CN116169399B - 一种耐高温气凝胶电池隔片 - Google Patents

一种耐高温气凝胶电池隔片 Download PDF

Info

Publication number
CN116169399B
CN116169399B CN202310433430.1A CN202310433430A CN116169399B CN 116169399 B CN116169399 B CN 116169399B CN 202310433430 A CN202310433430 A CN 202310433430A CN 116169399 B CN116169399 B CN 116169399B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber
layer
battery separator
aerogel
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310433430.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116169399A (zh
Inventor
白元宇
朱力伟
苏文涛
王璨
解洪兴
何新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongke Run Capital Chongqing Aerogel Technology Research Institute Co ltd
Environmental Technology Center Of Keling El Beijing
Original Assignee
Zhongke Run Capital Chongqing Aerogel Technology Research Institute Co ltd
Environmental Technology Center Of Keling El Beijing
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongke Run Capital Chongqing Aerogel Technology Research Institute Co ltd, Environmental Technology Center Of Keling El Beijing filed Critical Zhongke Run Capital Chongqing Aerogel Technology Research Institute Co ltd
Priority to CN202310433430.1A priority Critical patent/CN116169399B/zh
Publication of CN116169399A publication Critical patent/CN116169399A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116169399B publication Critical patent/CN116169399B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/658—Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/16—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D7/00—Producing flat articles, e.g. films or sheets
    • B29D7/01—Films or sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/14—Layered products comprising a layer of metal next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/12—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by using adhesives
    • B32B37/1284—Application of adhesive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/02—Coating on the layer surface on fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/26—Polymeric coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/101—Glass fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2266/00—Composition of foam
    • B32B2266/04—Inorganic
    • B32B2266/057—Silicon-containing material, e.g. glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2266/00—Composition of foam
    • B32B2266/12—Gel
    • B32B2266/126—Aerogel, i.e. a supercritically dried gel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/20—Properties of the layers or laminate having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B32B2307/206—Insulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/304—Insulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/306—Resistant to heat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/306—Resistant to heat
    • B32B2307/3065—Flame resistant or retardant, fire resistant or retardant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/558—Impact strength, toughness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • B32B2457/10—Batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/08—Cars
