ES2955540T3 - Método de elaboración de celdas eléctricas con un compuesto de encapsulado - Google Patents

Método de elaboración de celdas eléctricas con un compuesto de encapsulado Download PDF

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Abstract

La invención está dirigida a una composición para encapsulado que comprende un primer componente que comprende un compuesto reactivo con isocianato y agua, un segundo componente que comprende un compuesto de isocianato y un componente retardante de llama en una cantidad de 15% en peso a 60% en peso basado en el total. peso de la composición de encapsulado, en donde el retardante de llama es líquido entre 25 °C y 35 °C, y el uso de la composición de encapsulado para formar un compuesto de encapsulado espumado en una caja de batería que comprende una celda eléctrica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método de elaboración de celdas eléctricas con un compuesto de encapsulado
Sector
[0001] La presente divulgación se refiere a un proceso para fabricar módulos de batería que incluyen una celda eléctrica posicionada en un compuesto de encapsulado. Más particularmente, la presente divulgación se refiere a un proceso para fabricar módulos de batería que incluyen una celda eléctrica posicionada en un compuesto de encapsulado de espuma que contiene un retardante de llama.
Antecedentes
[0002] En general, el encapsulado es el proceso de llenar o engastar parcial o totalmente una carcasa con un material con el fin de mantener objetos dentro de la carcasa en una relación espacial mutua y con respecto a la carcasa. El encapsulado se puede usar para proporcionar resistencia a impactos y vibraciones. Ciertas composiciones utilizadas para el encapsulado se pueden diseñar para crear un sellado contra la humedad, disolventes y agentes corrosivos.
[0003] Los materiales utilizados para formar compuestos de encapsulado varían, en cuanto a dureza, de muy blandos a duros y rígidos, y están diseñados para soportar diversos entornos. Los compuestos de encapsulado previstos para usarse en el encapsulado de celdas eléctricas se pueden diseñar para proporcionar estabilidad mecánica y tolerancia a los impactos, por ejemplo para módulos de batería destinados a utilizarse en vehículos. Se desea un compuesto de encapsulado que proporcione estabilidad mecánica a las celdas eléctricas al tiempo que añadiendo un peso mínimo al módulo de batería. También se desea un compuesto de encapsulado para usarse en un módulo de batería que proporcione estabilidad mecánica a las celdas eléctricas y que sea retardante de llama. El documento US 2011/192564 A1 da a conocer un sistema de suministro de energía que incluye un material laminar que incluye una capa de espuma térmicamente conductora. El documento JP 2011 148903 A describe espumas de poliuretano retardantes de llama.
Compendio
[0004] La presente invención se define en las reivindicaciones adjuntas. En la presente se da a conocer un proceso para fabricar un módulo de batería que comprende una celda eléctrica y un compuesto de encapsulado asociado a la celda eléctrica. El compuesto de encapsulado está formado con un componente retardante de llama; un primer componente que tiene un compuesto reactivo con isocianato y agua; y un segundo componente que tiene un compuesto de isocianato. El compuesto de encapsulado es una espuma después de un curado.
[0005] El compuesto de encapsulado puede tener al menos una resistencia a las llamas de nivel V2, según se mide con la prueba de inflamabilidad de plásticos UL 94. El compuesto de encapsulado puede tener una densidad de espuma inferior a 0.50 g/cm3. El componente retardante de llama está presente en una cantidad de al menos un 15% en peso, sobre la base del peso total del compuesto de encapsulado. El componente retardante de llama puede estar presente en una cantidad de al menos un 30% en peso, sobre la base del peso total del compuesto de encapsulado. Una composición de encapsulado configurada para formar el compuesto de encapsulado puede tener la suficiente fluxibilidad antes del curado para asentarse a una altura nivelada en torno a la celda eléctrica.
[0006] El primer componente puede tener una viscosidad de más de uno a menos de 100,000 mPas (cP). El segundo componente puede tener una viscosidad de más de uno a menos de 50,000 cP a una temperatura de aproximadamente 25 °C a aproximadamente 35 °C. El primer componente puede tener una viscosidad de más de uno a menos de 1,500 mPas (cP). El segundo componente puede tener una viscosidad de más de uno a menos de 1,000 mPas (cP) a una temperatura de aproximadamente 25 °C a aproximadamente 35 °C.
[0007] En la presente también se da a conocer un módulo de batería que comprende una celda eléctrica posicionada en un compuesto de encapsulado. El compuesto de encapsulado puede formarse a partir del producto de reacción de un primer componente que tiene un compuesto reactivo con isocianato; y un segundo componente que tiene un compuesto de isocianato. El compuesto de encapsulado incluye, además, agua como agente de expansión y un componente retardante de llama líquido presente en una cantidad de aproximadamente un 15% en peso a aproximadamente un 60% en peso sobre la base del peso total del compuesto de encapsulado.
[0008] El retardante de llama líquido puede incluir un éster de fosfato. El compuesto reactivo con isocianato puede ser un poliéter poliol. El compuesto reactivo con isocianato puede tener una funcionalidad de reactivo con isocianato de tres o superior. El compuesto de isocianato puede tener una funcionalidad de isocianato promedio de dos o superior.
[0009] El primer componente puede tener una viscosidad de más de uno a menos de 100,000 mPas (cP). El segundo componente puede tener una viscosidad de más de uno a menos de 50,000 mPas (cP) a una temperatura de aproximadamente 25 °C a aproximadamente 35 °C. El primer componente puede tener una viscosidad de más de uno a menos de 1,500 mPas (cP). El segundo componente puede tener una viscosidad de más de uno a menos de 1,000 mPas (cP) a una temperatura de aproximadamente 25 °C a aproximadamente 35 °C.
[0010] También se da a conocer en la presente un módulo de batería que comprende una primera celda eléctrica posicionada en un compuesto de encapsulado de espuma de poliuretano. El compuesto de encapsulado tiene una densidad inferior a 0.50 g/cm3. El compuesto de encapsulado de espuma tiene al menos una resistencia a las llamas de nivel V2, según se mide con la prueba de inflamabilidad de plásticos UL 94. El compuesto de encapsulado se puede formar a partir de una composición de encapsulado que tenga una fluxibilidad suficiente antes del curado para dispersarse a una altura sustancialmente nivelada entre la primera celda eléctrica y una caja de módulo de batería posicionada en torno a la primera celda eléctrica.
[0011] Aunque se dan a conocer múltiples realizaciones, para aquellos versados en la materia se pondrán de manifiesto todavía otras realizaciones de la presente divulgación a partir de la siguiente descripción detallada, que muestra y describe realizaciones ilustrativas de la divulgación. Por consiguiente, los dibujos y la descripción detallada deben considerarse de carácter ilustrativo y no limitativo.
Breve descripción de los dibujos
[0012]
La figura 1 es una vista en perspectiva de un módulo de batería, según ciertas realizaciones.
La figura 2 es una vista superior de un módulo de batería, según algunas realizaciones.
La figura 3 es una vista frontal de un módulo de batería, según algunas realizaciones.
La figura 4 es una vista en perspectiva de un módulo de batería, según ciertas realizaciones.
La figura 5 es una vista superior de un módulo de batería, según algunas realizaciones.
La figura 6 es una vista explosionada de un módulo de batería, según algunas realizaciones.
Descripción detallada
[0013] En la presente se da a conocer un compuesto de encapsulado que tiene una densidad baja y es retardante de llama. El compuesto de encapsulado tiene al menos una resistencia a las llamas de nivel V2, según se mide con la prueba de inflamabilidad de plásticos UL 94. En algunos casos, el compuesto de encapsulado tiene al menos una resistencia a las llamas de nivel V1 según se mide con la prueba de inflamabilidad de plásticos UL 94. En algunas realizaciones, el compuesto de encapsulado tiene al menos una resistencia a las llamas de nivel V0 según se mide con la prueba de inflamabilidad de plásticos UL 94.
[0014] El compuesto de encapsulado se forma a partir de una composición de encapsulado que se aplica en forma de líquido y se cura para formar el compuesto de encapsulado. La composición de encapsulado tiene una fluxibilidad suficiente antes del curado para permitir que la composición de encapsulado se aplique en forma de líquido en torno a una celda eléctrica y a continuación se asiente a una altura sustancialmente nivelada en torno a la celda eléctrica. La composición de encapsulado dada a conocer en la presente se puede aplicar en forma de líquido y puede fluir en torno a la celda eléctrica y a través de los espacios definidos entre celdas eléctricas adyacentes antes del curado para formar el compuesto de encapsulado. El compuesto de encapsulado es útil para encapsular una celda eléctrica y formar un módulo de batería que sea ligero. El compuesto de encapsulado es útil para encapsular una celda eléctrica y proporcionar estabilidad mecánica y retardo de llama después del curado.
[0015] El compuesto de encapsulado incluye una espuma de poliuretano. El compuesto de encapsulado se puede formar a partir de una composición de poliuretano que sea un líquido antes del curado y que se cure y endurezca en forma de espuma para formar el compuesto de encapsulado. En algunas realizaciones, el compuesto de encapsulado se forma a partir de una espuma de poliuretano que tiene una densidad baja e incluye un retardante de llama.
[0016] Según se usa en la presente, una espuma se define como una sustancia formada a partir de un material masivo que define las cavidades por toda la sustancia. Las cavidades pueden llenarse con gas, tal como aire, oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno o cualquier gas adecuado. Las cavidades forman una estructura celular por todo el material masivo. Por ejemplo, la composición de encapsulado puede ser una mezcla líquida formada por componentes que reaccionan entre sí y liberan un gas que forma burbujas por todo el líquido. La composición de encapsulado líquida se endurece cuando se cura para formar un compuesto de encapsulado sólido que es una sustancia sólida que tiene cavidades por toda la sustancia sólida. Las cavidades dan como resultado que la sustancia sólida tenga una densidad menor que si la sustancia sólida se formase completamente con el material masivo sin la estructura celular. La espuma puede ser de célula cerrada o de célula abierta. Célula cerrada se refiere a una espuma que tiene cavidades que forman bolsas discretas completamente rodeadas por material sólido. Célula abierta se refiere a una espuma que tiene cavidades que forman bolsas que se conectan entre sí.
[0017] Se contempla además que, en algunos casos, se pueda formar un compuesto de encapsulado de baja densidad con una sustancia masiva que incluya microglobos expandidos o no expandidos, por ejemplo espumas sintácticas. Por ejemplo, para constituir una forma tridimensional, tal como una perla o burbuja, que define un centro lleno de gas se pueden usar partículas sólidas formadas a partir de vidrio o materiales poliméricos. Las perlas o burbujas pueden distribuirse por toda una sustancia masiva que puede curarse y atrapar las perlas o burbujas, reduciendo así la densidad total del compuesto de encapsulado curado.
