CN116333566A - 新能源电池壳的零voc双组分防火膨胀涂料及其制备方法以及电池舱 - Google Patents

新能源电池壳的零voc双组分防火膨胀涂料及其制备方法以及电池舱 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种新能源电池壳的零VOC双组分防火膨胀涂料及其制备方法以及电池舱。上述的零VOC双组分防火膨胀涂料包括：A组分的酚醛环氧树脂10份～25份、溴化环氧树脂1份～10份、多磷酸铵30份～60份、液态阻燃剂1份～10份、树脂稳定剂1份～10份、偶联剂1份～10份、增韧剂1份～10份、触变剂1份～10份、碳填料1份～10份和B组分三聚氰胺25份～50份、含胺固化剂12份～45份、碳填料1份～10份进行科学配比，能在电池壳的内表面得到环保薄型防火膨胀涂料、同时还兼顾较好阻燃隔热性、结构稳定性及安全性，从而能更好地适应新能源电池舱的应用，更利于电池的薄型化发展。

Description

新能源电池壳的零VOC双组分防火膨胀涂料及其制备方法以 及电池舱
技术领域
本发明涉及新能源电池生产技术领域，特别是涉及一种新能源电池壳的零VOC双组分防火膨胀涂料及其制备方法以及电池舱。
背景技术
新能源电池是新能源汽车、储能站及其他新能源设备的核心能源，主要包括电芯、电池管理系统(BMS)、热管理系统、电池壳等结构。其中，新能源电池壳作为电芯的承载体，对电芯的安全工作和防护起着关键作用。
目前，电池壳的设计需要综合考虑材质的硬度、耐腐蚀性、绝缘性及安全性等方面。但是，传统的技术对电池壳的安全性还是相对比较薄弱，主要体现在电池壳的阻燃性和防火性均较弱。
而为了解决上述的技术问题，有些学者又研发出一种新型的电池壳防火涂层材料，诸如专利CN114891416A公开了一种用于锂离子电池包外壳的隔热阻燃防火涂层材料，并具体公开了包括卤族负荷环氧树脂与胺类固化的成膜体系20％～60％、阻燃剂15％～40％、发泡膨胀剂5％～15％、成炭剂5％～15％、碳基增强填料1％～5％和空心微珠1％～10％，所述卤族负荷环氧树脂体系由卤代环氧树脂与氯化橡胶、氯化醇酸树脂、氯化聚酯、聚偏二氯乙烯或者氯化石蜡构成。虽然传统的防火涂层材料对电池壳能起到较好的阻燃性和防火性能，但却存在防火涂层与电池壳连接性较差的现象，从而导致新能源电池壳结构稳定性较差。此外，传防火涂层材料的厚度相对较厚及较高倍的膨胀(高于20倍)，不仅不利于新能源电池壳的薄型化发展，而且较高的膨胀不适应于有限的封闭空间的应用，尤其是涂覆在电池壳的内部时，容易引发较大的安全事故，从而降低了电池使用的安全性能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种环保薄型防火膨胀涂料、同时还兼顾较好阻燃隔热性、结构稳定性及安全性的新能源电池壳的零VOC双组分防火膨胀涂料及其制备方法以及电池舱。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种新能源电池壳的零VOC双组分防火膨胀涂料，所述零VOC双组分防火膨胀涂料包括A组分和B组分，所述A组分包括如下各质量份数：
Figure BDA0004107342630000021
所述B组分包括如下各质量份数：
三聚氰胺25份～50份；
含胺固化剂12份～45份；
碳填料1份～10份；
所述零VOC双组分防火膨胀涂料的膨胀率为10倍～20倍；所述零VOC双组分防火膨胀涂料用于涂覆在电池壳的内表面。
在其中一个实施例中，所述A组分与所述B组分的质量比为(2.5～3)：1。
在其中一个实施例中，所述含胺固化剂包括间苯二甲胺、三乙烯四胺和改性三亚乙基四胺聚合物中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述A组分和所述B组分的黏度均在6000Mpa～10000Mpa。
在其中一个实施例中，所述零VOC双组分防火膨胀涂料涂覆在电池壳内表面的涂层厚度为100μm～1500μm。
在其中一个实施例中，碳填料包括山梨醇、淀粉、酚醛树脂、单季戊四醇和双季戊四醇中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述电池壳为金属壳或塑胶壳。
一种新能源电池壳的零VOC双组分防火膨胀涂料制备方法，所述零VOC双组分防火膨胀涂料制备方法包括如下步骤：
对酚醛环氧树脂、溴化环氧树脂和碳填料进行混合操作，得到一级混合物；
向所述一级混合物加入液态阻燃剂进行混合操作，得到二级混合物；
向所述二级混合物加入多磷酸铵、树脂稳定剂、偶联剂及增韧剂进行混合操作，得到三级混合物；
向所述三级混合物加入触变剂进行混合操作，得到上述任一实施例中所述的所述的A组分；
对三聚氰胺、含胺固化剂和碳填料进行混合操作，得到上述任一实施例中中所述的B组分；及，
将所述A组分和所述B组分分别密封保存。