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种耐高温气凝胶电池隔片，本发明的电池隔片在配方中加入了抗收缩添加剂，使得含有二氧化硅气凝胶的电池隔片在高温条件下具备优异的隔热性能，同时还可以在高温条件下维持绝缘性能，同时还需具备优秀的机械强度以及抗冲击性能。将本发明的电池隔片应用于新能源汽车的电池包中既可以满足阻燃隔热要求，又可以满足电器绝缘要求，并满足机械强度以及抗冲击性能。

Description

一种耐高温气凝胶电池隔片
技术领域
本发明属于隔热保温材料技术领域，具体涉及一种耐高温气凝胶电池隔片。
背景技术
新能源汽车的电池是新能源汽车的重要整车部件之一，但是新能源车使用的电池带来的安全问题也逐渐暴露出来，电池容易发生自燃，尤其是锂离子电池，电池的自然对生命财产造成严重威胁，也会影响新能源车的进一步发展与普及。经过统计研究锂离子电池的自燃案例，发现锂离子电池自燃时大多数情况下是某一小块性能异常的锂离子电池单体发生自燃或者热失控，进而引发周边正常的电池单体发生燃烧，进而引发更大范围内的电池燃烧现象。
目前电池本征安全还无法完全保证，因此在无法解决电池自然或者热失控的情况下，还可以从被动安全着手，对电池单体、电池组以及电池包进行防火隔热设计，来防止已经燃烧的电池单体或者电池包引燃相邻的电池，阻断热失控从失控单体向周围扩散，来实现降低电池组的损害以及附带的破坏作用，对电池包进行防火隔热设计也可以为乘员争取更多的逃生时间，延缓火势蔓延。
对电池电芯单体、电池组以及电池包进行防火隔热设计时，在电池电芯单体、电池组以及电池包之间使用阻燃隔热片是一种十分有效的技术手段。但是新能源汽车的使用场景对阻燃隔热材料提出了新的要求，在轻薄、高强度、减振、耐温、低导热系数、不产生有毒气体、防水防潮防震、绝缘等要求外，高温情况下的隔热性能是气凝胶类隔热材料面料的一个普遍的问题。高温情况下，二氧化硅类的气凝胶隔热材料隔热性能下降明显。因此，亟需提出了一种符合新能源汽车使用场景的耐高温气凝胶电池隔片及其生产方法。
发明内容
发明人发现，现有的电池隔片在电池发生热失控的情况下，不能满足隔热的需求。电池发生热失控时候，温度往往会超过500℃，在此情况下二氧化硅气凝胶会出现内部结构收缩坍塌的现象，从而导致隔热性能下降的问题。
为解决上述技术问题，发明人向二氧化硅气凝胶中加入抗收缩添加剂（硅微粉），通过硅微粉在高温下的晶型变化、体积变化，可以抑制和减少二氧化硅气凝胶的收缩坍塌问题，进一步提高复合二氧化硅气凝胶的耐温性能，从而提高电池隔片的高温隔热性能。本发明提供如下技术方案：
一种电池隔片，所述电池隔片具有如下所述的性能：
绝缘性能满足下述至少一个条件：
A1）击穿电压：不低于10 KV/mm；
A2）体积电阻率：大于等于11013 Ω/cm；
和，强度满足下述至少一个条件：
B1）抗拉强度参数不低于2MPa；
B2）厚度不大于3 mm时，挺度不低于85 g/cm；
和，导热系数满足下在500℃下不大于0.060W/m·K；
和或，导热系数满足下在1000℃下不大于0.10W/m·K。
根据本发明，所述电池隔片的厚度不大于3 mm。
根据本发明，所述电池隔片至少含有一层纤维/气凝胶复合层；所述纤维/气凝胶复合层包括基材、气凝胶、硅微粉和聚酰亚胺，所述基材为纤维，在所述基材中填充有气凝胶；所述纤维包括玄武岩纤维。
根据本发明，所述电池隔片至少包括：
中间层，所述中间层为聚合物薄片和/或金属箔片，用于结构支撑和/或粘合；
第一外层，所述第一外层位于所述中间层的一侧表面，当用于电池组时，所述第一外层朝向电池组；所述第一外层为所述纤维/气凝胶复合层。
本发明还提供一种电池隔片的制备方法，所述制备方法包括：
1）制备硅溶胶：将硅源、水、醇溶剂混合制备硅溶胶；
2）制备凝胶：向步骤1）的硅溶胶中引入纤维预制件，得到凝胶；
3）溶剂置换：使用置换溶剂置换出凝胶中的液体后，得到中间体；
4）干燥：将步骤3）的中间体进行超临界干燥，得到纤维/气凝胶复合层，即所述电池隔片。
根据本发明，所述制备方法进一步包括以下步骤：
5）设置结构增强层：在步骤4）的纤维/气凝胶复合层的表面设置胶粘剂层和/或外膜层，得到包括胶粘剂层和/或外膜层的电池隔片。
根据本发明，所述制备方法还包括以下步骤：
6）将步骤4）得到的纤维/气凝胶复合层或步骤5）得到的包括结构增强层的纤维/气凝胶复合层，与中间层结合，得到具有复合结构的电池隔片。
根据本发明，所述制备方法还包括以下步骤：
7）在步骤6）的中间层的另一侧表面再结合步骤4）得到的纤维/气凝胶复合层或步骤5）得到的包括结构增强层的纤维/气凝胶复合层，得到具有三明治结构的电池隔片。
本发明还提供所述电池隔片在电池中作为隔热材料和/或绝缘材料的应用。
有益效果
本发明提供一种电池隔片，所述电池隔片在高温条件下（例如500℃以上）具备优异的隔热性能，进一步的，所述电池隔片还可以在高温条件下维持绝缘性能，还进一步的，所述电池隔片的厚度极低，完全可以适合用于电池、特别是动力电池中的隔热材料。
另外，本发明还提供一种电池隔片，所述电池隔片在超薄状态下任具有优异的机械性能、例如同时具备优秀的机械强度和挺度，完全可以适合用于电池、特别是动力电池中的隔热材料。
再有，本发明提供一种电池隔片，其同时兼具隔热性能和强度，而且厚度极低，将本发明的电池隔片应用于新能源汽车的电池包中既可以满足阻燃隔热要求，又可以满足电器绝缘要求，并满足机械强度以及抗冲击性能。
本发明的电池隔片在电池组组装过程中，便于插入电池组组件之间，装配工艺简单易操作。
附图说明
图1为本发明的一种三层电池隔片结构示意图。
图2为本发明的一种第一外层与第二外层不同材料的三层结构电池隔片示意图。
图3为本发明的一种包含胶粘剂层的电池隔片示意图。
图4为本发明的一种含有胶粘剂层的三层电池隔片示意图。
图5为本发明的一种电池隔片与电池示意图。
图6为本发明的一种电池隔片与多电芯示意图。
图7为本发明的一种含电池隔片电池组示意图。
图8为本发明的一种电池隔片与六角形电芯示意图。
图9为本发明纤维中聚酰亚胺经过热缩后状态变化示意图。
附图标记：电池隔片-100，第一外层-110，第二外层-120，中间层-130，外膜层-140，纤维/气凝胶复合层-150，纤维-151，聚酰亚胺-152，硅微粉-153，胶粘剂层-160，电池组-200，电芯-210，电极-220，电池外壳-230。
具体实施方式
[电池隔片]
如前所述，本发明提供了一种电池隔片，所述电池隔片的绝缘性能满足下述至少一个条件：
A1）击穿电压：不低于10 KV/mm；
A2）体积电阻率：大于等于11013 Ω/cm。
本发明中的击穿电压和体积电阻率是在500℃下测试的。
根据本发明的实施方案，所述体积电阻率在25℃条件下大于等于11017 Ω/cm。
本发明还提供一种电池隔片，所述电池隔片的强度满足下述至少一个条件：
B1）抗拉强度参数不低于 2MPa；
B2）厚度不大于3 mm时，挺度不低于85 g/cm。
根据本发明的实施方案，所述电池隔片的导热系数满足在500℃下不大于0.060W/m·K。
根据本发明的实施方案，所述抗拉强度参数例如不低于10MPa；或例如不低于30MPa；还例如不低于50MPa；再例如不低于100MPa；还再例如不低于200MPa；再还例如不低于500MPa；示例性地，可以为10MPa、20MPa、30MPa、50MPa、100MPa、150MPa、200MPa、300MPa、400MPa、500MPa、600 MPa、700 MPa、800 MPa或900 MPa。
根据本发明的实施方案，所述厚度为不大于2mm时，还例如不大于1mm时，挺度不低于85 g/cm。
本发明还提供一种电池隔片，所述电池隔片的绝缘性能和强度具有如上文所述的取值范围。