[0018] Después del curado, el compuesto de encapsulado que es una espuma tiene una densidad menor que la densidad de la composición de encapsulado que es un líquido. En algunas realizaciones, el compuesto de encapsulado tiene una densidad inferior a aproximadamente 0.60 g/cm3, inferior a aproximadamente 0.50 g/cm3, inferior a aproximadamente 0.40 g/cm3, inferior a aproximadamente 0.30 g/cm3, inferior a aproximadamente 0.20 g/cm3, inferior a aproximadamente 0.10 g/cm3, o inferior a aproximadamente 0.05 g/cm3 después del curado. Por ejemplo, el compuesto de encapsulado puede ser una espuma que tenga una densidad de espuma de aproximadamente 0.02 g/cm3, aproximadamente 0.05 g/cm3, aproximadamente 0.10 g/cm3, aproximadamente 0.20 g/cm3, a aproximadamente 0.30 g/cm3, aproximadamente 0.40 g/cm3, o aproximadamente 0.50 g/cm3, o una densidad entre cualquier pareja de los valores anteriores, aunque se contemplan además compuestos de encapsulado que tengan densidades adicionales.
[0019] La composición de encapsulado es una composición bipartita formada a partir de un primer componente que se hace reaccionar con un segundo componente. Al menos uno del primer componente o del segundo componente puede contener un retardante de llama. El primer componente y el segundo componente pueden seleccionarse para formar un componente de poliuretano termoplástico (TPU). Después de mezclar el primer componente y el segundo componente, la composición de encapsulado puede ser una mezcla de un componente de poliuretano y un componente retardante de llama líquido. El primer y/o segundo componente también pueden contener uno o más aditivos adicionales.
Primer componente
[0020] El primer componente es un líquido a temperatura ambiente (entre aproximadamente 25 °C y aproximadamente 35 °C). Por ejemplo, el primer componente tiene una viscosidad de más de 1 a menos de 100,000 centipoise (mPas (cP)), a temperatura ambiente. En algunas realizaciones, el primer componente tiene una viscosidad de aproximadamente 100 mPas (cP), aproximadamente 200 mPas (cP), aproximadamente 300 mPas (cP) ó aproximadamente 400 mPas (cP), a aproximadamente 1100 mPas (cP), aproximadamente 1200 mPas (cP), aproximadamente 1300 mPas (cP), o aproximadamente 1400 mPas (cP), aproximadamente 10,000, aproximadamente 20,000, aproximadamente 30,000, aproximadamente 40,000, o de hasta 100,000 ó una viscosidad entre cualquier pareja de los valores anteriores, aunque se contemplan además componentes que tengan viscosidades alternativas.
[0021] El primer componente incluye uno o más compuestos reactivos con isocianato. El compuesto reactivo con isocianato puede ser un compuesto que contenga un hidrógeno activo, por ejemplo una amina, un alcohol o tiol. El primer componente incluye un compuesto reactivo con isocianato que tiene una funcionalidad de dos o superior. Los compuestos reactivos con isocianato preferidos son aquellos que tienen una funcionalidad de tres o superior. Los compuestos reactivos con isocianato adecuados son aquellos que son líquidos a temperatura ambiente. Los compuestos reactivos con isocianato preferidos son aquellos que tienen una viscosidad baja a temperatura ambiente. Por ejemplo, los compuestos reactivos con isocianato adecuados pueden tener una viscosidad de más de uno a menos de aproximadamente 800 mPas (cP), menos de aproximadamente 700 mPas (cP), menos de aproximadamente 600 mPas (cP), o menos de aproximadamente 500 mPas (cP), a temperatura ambiente. Los ejemplos preferidos de compuestos reactivos con isocianato incluyen aquellos que tienen una viscosidad inferior a aproximadamente 200 mPa s (cP), inferior a aproximadamente 190 mPas (cP), inferior a aproximadamente 180 mPas (cP), o inferior a aproximadamente 170 mPas (cP), a temperatura ambiente (entre aproximadamente 25 °C y aproximadamente 35 °C).
[0022] El compuesto reactivo con isocianato puede ser un poliol. El compuesto reactivo con isocianato puede ser una combinación de dos o más polioles. Por ejemplo, el compuesto reactivo con isocianato puede ser un poliol diol, un poliol triol, un tetrapoliol o un poliol de orden superior, y combinaciones de los mismos. Los ejemplos preferidos de polioles que pueden usarse como compuesto reactivo con isocianato incluyen aquellos que tienen una viscosidad baja a temperatura ambiente.
[0023] El poliol se puede seleccionar del grupo que consiste en un poliéter poliol y un poliéster poliol. Los poliéter polioles adecuados incluyen, aunque sin carácter limitativo, polioxialquilenpolioles tales como polietilenglicol, polipropilenglicol, politetrametilenglicol, polibutilenglicol y mezclas y combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, un poliéter adecuado puede tener un peso molecular promedio en número (Mn) de aproximadamente 200, aproximadamente 300, aproximadamente 400, aproximadamente 600, a aproximadamente 800, aproximadamente 1,000, aproximadamente 4,000 ó aproximadamente 6,000, o un peso molecular entre cualquier pareja de los valores anteriores, aunque se contemplan además poliéteres que tengan pesos moleculares adicionales.
[0024] En algunas realizaciones, los polioles adecuados pueden incluir polihidroxiéteres, incluidos polihidroxipolialquilenéteres o polialquileneterglicoles sustituidos o no sustituidos; polihidroxipoliésteres; los aductos de óxido de etileno o propileno de polioles y los ésteres monosustituidos de glicerol; polioles poliméricos, por ejemplo polioles injertados que contienen una proporción de un monómero vinílico, polimerizados in situ; y mezclas y combinaciones de los mismos. Otros ejemplos de polioles adecuados incluyen poli(adipato de dietilenglicol).
[0025] En algunas realizaciones, se pueden usar un homopolímero y un copolímero de polioxialquileno. En algunas realizaciones, los copolímeros de polioxialquilenpolioles pueden incluir un aducto de al menos un compuesto que incluye etilenglicol, propilenglicol, dietilenglicol, dipropilenglicol, trietilenglicol, 2-etilhexanodiol-1,3,glicerina, 1,2,6-hexanotriol, trimetilolpropano, trimetiloletano, tris(hidroxifenil)propano, trietanolamina, triisopropanolamina; y un compuesto que incluye óxido de etileno, óxido de propileno y óxido de butileno.
[0026] En algunas realizaciones, se puede formar un poliéster poliol adecuado a partir de la reacción de uno o más alcoholes polihídricos que tengan de aproximadamente dos a aproximadamente 15 átomos de carbono con uno o más ácidos policarboxílicos que tengan de aproximadamente dos a aproximadamente 14 átomos de carbono. Los ejemplos de alcoholes polihídricos adecuados incluyen etilenglicol, propilenglicol tal como 1,2-propilenglicol, 1,3-propilenglicol, glicerol, pentaeritritol, trimetilolpropano, 1,4,6-octanotriol, butanodiol, pentanodiol, hexanodiol, dodecanodiol, octanodiol, cloropentanodiol, éter monoalílico de glicerol, éter monoetílico de glicerol, dietilenglicol, 2-etilhexanodiol, 1,4-ciclohexanodiol, 1,2,6-hexanotriol, 1,3,5-hexanotriol, 1,3-bis-(2-hidroxietoxi)propano y componentes similares.
[0027] En algunas realizaciones, el compuesto reactivo con isocianato está presente en el primer componente en un porcentaje en peso de aproximadamente un 20 por ciento, aproximadamente un 30 por ciento o aproximadamente un 40 por ciento, a aproximadamente un 70 por ciento, aproximadamente un 80 por ciento, aproximadamente un 90 por ciento o aproximadamente un 100 por ciento, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores, sobre la base del peso total del primer componente. En realizaciones preferidas, el compuesto reactivo con isocianato está presente en el primer componente en un porcentaje en peso de aproximadamente un 20 por ciento, aproximadamente un 25 por ciento o aproximadamente un 30 por ciento, a aproximadamente un 35 por ciento, aproximadamente un 40 por ciento, aproximadamente un 45 por ciento o aproximadamente un 50 por ciento, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores, sobre la base del peso total del primer componente. En realizaciones que tienen más de un compuesto reactivo con isocianato, la cantidad total de todos los compuestos reactivos con isocianato presentes en el primer componente tiene un porcentaje en peso combinado de aproximadamente un 20 por ciento, aproximadamente un 30 por ciento o aproximadamente un 40 por ciento, a aproximadamente un 70 por ciento, aproximadamente un 80 por ciento, aproximadamente un 90 por ciento o aproximadamente un 100 por ciento, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores, sobre la base del peso total del primer componente.
[0028] Los polioles adecuados disponibles comercialmente que se pueden usar para formar la composición de encapsulado de poliuretano incluyen el triol poliéter poliol vendido con el nombre comercial POLY-G 30-240 (disponible en Monument Chemical Group, localizada en Houston, TX), el triol poliéter poliol vendido con el nombre comercial VORANOL 230-238 (disponible en Dow Chemical Company, localizada en Midland MI), y el poliéter poliol vendido con el nombre comercial ARCOl LHT-240 (disponible en Covestro AG, localizada en Leverkusen, Alemania).
Segundo componente
[0029] El segundo componente es un líquido a temperatura ambiente (entre aproximadamente 25 °C y aproximadamente 35 °C). El segundo componente tiene una viscosidad de más de uno a menos de 50,000 centipoises (mPas (cP)), a temperatura ambiente. Por ejemplo, el segundo componente puede tener una viscosidad de aproximadamente 40 mPas (cP), aproximadamente 60 mPa s (cP), aproximadamente 80 mPa s (cP) ó aproximadamente 100 mPa s (cP), a aproximadamente 600 mPa s (cP), aproximadamente 700 mPa s (cP), aproximadamente 800 mPa s (cP), aproximadamente 900 mPa s (cP), aproximadamente 1000, aproximadamente 10,000, aproximadamente 20,000, aproximadamente 30,000, o de hasta aproximadamente 50,000 a temperatura ambiente (entre aproximadamente 25 °C y aproximadamente 35 °C), o una viscosidad entre cualquier pareja de los valores anteriores, aunque se contemplan además componentes que tengan viscosidades alternativas. En una realización preferida, el segundo componente tiene una viscosidad no superior a 200 mPas (cP) a temperatura ambiente.
[0030] El segundo componente incluye un compuesto de isocianato. El compuesto de isocianato tiene una funcionalidad de isocianato promedio de dos o superior. Los compuestos de isocianato preferidos incluyen aquellos que son líquidos a temperatura ambiente, incluidos aquellos que tienen una viscosidad no superior a 300 mPas (cP), no superior a aproximadamente 200 mPas (cP) ó no superior a aproximadamente 100 mPas (cP), a temperatura ambiente (de aproximadamente 25 °C a aproximadamente 35 °C). En algunas realizaciones, el compuesto de isocianato puede ser un monómero. En algunas realizaciones, el compuesto de isocianato puede ser un prepolímero. Por ejemplo, el compuesto de isocianato puede ser un polímero que se haga reaccionar con un compuesto de isocianato, tal como un oligómero con terminación de isocianato. En algunas realizaciones, el compuesto de isocianato puede ser un isocianato polimérico.
