚乙烯树脂,容易得到高冲击吸收的发泡材料。
所述的聚丙烯树脂可使用均聚聚丙烯树脂,高熔体强度聚丙烯树脂,共聚聚丙烯树脂中的一种或者几种共用,所述的聚丙烯树脂为无规共聚聚丙烯,其中分子链上的乙烯含量为1.5-4.5%,可以自由调整片材的软段与硬段的比例,同时为后续辐照交联提供足够的交联支点,保持产品具有充分的发泡性和优异的物理机械性能,所述的聚丙烯树脂的熔融指数MI=0.5-5.0g/10min,优选MI=0.5-3.0g/10min,进一步优选MI=0.5-2.5g/10min,(测试条件为230度/2.16KG)。
在发泡片中聚丙烯树脂的含量在40%以上,更优选含量在50%以上,进一步优选含量在50%以上,同时不超过85%。PP含量进一步影响压缩应力。
聚丙烯的含量,类型,分子量的分布影响产品的可发泡性和泡孔尺寸,进而影响产品的压缩应力,这里特别选取结晶度范围在35%-75%之间的聚丙烯树脂,由于电子辐照交联中需要一定数量的交联支点为交联提供足够数量的自由基,而交联过程往往发生在树脂的非交联区,否则树脂体系无法完成交联而失去发泡的特性,同时结晶度越高产品的刚性越强,交联支点越少,在发泡时极易出现熔体强度偏低而引起发泡的泡孔偏大或者泡孔塌陷而影响产品,使产品具有不可发泡性,同时当聚丙烯树脂选取的结晶度过低即分子链上的乙烯基团过高这里虽然可以提供足够的交联自由基,但是则会使树脂偏软,使发泡制品的压缩应力偏小。
发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)是发气量大,性能优越、用途广泛的发泡剂。它运用于聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、abs及种橡胶等合成材料。广泛用于拖鞋、鞋底、鞋垫、塑料壁纸、天花板、地板革、人造革、绝热、隔音材料等发泡。发泡剂ac具有性能稳定、不易燃、不污染、无毒无味、对模具不腐蚀对制品不染色,分解温度可调节,不影响固化和成型速度等特点。本品常压发泡、加压发泡均可,都能连发泡均匀,细孔结构理想。
多孔发泡材料的制造方法
本发明所述的发泡材料,对其制造方法没有限定,可以是挤出物理发泡,也可以是经过交联的发泡体,也可以是经过模压/釜压发泡所得到的发泡材料,本发明的发泡材料是将选取的聚烯烃混合体经过电子辐照交联,高温发泡而制得。
具体方法如下:
(1)将聚烯烃树脂,热分解型发泡剂,阻燃剂及其它助剂进行混合,制备成为含有发泡剂的发泡母粒,含有阻燃剂的阻燃母粒,含有交联助剂的敏化母粒,含有抗氧化及等其它助剂的抗氧母粒备用。
(2)将步骤(1)中各种功能性的母粒进行预混合后,投入挤出机中,所得到的连续生产的卷材备用,所述的挤出机不限于单螺杆挤出机,双螺杆挤出机,锥心双螺杆挤出机。
(3)将步骤(2)中挤出的卷材经过辐照交联后得到预发泡体,此处的辐照交联可以是经过高能电子束,α射线,β射线,γ射线等电离性放射线方法。
(4)将步骤(3)中的预发泡体经过特制的高温发泡炉进行发泡,得到含有多层泡孔结构的发泡材料。
以下结合具体实施例对本发明进一步阐明,
实施例1
将聚烯烃树脂PP 50份,PE50份、热分解型发泡剂AC 3份,阻燃剂10份以及助交联剂三烯丙基异氰脲酸酯0.5份,制备成为含有发泡剂的发泡母粒,含有阻燃剂的阻燃母粒,含有交联助剂的敏化母粒;其中,阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物,十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量比为3:1。将获得的母粒进行预混,并且投入单螺杆挤出机中,挤出温度在150-180度之间,得到卷材;将挤出的卷材经过辐照交联后得到预发泡体,将辐照时的能量控制在0.8Mev-3.0Mev之间进行交联;预发泡体在高温环境中进行发泡,此时高温发泡炉的温度控制在200-260之间,得到含有多层泡孔结构的多孔发泡材料。对得到的多孔发泡材料进行材料表征,采用的测试方法如下,得到的多孔发泡材料的参数和性能见表1所示:
平均泡孔直径