在其中一个实施例中，在真空的条件下进行混合操作，并且所述混合操作的条件为：温度30℃～70℃，转速800rpm～1200rpm，时间90min～120min。
一种电池舱，包括电池壳和多个电芯，所述电池壳的内表面涂覆有零VOC双组分防火膨胀涂料，所述零VOC双组分防火膨胀涂料采用上述任一实施例中所述的零VOC双组分防火膨胀涂料制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1、上述的零VOC双组分防火膨胀涂料，通过将酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂进行复配使用，能有效地改善零VOC双组分防火膨胀涂料固化后容易出现翘起与开裂的现象，同时还能提高零VOC双组分防火膨胀涂料与电池壳的粘合力，从而提高新能源电池壳结构稳定性；加入的液态阻燃剂，一方面能作为溶剂使用，能有效地减少零VOC双组分防火膨胀涂料中的溶剂的含量，使得A组分与B组分混合反应时不会产生挥发性有机物质，以实现零VOC，另一方面液态阻燃剂能与溴化环氧树脂、液态阻燃剂起到很好的增效作用，以提高零VOC双组分防火膨胀涂料的阻燃隔热性，加入碳填料不仅能作为成炭剂，而且能与多磷酸铵、三聚氰胺起到协同增效的作用，能在电池壳内表面的燃烧面上形成膨胀细密的泡沫炭层，从而能有效阻止燃烧过程中热量的传递及火焰的溢出，以达到终止燃烧进程，同时还能有效地防止因熔体滴落而导致的燃烧蔓延；加入树脂稳定剂、偶联剂、增韧剂和触变剂有助于A组分与B组分反应时能快速地在电池壳的表面固化得到稳定性好防火涂料层，以确保防火涂料层与电池壳连接的稳定性。
2、上述的零VOC双组分防火膨胀涂料，通过将零VOC双组分防火膨胀涂料分成A、B两组分，一方面便于使用者独自控制A、B两组分的黏度，以确保两者的黏度处于相对接近的范围内，以便使用者能快地将A、B两组分混合均匀，不仅节省了混合时间，而且能在电池壳的表面快速固化得到稳定性好防火涂料层，以确保防火涂料层与电池壳连接的稳定性；另一方面便于使用者独自控制A、B两组分的固体含量，以确保A、B两组分的溶剂在混合时能完全反应，不会产生挥发性的有机物质，以达到100％的固体含量、零VOC，从而更利于环保。
3、上述的零VOC双组分防火膨胀涂料，相对传统高于20倍的防火涂料来说，由于电池内的空间有限，较高的膨胀倍率能在电池壳内表面的燃烧面上形成膨胀较高的泡沫炭层，会对电池壳与电芯同时产生挤压力，严重时会产生爆炸，从而提高了危险性。而本申请通过科学地控制A、B两组分中P-C-N体系的配比，使得加入的A组分的多磷酸铵、碳填料与B组分的三聚氰胺和碳填料不会大幅度地降低酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂的粘合力的条件下，同时还兼顾零VOC双组分防火膨胀涂料的碳化膨胀结构达到相对稳定的状态，即确保零VOC双组分防火膨胀涂料的膨胀倍率控制在10倍～20倍这个区间，从而协调了高倍率膨胀与阻燃隔热性、结构稳定性、安全性及环保这四方面的平衡，以确保新能源电池壳在涂覆较薄的零VOC双组分防火膨胀涂料仍具有较好阻燃隔热性、结构稳定性、安全性及环保，从而更利于电池壳的薄型化发展，尤其适用于新能源电池舱的电池壳内部的防火应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明一实施方式的塑胶壳有无涂覆零VOC双组分防火膨胀涂料的实验对照图；
图2为本发明一实施方式的零VOC双组分防火膨胀涂料的流程图；
图3为本发明一实施方式的零VOC双组分防火膨胀涂料涂覆在金属壳的实验操作过程图；
图4为本发明一实施方式在电池舱内表面涂覆有零VOC双组分防火膨胀涂料的结构模型图；
图5为本发明一实施方式在塑胶壳电池舱内表面涂覆的实物图；
图6为本发明一实施方式的电池舱的一方向结构示意图；
图7为本发明一实施方式的电池舱的一方向的剖视图；
图8为本发明一实施方式的的防火散热层一方向的结构示意图；
图9为图8中所示的B处局部放大图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于抑制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为更好地理解本申请的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例对本申请做进一步地详细说明，本发明一实施例中：
一种新能源电池壳的零VOC双组分防火膨胀涂料，所述零VOC双组分防火膨胀涂料包括A组分和B组分，所述A组分包括如下各质量份数：
Figure BDA0004107342630000061
所述B组分包括如下各质量份数：
三聚氰胺25份～50份；
含胺固化剂12份～45份；
碳填料1份～10份；
所述零VOC双组分防火膨胀涂料的膨胀率为10倍～20倍；所述零VOC双组分防火膨胀涂料用于涂覆在电池壳的内表面。