[0031] Los compuestos de isocianato adecuados incluyen, aunque sin carácter limitativo, isocianatos aromáticos tales como diisocianatos aromáticos, o isocianatos alifáticos tales como diisocianatos alifáticos. En algunas realizaciones, el compuesto de isocianato tiene de uno a 10 grupos alifáticos o aromáticos sustituidos por el grupo isocianato.
[0032] Los compuestos de isocianato adecuados incluyen compuestos de metilendifenil isocianato tales como difenilmetano diisocianato incluidos sus isómeros, metilendifenil diisocianato (MDI), MDI modificado con carbodiimida, metilendifenil isocianato hidrogenado (HMDI), hexametileno diisocianato (HDI), isoforona diisocianato (IPDI), metilendifenil isocianato polimérico, difenilmetano-4,4'-diisocianato, difenilmetano-2,2'-diisocianato, difenilmetano-2,4'-diisocianato y otros metileno isocianatos oligoméricos; compuestos de tolueno diisocianato (TDI) que incluyen sus isómeros, tetrametilxileno diisocianato (TMXDI), isómeros de naftileno diisocianato, isómeros de trifenilmetano triisocianato y mezclas y combinaciones de los mismos, aunque se contemplan además isocianatos adicionales. En algunos casos, los di, tri y poliisocianatos alifáticos también son compuestos de isocianato adecuados, incluidos, por ejemplo, diisocianatos aromáticos hidrogenados, poliisocianatos alifáticos o poliisocianatos cicloalifáticos, aunque se contemplan además isocianatos adicionales. Los compuestos de isocianato adecuados que están disponibles comercialmente incluyen el MDI líquido modificado vendido con el nombre comercial ISONATE 143L (disponible en The Dow Chemical Company, localizada en Midland, MI), o el MDI polimérico vendido con el nombre comercial RUB INATE M (disponible en Huntsman Corporation, localizada en The Woodlands, TX).
[0033] En algunas realizaciones, el compuesto de isocianato está presente en el segundo componente en un porcentaje en peso de aproximadamente un 20 por ciento, aproximadamente un 30 por ciento o aproximadamente un 40 por ciento, a aproximadamente un 70 por ciento, aproximadamente un 80 por ciento, aproximadamente un 90 por ciento o aproximadamente un 100 por ciento, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores, sobre la base del peso total del segundo componente. En una realización preferida, el compuesto de isocianato está presente en el segundo componente en un porcentaje en peso de aproximadamente un 50 por ciento, aproximadamente un 55 por ciento o aproximadamente un 60 por ciento, a aproximadamente un 70 por ciento, aproximadamente un 75 por ciento, aproximadamente un 80 por ciento o aproximadamente un 85 por ciento, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores, sobre la base del peso total del segundo componente. En realizaciones que tienen más de un compuesto de isocianato, la cantidad total de todos los compuestos de isocianato presentes en el segundo componente tiene un porcentaje en peso combinado de aproximadamente un 20 por ciento, aproximadamente un 30 por ciento o aproximadamente un 40 por ciento, a aproximadamente un 70 por ciento, aproximadamente un 80 por ciento, aproximadamente un 90 por ciento o aproximadamente un 100 por ciento, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores, sobre la base del peso total del segundo componente.
Agente de expansión
[0034] La composición de encapsulado incluye un agente de expansión. Según la invención, en el primer componente hay presencia de agua. Los agentes de expansión adecuados son aquellos que pueden reaccionar con los componentes restantes de la composición de encapsulado para crear bolsas de gas en la composición de encapsulado que forman cavidades cuando se cura el compuesto de encapsulado. Los agentes de expansión químicos incluyen agua, azodicarbonamida (por ejemplo, para vinilo), hidracina y otros materiales basados en nitrógeno para espumas termoplásticas y elastoméricas, y bicarbonato sódico para espumas termoplásticas.
[0035] En el proceso tal como se reivindica, el agente de expansión es agua. En el caso del compuesto de encapsulado que se forma a partir de poliuretano, se incluye agua para reaccionar con los componentes formadores de poliuretano para formar gas dióxido de carbono cuando se mezclan los componentes del poliuretano. El gas dióxido de carbono forma burbujas en la composición de encapsulado líquida. Las burbujas forman cavidades en el poliuretano después de que se cure y endurezca, dando como resultado un compuesto de encapsulado de espuma. En algunas realizaciones, el agente de expansión está presente en la composición de encapsulado en un porcentaje en peso de más de cero, aproximadamente un 0.1 por ciento, aproximadamente un 0.5 por ciento o aproximadamente un 1.0 por ciento, a aproximadamente un 1.5 por ciento, aproximadamente un 2.0 por ciento, aproximadamente un 2.5 por ciento o aproximadamente un 3.0 por ciento, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores, sobre la base del peso total del primer componente. El agente de expansión se incluye en el primer componente.
Componente retardante de llama
[0036] La composición de encapsulado incluye un componente retardante de llama. El componente retardante de llama es un líquido a temperatura ambiente. En algunas realizaciones, la composición de encapsulado incluye dos o más componentes retardantes de llama. El componente retardante de llama puede estar presente en uno del primer o segundo componente o en los dos. En algunas realizaciones, el primer componente puede incluir un primer componente retardante de llama y el segundo componente puede incluir un segundo componente retardante de llama.
[0037] Los componentes retardantes de llama adecuados pueden incluir aquellos que tienen una viscosidad de aproximadamente 30 mPas (cP), aproximadamente 40 mPas (cP), aproximadamente 100 mPas (cP), aproximadamente 200 mPas (cP), aproximadamente 300 mPas (cP) ó aproximadamente 400 mPas (cP), a aproximadamente 600 mPas (cP), aproximadamente 700 mPas (cP), aproximadamente 800 mPas (cP), o aproximadamente 900 mPas (cP), o aproximadamente 2000 mPas (cP), o una viscosidad entre cualquier pareja de los valores anteriores a temperatura ambiente (entre aproximadamente 25 °C y aproximadamente 35 °C), aunque se contemplan además retardantes de llama líquidos que tengan viscosidades alternativas. Los componentes retardantes de llama líquidos preferidos incluyen aquellos que tienen una viscosidad no superior a aproximadamente 300 mPas (cP) a temperatura ambiente. Por ejemplo, los componentes retardantes de llama líquidos preferidos incluyen aquellos que tienen una viscosidad de aproximadamente 40, aproximadamente 60, o aproximadamente 80, o aproximadamente 100, a aproximadamente 150, aproximadamente 200, aproximadamente 250 o aproximadamente 300, o una viscosidad entre cualquier pareja de los valores anteriores a temperatura ambiente, aunque se contemplan además retardantes de llama que tengan viscosidades adicionales.
[0038] En algunas realizaciones, el componente retardante de llama incluye un éster de fosfato. El componente retardante de llama puede incluir un éster de fosfato halogenado. El componente retardante de llama puede incluir uno de un éster de fosfato bromado o un éster de fosfato clorado o los dos. Por ejemplo, uno de los retardantes de llama líquidos adecuados puede ser fosfato de tris(2-cloroisopropilo).
[0039] El componente retardante de llama puede incluir otros ejemplos de compuestos orgánicos bromados que incluyen dioles bromados, monoalcoholes bromados, éteres bromados, fosfatos bromados y combinaciones de los mismos. Los compuestos orgánicos bromados adecuados pueden incluir tetrabromobisfenol-A, hexabromociclododecano, poli(pentabromobencil acrilato), pentabromobencil acrilato, tetrabromobisfenol A-bis(2,3-dibromopropil éter), tribromofenol, dibromoneopentilglicol, alcohol tribromoneopentílico, tris(tribromoneopentil) fosfato y 4,4'-isopropilidenbis[2-(2,6-dibromofenoxi) etanol].
[0040] En algunas realizaciones, un componente retardante de llama adecuado disponible comercialmente puede ser el éster de fosfato clorado vendido con el nombre comercial FYROL PCF (de ICL Industrial Products, localizada en St. Louis, MO).
[0041] El componente retardante de llama está presente en al menos uno del primer o segundo componente. El componente retardante de llama puede estar presente en al menos uno del primer o segundo componente en un porcentaje en peso de más del cero por ciento, aproximadamente un 10 por ciento, aproximadamente un 20 por ciento o aproximadamente un 30 por ciento, a aproximadamente un 40 por ciento, aproximadamente un 50 por ciento o aproximadamente un 60 por ciento, aproximadamente un 70 por ciento o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores, sobre la base del peso total del componente (bien el primer componente o bien el segundo) en el que está presente el componente retardante de llama. En algunas realizaciones, el componente retardante de llama puede estar presente tanto en el primer componente como en el segundo componente.
[0042] La cantidad total del componente retardante de llama en la composición de encapsulado es un porcentaje en peso de aproximadamente un 15 por ciento, aproximadamente un 20 por ciento, aproximadamente un 25 por ciento o aproximadamente un 30 por ciento, a aproximadamente un 40 por ciento, aproximadamente un 45 por ciento, aproximadamente un 50 por ciento, aproximadamente un 55 por ciento, o aproximadamente un 60 por ciento, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores, sobre la base del peso total de la composición de encapsulado. Por ejemplo, un primer componente retardante de llama puede estar presente en el primer componente en un porcentaje en peso de aproximadamente un 30 por ciento, aproximadamente un 35 por ciento, o aproximadamente un 40 por ciento, a aproximadamente un 45 por ciento, aproximadamente un 50 por ciento, o aproximadamente un 55 por ciento, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores, sobre la base del peso total del primer componente; y un segundo componente retardante de llama puede estar presente en el segundo componente en un porcentaje en peso de aproximadamente un 20 por ciento, aproximadamente un 25 por ciento o aproximadamente un 30 por ciento, a aproximadamente un 35 por ciento, aproximadamente un 40 por ciento o aproximadamente un 45 por ciento, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores, sobre la base del peso total del segundo componente.
[0043] Se ha observado que, en algunos casos, una cantidad adecuada de componente retardante de llama en la composición de encapsulado proporcionará niveles adecuados de retardo de llama sin comprometer otras características deseables. Por ejemplo, en algunos casos, la rigidez, dureza, flexibilidad, durabilidad o resiliencia estructural de ciertos compuestos de espuma pueden ser inadecuadas cuando hay presencia de niveles elevados de retardante de llama. En algunas realizaciones, un porcentaje en peso adecuado de componente retardante de llama en una espuma de poliuretano para proporcionar un nivel adecuado de retardo de llama y que proporciona un compuesto de encapsulado adecuadamente resistente puede ser una cantidad de aproximadamente un 25 por ciento, aproximadamente un 30 por ciento o aproximadamente al menos un 35 por ciento, a aproximadamente un 40 por ciento, aproximadamente un 45 por ciento o aproximadamente un 50 por ciento sobre la base del peso total de la composición de encapsulado.