根据本发明的实施方案，所述电池隔片的厚度不大于3 mm，例如不大于2mm，还例如不大于1 mm，示例性地可以为0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm、0.5mm、1 mm或2 mm。
根据本发明的实施方案，所述电池隔片至少含有一层纤维/气凝胶复合层；所述纤维/气凝胶复合层包括基材和气凝胶，所述基材为纤维，在所述基材中填充有气凝胶；所述纤维包括玄武岩纤维。
研究发现，本发明中，使用玄武岩纤维为基材制备得到的电池隔片，其硬度高于使用玻璃纤维及其他纤维时的硬度。另外，对比使用其他类别纤维的气凝胶，本发明的电池隔片表面起毛量少，较平整整洁。同时玻璃纤维在高温情况下，电器性能如耐击穿性能、电阻等都会降低，因此采用将部分或者全部玻璃纤维替换为玄武岩纤维可以显著提高电池隔片的在高温情况下的电器性能。
根据本发明的实施方案，所述气凝胶可选自本领域已知的气凝胶或改性气凝胶，优选采用耐高温性好的气凝胶，例如中国专利文献CN113651334A中制备得到的稀土掺杂二氧化硅气凝胶。
根据本发明的实施方案，所述纤维/气凝胶复合层中还包含聚酰亚胺。
优选地，所述聚酰亚胺设置在所述气凝胶和/或所述纤维中。具体的，所述聚酰亚胺以交联形式存在于所述气凝胶和/或所述纤维中。
根据本发明的实施方案，所述电池隔片中，气凝胶的含量至少为1 wt%，优选为1wt%~30 wt%，更优选为13 wt%~18 wt%，例如为10 wt%、15 wt%、20 wt%、25 wt%。
根据本发明的实施方案，所述气凝胶填充在所述基材的内部和/或表面。
根据本发明的实施方案，本发明中对所述纤维的直径和长度不做具体限定，只要能得到所述复合层即可，例如纤维的直径为10 mm~20 mm；纤维的长度为6 mm~25 mm。
根据本发明的实施方案，所述电池隔片的面密度（克重）为100~200 g/m2，例如为150~200g/m2，又例如为160g/m2、170g/m2、180g/m2、190g/m2。
根据本发明的实施方案，所述纤维还可以包括玻璃纤维和/或其他纤维。
优选地，所述其他纤维选自硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、SiO2陶瓷纳米纤维中的至少一种。
根据本发明的优选方案，所述纤维包括玄武岩纤维和玻璃纤维。进一步地，所述玄武岩纤维和玻璃纤维的质量比为(6-8):(4-2)，例如为7:3。
根据本发明的实施方案，所述基材优选为纤维毡或纤维布，例如为纤维纺织布。
根据本发明的优选方案，所述基材为纤维纺织布，所述纤维纺织布通过将玄武岩纤维与玻璃纤维和/或其他纤维按一定比例混合纺织得到，优选为通过将玄武岩纤维与玻璃纤维按一定比例混合纺织得到。本发明中，通过将玄武岩纤维与玻璃纤维按一定比例混合纺织得到纤维纺织布作为基材，既提高了纤维纺织布的硬度又提高了其隔热性能。
优选地，混合纺织时，所述玄武岩纤维与玻璃纤维和/或其他纤维的质量比为(6-8):(4-2)，例如为7:3。
根据本发明的实施方案，所述电池隔片还包括中间层，所述中间层设置在所述纤维/气凝胶复合层的任一个表面。
根据本发明的实施方案，所述中间层为聚合物薄片和/或金属箔片，用于结构支撑和/或粘合。
根据本发明的实施方案，所述聚合物薄片可以是聚乙烯（PE）薄片或聚酰亚胺（PI）薄片。
根据本发明的实施方案，所述金属箔片可以是铝箔、铜箔。
根据本发明的实施方案，所述电池隔片至少包括：
中间层；
第一外层，所述第一外层位于所述中间层的一侧表面，当用于电池组时，所述第一外层朝向电池组；
所述第一外层为纤维/气凝胶复合层，其中，所述纤维/气凝胶复合层的基材中含有玄武岩纤维。
根据本发明的实施方案，所述电池隔片还进一步包括第二外层，所述第二外层位于所述中间层的另一侧表面，当用于电池组时，所述第二外层背对电池组。
根据本发明的实施方案，所述第二外层和第一外层可以相同或不相同。优选地，所述第二外层为纤维/气凝胶复合层，所述第二外层中可以含有或不含有玄武岩纤维。
示例性地，所述电池隔片具有三明治结构，依次包括第一外层、中间层和第二外层；第一外层和第二外层相同，均选自基材中仅含有玄武岩纤维的纤维/气凝胶复合层。
示例性地，所述电池隔片具有三明治结构，依次包括第一外层、中间层和第二外层；第一外层和第二外层相同，均选自为基材中含有玄武岩纤维和玻璃纤维的纤维/气凝胶复合层。
示例性地，所述电池隔片具有三明治结构，依次包括第一外层、中间层和第二外层；第一外层为基材中含有玄武岩纤维的纤维/气凝胶复合层；第二外层为基材中仅含有玻璃纤维的纤维/气凝胶复合层。
示例性地，所述电池隔片具有三明治结构，依次包括第一外层、中间层和第二外层；第一外层为基材中含有玄武岩纤维和玻璃的纤维/气凝胶复合层；第二外层为基材中仅含有玻璃纤维的纤维/气凝胶复合层。
根据本发明的实施方案，所述第一外层的厚度为0.1-1.5mm，例如为0.5mm、1mm。
根据本发明的实施方案，所述中间层的厚度为0.1-0.5mm，例如为0.2mm、0.3mm、0.4mm。
根据本发明的实施方案，所述第二外层的厚度为0.1-1.5mm，例如为0.5mm、1mm。
研究发现，使用固体热熔胶或者胶粘剂将第一外层和中间层、或中间层和第二外层结合，在通过处理过后硬度有明显增长，且处理过后可以不进行额外喷胶。
根据本发明的优选方案，所述电池隔片中，固体热熔胶或者胶粘剂的使用量为10g/m2~20 g/m2，优选为15 g/m2~20 g/m2，例如为16 g/m2、17 g/m2、18 g/m2、19 g/m2。
根据本发明的优选方案，所述纤维/气凝胶复合层表面还包括一个结构增强层（例如包括胶粘剂层和/或外膜层），即所述结构增强层至少位于所述纤维/气凝胶复合层的至少一个表面。
根据本发明的实施方案，所述电池隔片若包括中间层时，所述结构增强层可以位于所述纤维/气凝胶复合层和所述中间层之间，或者位于所述纤维/气凝胶复合层远离中间层的一侧表面。
根据本发明的实施方案，所述外膜层可以为热缩膜。
优选地，所述热缩膜可以是聚乙烯（PE）热缩膜、聚氯乙烯（PVC）热缩膜、多层共挤聚烯烃热收缩膜（POF）、聚酰亚胺（PI）热缩膜中的至少一种，优选PI热缩膜。
根据本发明的实施方案，所述纤维/气凝胶复合层表面包括胶粘剂层时，所述外膜层位于所述胶粘剂层的表面。
根据本发明的实施方案，所述胶粘剂层采用下述表面处理方法得到：将胶粘剂涂覆在纤维/气凝胶复合层的表面得到胶粘剂层。
根据本发明的实施方案，设置胶粘剂层后，控制所述电池隔片的面密度增量小于30g/m2，例如面密度可以增加1g/m2、3g/m2、5g/m2、10g/m2或30g/m2。
根据本发明的实施方案，所述胶粘剂选自橡胶型胶粘剂、树脂型胶粘剂、聚硫型胶粘剂、丙烯酸型胶粘剂、油基型胶粘剂、聚氨酯型胶粘剂、白乳胶、丙烯酸酯类胶粘剂。
根据本发明的实施方案，在胶粘剂涂覆前，还需要进行前处理，具体包括：
方法一：对所述纤维/气凝胶复合层进行疏水变亲水处理：a）在所述纤维/气凝胶复合层表面喷洒亲水改性剂；或b）将纤维/气凝胶复合层置于200℃以上（例如为250℃、300℃等）烘烤；
或，方法二：对所述胶粘剂进行有机硅改性后，再进行涂覆。
研究发现，在涂覆胶粘剂时，由于气凝胶具有疏水性，因此胶粘剂不易附着在纤维/气凝胶复合层表面，通过上述前处理后，可以使胶粘剂更均匀的涂覆在所述纤维/气凝胶复合层表面。