将实施例得到的发泡片切成50mm四方形的样品作为测定用的发泡体样品。将其在液氮中浸泡1分钟后用刀片沿着MD方向、TD方向及ZD方向分别在厚度方向上切断。使用数字显微镜对该截面拍摄放大照片,对MD方向、TD方向及ZD方向上的各长度2mm量的切断面上所存在的所有独立气泡测定气泡径,重复进行5次该操作。而且,将所有气泡的平均值作为发泡材料的平均气泡直径。
压缩应变25、50、75%时压缩强度的测量方法
压缩强度测试依照GB/T18942.1-2003中规定的测试方法,规定使用零件的单层进行测试,压缩速度按照2mm/min进行,试样面积依照本标准规定的试样面积进行制样测试。
厚度的测量
按照GB/T 40872-2021《塑料聚乙烯泡沫试验方法》进行测试。
密度的测量
按照GB/T 40872-2021《塑料聚乙烯泡沫试验方法》进行测试。
电池组稳定状态
满足本发明的电池模组具有足够安全的稳定性,该安全性包括进行模拟测试时出现的实效状态,比如模拟道路颠簸时出现的电池电芯抽芯,该实效是由于电池在封装过程中,中间层缓冲泡沫材料的应力值过小,导致电池模组松散,此时评定电池模组等级为差。另外模拟模具充电时体积膨胀时的状态,此时模组受热体积膨胀,这时的体积膨胀的空间直接作用到电芯缓冲泡棉上,若缓冲材料在体积被压缩时不具有良好的吸能作用,出现内部应力急剧上升的问题,则会使电芯承受强度的压力,而导致爆炸的风险,此时电池模组评定为差,为了保证电池模具正常安全的工作,此时的应力我们将规定在合适的范围之内,既保证了电池整体结构稳定,也保证了电池模组的充放电的安全性,此时对于电池模组评定等级为优。
实施例2
将聚烯烃树脂PP 60份,PE 40份、热分解型发泡剂AC 5份,阻燃剂8份以及助交联剂三烯丙基异氰脲酸酯1.0份,制备成为含有发泡剂的发泡母粒,含有阻燃剂的阻燃母粒,含有交联助剂的敏化母粒;其中,阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物,十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量比为3:1。将获得的母粒进行预混,并且投入挤出机中,得到卷材;将挤出的卷材经过辐照交联后得到预发泡体;预发泡体在高温环境中进行发泡,得到含有多层泡孔结构的多孔发泡材料。对得到的多孔发泡材料进行材料表征,采用的测试方法同实施例1,得到的多孔发泡材料的参数和性能见表1所示。
实施例3
将聚烯烃树脂PP 70份,PE 30份、热分解型发泡剂AC 10份,阻燃剂6份以及助交联剂三烯丙基异氰脲酸酯1.0份,制备成为含有发泡剂的发泡母粒,含有阻燃剂的阻燃母粒,含有交联助剂的敏化母粒;其中,阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物,十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量比为3:1。将获得的母粒进行预混,并且投入挤出机中,得到卷材;将挤出的卷材经过辐照交联后得到预发泡体;预发泡体在高温环境中进行发泡,得到含有多层泡孔结构的多孔发泡材料。对得到的多孔发泡材料进行材料表征,采用的测试方法同实施例1,得到的多孔发泡材料的参数和性能见表1所示。
实施例4
将聚烯烃树脂PP 80份,PE 15份、热分解型发泡剂AC 8份,阻燃剂7份以及助交联剂三烯丙基异氰脲酸酯2.0份,制备成为含有发泡剂的发泡母粒,含有阻燃剂的阻燃母粒,含有交联助剂的敏化母粒;其中,阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物,十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量比为3:1。将获得的母粒进行预混,并且投入挤出机中,得到卷材;将挤出的卷材经过辐照交联后得到预发泡体;预发泡体在高温环境中进行发泡,得到含有多层泡孔结构的多孔发泡材料。对得到的多孔发泡材料进行材料表征,采用的测试方法同实施例1,得到的多孔发泡材料的参数和性能见表1所示。
实施例5