需要说明的是，目前也有一些零VOC膨胀的防火涂料应用在建筑材料，主要是采用无机硅酸盐体系、膨胀微球和无机阻燃剂进行复配得到，如此，能确保防火涂料与建筑材料具有较好的结合力及阻燃性，例如CN114015261B公开的无机耐水零VOC陶瓷化膨胀的防火涂料。然而，由于无机硅酸盐体系、膨胀微球和无机阻燃剂能在建筑材料的燃烧面形成类似水泥膨胀的防火层，也就是它的硬度较高，若将其应用在电池壳上时，尤其是在电池壳的内表面时，水泥膨胀的防火层更容易挤破电池壳及电芯，从而能更进一步地加剧电池的爆炸，进一步提高了电池爆炸的危险性。值得一提的是，目前在一些传统的防火涂料中，都会加入大量的有机溶剂，从而会产生大量的VOC，不环保安全。
为了寻找能适应于新能源的电池壳，有些学者研发出如专利CN114891416A的一种用于锂离子电池包外壳的隔热阻燃防火涂层材料，但是却存在防火涂层与电池壳连接性较差的现象，从而导致新能源电池壳结构稳定性较差等问题，而且防火涂层材料的厚度相对较厚及较高倍的膨胀(高于20倍)，不仅不利于新能源电池壳的薄型化发展，而且较高的膨胀不适应于有限的封闭空间的应用，尤其是涂覆在电池壳的内部时，容易引发较大的安全事故，降低了电池使用的安全性能。
而为了寻找一种能更好地适应新能源的电池壳，经本申请人研究发现，将A组分的酚醛环氧树脂10份～25份、溴化环氧树脂1份～10份、多磷酸铵30份～60份、液态阻燃剂1份～10份、树脂稳定剂1份～10份、偶联剂1份～10份、增韧剂1份～10份、触变剂1份～10份、碳填料1份～10份和B组分三聚氰胺25份～50份、含胺固化剂12份～45份、碳填料1份～10份进行科学配比，能够有效地解决传统中不环保、厚度较厚及高膨胀不适应于电池壳内部等的问题。
可以理解，若单独加入的酚醛环氧树脂，则固化形成后的防火涂料层较硬且较脆，容易在电池壳内表面出现翘起、开裂及不平整，若单独加入溴化环氧树脂，则固化形成后的防火涂料层则较软不易成型，从而造成防火涂料层的机械强度较差且易掉落的现象。因此，本申请通过将酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂进行复配使用，能有效地改善零VOC双组分防火膨胀涂料固化后容易出现翘起、开裂及不平整的现象，同时还能提高零VOC双组分防火膨胀涂料与电池壳的粘合力，从而提高新能源电池壳结构稳定性；加入的液态阻燃剂，一方面能作为溶剂使用，能有效地减少零VOC双组分防火膨胀涂料中的溶剂的含量，使得A组分与B组分混合反应时不会产生挥发性有机物质，以实现零VOC，另一方面液态阻燃剂能与溴化环氧树脂、液态阻燃剂起到很好的增效作用，以提高零VOC双组分防火膨胀涂料的阻燃隔热性，加入碳填料不仅能作为成炭剂，而且能与多磷酸铵、三聚氰胺起到协同增效的作用，能在电池壳内表面的燃烧面上形成膨胀细密的泡沫炭层，从而能有效阻止燃烧过程中热量的传递及火焰的溢出，以达到终止燃烧进程，同时还能有效地防止因熔体滴落而导致的燃烧蔓延；加入树脂稳定剂、偶联剂、增韧剂和触变剂有助于A组分与B组分反应时能快速地在电池壳的表面固化得到稳定性好防火涂料层，以确保防火涂料层与电池壳连接的稳定性。
还可以理解的，通过将零VOC双组分防火膨胀涂料分成A、B两组分，一方面便于使用者独自控制A、B两组分的黏度，以确保两者的黏度处于相对接近的范围内，以便使用者能快地将A、B两组分混合均匀，不仅节省了混合时间，而且能在电池壳的表面快速固化得到稳定性好防火涂料层，以确保防火涂料层与电池壳连接的稳定性；另一方面便于使用者独自控制A、B两组分的固体含量，以确保A、B两组分的溶剂在混合时能完全反应，不会产生挥发性的有机物质，以达到100％的固体含量、零VOC，从而更利于环保。
还可以理解的，相对传统高于20倍的防火涂料来说，由于电池内的空间有限，较高的膨胀倍率能在电池壳内表面的燃烧面上形成膨胀较高的泡沫炭层，会对电池壳与电芯同时产生挤压力，严重时会产生爆炸，从而提高了危险性。而本申请通过科学地控制A、B两组分中P-C-N体系的配比，使得加入的A组分的多磷酸铵、碳填料与B组分的三聚氰胺和碳填料不会大幅度地降低酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂的粘合力的条件下，同时还兼顾零VOC双组分防火膨胀涂料的碳化膨胀结构达到相对稳定的状态，即确保零VOC双组分防火膨胀涂料的膨胀倍率控制在10倍～20倍这个区间，从而协调了高倍率膨胀与阻燃隔热性、结构稳定性、安全性及环保这四方面的平衡，以确保涂覆较薄的零VOC双组分防火膨胀涂料仍具有较好阻燃隔热性、结构稳定性、安全性及环保，从而更利于电池壳的薄型化发展，尤其适用于新能源电池舱的电池壳内部的防火应用。