Aditivos adicionales opcionales
[0044] La composición de encapsulado puede incluir, opcionalmente, aditivos adicionales, bien como componentes independientes o bien mezclados con uno o más de los componentes antes descritos para formar el primer y/o segundo componente. Los aditivos adicionales opcionales pueden estar presentes en la composición de encapsulado en un porcentaje en peso de más del cero, aproximadamente un 0.1, aproximadamente un 0.5 ó aproximadamente un uno, a aproximadamente un cinco, aproximadamente un 10, aproximadamente un 20 por ciento o aproximadamente un 30 por ciento, sobre la base del peso total de la composición de encapsulado, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores. El porcentaje en peso de los aditivos adicionales opcionales se puede aplicar al total combinado de todos los aditivos adicionales presentes o a cada aditivo adicional por separado.
[0045] Algunos ejemplos de aditivos adicionales que se pueden adicionar a uno del primer o segundo componente o a ambos incluyen, aunque sin carácter limitativo, reticulantes, extendedores de cadena, humectantes, tixótropos, agentes nucleantes, surfactantes, diluyentes, agentes de antisedimentación, potenciadores retardantes de llama y componentes y combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, los aditivos adicionales opcionales incluyen ceras, agentes de liberación, antioxidantes, sustancias de carga de refuerzo, pigmentos, termoestabilizantes, estabilizadores de UV, plastificantes, modificadores reológicos, medios auxiliares de procesado, lubricantes, agentes desmoldeo o componentes o combinaciones de los mismos. Las sustancias de carga de refuerzo adecuadas incluyen sustancias de carga minerales y fibras de vidrio.
[0046] Otros ejemplos de componentes adicionales incluyen catalizadores. En el ejemplo de una composición de encapsulado de poliuretano, se puede utilizar cualquier catalizador convencional conocido por aquellos versados en la materia para hacer reaccionar el compuesto de isocianato con el compuesto reactivo con isocianato y los componentes restantes. Los catalizadores adecuados incluyen, aunque sin carácter limitativo, catalizadores de triol, catalizadores de tetrapoliol o catalizadores de amina terciaria. Otros ejemplos de catalizadores adecuados incluyen las diversas alquilaminas, éteres alquílicos o alquiltioléteres, tales como los correspondientes de bismuto o estaño, en los que la fracción alquilo tiene de uno a aproximadamente 20 átomos de carbono. Algunos ejemplos incluyen octoato de bismuto, laurato de bismuto y similares. Otros catalizadores incluyen los diversos catalizadores de estaño tales como octoato estañoso, dioctoato de dibutilestaño, dilaurato de dibutilestaño y similares.
[0047] En el ejemplo de una composición de encapsulado de poliuretano, la cantidad de catalizador presente puede ser de más del cero, aproximadamente un 0.02, aproximadamente un 0.05 ó aproximadamente un 0.1, a aproximadamente un 0.25, aproximadamente un 0.75 ó aproximadamente un uno por ciento, sobre la base del peso total de la composición de encapsulado de la batería, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores. En algunas realizaciones, un reticulante o humectante puede estar presente en la composición de encapsulado en un porcentaje en peso de más del cero, de aproximadamente un 0.1, aproximadamente un 0.5 ó aproximadamente un uno, a aproximadamente un cinco, aproximadamente un siete o aproximadamente un 10 por ciento, sobre la base del peso total de la composición de encapsulado, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores. En algunas realizaciones, un surfactante, por ejemplo adecuado para estabilizar la estructura de la espuma o para ayudar con la humectación, puede estar presente en la composición de encapsulado en un porcentaje en peso de más del cero, de aproximadamente un 0.1, aproximadamente un 0.5 ó aproximadamente un uno, a aproximadamente un dos, aproximadamente un tres o aproximadamente un cuatro por ciento, sobre la base del peso total de la composición de encapsulado, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores. En algunas realizaciones, un agente nucleante puede estar presente en la composición de encapsulado de la batería en un porcentaje en peso de más del cero, de aproximadamente un 0.1 ó aproximadamente un 0.5, a aproximadamente uno, aproximadamente un 1.5 ó aproximadamente un dos por ciento, sobre la base del peso total de la composición de encapsulado de la batería, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores.
[0048] El primer y segundo componentes se combinan para formar la composición de encapsulado que tiene el componente retardante de llama. Por ejemplo, en la realización de un poliuretano usado para formar la composición de encapsulado de espuma, el primer y segundo componentes se mezclan para formar el poliuretano. El poliuretano puede estar presente en la composición de encapsulado en un porcentaje en peso de aproximadamente un 30 por ciento, aproximadamente un 40 por ciento o aproximadamente un 50 por ciento, a aproximadamente un 60 por ciento, aproximadamente un 70 por ciento o aproximadamente un 80 por ciento, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores, sobre la base del peso total de la composición de encapsulado. En algunos casos, una técnica para calcular la cantidad de poliuretano presente en la composición de encapsulado es utilizar un cálculo teórico basado en los componentes de partida. Es decir, se suma el porcentaje en peso de todos los componentes que formarían el poliuretano (si los componentes de partida fueran a producir un rendimiento del 100% de poliuretano). La cantidad total de esos componentes se toma, entonces, como porcentaje en peso de la cantidad total de la composición de encapsulado para llegar al porcentaje en peso de poliuretano en la composición de encapsulado.
[0049] Se puede utilizar cualquier proceso conocido para hacer reaccionar el primer componente con el segundo componente. En realizaciones que comprenden una composición de encapsulado de poliuretano, se puede usar cualquier proceso conocido para combinar el primer y segundo componentes con el fin de elaborar la espuma de poliuretano. En algunas realizaciones, el proceso de combinación puede ser un proceso de "una sola fase " en el que todos los reactivos se mezclan en un recipiente de mezcla, tal como un cubo o un reactor, y se hacen reaccionar y/o se aplican.
[0050] En algunas realizaciones, la relación de la cantidad en peso del compuesto de isocianato con respecto a la cantidad en peso equivalente total del componente reactivo con isocianato puede ser de aproximadamente 0.60, aproximadamente 0.65, aproximadamente 0.70 ó aproximadamente 0.75, a aproximadamente 0.80, aproximadamente 0.85, aproximadamente 0.90 ó aproximadamente 0.95, o una relación entre cualquier pareja de los valores anteriores. En algunas realizaciones, la relación del compuesto de isocianato con respecto al compuesto reactivo con isocianato se selecciona de tal manera que se usa un exceso de equivalentes de isocianato reactivos en relación con el número total de grupos reactivos con isocianato del compuesto reactivo con isocianato.
[0051] En algunas realizaciones, el poliol del primer componente puede estar presente en la composición de encapsulado en un porcentaje en peso de aproximadamente un 10 por ciento, aproximadamente un 20 por ciento, aproximadamente un 30 por ciento o aproximadamente un 40 por ciento, a aproximadamente un 50 por ciento, aproximadamente un 60 por ciento, aproximadamente un 70 por ciento o aproximadamente un 80 por ciento, o un porcentaje en peso entre cualquier pareja de los valores anteriores.
[0052] La figura 1 es una vista en perspectiva de un módulo 10 de batería de ejemplo. Como se muestra en la figura 1, el módulo 10 de batería incluye una celda eléctrica 20 y una caja 22 de batería. La celda eléctrica 20 está posicionada dentro de la caja 22 de batería y encapsulada en un compuesto 24 de encapsulado. La celda eléctrica 20 puede tener cualquier forma adecuada que en general tenga un fondo 30, una parte superior 32 y una longitud definida entre ellos. La caja 22 de batería puede tener cualquier forma adecuada para retener la celda eléctrica 20, y que en general tenga un fondo 36, una parte superior 38 y una pared 40 definida entre ellos. El fondo 36 de la caja 22 de batería define una superficie interior y una superficie exterior; la pared 40 de la caja de batería define una superficie interior y una superficie exterior. La caja 22 de batería define un espacio cerrado que tiene un volumen interno. El compuesto 24 de encapsulado está posicionado dentro de la caja 22 de batería y ocupa una fracción del volumen interno de la caja 22 de batería. El compuesto 24 de encapsulado tiene en general una parte superior 42, un fondo 44 y una altura definida entre ellos.
[0053] La figura 2 es una vista superior del módulo 10 de batería, mostrado en la figura 1. Como se muestra en la figura 2, la caja 22 de batería forma un espacio cerrado que es suficientemente grande como para rodear la celda eléctrica 20 y otros componentes, tales como cables o conexiones. El espacio cerrado define el volumen interno de la caja 22 de batería. El fondo 36 de la caja 22 de batería puede estar cerrado y contener cualquier contenido del espacio cerrado. La parte superior 38 de la caja 22 de batería puede definir una abertura. La parte superior 38 y/o la abertura pueden estar conformadas y dimensionadas para recibir una tapa que puede cerrarse para separar el volumen interno del espacio cerrado con respecto al exterior de la caja 22 de batería. La tapa puede configurarse para sellar el volumen interno del espacio cerrado con respecto al exterior de la caja 22 de batería con el fin de evitar la entrada de posibles peligros, tales como fluidos o llamas. La caja 22 de batería puede diseñarse y configurarse para proporcionar soporte mecánico o estructural a la celda eléctrica 20. La caja 22 de batería también puede configurarse para proporcionar protección contra la humedad, el calor, el frío o cualquier otro posible factor que pueda provocar daños en la celda eléctrica 20.
[0054] Como se muestra, en una posible disposición, la celda eléctrica 20 puede tener forma de cilindro. En otros ejemplos, la celda eléctrica 20 se puede constituir con cualquier forma o tamaño adecuado, según pueda resultar necesario, tal como un cubo, una esfera, una pirámide, etcétera. La celda eléctrica mostrada en la figura 1 tiene la forma de un cilindro con el fondo 30, la parte superior 32 y una pared que discurre entre el fondo 30 y la parte superior 32. El fondo 30 puede ser un terminal positivo, o puede ser un terminal negativo de la celda eléctrica 20, dependiendo de la orientación deseada. Como se muestra, el fondo 30 de la celda eléctrica 20 está posicionado en el compuesto 24 de encapsulado. El compuesto 24 de encapsulado ocupa una fracción del volumen interno de la caja 22 de batería y se extiende a una distancia sustancialmente igual en varios puntos a lo largo de la pared 40 desde el fondo 36 de la caja 22 de batería hacia la parte superior 38.
[0055] Se pueden usar celdas eléctricas para formar una batería. Por ejemplo, múltiples celdas eléctricas se pueden combinar para formar una batería individual que tenga un voltaje o amperaje mayor que una única celda eléctrica.