将聚烯烃树脂PP 85份,PE 15份、热分解型发泡剂AC 9份,阻燃剂10份以及助交联剂三烯丙基异氰脲酸酯3.0份,制备成为含有发泡剂的发泡母粒,含有阻燃剂的阻燃母粒,含有交联助剂的敏化母粒;其中,阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物,十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量比为3:1。将获得的母粒进行预混,并且投入挤出机中,得到卷材;将挤出的卷材经过辐照交联后得到预发泡体;预发泡体在高温环境中进行发泡,得到含有多层泡孔结构的多孔发泡材料。对得到的多孔发泡材料进行材料表征,采用的测试方法同实施例1,得到的多孔发泡材料的参数和性能见表1所示。
对比例1
将聚烯烃树脂PP 90份,PE 10份、热分解型发泡剂AC 5份,阻燃剂8份以及助交联剂三烯丙基异氰脲酸酯1.0份,制备成为含有发泡剂的发泡母粒,含有阻燃剂的阻燃母粒,含有交联助剂的敏化母粒;其中,阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物,十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量比为3:1。将获得的母粒进行预混,并且投入挤出机中,得到卷材;将挤出的卷材经过辐照交联后得到预发泡体;预发泡体在高温环境中进行发泡,得到含有多层泡孔结构的多孔发泡材料。对得到的多孔发泡材料进行材料表征,采用的测试方法同实施例1,得到的多孔发泡材料的参数和性能见表1所示。
对比例2
将聚烯烃树脂PP 40份,PE 60份、热分解型发泡剂AC 10份,阻燃剂6份以及助交联剂三烯丙基异氰脲酸酯2.0份,制备成为含有发泡剂的发泡母粒,含有阻燃剂的阻燃母粒,含有交联助剂的敏化母粒;其中,阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物,十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量比为3:1。将获得的母粒进行预混,并且投入挤出机中,得到卷材;将挤出的卷材经过辐照交联后得到预发泡体;预发泡体在高温环境中进行发泡,得到含有多层泡孔结构的多孔发泡材料。对得到的多孔发泡材料进行材料表征,采用的测试方法同实施例1,得到的多孔发泡材料的参数和性能见表1所示。
对比例3
将聚烯烃树脂PP 30份,PE 70份、热分解型发泡剂AC 30份,阻燃剂5份以及助交联剂三烯丙基异氰脲酸酯3.0份,制备成为含有发泡剂的发泡母粒,含有阻燃剂的阻燃母粒,含有交联助剂的敏化母粒;其中,阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物,十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量比为3:1。将获得的母粒进行预混,并且投入挤出机中,得到卷材;将挤出的卷材经过辐照交联后得到预发泡体;预发泡体在高温环境中进行发泡,得到含有多层泡孔结构的多孔发泡材料。对得到的多孔发泡材料进行材料表征,采用的测试方法同实施例1,得到的多孔发泡材料的参数和性能见表1所示。
表1多孔发泡材料的性能参数
从表1中的数据中可以看出,K1= 1.3-2.5,K2=1.5-3.0的多孔发泡材料应用于电池模组中具有良好的稳定状态。而K1和K2值在上述范围之外的多孔发泡材料应用于电池模组中不能起到很好的隔热以及稳定作用,不能解决本发明所要解决的问题。
以上均为本发明的较佳实施例,并非依此限制本发明的保护范围,故:凡依本发明的组成、参数、原理所做的等效变化,均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种电池模组,包括电芯和缓冲隔热垫,缓冲隔热垫设置在电芯之间,所述缓冲隔热垫包含多孔发泡材料和胶带,胶带粘结在多孔发泡材料的单侧或两侧,所述多孔发泡材料的压缩应力比值为:K1=P2 (50%)/P1(25%)= 1.3-2.5;K2=P3 (70%)/P2(50%)=1.5-3.0;P1(25%)为多孔发泡材料压缩应变25%的压缩强度;P2(50%)为多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度;P3(70%)为多孔发泡材料压缩应变70%的压缩强度。