还可以理解的，通过将零VOC双组分防火膨胀涂料涂覆在电池壳的内表面，一方面能使电池壳的结构更为紧凑，更利于电池的薄型化发展，另一方面，相对于涂覆在电池壳外表面的来说，涂覆在电池壳的内表面的零VOC双组分防火膨胀涂料涂覆能更快速阻止燃烧过程中热量的传递及火焰的溢出，以达到终止燃烧进程，同时还能有效地防止因熔体滴落而导致的燃烧蔓延，以更快速地起到阻燃的效果，另一方面，由于本申请的零VOC双组分防火膨胀涂料的膨胀倍数在10倍～20倍，能更好地适应薄型化电池壳的内部，同时还不会撑破电池壳，从而能对电池壳起到很好的回收。
需要特别说明的是，经申请人研究发现，若零VOC双组分防火膨胀涂料的膨胀率低于10倍时，则会造成零VOC双组分防火膨胀涂料的防火性能下降，若零VOC双组分防火膨胀涂料的膨胀率高于20倍时，则在电池壳内表面的燃烧面上形成膨胀泡沫炭层较松散，且容易出现熔体滴落以导致的燃烧蔓延的现象。因此，本申请通过控制零VOC双组分防火膨胀涂料的膨胀率在10倍～20倍时，能在电池壳内表面的燃烧面上形成膨胀细密的泡沫炭层，从而能有效阻止燃烧过程中热量的传递及火焰的溢出，以达到终止燃烧进程，同时还能有效地防止因熔体滴落而导致的燃烧蔓延。
为了确保A组分与B组分能快速地混合均匀，在一个较优实施例中，所述A组分与所述B组分的质量比为(2.5～3)：1，如此，在确保A组分与B组分能快速地混合均匀以节省混合时间的条件下，还确保零VOC双组分防火膨胀涂料能在电池壳的内表面固化形成连接性好、阻燃隔热性好及安全性高的环保薄型防火膨胀涂料层。
进一步地，通过将A组分和B组分按本申请的配比进行复配，能确保所述A组分和所述B组分的黏度均在6000Mpa～10000Mpa，如此，通过控制A组分和B组分的黏度在相同的范围内，以便使用者能更快速地将A组分和B组分混合均匀，避免了两者粘度相差较远以造成混合时间较长的现象。更进一步地，在一个较优的实施例中，所述A组分的黏度与所述B组分的黏度相等，以确保使用者能更快速得到混合均匀的零VOC双组分防火膨胀涂料。
在其中一个实施例中，所述含胺固化剂包括间苯二甲胺、三乙烯四胺和改性三亚乙基四胺聚合物中的至少一种。
进一步地，在其中一个实施例中，所述含胺固化剂为间苯二甲胺、三乙烯四胺和改性三亚乙基四胺聚合物的混合物，主要由上海运河材料科技有限公司提供。可以理解，通过将间苯二甲胺、三乙烯四胺和改性三亚乙基四胺聚合物进行复配使用，使得三者能起到很好的协同增效的作用，使B组分与A组分混合时能快速地固化，达到快干的效果，同时三者还能对B组分的黏度进行较好优化，以确保B组分与A组分的黏度能处在相差较小的范围内，以便使用者能更快速地将A组分和B组分混合均匀，避免了两者粘度相差较远以造成混合时间较长的现象。尤其是当间苯二甲胺的质量份数为1份～10份、三乙烯四胺的质量份数为10份～25份与改性三亚乙基四胺聚合物的质量份数为1份～10份配合使用时，使得三者能起到更好的协同增效的作用。
进一步地，所述改性三亚乙基四胺聚合物由深圳市佳迪达化工有限公司提供，主要成分是由C18-不饱和脂肪酸二聚物、妥尔油脂肪酸和三乙烯四胺组成的聚合物。可以理解，加入改性三亚乙基四胺聚合物能提高间苯二甲胺、三乙烯四胺与酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂相容性，使得含胺固化剂具有两亲性结构，从而能有效地改善与酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂相容性，以确保零VOC双组分防火膨胀涂料固化后的涂层具有较好的外观结构，固化后不容易出现气泡及开裂的现象，并且还能确保涂层在膨胀后能够形成致密且不坍塌的泡沫炭层，以确保零VOC双组分防火膨胀涂料涂层具有较好的防火阻燃隔热性能。
在其中一个实施例中，所述零VOC双组分防火膨胀涂料涂覆在电池壳内表面的涂层厚度为100μm～1500μm。
可以理解，若零VOC双组分防火膨胀涂料涂覆在电池壳内表面的厚度小于100μm时，则达不到较好防火阻隔性能，若零VOC双组分防火膨胀涂料涂覆在电池壳内表面的厚度大于1500μm时，则容易造成电池壳出现撑破的现象。因此，本申请通过控制零VOC双组分防火膨胀涂料涂覆在电池壳内表面的涂层厚度为100μm～1500μm时，能确保电池壳内表面的涂层厚度相对较薄的条件下还兼顾较好阻燃隔热性、结构稳定性及安全性，尤其适用于新能源的电池舱的应用，例如，电动汽车的电池舱、电动车的电池舱。
在其中一个实施例中，碳填料包括山梨醇、淀粉、单季戊四醇和双季戊四醇中的至少一种。
在其中一个较优的实施例中，所述酚醛环氧树脂为蓝星化工股份有限公司提供的酚醛环氧树脂F-44，所述溴化环氧树脂为大连齐化化工有限公司提供的溴化环氧树脂BYDB450；所述液态阻燃剂为三(氯化异丙基)磷酸酯，主要由克莱恩化工(中国)有限公司的，所述树脂稳定剂为1,6-乙醇二丙烯酸酯；所述偶联剂为日本信越(Shin Etsu)提供的KBM403偶联剂；所述触变剂为毕克化学技术咨询(上海)有限公司提供的BYK E410触变剂；所述增韧剂为赢创化学有限公司提供的增韧剂MA-75或增韧剂MA-120。
在其中一个实施例中，所述电池壳为金属壳或塑胶壳。