[0056] La figura 3 es una vista frontal de un módulo 50 de batería que incluye celdas eléctricas 52. Cada una de las celdas eléctricas 52 tiene un fondo 60, una parte superior 62 y una pared entre ellos que define una longitud. Las celdas eléctricas 52 se pueden posicionar dentro de una caja 54 de batería. Las celdas eléctricas 52 definen un intersticio 80 entre cada celda eléctrica y una celda eléctrica adyacente. El intersticio 80 tiene una anchura. La caja 54 de batería tiene un fondo 66, una parte superior 68 y una pared 70 entre ellos. El fondo 66 y la pared 70 definen un espacio cerrado. El espacio cerrado de la caja 54 de batería define un volumen interno. El volumen interno de la caja 54 de batería tiene un volumen adecuado para recibir las celdas eléctricas 52 y un compuesto 56 de encapsulado. El compuesto 56 de encapsulado tiene un fondo 82, una parte superior 84 y una altura 86 entre ellos. El fondo 82 del compuesto 56 de encapsulado es adyacente a la superficie interior del fondo 66 de la caja 54 de batería. Como se muestra, la parte superior 84 del compuesto 56 de encapsulado está entre el fondo 66 y la parte superior 68 de la caja 54 de batería. Típicamente, la parte superior 84 del compuesto 56 de encapsulado es más baja que la parte superior 62 de las celdas eléctricas 52, aunque se prevé que, en una disposición alternativa, la parte superior 62 de las celdas eléctricas 52 pueda ser más baja que la parte superior 84 del compuesto 56 de encapsulado.
[0057] Como se muestra, múltiples celdas eléctricas 52 se pueden disponer en proximidad mutua inmediata, estando cada una de las celdas eléctricas 52 con terminales cargados de manera similar que apuntan en la misma dirección. A los extremos de las celdas eléctricas 52 se les pueden fijar cables. Los cables pueden combinarse en comunicación eléctrica de tal manera que la corriente eléctrica de las celdas eléctricas 52 se combine, por ejemplo para formar una batería que tenga una corriente o voltaje combinado. El módulo 50 de batería se puede utilizar para alimentar cualquiera de una serie de aplicaciones, tales como un electrodoméstico, equipos eléctricos exteriores o un vehículo, tal como un automóvil o una embarcación.
[0058] Para combinar las celdas eléctricas 52 con el fin de formar una batería, las celdas eléctricas 52 están conectadas con cables que conducen una corriente eléctrica proveniente de las celdas eléctricas 52. Las celdas eléctricas 52 normalmente están dispuestas una junto a otra, por ejemplo en filas o apiladas, para formar una disposición ordenada con vistas a facilitar su uso y/o conectar los cables a los terminales de las celdas eléctricas. Con el fin de ahorrar espacio y para formar una batería compacta, las celdas eléctricas 52 pueden posicionarse en proximidad mutua inmediata. Por ejemplo, las celdas eléctricas 52 pueden estar dispuestas en filas o en forma de cuadrícula, con los terminales positivos y negativos orientados en la misma dirección. Las celdas eléctricas 52 pueden posicionarse en una disposición ordenada y estar contenidas dentro de la caja 54 de batería, aunque se prevé que, en algunos casos, se pueda formar un módulo de batería sin caja 54 de batería. Por ejemplo, las celdas eléctricas 52 podrían mantenerse juntas usando un dispositivo de afianzamiento alternativo, tal como un alambre, una cuerda, una banda, etcétera, para sujetar las celdas eléctricas 52, por ejemplo, en un haz.
[0059] En algunos casos, puede que se desee disponer de una batería que sea portátil, por ejemplo en el caso de una batería para iniciar el encendido de, o para alimentar, un vehículo, tal como una motocicleta, un automóvil o una embarcación, como algunos de los ejemplos. En los casos en los que se desee que la batería sea portátil, típicamente se prefiere proporcionar una batería que sea estructuralmente estable y esté realizada para resistir fuerzas tales como impactos y/o vibraciones. En algunos casos, también se desea proporcionar una batería que se haya realizado para soportar temperaturas extremas, incluidas temperaturas que estén fuera de la temperatura operativa normal de la batería. Por ejemplo, en algunos casos, la batería puede verse sujeta a un calor elevado y posiblemente a llamas abiertas. Una de las posibles fuentes de llamas puede ser una o más de las celdas eléctricas, por ejemplo como resultado de un cortocircuito eléctrico o si la estructura de la pared de las celdas eléctricas se ve comprometida. Uno de los dispositivos de ejemplo que puede usarse para proteger las celdas eléctricas 52 es el compuesto 56 de encapsulado. El compuesto 56 de encapsulado puede estar asociado a las celdas eléctricas 52, tal como posicionado en torno a las celdas eléctricas 52 a lo largo de uno o más de la parte superior, el fondo o la pared de la celda eléctrica. La celda eléctrica o celdas eléctricas 52 pueden estar recubiertas con o engastadas en el compuesto 56 de encapsulado el cual mantiene las celdas eléctricas 52 en relación espacial mutua y/o en relación espacial con respecto a la caja 54 de batería.
[0060] Como se muestra en la figura 3, las celdas eléctricas 52 están posicionadas en el compuesto 56 de encapsulado. El compuesto 56 de encapsulado está posicionado en torno a cada una de las celdas eléctricas 52. En los casos en los que la batería contiene múltiples celdas eléctricas 52, el compuesto 56 de encapsulado se puede posicionar en torno a cada celda eléctrica, y en el intersticio 80 ó espacios definidos entre celdas eléctricas 52 individuales. En los casos en los que la batería está contenida dentro de la caja 54 de batería, el compuesto 56 de encapsulado puede posicionarse entre la celda eléctrica o celdas eléctricas 52 y la caja 54 de batería. El compuesto 56 de encapsulado puede posicionarse para proporcionar soporte estructural o mecánico adecuado a las celdas eléctricas 52.
[0061] En algunos casos, las celdas eléctricas 52 pueden posicionarse con una distancia adecuada entre celdas eléctricas 52 adyacentes de tal manera que las celdas eléctricas 52 individuales estén aisladas térmica y/o fluídicamente entre sí en caso de una fuga o incendio. En algunos casos, las celdas eléctricas 52 se pueden posicionar con una distancia adecuada entre celdas eléctricas 52 adyacentes de tal manera que se posiciones un grosor adecuado de compuesto 56 de encapsulado entre celdas eléctricas 52 adyacentes para proporcionar un amortiguamiento suficiente de los impactos con el fin de evitar daños sobre las celdas eléctricas 52. El tamaño del espacio o intersticio 80 entre celdas eléctricas 52 adyacentes y/o la caja 54 de batería se puede seleccionar basándose en una serie de variables, que incluyen, aunque sin carácter limitativo, el tamaño y/o el peso de cada celda eléctrica, la temperatura operativa de cada celda eléctrica, las dimensiones de cada celda eléctrica y el uso previsto del módulo 50 de batería. En algunos ejemplos, el tamaño del espacio entre celdas eléctricas adyacentes puede ser de más de 0 mm, aproximadamente 0.25 mm, aproximadamente 0.50 mm, aproximadamente 0.75 mm, a aproximadamente 1.0 mm, aproximadamente 1.5 mm o aproximadamente 2.0 mm, o una longitud entre cualquier pareja de los valores anteriores, aunque se contemplan además módulos de batería que tengan configuraciones adicionales. En algunos ejemplos, el tamaño del espacio entre una celda eléctrica y la caja de batería puede ser de más de 0 mm, aproximadamente 1.0 mm, aproximadamente 2.0 mm, aproximadamente 3.0 mm, a aproximadamente 10 mm, aproximadamente 12 mm ó aproximadamente 14 mm, aunque se contemplan además módulos de batería que tengan configuraciones adicionales.
[0062] En algunas realizaciones, el compuesto 56 de encapsulado se puede constituir conformando en primer lugar un material tal como una composición de encapsulado para obtener una forma adecuada con espacios definidos por el compuesto 56 de encapsulado para contener una o más celdas eléctricas 52. El compuesto 56 de encapsulado se puede constituir conformando una composición de encapsulado con un tamaño y una forma tales que el compuesto 56 de encapsulado se posicione dentro de la caja 54 de batería y definiendo uno o más espacios para contener una o más celdas eléctricas 52 posicionadas en los espacios.
[0063] En algunas realizaciones, el compuesto 56 de encapsulado se puede formar disponiendo primero las celdas eléctricas 52 en la posición final deseada, por ejemplo, mantenidas juntas con alambre o dentro de la caja 54 de batería. Las celdas eléctricas 52 pueden mantenerse en su lugar en relación espacial mutua usando un molde o un andamiaje. Las celdas eléctricas 52 pueden mantenerse en su lugar y posicionarse dentro de un molde u otro recubrimiento que rodee las celdas eléctricas 52. En otros ejemplos, las celdas eléctricas 52 pueden disponerse en una posición final deseada en relación espacial mutua y colocarse dentro de la caja 54 de batería, por ejemplo apoyadas sobre la superficie interior del fondo 66 de la caja 54 de batería. Una vez que se logra la disposición deseada de las celdas eléctricas 52, el compuesto 56 de encapsulado se puede formar haciendo fluir una composición de encapsulado en torno a las celdas eléctricas 52 y a través del intersticio 80 ó espacios definidos entre celdas eléctricas 52 adyacentes. La composición de encapsulado se aplica en forma de líquido de tal manera que la composición de encapsulado fluye a través del intersticio 80 definido entre celdas eléctricas 52 adyacentes y entre las celdas eléctricas 52 y la pared 70 de la caja 54 de batería. Como se ha descrito anteriormente, la composición de encapsulado se puede configurar para aplicarse en forma de líquido que se endurece a un sólido después de su aplicación y forma el compuesto 56 de encapsulado. En algunas realizaciones, la composición de encapsulado puede ser reactiva de tal manera que la composición de encapsulado se aplica en forma de líquido que fluye en torno a las celdas eléctricas 52 y a través del intersticio 80 definido entre celdas eléctricas 52 adyacentes y, a continuación, se endurece después de completarse la reacción.
[0064] La composición de encapsulado puede fluir a través del intersticio 80 entre celdas eléctricas 52 adyacentes y asentarse a una altura nivelada en torno a las celdas eléctricas 52 y en el intersticio 80 ó espacios definidos entre las celdas eléctricas 52. Por ejemplo, haciendo referencia a la figura 3, la composición de encapsulado se puede verter en la caja 54 de batería que tiene las celdas eléctricas 52 dispuestas en su interior. La composición de encapsulado líquida tiene una fluxibilidad suficiente antes del curado para permitir que la composición de encapsulado líquida fluya a través de los espacios definidos por el intersticio 80 entre las celdas eléctricas 52 adyacentes y/o entre una celda eléctrica y la caja 54 de batería. La composición de encapsulado líquida tiene una fluxibilidad suficiente para asentarse a una altura sustancialmente nivelada antes del curado con el fin de formar el compuesto de encapsulado.
[0065] Tal como se usa en la presente, fluxibilidad se refiere a la facilidad con la que una sustancia se moverá bajo un cierto conjunto de condiciones. Algunas de estas condiciones pueden incluir la temperatura de la sustancia, la viscosidad de la sustancia o el tamaño del espacio a través del cual puede fluir la sustancia. Por ejemplo, para la composición de encapsulado que es un líquido, la fluxibilidad del líquido dictamina cómo se comportará cuando se vierta y cómo de bien fluye entre celdas eléctricas adyacentes y/o entre una celda eléctrica y la caja de la batería.