根据本发明的实施方案，方法一中，所述亲水改性剂是表面活性剂和低表面张力溶剂的水溶液或低表面张力溶剂或低表面张力的水溶液；所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂、非离子型表面活性剂中的一种或多种；所述阴离子型表面活性剂为脂肪醇磷酸酯盐、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐、烷基硫酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、甘油脂肪酸酯硫酸盐、硫酸化蓖麻酸盐、环烷硫酸盐、脂肪酰胺烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐、脂肪酸甲酯磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐中的一种或多种；所述阳离子型表面活性剂为脂肪族铵盐；所述两性表面活性剂为烷基氨基酸、羧酸基甜菜碱、磺基甜菜碱、磷酸酯甜菜碱、烷基羟基氧化胺中的一种或多种；所述非离子型表面活性剂为脂肪族聚酯、烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪酸甲酯乙氧基化物、聚丙二醇的环氧乙烯加成物、失水山梨醇酯、蔗糖脂肪酸酯、烷基酯酰胺中的一种或多种；所述低表面张力溶剂为丙酮、正己烷、正戊烷、正庚烷、乙醇、异丙醇、叔丁醇、丙二醇、甘油中的一种或多种混合物。
根据本发明的实施方案，方法一中，所述有机硅例如选自硅烷偶联剂正硅酸乙酯、乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅、丙基三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷，具体的可以是KH-550、KH-560。
根据本发明的实施方案，方法二中，所述胶粘剂优选为丙烯酸酯类胶粘剂，所述丙烯酸酯类胶粘剂对极性的有机材料有较强的附着，且耐碱性好。
根据本发明的实施方案，所述表面处理方法中，所述胶粘剂的涂覆方式选自喷涂、浸渍、辊涂中的至少一种，优选为浸渍。
本发明中，对胶粘剂用量不做具体限定，所述胶粘剂的用量根据电池隔片所需硬度确定，且设置胶粘剂层后所述电池隔片的面密度增加在30g/m2以下即可。示例性地，在每平方米纤维/气凝胶复合层上，所述胶粘剂的用量例如不高于15g/m2。
[电池隔片的制备方法]
本发明还提供上述电池隔片的制备方法，所述制备方法包括：
1）制备硅溶胶：将硅源、水、醇溶剂混合制备硅溶胶；
2）制备凝胶：向步骤1）的硅溶胶中引入纤维预制件，得到凝胶；
3）溶剂置换：使用置换溶剂置换出凝胶中的液体后，得到中间体；
4）干燥：将步骤3）的中间体进行超临界干燥，得到纤维/气凝胶复合层，即所述电池隔片。
根据本发明的实施方案，所述制备方法进一步包括以下步骤：
5）设置结构增强层：在步骤4）的纤维/气凝胶复合层的表面任选的设置结构增强层（例如包括胶粘剂层和/或外膜层），得到包括结构增强层的纤维/气凝胶复合层，即所述电池隔片。
根据本发明的实施方案，所述步骤1）具体包括：将硅源、醇溶剂、硅微粉与水按比例依次加入容器中，混合，加入水解催化剂，再混合，静置，得到硅溶胶。
根据本发明的实施方案，步骤1）中，硅源、醇溶剂与水的摩尔比为1:(7~20):3；具体地，硅源、醇溶剂与水按照摩尔比为1:8～15:3的比例依次加入容器中。优选地，所述硅微粉的粒径范围是600目-1500目。优选地，所述硅微粉是非晶态（无定型）硅微粉。优选地，所述硅微粉的添加量是硅源摩尔比的1%-15%。
根据本发明的实施方案，步骤1）中，所述硅源选自硅酸钠、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、四丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷或二甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。
根据本发明的实施方案，步骤1）中，所述醇溶剂是甲醇、乙醇或其组合。
根据本发明的实施方案，步骤1）的硅溶胶中，还可以任选地加入聚酰亚胺粉粒。优选地，所述聚酰亚胺粉粒的粒径范围是500目~1200目，例如为600目、700目、800目、900目、1000目、1100目、1200目。优选地，所述聚酰亚胺粉粒的添加量是硅溶胶质量的0.5%~5%。
根据本发明的实施方案，步骤1）中，第一次混合的时间为10min~15min。
根据本发明的实施方案，步骤1）中，还可以向硅溶胶中加入水解催化剂，目的在于加速硅源水解，更快获得硅溶胶。
优选地，所述水解催化剂选自盐酸、草酸、硝酸、硫酸、磷酸或其组合。
优选地，所述水解催化剂以溶液形式加入，水解催化剂溶液的质量分数为0.05~0.1wt％，硅源与水解催化剂的摩尔比可为1:(10~4)。
根据本发明的实施方案，步骤1）的硅溶胶中，还可以加入遮光剂。优选地，所述遮光剂包括二氧化钛、炭黑、SiC、六钛酸钾、ZrO2等中的至少一种。进一步的，所述二氧化钛可以是锐钛矿型二氧化钛、氟掺杂或者氮掺杂的二氧化钛纳米颗粒，引入本发明的二氧化钛可以增强红外波段辐射的遮光效果。
根据本发明的实施方案，步骤2）中，所述纤维预制件的厚度不大于3 mm，例如不大于2mm，还例如不大于1 mm，示例性地为0.1 mm、0.2 mm、0.5mm、1 mm或2 mm。
根据本发明的实施方案，所述纤维预制件选自玄武岩纤维预制件、玻璃纤维预制件、硅酸铝纤维预制件、氧化铝纤维预制件、莫来石纤维预制件、SiO2陶瓷纳米纤维预制件。优选地，所述纤维预制件的结构可以是编织纤维预制件。
根据本发明的实施方案，所述纤维预制件纤维中可以任选地含有聚酰亚胺粉粒，所述聚酰亚胺粉粒具有如上文所述的含义。
根据本发明的实施方案，步骤2）中，引入纤维预制件的方法具体为：
向步骤1）的硅溶胶中加入凝胶催化剂后，浇筑至纤维预制件中，静置获得凝胶；或，
向步骤1）的硅溶胶中加入凝胶催化剂后，再加入增强纤维和纤维分散剂，静置获得凝胶。
根据本发明的实施方案，步骤2）中，所述置换溶剂选自甲醇、乙醇或其组合。
根据本发明的实施方案，步骤3）中，所述置换溶剂选自甲醇、乙醇或其组合。
根据本发明的实施方案，步骤4）中，超临界干燥的条件包括：A1）升温升压至置换溶剂（例如为乙醇）的临界点后，在恒定温度状态下，以缓慢的速度释放反应釜内部的流体，直至内外压力平衡；A2）当压力超过8MPa后，缓慢泄压，泄压至常压后通入N2吹扫反应釜，待冷却至室温后，得到所述纤维/气凝胶复合层。优选地，步骤A1）中，升温前可以使用N2预先充满反应釜，预充N2的压力为1-4MPa，升温至240℃以上，升温速率0.5-2℃/min。优选地，步骤A2）中，泄压可选用本领域已知的方法，例如通过冷却装置进行。
具体的，所述超临界干燥的条件可为：以置换溶剂（例如为乙醇）为超临界干燥的介质，预充N2至釜内压力为2MPa，以1℃/min的升温速率将釜内温度升至270℃，保温2~4h至釜内压力为8~10MPa，随后缓慢释放釜内压力至常压后，通入N2吹扫釜内，冷却至室温后得到所述纤维/气凝胶复合层。
根据本发明的实施方案，步骤5）中，所述外膜层可以设置在所述纤维/气凝胶复合层的至少一个表面或设置在所述胶粘剂层的表面。
具体的，所述外膜层的定义同前所述。
在一些实施方式中，所述纤维/气凝胶复合层的表面未设置胶粘剂层，所述外膜层设置在所述纤维/气凝胶复合层的至少一个表面。
在一些实施方式中，所述纤维/气凝胶复合层的两个表面均设置胶粘剂层，所述外膜层设置在至少一个所述胶粘剂层的表面。