可以理解，电池壳的材质通常为金属壳和塑胶壳两种，由于酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂对金属壳和塑胶壳都具有较好的粘接性，从而提高了零VOC双组分防火膨胀涂料与金属壳或塑胶壳的粘合力，进而提高了零VOC双组分防火膨胀涂料的连接性。也就是说，当零VOC双组分防火膨胀涂料是液态时，酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂能很好地渗入到电池壳内表面的孔隙中，待零VOC双组分防火膨胀涂料固化后能在电池壳内表面形成了一种机械结合的锚固力；同时由于酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂中含有脂肪族羟基醚基及极为活泼的环氧基，使得酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂相邻分子表面之间产生电磁吸力，而且环氧基与含有活泼氢的金属表面或塑胶壳表面能反应生成化学共价健，如此，能在胶层与电池壳之间产生化学粘合力，进一步加强了零VOC双组分防火膨胀涂料与电池壳连接的牢固性，以更好地适应新能源的电池壳在震动环境下的应用，如电动汽车、电动车、电动摩托车内电池舱的应用。。
进一步地，所述塑胶壳为PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)壳或ABS(AcrylonitrileButadiene Styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)壳。
可以理解，通过零VOC双组分防火膨胀涂料涂覆在塑胶壳的内表面，一方面能对PC壳和ABS壳的机械强度进行补强，从而提高了PC壳和ABS壳的机构强度，使得PC壳和ABS壳能对电芯起到很好的保护作用，另一面，由于酚醛环氧树脂、溴化环氧树脂与PC、ABS的相容性较好，以确保零VOC双组分防火膨胀涂料能在PC壳和ABS壳的内表面形成连接性更强的防火涂料层，以更好地适应新能源的电池壳在震动环境下的应用。需要特别说明的是，PC壳和ABS壳相对于金属壳而言，它不仅成本更低、且更轻便。因此，本申请将零VOC双组分防火膨胀涂料涂覆在塑胶壳的内表面，在确保塑胶壳具有较好的机械强度的条件下，同时还兼顾较好阻燃隔热性、结构稳定性及安全性、且节省成本，便于使用者拆装，以更适应新能源电池壳的市场发展趋势。
进一步地，请参阅图1所示，申请人以PC或ABS材料作为普通塑胶进行实验，从两组实验对比表明：由于1#未涂覆有零VOC双组分防火膨胀涂料，使得1#塑胶直接燃烧起来，并伴随着胶体融滴，引燃下方棉条；由于2#涂覆有零VOC双组分防火膨胀涂料，使得塑胶整体结构完成，离火自熄灭，未见明显胶体融滴，具有良好的防火防护性能及安全性能，当将零VOC双组分防火膨胀材料涂覆在PC壳或ABS壳时，详情可参照图4和图5所示，以确保零VOC双组分防火膨胀涂料涂覆在塑胶壳的内表面时，以确保新能源电池壳在涂覆较薄的零VOC双组分防火膨胀涂料仍具有较好阻燃隔热性、结构稳定性、安全性及环保，从而更利于电池壳的薄型化发展，尤其适用于新能源电池舱的电池壳内部的防火应用。
本申请还提供一种新能源电池壳的零VOC双组分防火膨胀涂料制备方法，所述零VOC双组分防火膨胀涂料制备方法包括如下步骤：对酚醛环氧树脂、溴化环氧树脂和碳填料进行混合操作，得到一级混合物；向所述一级混合物加入液态阻燃剂进行混合操作，得到二级混合物；向所述二级混合物加入多磷酸铵、树脂稳定剂、偶联剂及增韧剂进行混合操作，得到三级混合物；向所述三级混合物加入触变剂进行混合操作，得到上述任一实施例中所述的A组分；对三聚氰胺、含胺固化剂和碳填料进行混合操作，得到上述任一实施例中所述的B组分；及，将所述A组分和所述B组分分别密封保存。
上述的零VOC双组分防火膨胀涂料制备方法，首先按照零VOC双组分防火膨胀涂料的配方准备好物料，然后将酚醛环氧树脂、溴化环氧树脂和碳填料进行混合均匀，得到体系均匀的一级混合物，再加入液态阻燃剂，使得液态阻燃剂能当作溶剂使用，从而能降低一级混合物的黏稠性，以确保得到黏稠性较低且均匀的二级混合物，从而确保后续加入的多磷酸铵、树脂稳定剂、偶联剂、增韧剂能更好地分散在二级混合物，最后加入触变剂，以得到均匀、体系稳定且黏度适宜的A组分；然后将三聚氰胺、含胺固化剂和碳填料以制备得到均匀、体系稳定且黏度适宜的B组分；并且将A组分与B组分分别密封保存，以确保使用者在使用时，只需要将A组分与B组分按着质量比为(2.5～3)：1进行简单地混合就能快速地得到在新能源电池壳的内表面固化形成零VOC双组分防火膨胀涂料层，不仅节省了混合时间，且还能达到快干的效果
请参阅图2，为更好地理解本申请的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例对本申请做进一步地详细说明，一实施方式的零VOC双组分防火膨胀涂料制备方法，包括如下步骤的部份或全部：