[0066] Según la invención, la composición de encapsulado tiene una fluxibilidad suficiente tal que la composición de encapsulado se puede verter en torno a una celda eléctrica o las celdas eléctricas 52 y se asienta a una altura sustancialmente nivelada en torno a la celda o celdas eléctricas 52 antes de que la composición de encapsulado se endurezca para formar el compuesto 56 de encapsulado. Es decir, la composición de encapsulado tiene una fluxibilidad suficiente para dispersarse a una altura 86 que es sustancialmente la misma en diversas posiciones en torno a las celdas eléctricas 52 (por ejemplo, por toda la caja 54 de batería) antes de su curado para formar el compuesto de encapsulado.
[0067] En algunas realizaciones, para determinar una altura sustancialmente nivelada, la altura 86 del compuesto 56 de encapsulado se puede medir desde el fondo 82 del compuesto de encapsulado a la parte superior 84 del compuesto 56 de encapsulado. Esta altura se puede medir en diversas posiciones por todo el compuesto 56 de encapsulado, por ejemplo cerca de la pared de la caja 54 de batería, y hacia el centro de la caja 54 de batería, tal como equidistante con respecto a dos lados opuestos de la caja. Tal como se usa en la presente, una altura sustancialmente nivelada significa que mediciones de la altura 86 del compuesto de encapsulado en diversas posiciones se sitúan dentro de un 20 por ciento entre sí.
[0068] En algunos casos, una prueba para determinar una altura sustancialmente nivelada del compuesto 56 de encapsulado puede ser la siguiente. Para una batería, tal como el módulo 50 de batería, que tiene celdas eléctricas 52 dispuestas una junto a otra, si las celdas eléctricas 52 tienen la misma longitud y están posicionadas a la misma distancia con respecto al fondo y/o a la parte superior de la caja 54 de batería, el compuesto de encapsulado está a una altura sustancialmente nivelada si el compuesto 56 de encapsulado está a aproximadamente la misma distancia a todo lo largo de cada una de las celdas eléctricas 52. Tal como se usa en la presente, aproximadamente la misma distancia se define como que cada una de las mediciones de distancia están dentro de un 20 por ciento entre sí. En algunos casos, esta prueba se puede usar para determinar una altura sustancialmente nivelada del compuesto 56 de encapsulado cuando el tamaño promedio de cada intersticio 80 entre celdas eléctricas 52 adyacentes tiene, por ejemplo, una anchura de aproximadamente un mm a aproximadamente tres mm.
[0069] El disponer de una composición de encapsulado que tiene una fluxibilidad suficiente para formar una altura sustancialmente nivelada hace que se constituya un compuesto de encapsulado que ciñe [encapsulates] cada una de las celdas eléctricas sustancialmente a la misma altura. Esto proporciona una cantidad de ceñimiento homogénea en torno a cada una de las celdas eléctricas. Esto puede garantizar un ceñimiento adecuado de las celdas eléctricas 52 para garantizar un nivel adecuado de protección, tal como una cantidad adecuada de estabilidad estructural y/o una cantidad adecuada de retardante de llama con el fin de contener un incendio o llamas. El disponer de un compuesto de encapsulado que tiene una altura sustancialmente nivelada puede ayudar a equilibrar el peso del módulo 50 de batería por todo el módulo 50 de batería. El equilibrio, o distribución de peso, adecuado ayuda a que el módulo 50 de batería permanezca estable, por ejemplo cuando se utiliza en un vehículo en movimiento. Para su uso en un vehículo puede preferirse un módulo de batería equilibrado adecuadamente, ya que puede tener una tendencia menor a balancearse o inclinarse en respuesta a fuerzas externas, tales como una aceleración lateral, o de delante atrás.
[0070] Puede que se prefiera disponer de un módulo de batería que tenga un peso reducido, ya que esto puede hacer que el módulo de batería sea más portátil y puede reducir la cantidad de energía requerida para mover el módulo de batería. Por ejemplo, en un vehículo eléctrico, puede resultar ventajoso disponer de un módulo de batería más ligero que pueda producir la misma cantidad de potencia que una realización más pesada. Una de las opciones para lograr esto puede ser utilizar el mismo tipo y número de celdas eléctricas, pero reducir el peso de otros componentes. La reducción de la densidad del compuesto de encapsulado puede ayudar a reducir el peso total del compuesto de encapsulado, sin reducir otras cualidades deseables. El disponer del componente retardante de llama también ayuda a reducir la probabilidad de un incendio incontrolado en el módulo de batería.
[0071] Después de curarse completamente, el compuesto de encapsulado puede tener un cierto grado de elasticidad, amortiguando así impactos o vibraciones comunicados al módulo de batería cuando este último se esté usando. Esto puede ayudar a evitar problemas de seguridad provocados por colisiones entre las celdas eléctricas y/o la desconexión de las celdas eléctricas con respecto a los cables.
[0072] El compuesto de encapsulado curado puede tener un cierto grado de porosidad, controlado de tal manera que si una celda eléctrica se ve implicada en un problema de seguridad y tiene fugas, cualquier material que se fugue, tal como fluido o gas, será contenido y quedará aislado por el compuesto de encapsulado posicionado entre las celdas eléctricas adyacentes, para mejorar el rendimiento de seguridad del módulo de batería. Además, el módulo de batería tiene las ventajas de una estructura sencilla, una baja densidad, un tamaño reducido y costes bajos.
[0073] Se da a conocer un compuesto de encapsulado que tiene una densidad baja, contiene un retardante de llama y que es una espuma. El compuesto de encapsulado es adecuado para su uso en la formación de un módulo de batería. También se da a conocer una composición de encapsulado que tiene una fluxibilidad adecuada para formar el compuesto de encapsulado que tiene una altura sustancialmente nivelada por todo el módulo de batería.
[0074] La figura 4 es una vista en perspectiva de un módulo 100 de batería de ejemplo. Como se muestra en la figura 4, el módulo 100 de batería incluye una celda eléctrica 120 y una caja 122 de batería. En algunas realizaciones, el módulo 100 de batería incluye más de una celda eléctrica 120. La celda eléctrica 120 puede tener cualquier forma adecuada que en general tenga un fondo 130, una parte superior 132 y una longitud definida entre ellos. La caja 122 de batería puede tener cualquier forma adecuada para posicionar la celda eléctrica 120 dentro de la caja 122 de batería. La caja 122 de batería puede tener cualquier forma tridimensional adecuada que en general tenga un fondo 136, una parte superior 138 y una pared 140 definida entre ellos. El fondo 136 de la caja 122 de batería define una superficie interior y una superficie exterior; la pared 140 de la caja 122 de batería define una superficie interior y una superficie exterior. La caja 122 de batería define un espacio cerrado que tiene un volumen interno.
[0075] Tal como se muestra, la celda eléctrica 120 puede posicionarse dentro de la caja 122 de batería. Como también se muestra, la celda eléctrica 120 está asociada a un compuesto 124 de encapsulado. El compuesto 124 de encapsulado está posicionado dentro de la caja 122 de batería y ocupa una fracción del volumen interno de la caja 122 de batería.
[0076] En algunas realizaciones, la caja 122 de batería forma un espacio cerrado que rodea la celda eléctrica 120 y otros componentes, tales como cables, terminales o conexiones. El espacio cerrado define el volumen interno de la caja 122 de batería. La parte superior 138 de la caja 122 de batería puede definir una abertura. La parte superior 138 puede estar conformada y dimensionada para recibir una tapa que puede cerrarse para separar el volumen interno del espacio cerrado con respecto al exterior de la caja 122 de batería. La caja 122 de batería puede configurarse para proporcionar soporte mecánico o estructural a la celda eléctrica 120. La caja 122 de batería puede configurarse para proporcionar protección contra daños potenciales sobre la celda eléctrica 120, por ejemplo, humedad, calor, frío, productos químicos, impactos, vibraciones, perforaciones o llamas. En algunas realizaciones, la caja 122 de batería puede configurarse para recibir el compuesto 124 de encapsulado con respecto a la celda eléctrica 120, incluyendo, por ejemplo, debajo de una celda eléctrica 120, entre una primera celda eléctrica 120 y una adyacente, por encima de una celda eléctrica 120, o entre la celda eléctrica 120 y la pared 140 de la caja de batería.
[0077] En algunas realizaciones, un proceso para posicionar el compuesto 124 de encapsulado en relación con la celda eléctrica 120 incluye en primer lugar posicionar la celda eléctrica 120 dentro de la caja 122 de batería. Se pueden posicionar juntas una o más celdas eléctricas 120 en la caja de la batería con un intersticio 180 definido entre celdas eléctricas 120 adyacentes. En algunas realizaciones, también se puede definir un intersticio 180 entre la celda eléctrica 120 y la pared 140 de la caja 122 de batería. En algunos ejemplos, el compuesto 124 de encapsulado se puede preparar en un recipiente aparte y a continuación se puede verter en la caja 122 de batería. Por ejemplo, los componentes del compuesto 124 de encapsulado se pueden mezclar para formar una composición que sea curable con el fin de formar una espuma, y a continuación la espuma se puede aplicar en la parte superior 132 de la celda eléctrica 120. El compuesto 124 de encapsulado se puede añadir de tal manera que, sobre la parte superior 132 de la celda eléctrica 120, se disponga una capa de compuesto 124 de encapsulado con un grosor. En algunas realizaciones, el compuesto 124 de encapsulado se puede posicionar en el intersticio 180 entre celdas eléctricas 120 adyacentes. El compuesto 124 de encapsulado se puede posicionar en el intersticio 180 entre la pared 120 y la celda eléctrica 120. El compuesto 124 de encapsulado se puede posicionar de tal manera que se defina un espacio entre la parte superior del compuesto 124 de encapsulado y la parte superior 138 de la caja 122 de batería. En algunas realizaciones, se puede curar una cantidad de compuesto 124 de encapsulado a una forma preformada adecuada, y la forma preformada se puede añadir a la caja 122 de batería en una posición adecuada con respecto a la celda eléctrica 120.
[0078] La figura 5 es una vista superior de un módulo 200 de batería de ejemplo. El módulo 200 de batería incluye celdas eléctricas 220 posicionadas de manera adyacente entre sí. Como se muestra en la figura 5, las celdas eléctricas 220 están posicionadas dentro de una caja 222 de batería que tiene una parte superior 238. La caja 222 de batería define un volumen interno. Como se muestra, la caja 222 de batería está dimensionada de tal manera que las celdas eléctricas 222 se pueden posicionar dentro del volumen interno de la caja 222 de batería con un espacio entre la parte superior 232 de la caja 222 de batería y la parte superior 232 de las celdas eléctricas 220. Se muestra también un compuesto 224 de encapsulado posicionado dentro del volumen interno de la caja 222 de batería. Tal como se muestra, el compuesto 224 de encapsulado tiene una forma en general plana y se extiende por la parte superior 232 de las celdas eléctricas 220. El compuesto 224 de encapsulado se puede configurar de tal manera que los terminales 290 de las celdas eléctricas 220 sean accesibles para un usuario. En algunas realizaciones, las celdas eléctricas 220 incluyen terminales 290 posicionados en una parte superior 232 de las celdas eléctricas 220. El compuesto 224 de encapsulado se puede posicionar en torno a los terminales 290 y entre la parte superior 232 de las celdas eléctricas 220 y la parte superior 238 de la caja 222 de batería.