在一些实施方式中，所述纤维/气凝胶复合层的一个表面设置胶粘剂层，所述外膜层设置在所述纤维/气凝胶复合层的表面和/或所述胶粘剂层的表面。
示例性地，所述外膜层粘合在纤维/气凝胶复合层的一侧表面得到所述电池隔片。
示例性地，在所述外膜层的两侧表面分别粘合相同或不同的纤维/气凝胶复合层，得到所述电池隔片。
根据本发明的实施方案，步骤5）中，所述外膜层为热缩膜。进一步地，将所述热缩膜覆盖在所述胶粘剂层后，加热使得热缩膜收缩贴合胶粘剂层。
根据本发明的实施方案，步骤5）中，设置所述胶粘剂层的方法包括：采用喷涂和/或浸渍的方式将胶粘剂溶液附着在所述纤维/气凝胶复合层的表面得到胶粘剂层。
优选地，所述喷涂是指：使用喷枪将将胶粘剂溶液喷涂附着于所述纤维/气凝胶复合层的表面，喷枪端口距离第一外层和/或第二外层距离为20cm-50cm，喷枪与第一外层和/或第二外层呈80-100°夹角，以保证喷涂均匀。喷枪流量为10L-35L/h。
优选地，所述浸渍是指：将所述纤维/气凝胶复合层浸渍于胶粘剂溶液中10-30秒后取出。
进一步地，当喷涂和/或浸渍后，可采用自然晾干或者烘干的方式。优选地，烘干温度可以为50℃-90℃。
根据本发明的实施方案，步骤5）中，所述胶粘剂选自橡胶型胶粘剂、树脂型胶粘剂、聚硫型胶粘剂、丙烯酸型胶粘剂、油基型胶粘剂、聚氨酯型胶粘剂、白乳胶、丙烯酸酯类胶粘剂。
根据本发明的实施方案，所述胶粘剂溶液包括如下组分：以质量份计，胶粘剂20-40份，成胶助剂1-5份，改性剂1-3份，分散剂1-5份，溶剂37-67份。
优选地，所述胶粘剂的制备方法包括：在容器中按质量份计加入所述胶粘剂溶液的组分，混匀后加热至40℃-60℃，并持续剧烈搅拌60-80min；冷却至室温得到胶粘剂溶液。
优选地，所述胶粘剂包括选自氰基丙稀酸乙酯、环氧树脂胶、氨基树脂胶、酚醛树脂胶、液态聚硫橡胶、丙烯酸酯胶粘剂、聚氨酯胶粘剂、聚醋酸乙烯酯。
优选地，所述成胶助剂包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯中的任一种。
优选地，所述分散剂包括六偏磷酸钠、焦磷酸钾、聚丙烯酰胺中的任一种。
优选地，所述改性剂包括柠檬酸、柠檬酸钾、乳酸、酒石酸、酒石酸钾中的任一种。
优选地，所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、丙酮中的至少一种或两种及以上的混合溶剂。
优选地，所述胶粘剂溶液中还任选的加入水，所述水为去离子水，本发明中对胶粘剂溶液中的水的用量不做具体限定。
优选地，所述胶粘剂溶液的组分包括：改性淀粉20-30份，聚乙烯醇1-3份，六偏磷酸钠或聚丙烯酰胺1-3份，柠檬酸1-2份，氢氧化镁3-8份，去离子水50-60份。
根据本发明的实施方案，设置胶粘剂层时，在喷涂和/或浸渍前，还需要进行前处理，具体包括：
方法一：对所述所述纤维/气凝胶复合层进行疏水变亲水处理：a）在所述所述纤维/气凝胶复合层表面喷洒亲水改性剂；或b）将所述纤维/气凝胶复合层置于200℃以上（例如为250℃、300℃等）烘烤；
或，方法二，对所述胶粘剂进行有机硅改性后，再进行附着。
研究发现，在附着胶粘剂时，由于气凝胶具有疏水性，因此胶粘剂不易附着在所述纤维/气凝胶复合层表面，通过上述前处理后，可以使胶粘剂更均匀的附着在所述纤维/气凝胶复合层表面。
根据本发明的实施方案，设置胶粘剂层后，所述电池隔片的面密度可以进一步增加最多达50g/m2，例如面密度可以增加10g/m2、30 g/m2或50g/m2。
根据本发明的实施方案，所述制备方法还包括以下步骤：
6）将步骤4）得到的纤维/气凝胶复合层或步骤5）得到的包括结构增强层的纤维/气凝胶复合层，与中间层结合，得到本发明具有复合结构的电池隔片。
根据本发明的实施方案，所述制备方法还包括以下步骤：
7）在步骤6）的中间层的另一侧表面再结合步骤4）得到的纤维/气凝胶复合层或步骤5）得到的包括结构增强层的纤维/气凝胶复合层，得到本发明的具有三明治结构的电池隔片。
根据本发明的实施方案，所述中间层具有上文所述定义。
根据本发明的实施方案，所述结合可选用本领域已知的方法进行，例如压合（具体的可以是常温压合或热压等）。
[电池隔片及其应用]
本发明还提供通过上述制备方法得到的电池隔片。
根据本发明的实施方案，所述电池隔片具有如上文所述的含义。
本发明还提供上述电池隔片在电池中作为隔热材料和/或绝缘材料的应用。
根据本发明的实施方案，所述电池为动力汽车用电池。
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例1
制备电池隔片，该电池隔片为单层无胶的玄武岩纤维气凝胶，其厚度为1mm，具体包括以下步骤：
(1)在三口烧瓶中加入20.8g TEOS、55.2g无水乙醇、0.5g硅微粉以及5.4g H2O，机械搅拌15min，向其中滴加3.65g质量分数为0.05wt％的盐酸乙醇稀释液，搅拌120min后室温下密封静置24h，获得摩尔比n(TEOS):n(C2H5OH):n(H2O)＝1:12:3的SiO2溶胶。
(2)向步骤(1)所得SiO2溶胶中滴入氨水乙醇稀释液，搅拌均匀后，向溶胶中置入1mm厚度玄武岩纤维毡，并静置使得溶胶转变为凝胶。
(3)使用乙醇对步骤（2）中的凝胶进行溶剂置换，置换出凝胶中的水及其他杂质。
(4)将上述凝胶密闭静置老化24h后进行超临界干燥，以乙醇为超临界干燥的介质，预充N2至釜内压力为2MPa。以1℃/min的升温速率将釜内温度升至270℃，保温2h至釜内压力为10MPa。打开水冷装置，缓慢释放釜内压力至常压后，通入N2吹扫釜内，冷却至室温后得到电池隔片。
实施例2
制备电池隔片，该电池隔片为单层无胶的玄武岩纤维气凝胶，其厚度为2mm，具体包括以下步骤：
(1)在三口烧瓶中加入20.8g TEOS、55.2g无水乙醇、0.5g硅微粉以及5.4g H2O，机械搅拌15min，向其中滴加3.65g质量分数为0.05wt％的盐酸乙醇稀释液，搅拌120min后室温下密封静置24h，获得摩尔比n(TEOS):n(C2H5OH):n(H2O)＝1:12:3的SiO2溶胶。
(2)向步骤(1)所得SiO2溶胶中滴入氨水乙醇稀释液，搅拌均匀后，向SiO2溶胶中置入2mm厚度玄武岩纤维毡，并静置使得溶胶转变为凝胶。
(3)使用乙醇对步骤（2）中的凝胶进行溶剂置换，置换出凝胶中的水及其他杂质。
(4)将上述凝胶密闭静置老化24h后进行超临界干燥，以乙醇为超临界干燥的介质，预充N2至釜内压力为2MPa。以1℃/min的升温速率将釜内温度升至270℃，保温2h至釜内压力为10MPa。打开水冷装置，缓慢释放釜内压力至常压后，通入N2吹扫釜内，冷却至室温后得到电池隔片。
实施例3
制备电池隔片，该电池隔片为单层无胶的聚酰亚胺改性玄武岩纤维气凝胶，其厚度为2mm，具体包括以下步骤：
(1)在三口烧瓶中加入20.8g TEOS、55.2g无水乙醇、5.4g H2O、0.5g硅微粉以及1.9g聚酰亚胺粉粒，机械搅拌15min，向其中滴加3.65g质量分数为0.05wt％的盐酸乙醇稀释液，搅拌120min后室温下密封静置24h，获得摩尔比n(TEOS):n(C2H5OH):n(H2O)＝1:12:3的SiO2溶胶。
(2)向步骤(1)所得SiO2溶胶中滴入氨水乙醇稀释液，搅拌均匀后，向溶胶中置入2mm厚度玄武岩纤维毡，并静置使得溶胶转变为凝胶。
(3)使用乙醇对步骤（2）中的凝胶进行溶剂置换，置换出凝胶中的水及其他杂质。