S110、对酚醛环氧树脂、溴化环氧树脂和碳填料进行混合操作，得到一级混合物，以得到体系均匀的一级混合物。
S120、向所述一级混合物加入液态阻燃剂进行混合操作，得到二级混合物。可以理解，加入的液态阻燃剂能当作溶剂使用，从而能降低一级混合物的黏稠性，以确保得到黏稠性较低且均匀的二级混合物，进而确保后续加入的多磷酸铵、树脂稳定剂、偶联剂、增韧剂能更好地分散在二级混合物。
S130、向所述二级混合物加入多磷酸铵、树脂稳定剂、偶联剂及增韧剂进行混合操作，以确保多磷酸铵、树脂稳定剂、偶联剂及增韧剂能更好地分散在二级混合物中，从而得到均匀、体系稳定且黏度适宜的三级混合物；
S140、向所述三级混合物加入触变剂进行混合操作，得到上述任一实施例中所述的A组分，以确保制备得到A组分均匀、体系稳定且黏度适宜，更利于在使用时能快速地与B组分混合固化。
S150、对三聚氰胺、含胺固化剂和碳填料进行混合操作，得到上述任一实施例中所述的B组分，以确保制备得到B组分均匀、体系稳定且黏度适宜，更利于在使用时能快速地与A组分混合固化。
S160、将所述A组分和所述B组分分别密封保存。可以理解，通过将A组分和B组分分别密封保存，以确保在使用时，只需要将A组分与B组分按着质量比为(2.5～3)：1进行简单地混合就能快速地得到在新能源电池壳的内表面固化形成零VOC双组分防火膨胀涂料层，不仅节省了混合时间，且还能达到快干的效果。
在其中一个实施例中，在真空的条件下进行混合操作，并且所述混合操作的条件为：温度30℃～70℃，转速800rpm～1200rpm，时间90min～120min。
可以理解，为了确保涂覆在电池壳的内表面的零VOC双组分防火膨胀涂料平整且无气泡，本申请通过在真空的条件下进行混合操作，并且控制混合操作的条件为：温度30℃～70℃，转速800rpm～1200rpm，时间90min～120min，如此，能有效地去除零VOC双组分防火膨胀涂料中的气泡及小分子挥发物，一方面能确保涂覆在电池壳的内表面的零VOC双组分防火膨胀涂料平整且无气泡，另一方面能确保在使用时，A组分和B组分混合固化时不会产生VOC，100％的固体含量、零VOC，从而更利于环保。
本申请还提供一种电池舱，包括电池壳和多个电芯，所述电池壳的内表面涂覆有零VOC双组分防火膨胀涂料，所述零VOC双组分防火膨胀涂料采用上述任一实施例中所述的零VOC双组分防火膨胀涂料制备方法制备得到。
可以理解，通过将本申请零VOC双组分防火膨胀涂料制备方法制备得到的零VOC双组分防火膨胀涂料涂覆在电池壳的内表面，能在电池壳内表面快速固化形成较薄、连接性较好且阻燃隔热性的防火膨胀涂料层，当出现火灾时，防火膨胀涂料层能在电池壳内表面的燃烧面上形成膨胀细密的泡沫炭层，从而能有效阻止燃烧过程中热量的传递及火焰的溢出，以达到终止燃烧进程，同时还能有效地防止因熔体滴落而导致的燃烧蔓延，降低了火灾事故带来的损失，不仅有利于电池壳的薄型化发展，而且提高了新能源电池的安全性及结构稳定性，且环保，做到零VOC，尤其适用于新能源的电池壳在震动环境下的应用，如电动汽车、电动车、电动摩托车内电池舱的应用。此外，A组分与B组分能快速地得到在新能源电池壳的内表面固化形成零VOC双组分防火膨胀涂料层，不仅节省了混合时间，且还能达到快干的效果，尤其适用于大规模的新能源电池壳的自动化生产。
请参阅图6至图8，一实施例的电池舱10，包括电池壳100和多个电池模组200，各所述电池模组200分别设置于所述电池壳100内，并且各所述电池模组200之间电连接，所述电池舱10还包括防火散热层300；所述防火散热层300包括防火膨胀支撑体310和多个防火膨胀填充件320，所述防火膨胀支撑体310设置于所述电池壳100的表面，所述防火膨胀支撑体310形成有多个散热孔311，每一所述防火膨胀填充件320设置于一所述散热孔311内，并且将所述散热孔311分隔形成多个散热通道3111，多个所述防火膨胀填充件320用于在火灾时膨胀封堵各所述散热通道3111。
如图7所示，在本实施例中，所述防火膨胀支撑体310包覆设置于所述电池壳100的内表面110上，以确保电池壳100的内表面110均设置有防火散热层300，从而能快速地阻挡火焰的蔓延，而且使得结构变得更为紧凑，更有利于薄型化电池舱的发展。