2.一种汽车用电池包,包括壳体和电池模组,电池模组包括两个以上并排设置的电芯,所述电芯之间设有缓冲隔热垫,其特征在于:所述缓冲隔热垫包含多孔发泡材料和胶带,胶带粘结在多孔发泡材料的单侧或两侧,所述多孔发泡材料的压缩应力比值为:K1=P2 (50%)/P1(25%)= 1.3-2.5;K2=P3 (70%)/P2(50%)=1.5-3.0;P1(25%)为多孔发泡材料压缩应变25%的压缩强度;P2(50%)为多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度;P3(70%)为多孔发泡材料压缩应变70%的压缩强度。
3.一种多孔发泡材料,所述多孔发泡材料的压缩应力比值为:
K1=P2 (50%)/P1(25%)= 1.3-2.5;
K2=P3 (70%)/P2(50%)=1.5-3.0;
P1(25%)为多孔发泡材料压缩应变25%的压缩强度;P2(50%)为多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度;P3(70%)为多孔发泡材料压缩应变70%的压缩强度。
4.根据权利要求3所述的一种多孔发泡材料,其特征在于,所述多孔发泡材料压缩应变35-50%的恒定压缩应力变化率为0.15-5.0,所述多孔发泡材料压缩应变50-60%的恒定压缩应力变化率为0.50-11.8;所述恒定压缩应力变化率为最小应变单元为1%间隔的不同压缩应变下的压缩应力应变曲线的一阶微分数值,所述压缩应力的单位为Mpa。
5.根据权利要求4所述的一种多孔发泡材料,其特征在于,所述发泡材料压缩应变35-50%的恒定压缩应力变化率为0.20-2.48,50-60%的恒定压缩应力变化率为0.60-5.04。
6.根据权利要求4-5任一所述的一种多孔发泡材料,其特征在于,所述发泡材料压缩应变25-35%的恒定压缩应力变化率为0.10-1.7,60-70%的恒定压缩应力变化率为0.90-14.67。
7.根据权利要求4-5任一所述的一种多孔发泡材料,其特征在于,所述发泡材料25-35%的恒定压缩应力变化率为0.15-1.18,60-70%的恒定压缩应力变化率为0.95-7.71。
8.根据权利要求3-5任一所述的一种多孔发泡材料,其特征在于,P2(50%)为140-1500kPa。
9.根据权利要求3-5任一所述的一种多孔发泡材料,其特征在于,所述多孔发泡材料的平均泡孔直径为20-250μm。
10.一种制备权利要求3-9任一所述的一种多孔发泡材料的方法,所述方法包含如下步骤:
(1)将聚烯烃树脂100份,热分解型发泡剂3-30份,阻燃剂1-10份及交联助剂0-5份进行混合,制备成为含有发泡剂的发泡母粒,含有阻燃剂的阻燃母粒,含有交联助剂的敏化母粒;
(2)将获得的母粒进行预混,并且投入挤出机中,得到卷材;
(3)将步骤(2)中挤出的卷材经过辐照交联后得到预发泡体;
(4)将步骤(3)中的预发泡体在高温环境中进行发泡,得到含有多层泡孔结构的多孔发泡材料。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)中的挤出机为单螺杆挤出机,挤出温度为150-180℃。
12.根据权利要求10-11任一所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)中辐照的能量为0.8Mev-3.0Mev。
13.根据权利要求10-11任一所述的方法,其特征在于,所述步骤(4)中高温发泡温度为200-260℃。
14.根据权利要求10-11任一所述的方法,其特征在于,所述聚烯烃树脂为PP和PE的混合树脂。
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