(4)将上述凝胶密闭静置老化24h后进行超临界干燥，以乙醇为超临界干燥的介质，预充N2至釜内压力为2MPa。以1℃/min的升温速率将釜内温度升至270℃，保温2h至釜内压力为10MPa。打开水冷装置，缓慢释放釜内压力至常压后，通入N2吹扫釜内，冷却至室温后得到电池隔片。
实施例4
制备电池隔片，该电池隔片为单层加胶的玄武岩纤维气凝胶，其厚度为2mm，制备方法包括以下步骤：
步骤1，制备玄武岩纤维气凝胶：
(1)在三口烧瓶中加入20.8g TEOS、55.2g无水乙醇、0.5g硅微粉以及5.4g H2O，机械搅拌15min，向其中滴加3.65g质量分数为0.05wt％的盐酸乙醇稀释液，搅拌120min后室温下密封静置24h，获得摩尔比n(TEOS):n(C2H5OH):n(H2O)＝1:12:3的SiO2溶胶。
(2)向步骤(1)所得物料中滴入氨水乙醇稀释液，搅拌均匀后，向溶胶中置入2mm厚度玄武岩纤维毡，并静置使得溶胶转变为凝胶。
(3)使用乙醇对步骤（2）中的凝胶进行溶剂置换，置换出凝胶中的水及其他杂质。
(4)将上述凝胶密闭静置老化24h后进行超临界干燥，以乙醇为超临界干燥的介质，预充N2至釜内压力为2MPa。以1℃/min的升温速率将釜内温度升至270℃，保温2h至釜内压力为10MPa。打开水冷装置，缓慢释放釜内压力至常压后，通入N2吹扫釜内，冷却至室温后得到玄武岩纤维气凝胶。
步骤2，设置胶粘剂层：
1）亲水改性：使用乙醇预处理玄武岩纤维气凝胶表面，预处理方法为喷涂。
2）喷胶：使用喷枪将胶粘剂溶液附着于经步骤1）处理后的玄武岩纤维气凝胶表面，得到电池隔片；具体条件为：喷枪端口与电池隔片距离为30cm，喷枪与电池隔片表面呈90°夹角，以保证喷涂均匀，喷枪流量为15L/h。
其中，步骤2）中的胶粘剂溶液具体包括：橡胶型胶粘剂20份，聚乙烯醇1份，柠檬酸1份，六偏磷酸钠1份，水40份。
实施例5
制备三层电池隔片，其厚度为2mm，该电池隔片依次包括：第一外层涂胶玄武岩纤维气凝胶，中间层铝箔，第二外层玄武岩纤维气凝胶，具体包括以下步骤：
步骤1，制备不同厚度的涂胶玄武岩纤维气凝胶：
(1)在三口烧瓶中加入20.8g TEOS、55.2g无水乙醇以及5.4g H2O，机械搅拌15min，向其中滴加3.65g质量分数为0.05wt％的盐酸乙醇稀释液，搅拌120min后室温下密封静置24h，获得摩尔比n(TEOS):n(C2H5OH):n(H2O)＝1:12:3的SiO2溶胶。
(2)向步骤(1)所得物料中滴入氨水乙醇稀释液，搅拌均匀后，向溶胶中置入玄武岩纤维毡，纤维毡子的厚度分别为1.5mm和0.3mm，并静置使得溶胶转变为凝胶。
(3)使用乙醇对步骤（2）中的凝胶进行溶剂置换，置换出凝胶中的水及其他杂质。
(4)将上述凝胶密闭静置老化24h后进行超临界干燥，以乙醇为超临界干燥的介质，预充N2至釜内压力为2MPa。以1℃/min的升温速率将釜内温度升至270℃，保温2h至釜内压力为10MPa。打开水冷装置，缓慢释放釜内压力至常压后，通入N2吹扫釜内，冷却至室温后分别得到厚度为1.5mm和0.3mm的玄武岩纤维气凝胶。
步骤2，设置胶粘剂层：
1）亲水改性：使用乙醇预处理上述厚度为1.5mm的玄武岩纤维气凝胶表面，预处理方法为喷涂。
2）喷胶：使用喷枪将胶粘剂溶液附着于经步骤1）处理后的玄武岩纤维气凝胶表面，得到第一外层；具体条件为：喷枪端口与电池隔片距离为30cm，喷枪与电池隔片表面呈90°夹角，以保证喷涂均匀，喷枪流量为15L/h，只要能控制喷胶后得到的第一外层增加的克重在30g/m2以下（可以为10g/m2、50g/m2）。
其中，胶粘剂溶液：橡胶型胶粘剂20份，聚乙烯醇1份，柠檬酸1份，六偏磷酸钠1份，水40份。
步骤3，组装得到3层电池隔片：
将步骤1得到的厚度为0.3mm的玄武岩纤维气凝胶作为第二外层，与步骤2处理得到的第一外层分别粘合在中间层（0.2mm铝箔）两侧面得到电池隔片。
实施例6
制备三层电池隔片，其厚度为2mm，该电池隔片依次包括：第一外层涂胶玄武岩纤维气凝胶，中间层铝箔，第二外层玻璃纤维气凝胶，制备方法参照实施例5，不同在于：
步骤1中，(2)向步骤(1)所得物料中滴入氨水乙醇稀释液，搅拌均匀后，向溶胶中分别置入1.5mm厚的玄武岩纤维毡，和0.3mm的玻璃纤维毡，并静置使得溶胶转变为凝胶；其余同实施例5，得到厚度为1.5mm的玄武岩纤维气凝胶，和厚度为0.3mm的玻璃纤维气凝胶。
步骤3中，将第二外层替换为本实施例步骤1中厚度为0.3mm的玻璃纤维气凝胶，其余同实施例5，得到电池隔片。
实施例7
制备三层电池隔片，其厚度为2mm，该电池隔片依次包括：第一外层聚酰亚胺改性玄武岩纤维气凝胶，中间层聚乙烯薄片，第二外层聚酰亚胺改性玄武岩纤维气凝胶，具体方法如下：
步骤1，参照实施例3的制备方法，制备得到聚酰亚胺改性玄武岩纤维气凝胶，不同在于：(2)向步骤(1)所得物料中滴入氨水乙醇稀释液，搅拌均匀后，向溶胶中分别置入1.5mm厚的玄武岩纤维毡和0.3mm厚的玄武岩纤维毡，并静置使得溶胶转变为凝胶；其余同实施例5，分别得到厚度为1.5mm和0.3mm的聚酰亚胺改性玄武岩纤维气凝胶。
步骤2，设置胶粘剂层：
1）亲水改性：使用乙醇预处理上述厚度为1.5mm的聚酰亚胺改性玄武岩纤维气凝胶表面，预处理方法为喷涂。
2）喷胶：使用喷枪将胶粘剂溶液附着于经步骤1）处理后的玄武岩纤维气凝胶表面，得到第一外层；具体条件为：喷枪端口与电池隔片距离为30cm，喷枪与电池隔片表面呈90°夹角，以保证喷涂均匀。喷枪流量为15L/h，只要能控制喷胶后得到的第一外层增加的克重在30g/m2以下（可以为10g/m2、50g/m2）。
其中，胶粘剂溶液：橡胶型胶粘剂20份，聚乙烯醇1份，柠檬酸1份，六偏磷酸钠1份，水40份。
步骤3，组装得到3层电池隔片：
将步骤1得到的厚度为0.3mm的聚酰亚胺改性玄武岩纤维气凝胶作为第二外层，与步骤2处理得到的第一外层分别粘合在中间层（0.2mm聚乙烯薄片）两侧面得到电池隔片。
实施例8
制备两层电池隔片，其厚度为2mm，该电池隔片依次包括：第一外层涂胶玄武岩纤维气凝胶，中间层铝箔，本实施例的制备方法基本同实施例4，不同在于：
步骤1中，(2)向步骤(1)所得物料中滴入氨水乙醇稀释液，搅拌均匀后，向溶胶中置入1.8mm厚度玄武岩纤维毡，并静置使得溶胶转变为凝胶；其余同实施例4，得到厚度为1.8mm的玄武岩纤维气凝胶。
步骤2，设置胶粘剂层：
1）亲水改性：使用乙醇预处理上述厚度为1.8mm的玄武岩纤维气凝胶表面，预处理方法为喷涂。
2）喷胶：使用喷枪将胶粘剂溶液附着于经步骤1）处理后的玄武岩纤维气凝胶表面，得到第一外层；具体条件为：喷枪端口与电池隔片距离为30cm，喷枪与电池隔片表面呈90°夹角，以保证喷涂均匀。喷枪流量为15L/h，只要能控制喷胶后得到的第一外层增加的克重在30g/m2以下（可以为10g/m2、50g/m2）。
其中，胶粘剂溶液：橡胶型胶粘剂20份，聚乙烯醇1份，柠檬酸1份，六偏磷酸钠1份，水40份。
步骤3，组装得到双层电池隔片：
将步骤2处理得到的第一外层粘合在中间层（0.2mm铝箔）的一侧面得到电池隔片。
对比例1
制备电池隔片，该电池隔片为单层无胶的玻璃纤维气凝胶，其厚度为2mm，其制备方法基本同实施例2，不同在于：
将步骤(2)中2mm厚度玄武岩纤维毡替换为2mm厚度玻璃纤维毡，其余同实施例1，得到厚度为2mm的玄武岩纤维气凝胶，即为电池隔片。
对比例2
制备电池隔片，该电池隔片为单层无胶的玄武岩纤维气凝胶，其厚度为2mm，其制备方法基本同实施例2，不同在于：
步骤(1)中的原料不含有硅微粉，其余同实施例1，得到厚度为2mm的玄武岩纤维气凝胶，即为电池隔片。