上述的电池舱10，由于防火膨胀支撑体310形成有多个散热孔311，以使防火膨胀填充件320能够设置在散热孔311内，并且能将散热孔311分隔形成多个散热通道3111，当电池舱正常运行时，防火膨胀填充件320能保持正常的结构形态，即防火散热层300形成有多个散热通道3111，使得多个散热通道3111能够将电池舱内部的热量及时地散发出去，从而有效避免了热量的堆积以引起安全事故，进而提高了电池舱运行时的安全性；当电池舱运行出现火灾时，多个防火膨胀填充件320能迅速地发生膨胀，以快速地封堵住多个散热通道3111，从而能有效地防止火灾蔓延扩散，起到很好的内外隔热的效果，如此，在确保电池舱正常运行状态下具有较好的散热性能，同时还兼顾火灾发生时电池舱具有较好的防火性能，以进一步提高电池舱的使用安全性。如图8和图9所示，在其中一个实施例中，所述防火膨胀填充件320包括防火膨胀主体321和连接膨胀件322，所述防火膨胀主体321通过所述连接膨胀件322与所述散热孔311的侧壁连接。可以理解，由于防火膨胀填充件320包括防火膨胀主体321和连接膨胀件322，使得防火膨胀主体321能通过连接膨胀件322与散热孔311的侧壁连接，以实现防火膨胀填充件320与防火膨胀支撑体310的连接。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
1、上述的零VOC双组分防火膨胀涂料，通过将酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂进行复配使用，能有效地改善零VOC双组分防火膨胀涂料固化后容易出现翘起与开裂的现象，同时还能提高零VOC双组分防火膨胀涂料与电池壳的粘合力，从而提高新能源电池壳结构稳定性；加入的液态阻燃剂，一方面能作为溶剂使用，能有效地减少零VOC双组分防火膨胀涂料中的溶剂的含量，使得A组分与B组分混合反应时不会产生挥发性有机物质，以实现零VOC，另一方面液态阻燃剂能与溴化环氧树脂、液态阻燃剂起到很好的增效作用，以提高零VOC双组分防火膨胀涂料的阻燃隔热性，加入碳填料不仅能作为成炭剂，而且能与多磷酸铵、三聚氰胺起到协同增效的作用，能在电池壳内表面的燃烧面上形成膨胀细密的泡沫炭层，从而能有效阻止燃烧过程中热量的传递及火焰的溢出，以达到终止燃烧进程，同时还能有效地防止因熔体滴落而导致的燃烧蔓延；加入树脂稳定剂、偶联剂、增韧剂和触变剂有助于A组分与B组分反应时能快速地在电池壳的表面固化得到稳定性好防火涂料层，以确保防火涂料层与电池壳连接的稳定性。
2、上述的零VOC双组分防火膨胀涂料，通过将零VOC双组分防火膨胀涂料分成A、B两组分，一方面便于使用者独自控制A、B两组分的黏度，以确保两者的黏度处于相对接近的范围内，以便使用者能快地将A、B两组分混合均匀，不仅节省了混合时间，而且能在电池壳的表面快速固化得到稳定性好防火涂料层，以确保防火涂料层与电池壳连接的稳定性；另一方面便于使用者独自控制A、B两组分的固体含量，以确保A、B两组分的溶剂在混合时能完全反应，不会产生挥发性的有机物质，以达到100％的固体含量、零VOC，从而更利于环保。
3、上述的零VOC双组分防火膨胀涂料，相对传统高于20倍的防火涂料来说，由于电池内的空间有限，较高的膨胀倍率能在电池壳内表面的燃烧面上形成膨胀较高的泡沫炭层，会对电池壳与电芯同时产生挤压力，严重时会产生爆炸，从而提高了危险性。而本申请通过科学地控制A、B两组分中P-C-N体系的配比，使得加入的A组分的多磷酸铵、碳填料与B组分的三聚氰胺和碳填料不会大幅度地降低酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂的粘合力的条件下，同时还兼顾零VOC双组分防火膨胀涂料的碳化膨胀结构达到相对稳定的状态，即确保零VOC双组分防火膨胀涂料的膨胀倍率控制在10倍～20倍这个区间，从而协调了高倍率膨胀与阻燃隔热性、结构稳定性、安全性及环保这四方面的平衡，以确保新能源电池壳在涂覆较薄的零VOC双组分防火膨胀涂料仍具有较好阻燃隔热性、结构稳定性、安全性及环保，从而更利于电池壳的薄型化发展，尤其适用于新能源电池舱的电池壳内部的防火应用。
以下例举一些具体实施例，若提到％，均表示按重量百份比计。需注意的是，下列实施例并没有穷举所有可能的情况，并且下述实施例中所用的材料如无特殊说明，均可从商业途径得到。
表1配方表
Figure BDA0004107342630000171
/>
Figure BDA0004107342630000181
将表1中实施例1～3及对比例1～8的配方按照以下步骤进行制备：
对酚醛环氧树脂、溴化环氧树脂和碳填料进行混合操作，得到一级混合物；
向所述一级混合物加入液态阻燃剂进行混合操作，得到二级混合物；
向所述二级混合物加入多磷酸铵、树脂稳定剂、偶联剂及增韧剂进行混合操作，得到三级混合物；
向所述三级混合物加入触变剂进行混合操作，得到A组分并密封包装；
对三聚氰胺、含胺固化剂和碳填料进行混合操作，得到B组分并密封包装；其中，在真空的条件下进行混合操作，并且混合操作的条件为：温度50℃，转速1000rpm，时间100min。
将上述实施例1～3及对比例1～8的零VOC双组分防火膨胀涂料进行测试：
材料准备：将电池壳裁剪成一小块备用，按表2的涂覆要求将实施例1～3及对比例1～8的零VOC双组分防火膨胀涂料分别在电池壳的内表面，详情请参阅图3所示，以得到涂覆有零VOC双组分防火膨胀涂料的电池壳。
测试项目：
黏度测试条件：按GB/T10247-2008进行测试；
附着力测试条件：按GB/T5210-2006进行测试；
VOC含量：按GB18582-2008进行测试；