[0079] En algunas realizaciones, un proceso para posicionar el compuesto 224 de encapsulado en relación con las celdas eléctricas 220 incluye en primer lugar posicionar las celdas eléctricas 220 dentro de la caja 222 de batería. El compuesto 224 de encapsulado se puede preparar en un recipiente aparte y a continuación se puede verter en la caja 222 de batería. Se puede añadir una cantidad adecuada de compuesto 224 de encapsulado de tal manera que se disponga una capa de compuesto 224 de encapsulado con un grosor en al menos una de entre sobre la parte superior 232 de las celdas eléctricas 220 ó entre celdas eléctricas 220 adyacentes. En algunas realizaciones, el compuesto 224 de encapsulado se puede añadir de tal manera que la capa de compuesto 224 de encapsulado tenga un grosor adecuado para cubrir las partes superiores 232 de las celdas eléctricas 220 con los terminales 290 sobresaliendo a través del grosor del compuesto 224 de encapsulado. El compuesto de encapsulado puede mantener las celdas eléctricas 220 en relación espacial mutua, por ejemplo sujetando las celdas eléctricas 220 en relación mutua tal como encapsulando o ciñendo los terminales 290.
[0080] La figura 6 es una vista explosionada de un módulo 300 de batería de ejemplo. El módulo 300 de batería incluye celdas eléctricas 320 posicionadas de manera adyacente entre sí. En algunas realizaciones, el módulo 300 de batería incluye una caja 322 de batería. Las celdas eléctricas 220 se muestran con terminales 290 posicionados en una parte superior 232 de las celdas eléctricas 220. También se muestra un compuesto 324 de encapsulado asociado a las celdas eléctricas 320. Como se muestra en la figura 6, las celdas eléctricas 320 pueden tener una forma en general plana. Tal como se muestra, una sección del compuesto 224 de encapsulado tiene una forma en general plana. En algunas configuraciones, se puede posicionar una sección de compuesto 324 de encapsulado entre celdas eléctricas 320 adyacentes. Por ejemplo, una sección de compuesto 324 de encapsulado puede tener una forma plana y se puede posicionar paralela al plano de las celdas eléctricas 320.
[0081] En algunas realizaciones, un proceso para posicionar el compuesto 324 de encapsulado en relación con las celdas eléctricas 320 incluye en primer lugar posicionar las celdas eléctricas 320 en relación espacial mutua y a continuación el compuesto 324 de encapsulado se puede posicionar en un espacio definido entre celdas eléctricas 320 adyacentes. Por ejemplo, el compuesto 324 de encapsulado se puede verter y curar en el espacio entre celdas eléctricas 320 adyacentes. Como ejemplo adicional, el compuesto 324 de encapsulado se puede curar y formar obteniendo una sección preformada que, a continuación, se puede posicionar en el espacio entre celdas eléctricas 320 adyacentes. Se puede proporcionar una cantidad adecuada de compuesto 324 de encapsulado de tal manera que, entre celdas eléctricas 220 adyacentes, se disponga una sección de compuesto 324 de encapsulado que tenga un grosor adecuado. En algunas realizaciones, se puede proporcionar una sección de compuesto 224 de encapsulado de tal manera que la sección de compuesto 324 de encapsulado tenga un grosor adecuado para proporcionar un nivel adecuado de resistencia a las llamas. En algunas realizaciones, el compuesto 320 de encapsulado puede mantener las celdas eléctricas 320 en relación espacial mutua, por ejemplo, absorbiendo impactos o vibraciones del módulo 300 de batería.
Ejemplos
[0082] Los siguientes ejemplos no limitativos se incluyen para ilustrar adicionalmente diversas realizaciones de la presente divulgación y no limitan el alcance de esta última.
Métodos de prueba:
Prueba de viscosidad
[0083] La viscosidad se mide con un viscosímetro Brookfield modelo RVF (de AMETEK Brookfield de Middleboro, Massachusetts), a una velocidad del husillo de 20 rpm y a una temperatura de 25 °C (77° ± 2° F). El husillo utilizado es uno de entre el número 1 (hasta 500 mPas (cps)), el número 2 (hasta 2000 mPas (cps)) ó el número 5 (hasta 20,000 mPas (cps)) en función de la composición que se esté sometiendo a prueba.
Medición de la densidad de la espuma
[0084] Se registró el peso de un dispositivo de medición vacío, en este caso una taza de medición, con una precisión inferior a 0.1 gramos. El volumen máximo del dispositivo de medición se midió llenando el dispositivo de medición con agua y registrando la cantidad de agua requerida para llenar el volumen interno del dispositivo de medición en mililitros. Los diversos componentes se pesaron y se adicionaron al dispositivo de medición.
[0085] Los componentes para producir la espuma se mezclaron vigorosamente durante entre 15 y 20 segundos. Los laterales y el fondo del dispositivo de medición se rasparon minuciosamente para garantizar la reacción de todos los componentes. El dispositivo de medición se golpeó bruscamente sobre una superficie dura para nivelar el líquido. El dispositivo de medición se colocó en una superficie nivelada y se dejó que la espuma subiera libremente sin alterarla. La espuma se dejó curar y enfriar durante entre 60 y 70 minutos. Después del curado, la parte superior del nivel del bollo de espuma se cortó nivelándolo con la parte superior del dispositivo de medición usando una herramienta plana, en este caso un cuchillo o sierra.
[0086] Se pesó el dispositivo de medición que contenía la espuma restante y se registró el peso en gramos. El peso del dispositivo de medición vacío se restó del peso del dispositivo de medición que contenía la espuma restante para obtener el peso de la espuma. La densidad se calculó dividiendo el peso de la espuma por el volumen del dispositivo de medición.
Prueba de fluxibilidad
[0087] La composición que se va a someter a prueba se mezcla manualmente con un tiempo de agitación de 20 a 25 segundos. A continuación se vierten de 65 a 70 gramos de una muestra de la composición que se va a someter a prueba en un lado de un recipiente que tiene unas dimensiones de 8 cm por 15 cm por 9 cm y que tiene 26 celdas de batería cilíndricas de tipo 18650 colocadas en vertical en el recipiente. La prueba se lleva a cabo a una temperatura ambiente que oscila de 21 °C a 24 °C (aproximadamente 70 °F a aproximadamente 75 °F).
[0088] La composición se observa a simple vista a medida que fluye entre las celdas de batería cilíndricas. El nivel al que se asienta la composición cuando se ha curado recibe una calificación de inaceptable, aceptable, bueno y muy bueno en función de cómo de bien se cura en un nivel plano uniforme en torno a las celdas de la batería. "Muy bueno" se corresponde con una altura en torno a las celdas de la batería que tiene una variación inferior al 10 % en posiciones sometidas a prueba dentro del recipiente.
Prueba de combustión
[0089] La prueba de combustión se efectuó según la prueba de inflamabilidad de plásticos UL 94, método de prueba de combustión vertical. Se prepararon barras de muestra para la prueba de combustión en un molde que tenía las siguientes dimensiones: longitud de 125 a 152 mm por anchura de 13 mm y grosor de 9.5 mm ó grosor de 6,35 mm. La espuma se dejó curar en el molde de 8 a 12 horas antes de retirarla. Después del moldeo, las barras de muestra se acondicionaron a 25 ±2 °C y un 50 ±5 % de humedad relativa durante un mínimo de 48 horas antes de las pruebas.
[0090] El material se calificó como V-0 si la muestra de prueba individual se extinguía antes de 10 segundos después de retirar la muestra de prueba de la llama del quemador, y el tiempo total después de la llama para un conjunto de cinco muestras estaba dentro de los 50 segundos y no se había producido una ignición del indicador de algodón. La calificación V-1 y V-2 requería que la muestra de prueba individual se extinguiese antes de 30 segundos después de la retirada de la muestra de prueba de la llama del quemador y el tiempo total después de la llama para un conjunto de cinco muestras estuviese dentro de los 250 segundos. La calificación V-2 permitía que el indicador de algodón se encendiera con partículas en llamas.
[0091] Se describe un proceso de ejemplo para formar el compuesto de encapsulado. Este mismo proceso se usó para todos los compuestos de encapsulado de muestra, enumerándose las cantidades de cada componente en la posterior Tabla 1.
Proceso de formación del primer y segundo componentes
[0092] Para formar el primer componente, en primer lugar se adicionó un poliéter triol líquido a un recipiente de mezclado. La mezcla se inició mientras se estaba adicionando el poliéter triol líquido al recipiente de mezclado. La velocidad del mezclador estaba entre 25 y 30 rpm mientras se estaba adicionando el poliéter triol líquido. La velocidad del mezclador se aumentó a entre 600 y 800 rpm una vez que se adicionó todo el poliéter triol líquido.
[0093] A continuación se adicionaron al recipiente de mezclado una glicerina líquida, una trietanolamina, un poliéter y un agente antisedimentación, en las muestras en las que estos estaban incluidos. A continuación, se adicionaron al recipiente de mezclado un tixótropo (sílice ahumada), un agente nucleante, un componente retardante de llama bromado y potenciador retardante de llama (trióxido de antimonio), en las muestras en las que estos estaban incluidos. El contenido del recipiente de mezclado se mezcló de aproximadamente 15 a aproximadamente 20 minutos.
[0094] A continuación se adicionó agua destilada al recipiente de mezclado. Mientras se estaba mezclando el contenido del recipiente de mezclado, se adicionaron un catalizador de amina terciaria y un surfactante, en las muestras en las que estos estaban incluidos. A continuación se adicionó un retardante de llama de éster de fosfato. El contenido del recipiente de mezclado se mezcló durante aproximadamente 30 minutos para formar el primer componente. Después de aproximadamente 30 minutos, se interrumpió la mezcla y el recipiente de mezclado se vació del primer componente.
[0095] Para formar el segundo componente, se adicionó isocianato líquido a un recipiente de mezclado. El isocianato líquido se mezcló a una velocidad del mezclador de 25 a 30 rpm mientras se adicionaba al recipiente de mezclado. En muestras que tenían un retardante de llama incluido en el segundo componente, a continuación se adicionó al recipiente de mezclado un retardante de llama de éster de fosfato. El contenido del recipiente de mezclado se mezcló de l5 a 20 minutos para formar el segundo componente. Después de 15 a 20 minutos, se interrumpió la mezcla y el recipiente de mezclado se vació del segundo componente.
Proceso de formación de la composición de encapsulado y del compuesto de encapsulado
[0096] Se vertieron fracciones adecuadas del Primer Componente y del Segundo Componente en un recipiente de mezclado. El recipiente de mezclado utilizado fue mayor que la cantidad total de material que se estaba mezclando para permitir un mezclado vigoroso. Por ejemplo, para 75 gramos de material total, el tamaño mínimo sugerido de recipiente sería un recipiente de 150 ml para el mezclado.