测试例1
将上述实施例和对比例制备得到的电池隔片，在高温条件下测试击穿强度和体积电阻率，具体测试方法如下：
击穿强度：将电池隔片置于25℃、300℃、500℃、1000℃环境10分钟后，保持对应的温度进行击穿强度（击穿电压）测试，击穿强度测试标准可参考GB/T 8411.2-2008标准，记录于表1A和表1B中。
体积电阻率：将电池隔片置于500℃环境10分钟后，保持500℃，测试在1分钟的体积电阻率并取这1分钟的平均值，记录于表1A和表1B中。
导热系数：将电池隔片置于25℃、300℃、500℃、1000℃环境10分钟后，保持对应温度，应用稳态法测试隔片的导热系数，记录于表1A和表1B中。
表1A 电池隔片的参数
参数 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1
厚度 1mm 2mm 2mm 2mm 2mm
25℃击穿电压 ＞20KV ＞40KV ＞42KV ＞40KV 5.4KV
300℃10分钟击穿电压 ＞17KV ＞34KV ＞36KV ＞34KV 4.8KV
500℃10分钟击穿电压 ＞10KV ＞20KV ＞24KV ＞20KV 1.8KV
1000℃10分钟击穿电压 ＞5KV ＞10KV ＞12KV ＞10KV 0.6KV
导热系数25℃(W/m·K) <0.030 <0.030 <0.030 <0.030 <0.020
导热系数300℃(W/m·K) <0.030 <0.030 <0.030 <0.030 <0.030
导热系数500℃(W/m·K) <0.050 <0.050 <0.050 <0.050 <0.060
导热系数1000℃(W/m·K) <0.080 <0.080 <0.080 <0.080 <0.150
体积电阻率500℃（Ω/cm） ＞1×1013 ＞1×1013 ＞1×1014 ＞1×1013 ＞1×107
25℃拉伸强度MPA ＞1.3 ＞1.3 ＞5 ＞1.3 ＞1.2
挺度 90 g/cm 100 g/cm 165 g/cm 120 g/cm 85 g/cm
表1B电池隔片的参数
参数 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 对比例2
厚度 2mm 2mm 2mm 2mm 1mm
25℃击穿电压 ＞36KV 35.4 KV 37.8KV 36KV ＞20KV
300℃10分钟击穿电压 ＞30KV 30.3 KV 32.4KV 30.6KV ＞17KV
500℃10分钟击穿电压 ＞18KV 16.8 KV 21.6KV 18 KV ＞10KV
1000℃10分钟击穿电压 ＞9KV 8.1 KV 10.8KV 9 KV ＞10KV
导热系数25℃(W/m·K) <0.030 <0.030 <0.030 <0.030 <0.030
导热系数300℃(W/m·K) <0.030 <0.030 <0.030 <0.030 <0.030
导热系数500℃(W/m·K) <0.050 <0.050 <0.050 <0.050 <0.070
导热系数1000℃(W/m·K) <0.080 <0.080 <0.080 <0.080 <0.120
体积电阻率500℃（Ω/cm） ＞1×1013 1×1010 1×1012 1×1011 ＞1×1013
25℃拉伸强度MPA ＞15 ＞15 ＞8 ＞15 ＞1.3
挺度 130 g/cm 125 g/cm 180 g/cm 130 g/cm 90 g/cm
以上对本发明示例性的实施方式进行了说明。但是，本申请的保护范围不拘囿于上述实施方式。本领域技术人员在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池隔片，其特征在于，所述电池隔片至少含有一层纤维/气凝胶复合层；所述纤维/气凝胶复合层包括基材、二氧化硅气凝胶、聚酰亚胺和硅微粉，所述基材是玄武岩纤维，在所述基材中填充有气凝胶，所述聚酰亚胺以交联形式存在于所述气凝胶和/或所述纤维中；所述电池隔片包括中间层和第一外层，所述中间层为聚合物薄片和/或金属箔片，用于结构支撑和/或粘合；所述第一外层位于所述中间层的一侧表面，当用于电池组时，所述第一外层朝向电池组；所述第一外层为所述纤维/气凝胶复合层；所述电池隔片具有如下性能：
绝缘性能在500℃加热10分钟后，满足下述至少一个条件：
A1）击穿电压：不低于10KV/mm；
A2）体积电阻率：大于等于1×1013Ω/cm；
和，强度满足下述至少一个条件：
B1）抗拉强度参数不低于2MPa；
B2）厚度不大于3mm时，挺度不低于85g/cm；
和，隔热性能满足500℃加热10分钟后，导热系数不大于0.060W/m·K，
所述电池隔片的制备方法包括如下步骤：
1）制备硅溶胶：将硅源、水、醇溶剂、硅微粉、聚酰亚胺粉粒混合制备硅溶胶；所述硅源选自硅酸钠、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、四丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷的至少一种；
2）制备凝胶：向步骤1）的硅溶胶中引入纤维预制件，得到凝胶；
3）溶剂置换：使用置换溶剂置换出凝胶中的液体后，得到中间体；
4）干燥：将步骤3）的中间体进行超临界干燥，得到所述纤维/气凝胶复合层，即所述电池隔片。
2.根据权利要求1所述的电池隔片，其特征在于，所述电池隔片的厚度不大于3mm。
3.根据权利要求2所述的电池隔片，其特征在于，所述纤维还包括玻璃纤维和/或其他纤维；所述其他纤维选自硅酸铝纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维、SiO2陶瓷纳米纤维中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的电池隔片，其特征在于，所述基材为纤维毡或纤维布。
5.根据权利要求4所述的电池隔片，其特征在于，所述电池隔片还进一步包括第二外层；
所述第一外层的厚度为0.1-1.5mm；
所述中间层的厚度为0.1-0.5mm；
所述第二外层的厚度为0.1-1.5mm。
6.权利要求1-5任一项所述的电池隔片的制备方法，其特征在于，所述制备方法进一步包括以下步骤：
5）设置结构增强层：在步骤4）的纤维/气凝胶复合层的表面设置胶粘剂层和/或外膜层，得到包括胶粘剂层和/或外膜层的电池隔片。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，硅源、醇溶剂与水的摩尔比为1:(7~20):3；
和/或，步骤1）中，所述醇溶剂是甲醇、乙醇或其组合；
和/或，步骤1）所述聚酰亚胺粉粒的添加量是硅溶胶质量的0.5%~5%；
步骤2）中，所述纤维预制件的厚度不大于3mm；
所述纤维预制件选自玄武岩纤维预制件、玻璃纤维预制件、硅酸铝纤维预制件、氧化铝纤维预制件、莫来石纤维预制件、SiO2陶瓷纳米纤维预制件；
步骤3）中，所述置换溶剂选自甲醇、乙醇或其组合；
步骤5）中，所述外膜层设置在所述纤维/气凝胶复合层的至少一个表面或设置在所述胶粘剂层的表面。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括以下步骤：
6）将步骤4）得到的纤维/气凝胶复合层或步骤5）得到的包括结构增强层的纤维/气凝胶复合层与中间层结合，得到具有复合结构的电池隔片。