防火等级：按GB8624-2006进行测试；
1000℃火焰灼烧测试：直接采用1000℃火焰灼烧零VOC双组分防火膨胀涂料，并对灼烧所形成的膨胀层的外观进行观察、1000℃火焰灼烧5min后电池壳背板温度进行检测，以得到表2的数据。
表2
Figure BDA0004107342630000191
Figure BDA0004107342630000201
从表2的实施例1～3与对比例1～2对比可知，由于实施例1～3采用酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂进行联合使用，从而使得实施例1～3各项指标明显优于对比例1～2的各项指标，尤其实施例2和实施例3的综合指标较佳。进一步地，从实施例1～3和对比例1～6对比可知，当A、B组分的黏度相等时，不仅节省两者混合搅拌的时间，且还能节省固化时间，达到快干的效果。
从表2的实施例2与对比例3～5对比可知，由于实施例2的B组分采用间苯二甲胺、三乙烯四胺和改性三亚乙基四胺聚合物进行联合使用，使得实施例2的各项指标明显优于对比例3～5。
从表2的实施例2与对比例6对比可知，由于实施例2的A组分采用三(氯化异丙基)磷酸酯与酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂进行联合使用，使得实施例2的各项指标明显优于对比例6。
从表2的实施例1～3与对比例7和对比例6对比可知，由于实施例1～3的零VOC双组分防火膨胀涂料的膨胀倍数在10～20倍时，使实施例1～3的1000℃火焰灼烧5min后电池壳背板温度低于对比例7和对比例6的温度。
从表2的实施例2与对比例8对比可知，由于对比例8采用传统的四氯双酚A型环氧树脂替代实施例2的酚醛环氧树脂和溴化环氧树脂，使得对比例8的各项指标明显差于实施例2。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的抑制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种新能源电池壳的零VOC双组分防火膨胀涂料，所述零VOC双组分防火膨胀涂料包括A组分和B组分，其特征在于，所述A组分包括如下各质量份数：
Figure FDA0004107342610000011
所述B组分包括如下各质量份数：
三聚氰胺 25份～50份；
含胺固化剂 12份～45份；
碳填料 1份～10份；
所述零VOC双组分防火膨胀涂料的膨胀率为10倍～20倍；所述零VOC双组分防火膨胀涂料用于涂覆在电池壳的内表面。
2.根据权利要求1所述的零VOC双组分防火膨胀涂料，其特征在于，所述A组分与所述B组分的质量比为(2.5～3)：1。
3.根据权利要求1所述的零VOC双组分防火膨胀涂料，其特征在于，所述含胺固化剂包括间苯二甲胺、三乙烯四胺和改性三亚乙基四胺聚合物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的零VOC双组分防火膨胀涂料，其特征在于，所述A组分和所述B组分的黏度均在6000Mpa～10000Mpa。
5.根据权利要求1所述的零VOC双组分防火膨胀涂料，其特征在于，所述零VOC双组分防火膨胀涂料涂覆在电池壳内表面的涂层厚度为100μm～1500μm。
6.根据权利要求1所述的零VOC双组分防火膨胀涂料，其特征在于，所述碳填料包括山梨醇、淀粉、酚醛树脂、单季戊四醇和双季戊四醇中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的零VOC双组分防火膨胀涂料，其特征在于，所述电池壳为金属壳或塑胶壳。
8.一种新能源电池壳的零VOC双组分防火膨胀涂料制备方法，其特征在于，所述零VOC双组分防火膨胀涂料制备方法包括如下步骤：
对酚醛环氧树脂、溴化环氧树脂和碳填料进行混合操作，得到一级混合物；
向所述一级混合物加入液态阻燃剂进行混合操作，得到二级混合物；
向所述二级混合物加入多磷酸铵、树脂稳定剂、偶联剂及增韧剂进行混合操作，得到三级混合物；
向所述三级混合物加入触变剂进行混合操作，得到权利要求1～7中任一项所述的A组分；
对三聚氰胺、含胺固化剂和碳填料进行混合操作，得到权利要求1～7中任一项所述的B组分；及，
将所述A组分和所述B组分分别密封保存。
9.根据权利要求8所述的零VOC双组分防火膨胀涂料制备方法，其特征在于，在真空的条件下进行混合操作，并且所述混合操作的条件为：温度30℃～70℃，转速800rpm～1200rpm，时间90min～120min。
10.一种电池舱，包括电池壳和多个电芯，其特征在于，所述电池壳的内表面涂覆有零VOC双组分防火膨胀涂料，所述零VOC双组分防火膨胀涂料采用权利要求8或9所述的零VOC双组分防火膨胀涂料制备方法制备得到。
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