[0097] En primer lugar se colocó el componente de mayor densidad en el recipiente de mezclado y, a continuación, se adicionó poco a poco el segundo componente encima del primer componente. Esto ayudó a limitar la prerreacción de los materiales a solamente una reacción en la interfase. Se rasparon los lados y el fondo de los recipientes de medición individuales para garantizar que casi todos los materiales medidos se adicionaban al recipiente de mezclado.
[0098] Se puso en marcha un temporizador y el contenido del recipiente de mezclado se mezcló vigorosamente de 20 a 30 segundos con un utensilio de agitación de lados planos hasta que el material presentó un aspecto homogéneo y uniforme. Los lados y el fondo del recipiente de mezclado se rasparon durante el mezclado. Después del mezclado, el contenido del recipiente de mezclado se vertió inmediatamente en un molde.
[0099] Para formar las muestras no retardantes de llama, se utilizaron sustancialmente las mismas etapas que las descritas para el material retardante de llama. No obstante, no se adicionó ningún retardante de llama ni al primer ni al segundo componente.
[0100] Los ejemplos comparativos y las muestras 1 a 10 se prepararon con los siguientes componentes, proporcionados con la denominación comercial y el proveedor cuando corresponda, y en las cantidades establecidas en la Tabla 1: poliéter poliol diol de PPG 2000 Mn (poliol de baja viscosidad - terminación EO) (POLY G 55-56, disponible en Monument Chemical Group, de Houston, TX); glicerina 99.5% (reticulante/humectante de triol) (disponible en Dow Chemical Company, de Midland, MI); trietanolamina 99% (reticulante/humectante/catalizador de triol) (disponible en Dow Chemical Company, de Midland, MI); sílice ahumada (tixótropo) (AEROSIL 200, disponible en Evonik Industries, de Essen, Alemania); estearato de cinc (agente nucleante) (NB-60, disponible en PMC Group, de Memphis TN); borato de cinc (retardante de llama) (ZB-467, disponible en Lanxess Aktiengesellschaft, de Colonia, Alemania); etilenbistetrabromoftalimida (retardante de llama bromado) (SAYTEX BT-93, disponible en Albemarle Corporation, de Baton Rouge, LA); agua destilada (agente de expansión de espuma); solución de 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano (catalizador de amina terciaria) (DABCO 33 LV, disponible en Evonik Industries, de Essen, Alemania); dióxido de titanio (colorante/agente nucleante); catalizador de amina terciaria (DABCO 8154, disponible en Evonik Industries, de Essen, Alemania); poliol triol de PPG 700 Mn (poliol de baja viscosidad) (POLY G 30-240, disponible en Monument Chemical Group, de Houston, TX); poliéter poliol 700 Mn (triol basado en óxido de polipropileno) (ARCOL LHT-240, disponible en Covestro, de Leverkusen, Alemania); poliéter poliol tetrafuncional (POLY-Q 40-800E, disponible en Arch Chemicals, Inc. de Norwalk, CT); tetrapoliol de PPG/amina 280 Mn (tetra reticulante/humectante/catalizador) (VORANOL 800, disponible en The Dow Chemical Company, de Midland, MI); poliéter poliol (VORANOL 230-238, disponible en The Dow Chemical Company, de Midland, MI); surfactante de silicona (surfactante para células de espuma) (VORASURF DC 5160, disponible en Dow Chemical Company); éster de fosfato halogenado (retardante de llama) (FYROL PCF, disponible en ICL Industrial Products, de St. Louis, MO); trimetil pentanil diisobutirato (diluyente de viscosidad) (EASTMAN TXIB, disponible en Eastman Chemical Company, de Kingsport, TN); éster de fosfato (retardante de llama) (FYROL A710, disponible en ICL Industrial Products, de St. Louis, MO); éster de triarilfosfato isopropilado (retardante de llama de fósforo) (REOFOS 35, disponible en Lanxess Aktiengesellschaft, de Colonia, Alemania); fosfato de difenil cresilo (retardante de llama) (KRONITEX CDP, disponible en Lanxess Aktiengesellschaft, de Colonia, Alemania); trióxido de antimonio (potenciador del rendimiento de retardantes de llama) (AMSPEC SELECT, disponible en Amspec Chemical Corporation, de Gloucester City, NJ); solución de urea modificada (aditivo reológico/agente antisedimentación) (BYK-410, disponible en BYK USA Inc., de Wallingford, CT); MDI líquido modificado (isocianato - 29% NCO) (ISONATE 143L, disponible en The Dow Chemical Company, de Midland, MI); MDI polimérico (funcionalidad 2.7) (RUBINATE M, disponible en Huntsman Corporation, de The Woodlands, TX).
[0101] Las composiciones se elaboraron y se sometieron a prueba según los métodos de prueba descritos anteriormente. Los resultados y observaciones se exponen en la Tabla 1.
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000018_0001
[0102] Las muestras 11 a 14 se prepararon con un proceso similar al descrito para las muestras 1 a 10. Las muestras 11 a 14 se prepararon con los siguientes componentes, proporcionados con la denominación comercial y el proveedor cuando corresponda, y en las cantidades establecidas en la Tabla 2: glicerina 99.5 % (reticulante/humectante de triol) (disponible en The Dow Chemical Company, de Midland), MI); trietanolamina 99% (reticulante/humectante/catalizador de triol) (disponible en The Dow Chemical Company, de Midland, MI); sílice ahumada (tixótropo) (TS-720, disponible en Cabot Corp., de Boston, MA); estearato de cinc (agente nucleante) (NB-60, disponible en PMC Group, de Memphis TN); etilenbistetrabromoftalimida (retardante de llama bromado) (SAYTEX BT-93, disponible en Albemarle Corporation, de Baton Rouge, LA); agua destilada (agente de expansión de espuma); solución de 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano ((primer) catalizador de amina terciaria) (DABCO 33 lV, disponible en Evonik Industries, de Essen, Alemania); (segundo) catalizador de amina terciaria (DABCO DMDEE, disponible en Evonik Industries, de Essen, Alemania); poliol triol de PPG 700 Mn) (poliol de baja viscosidad) (POLY G 30-240, disponible en Monument Chemical Group, de Houston, TX); tetrapoliol de PPG/amina 280 Mn (tetra reticulante/humectante/catalizador) (VORANOL 800, disponible en The Dow Chemical Company, de Midland, MI); surfactante de silicona (surfactante para células de espuma) (VORASURF DC 5160, disponible en The Dow Chemical Company); éster de fosfato halogenado (retardante de llama) (FYROL PCF, disponible en ICL Industrial Products, de St. Louis, MO); surfactante de silicona (EPH 190, disponible en Evonik Industries); diamina (agente de curado) (LONZACURE DETDA 80, disponible en Lonza, Inc., de Allendale, NJ); trióxido de antimonio (potenciador del rendimiento de retardantes de llama) (AMSPEC SELECT, disponible en Amspec Chemical Corporation, de Gloucester City, NJ); solución de urea modificada (aditivo reológico/agente antisedimentación) (BYK-410BYK-430, disponible en BYK USA Inc., de Wallingford, CT); sílice ahumada (TS-720); MDI polimérico (funcionalidad 2.7) (RUBINATE M, disponible en Huntsman Corporation, de The Woodlands, TX); éster de fosfato halogenado (FYROL PCF): surfactante de silicona (VORASUF DC 5098, disponible en The Dow Chemical Company).
[0103] Las composiciones se elaboraron y se sometieron a prueba según los métodos de prueba descritos anteriormente. Los resultados y observaciones se exponen en la Tabla 2.
Figure imgf000018_0002
Figure imgf000019_0001
[0104] En las realizaciones ejemplificativas descritas se pueden aplicar diversas modificaciones y adiciones.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Proceso para fabricar un módulo de batería que incluye celdas eléctricas posicionadas en un compuesto de encapsulado, en el que
una composición de encapsulado se vierte en una caja de batería, comprendiendo la composición de encapsulado
un primer componente que comprende
un compuesto reactivo con isocianato y agua,
un segundo componente que comprende un compuesto de isocianato,
y un componente retardante de llama en una cantidad de un 15 % en peso a un 60 % en peso sobre la base del peso total de la composición de encapsulado, en donde el retardante de llama es líquido entre 25 °C y 35 °C;
en donde la caja de batería comprende celdas eléctricas, y la composición de encapsulado se vierte en torno a las celdas eléctricas,
en donde la composición de encapsulado se asienta a una altura nivelada en torno a las celdas eléctricas antes de que la composición de encapsulado se endurezca para formar un compuesto de encapsulado que es una espuma, y
en donde la altura del compuesto de encapsulado en varias posiciones está dentro de un 20 por ciento entre ellas cuando se mide desde el fondo del compuesto de encapsulado a la parte superior del compuesto de encapsulado.
2. Proceso según la reivindicación 1, en el que la composición de encapsulado incluye dos o más componentes retardantes de llama.
3. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el componente retardante de llama está presente en uno o ambos del primer componente o el segundo componente.
4. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el primer componente comprende un primer componente retardante de llama y el segundo componente comprende un segundo componente retardante de llama.
5. Proceso según la reivindicación 4, en el que el primer componente comprende el primer componente retardante de llama en una cantidad de un 30 a un 55% en peso sobre la base del peso total del primer componente y el segundo componente comprende el segundo componente retardante de llama en una cantidad de un 20 a un 45% en peso sobre la base del peso total del segundo componente.
6. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el componente retardante de llama incluye un éster de fosfato.
7. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el componente retardante de llama incluye un éster de fosfato halogenado, preferentemente uno o ambos de un éster de fosfato bromado o un éster de fosfato clorado, más preferentemente fosfato de tris(2-cloroisopropilo).
8. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el compuesto reactivo con isocianato tiene una funcionalidad de reactivo con isocianato de tres o más y/o en el que el compuesto de isocianato tiene una funcionalidad isocianato de dos o superior.
9. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la composición de encapsulado incluye, además, por lo menos uno de un catalizador reticulante, un agente nucleante, un surfactante o un potenciador retardante de llama, y combinaciones de los mismos.
10. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el retardante de llama tiene una viscosidad no superior a 300 mPas (cP) a entre 25 °C y 35 °C.
11. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el primer componente tiene una viscosidad de más de uno a menos de 100,000 mPas (cP), y en el que el segundo componente tiene una viscosidad de más de uno a menos de 50,000 mPas (cP), todo a una temperatura de 25 °C a 35 °C.
12. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el primer componente tiene una viscosidad de más de uno a menos de 1500 mPas (cP), y en el que el segundo componente tiene una viscosidad de más de uno a menos de 1000 mPas (cP), todo a una temperatura de 25 °C a 35 °C.
13. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el compuesto de encapsulado tiene una densidad de espuma inferior a 0.50 g/cm3, preferentemente inferior a 0.40 g/cm3, más preferentemente inferior a 0.30 g/cm3.
14. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el compuesto de encapsulado tiene al menos una resistencia a las llamas de nivel V2, preferentemente al menos una resistencia a las llamas de nivel V1, más preferentemente al menos una resistencia a las llamas de nivel V0 según se mide con la prueba de inflamabilidad de plásticos UL 94.
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