CN202310433430.1A 2023-04-21 2023-04-21 一种耐高温气凝胶电池隔片 Active CN116169399B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310433430.1A CN116169399B (zh) 2023-04-21 2023-04-21 一种耐高温气凝胶电池隔片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310433430.1A CN116169399B (zh) 2023-04-21 2023-04-21 一种耐高温气凝胶电池隔片

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116169399A CN116169399A (zh) 2023-05-26
CN116169399B true CN116169399B (zh) 2023-08-22

Family

ID=86413442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310433430.1A Active CN116169399B (zh) 2023-04-21 2023-04-21 一种耐高温气凝胶电池隔片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116169399B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104177644A (zh) * 2014-08-12 2014-12-03 南京航空航天大学 一种制备聚酰亚胺改性酚醛气凝胶的方法
EP3366465A1 (de) * 2017-02-28 2018-08-29 Basf Se Verfahren zur herstellung von zumindest zweilagigen platten aus mindestens einer ausgangsplatte aus einem anorganischen isolationsmaterial
CN113461364A (zh) * 2021-05-31 2021-10-01 北京化工大学 一种二氧化硅纳米纤维/聚酰亚胺复合气凝胶及其制备方法和应用
CN113651592A (zh) * 2021-08-20 2021-11-16 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 一种抗缓冲二氧化硅气凝胶隔热片的制备方法
CN113895111A (zh) * 2021-10-14 2022-01-07 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐高温隔热材料及其制备方法
CN114907092A (zh) * 2022-04-26 2022-08-16 中科润资(重庆)节能科技有限公司 一种耐高温气凝胶防排烟风管及其制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104177644A (zh) * 2014-08-12 2014-12-03 南京航空航天大学 一种制备聚酰亚胺改性酚醛气凝胶的方法
EP3366465A1 (de) * 2017-02-28 2018-08-29 Basf Se Verfahren zur herstellung von zumindest zweilagigen platten aus mindestens einer ausgangsplatte aus einem anorganischen isolationsmaterial
CN113461364A (zh) * 2021-05-31 2021-10-01 北京化工大学 一种二氧化硅纳米纤维/聚酰亚胺复合气凝胶及其制备方法和应用
CN113651592A (zh) * 2021-08-20 2021-11-16 巩义市泛锐熠辉复合材料有限公司 一种抗缓冲二氧化硅气凝胶隔热片的制备方法
CN113895111A (zh) * 2021-10-14 2022-01-07 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐高温隔热材料及其制备方法
CN114907092A (zh) * 2022-04-26 2022-08-16 中科润资(重庆)节能科技有限公司 一种耐高温气凝胶防排烟风管及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116169399A (zh) 2023-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107265913B (zh) 一种气凝胶复合材料及其制备方法
KR101336964B1 (ko) 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더 및 이를 이용한 단열재 성형방법
KR101287805B1 (ko) 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더 및 이를 이용한 단열재 성형방법
CN112959759A (zh) 一种用于电池的多层防火材料及其制作方法
CN215751248U (zh) 一种动力电池隔热防火用气凝胶泡棉垫片
CN109501407A (zh) 防掉粉疏水型纳米气凝胶隔热片及制备方法和使用方法
CN114907092B (zh) 一种耐高温气凝胶防排烟风管及其制造方法
WO2023040965A1 (zh) 一种稀土掺杂二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用
CN116169399B (zh) 一种耐高温气凝胶电池隔片
CN116154360B (zh) 一种电池隔热绝缘垫片
CN113072065A (zh) 改性可膨胀石墨、电缆防火防爆用包覆膜及其生产方法
CN111910787A (zh) 一种可实现保温隔声的轻质内墙
CN209071469U (zh) 电池模组
KR102145611B1 (ko) 박막형 시트용 에어로겔 단열 조성물 및 이를 포함하는 박막형 에어로겔 시트
CN211578447U (zh) 一种具有降温结构的防火电缆
CN109208772A (zh) 一种防辐射吸声板材的制备方法
CN208637194U (zh) 双层绝缘电缆
CN113563093B (zh) 一种轻质耐高温夹层热防护材料及其制备方法
KR101525297B1 (ko) 유리섬유를 포함하는 진공단열재용 심재, 그 제조방법 및 이를 이용한 진공단열재
CN114908947A (zh) 一种耐高温防排烟风管及其制造方法
CN109208770A (zh) 一种防辐射吸声板材
CN209305106U (zh) 动力电池用复合泡棉，动力电池以及新能源交通工具
CN207000572U (zh) 转向管柱和汽车
CN108625737B (zh) 一种内置气凝胶复合玻璃及其制备方法
CN210970220U (zh) 一种真空外包覆膜材及其真空绝热材料

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant