CN110760050A - 一种隔热阻燃材料、其制备方法及电池包 - Google Patents

一种隔热阻燃材料、其制备方法及电池包 Download PDF

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CN110760050A CN201810884658.1A CN201810884658A CN110760050A CN 110760050 A CN110760050 A CN 110760050A CN 201810884658 A CN201810884658 A CN 201810884658A CN 110760050 A CN110760050 A CN 110760050A
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
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Abstract

本发明提供了一种隔热阻燃材料，其由组份A和组份B复合制得，组分A包括异氰酸封端聚合物，组分B包括多元醇、催化剂和泡沫稳定剂，有机溶剂和填充物既可以在组分A中也可在组分B中。本发明还提供一种该隔热阻燃材料的制备方法，包括搅拌、混合和发泡的步骤。本发明利用有机溶剂和填充物的配合在不显著提高复配物体系粘度的前提下，提升材料的隔热阻燃性能。

Description

一种隔热阻燃材料、其制备方法及电池包
技术领域
本发明涉及一种隔热阻燃材料、制备方法及电池包。
背景技术
随着化石能源的日渐枯竭，能源问题逐渐成为制约全球汽车工业发展的重大因素。为此新能源汽车的发展受到各国政府的重视及大力支持，其中以电动汽车发展最为迅猛。常见的纯电动汽车的电池类型主要有铅酸动力电池、镍氢动力电池和锂离子动力电池。
其中锂离子动力电池相较于铅酸动力电池与镍氢动力电池有以下突出优点：1.单体电压平台高，便于组成电池组；2.具有高存储能量密度；3.使用寿命相对较长；4.具备高功率承受力，非常适合电动汽车频繁的启动与加速；5.自放电率很低；6.无记忆效应，可随时充放电，大大拓展了电动汽车使用的便捷性；7.高低温适应性较强，为电动汽车在各个地域环境的适用性提供了扎实的基础；8.绿色环保，锂、铁、锰等主要原材料储量丰富，生产过程中基本不耗水，对水资源缺乏的国家和地区十分有利；相较于铅酸动力电池和镍氢动力电池，在生产、使用和报废过程中不产生铅、汞、镉等有毒有害重金属物质。
正是基于上述优点，以锂离子动力电池为动力来源的电动汽车得到了爆发式增长。然而，在实际应用中发现，由于电动汽车的动力电池经常处于震动的环境中，动力电池内部的电池模块容易受到震动的影响，继而降低其使用寿命，使得动力电池的可靠性难以保证；另外由于电池模块中的电芯在使用过程中不断散发热量，容易引起热失控，甚至导致电池模块起火，造成安全事故。因此，如何提高动力电池的安全性和可靠性，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明公开了一种隔热阻燃材料，包括组份A和组份B，组份A和组份B的质量比为0.1∶1～10∶1；
组份A包括异氰酸封端聚合物，
组份B包括以下重量份的复配物：
Figure BSA0000168447600000011
Figure BSA0000168447600000021
或者，
组份A包括以下重量份的复配物：
异氰酸封端聚合物 10～50份
有机溶剂 40～90份
填充物 1～100份
组份B包括以下重量份的复配物：
多元醇 10～50份
催化剂 0.1～0.5份
泡沫稳定剂 0.1～1份
其中，异氰酸封端聚合物的NCO的含量为10％～40％，所述多元醇为阻燃多元醇，有机溶剂为不可燃的低沸点溶剂，所述填充物为隔热阻燃填充物，所述催化剂包括有机锡类或者胺类催化剂中的至少一种。
其中，所述低沸点溶剂是指：沸点在40℃以下的溶剂。
所述异氰酸封端聚合物可采用常规技术手段制得。材料中填充物的存在有利于提高材料的隔热阻燃性能，特别是对于高比例的填充物含量的材料，其隔热阻燃性能大幅提升，但是实际操作中发现随着填充物比例的提高，复配物的体系粘度急剧上升，填充物无法彻底润湿分散在胶液中；同时，提高填充物的含量也会使得材料的发泡倍数下降。经过试验发现，本发明的有机溶剂可降低复配物的体系粘度，以解决提高填充物的含量导致的体系粘度升高的问题，使得填充物彻底润湿分散在胶液中；同时，有机溶剂又可作为发泡剂，解决提高填充物的含量导致的发泡倍数下降的问题，最终可以保证一定的发泡倍数，有利于进一步提高材料的隔热阻燃性能。另外，经过试验发现，固化后填充物在材料中的含量超过3％之后，随含量的继续提高，材料的强度降低，该特征结合本材料的发泡倍数，最终使得其对震动有良好的缓冲作用。
在本发明的一种实施方式中，所述组分A或者组分B中的填充物的重量份为20～100份。
在本发明的一种实施方式中，所述有机溶剂包括一氯三氟丙烯、一溴三氟丙烯、六氟丁烯和二氯甲烷中的至少一种。
一氯三氟丙烯、一溴三氟丙烯、六氟丁烯和二氯甲烷的沸点均在20-40℃之间。所述有机溶剂一方面作为降低体系粘度降粘剂；另一方面作为提高体系发泡倍数的发泡剂。
在本发明的一种实施方式中，所述隔热阻燃填充物包括硅基气凝胶粉末、空心玻璃微珠和玻璃短纤维中的至少一种。
在本发明的一种实施方式中，所述隔热阻燃填充物包括导热系数为0.05～0.15W/m·k的空心玻璃微珠和导热系数为0.013～0.050W/m·k的硅基气凝胶粉末中的至少一种。
在本发明的一种实施方式中，所述组份A和组份B的质量比为0.2∶1～5∶1。
在本发明的一种实施方式中，所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、叔胺类催化剂和季胺类催化剂中的至少一种。
在本发明的一种实施方式中，所述泡沫稳定剂为硬泡硅油。
所述硬泡硅油选自新晨化工的CGY-1、CGY-5中的至少一种。
本发明还公开了一种电池包，包含如权利要求1-7任一所述的隔热阻燃材料，将所述的隔热阻燃材料置于已经过惰性气体置换的所述电池包中进行发泡，固化5～60分钟。
所述发泡的过程具体为：按照质量比分别取已经混合均匀的组分A和组分B，将组分A和组分B混合均匀，然后置于已经过惰性气体置换的电池包中，在室温下自然发泡。
发泡时，隔热阻燃材料会自动填充到电池包的空隙中，固化后，空隙中的隔热阻燃材料一方面可以作为缓冲物，有利于减少震动对电池包内的电池模组的影响，另一方面有利于全方位包裹电池包内的发热部件，在温度过高时可以起到阻燃或者延缓火势蔓延的作用。
另外，因高含量的填充物的存在，使得材料的强度较低，有利于在对电池包进行维护时的拆卸。
在本发明的一种实施方式中，所述的惰性气体包括氮气、氩气、二氧化碳和氦气中的至少一种。
本发明还公开了一种隔热阻燃材料的制备方法，包括如下步骤：
a.按质量比取组份A和组份B，对各自进行搅拌；
b.将组份A和组份B进行均匀混合得到混合物；
c.将步骤b中得到的混合物置于容器中进行发泡，固化5～60分钟。
步骤a中，对各自进行搅拌，意味着分别对组分A和组分B进行搅拌。
容器是指制备所述隔热阻燃材料时容纳步骤b中的混合物的装置，其具体结构根据所述隔热阻燃材料的应用场景而定；例如，将所述隔热阻燃材料应用于电池包时，所述容器可以为电池箱。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤a中采用搅拌机进行搅拌，搅拌机的转速为200～2000r/min，搅拌时间为0.5～5小时。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤a中采用搅拌机进行搅拌，搅拌机的转速为300～1500r/min，搅拌时间为0.5～2小时。
在本发明的一种实施方式中，所述发泡条件为室温自然发泡；所述固化时间为10～30分钟。
本发明的有益效果：
本发明公开的隔热阻燃材料通过提高填充物的比例来提高隔热阻燃的性能，同时利用有机溶剂来解决提高填充物的比例后导致的粘度升高的问题。另外，本发明采用的有机溶剂还可以明显提高发泡倍数，进一步提高隔热阻燃材料的隔热阻燃性能。
本发明公开的将隔热阻燃材料应用于电池包后，有利于减少震动对电池模组或者电池包的影响，而且可以在发热部件温度过高时起到阻燃或者延缓火势蔓延的作用。
具体实施方式
以下的具体实施例对本发明进行了详细的描述，然而本发明并不限制于以下实施例。
实施例1：
本实施例公开一种隔热阻燃材料，其由组份A和组份B复合制得，其中：
组份A为NCO的含量为20％的异氰酸封端聚合物；
组份B包括以下重量份的复配物：
Figure BSA0000168447600000041
其中，硬泡硅油采用新晨化工的CGY-1；阻燃多元醇采用青岛瑞诺化工有限公司的RAYNOL PF-1205；选用导热系数为0.08W/m·k的空心玻璃微珠；组份A和组份B的质量比为0.1∶1。
组分A的粘度为200cps/25℃，组分B的粘度为200cps/25℃。
该隔热阻燃材料的制备的方法为：
a.按质量比取组份A和组份B，对组份B的复配物用搅拌机进行复配搅拌，搅拌机的转速为200r/min，搅拌时间为5小时；
b.对组份A和组份B按0.1∶1的比例混合均匀，得到混合物；
c.将步骤b中得到的混合物置于已经过氩气置换的容器中进行发泡，固化10分钟。
该实施例中，容器为电池包。
经检测，无机填料在固化后的隔热阻燃材料中的质量占比为8.2％，固化后隔热阻燃材料的发泡倍数为5，拉伸强度为20MPa，导热率为0.05W/m·k，阻燃等级为UL94V-0。
实施例2：
本实施例公开一种隔热阻燃材料，其由组份A和组份B复合制得，其中：
组份A为NCO的含量为40％的异氰酸封端聚合物；
组份B包括以下重量份的复配物：
Figure BSA0000168447600000051
其中，硬泡硅油采用新晨化工的CGY-1；阻燃多元醇采用青岛瑞诺化工有限公司的RAYNOL PF-2605；选用导热系数为0.05W/m·k的空心玻璃微珠；组份A和组份B的质量比为10∶1。
组分A的粘度为150cps/25℃，组分B的粘度为250cps/25℃。
该隔热阻燃材料的制备的方法为：
a.按质量比取组份A和组份B，对组份B的复配物用搅拌机进行复配搅拌，搅拌机的转速为300r/min，搅拌时间为5小时；
b.对组份A和组份B按10∶1的比例混合均匀，得到混合物；
c.将步骤b中得到的混合物置于已经过氮气置换的容器中进行发泡，固化5分钟。
该实施例中，容器为电池包。
经检测，无机填料在固化后的隔热阻燃材料中的质量占比为6.0％，固化后隔热阻燃材料的发泡倍数为8，拉伸强度为22MPa，导热率为0.04W/m·k，阻燃等级为UL94V-0。
实施例3：
本实施例公开一种隔热阻燃材料，其由组份A和组份B复合制得，其中：
组份A为NCO的含量为30％的异氰酸封端聚合物；
组份B包括以下重量份的复配物：
Figure BSA0000168447600000061
其中，硬泡硅油采用新晨化工的CGY-5；阻燃多元醇采用万华化学集团股份有限公司的WANOL FR-212；选用导热系数为0.15W/m·k的空心玻璃微珠；组份A和组份B的质量比为5∶1。
组分A的粘度为150cps/25℃，组分B的粘度为250cps/25℃。
该隔热阻燃材料的制备的方法为：
a.按质量比取组份A和组份B，对组份B的复配物用搅拌机进行复配搅拌，搅拌机的转速为1000r/min，搅拌时间为1小时；
b.对组份A和组份B按5∶1的比例混合均匀，得到混合物；
c.将步骤b中得到的混合物置于已经过二氧化碳置换的容器中进行发泡，固化20分钟。
该实施例中，容器为电池包。
经检测，无机填料在固化后的隔热阻燃材料中的质量占比为12.1％，固化后隔热阻燃材料的发泡倍数为4，拉伸强度为18MPa，导热率为0.05W/m·k，阻燃等级为UL94V-0。
实施例4：
本实施例公开一种隔热阻燃材料，其由组份A和组份B复合制得，其中：
组份A包括以下重量份的复配物：
NCO的含量为10％的异氰酸封端聚合物 10份
六氟丁烯 40份
气凝胶粉末 1份
组份B包括以下重量份的复配物：
阻燃多元醇 10份
三乙醇胺 0.1份
硬泡硅油 0.1份
组分A的粘度为200cps/25℃，组分B的粘度为250cps/25℃。
该隔热阻燃材料的制备的方法为：
a.按质量比取组份A和组份B，对组份B的复配物用搅拌机进行复配搅拌，搅拌机的转速为2000r/min，搅拌时间为0.5小时；
b.对组份A和组份B按0.2∶1的比例混合均匀，得到混合物；
c.将步骤b中得到的混合物置于已经过氩气置换的容器中进行发泡，固化60分钟。
该实施例中，容器为电池包。
经检测，无机填料在固化后的隔热阻燃材料中的质量占比为1.5％，固化后隔热阻燃材料的发泡倍数为20，拉伸强度为30MPa，导热率为0.01W/m·k，阻燃等级为UL94V-0。
实施例5：
本实施例公开一种隔热阻燃材料，其由组份A和组份B复合制得，其中：
组份A包括以下重量份的复配物：
NCO的含量为35％的异氰酸封端聚合物 50份
六氟丁烯 90份
气凝胶粉末 100份
组份B包括以下重量份的复配物：
阻燃多元醇 50份
三乙胺 0.5份
硬泡硅油 1份
其中，硬泡硅油采用新晨化工的CGY-5；阻燃多元醇采用万华化学集团股份有限公司的WANOL FR-130；气凝胶粉末采用导热系数为0.050W/m·k的硅基气凝胶粉末；组份A和组份B的质量比为5∶1。
组分A的粘度为300cps/25℃，组分B的粘度为200cps/25℃。
该隔热阻燃材料的制备的方法为：
a.按质量比取组份A和组份B，对组份B的复配物用搅拌机进行复配搅拌，搅拌机的转速为1500r/min，搅拌时间为0.5小时；
b.对组份A和组份B按5∶1的比例混合均匀，得到混合物；
c.将步骤b中得到的混合物置于已经过氦气置换的容器中进行发泡，固化30分钟。
该实施例中，容器为电池包。
经检测，无机填料在固化后的隔热阻燃材料中的质量占比为55.5％，固化后隔热阻燃材料的发泡倍数为2，拉伸强度为10MPa，导热率为0.03W/m·k，阻燃等级为UL94V-0。
实施例6：
本实施例公开一种隔热阻燃材料，其由组份A和组份B复合制得，其中：
组份A包括以下重量份的复配物：
NCO的含量为30％的异氰酸封端聚合物 30份
一溴三氟丙烯 50份
玻璃短纤维 80份
组份B包括以下重量份的复配物：
阻燃多元醇 30份
三乙胺 0.3份
硬泡硅油 0.5份
其中，硬泡硅油采用新晨化工的CGY-5；阻燃多元醇采用万华化学集团股份有限公司的WANOL FR-2026；组份A和组份B的质量比为3∶4。
组分A的粘度为100cps/25℃，组分B的粘度为100cps/25℃。
该隔热阻燃材料的制备的方法为：
a.按质量比取组份A和组份B，对组份B的复配物用搅拌机进行复配搅拌，搅拌机的转速为1000r/min，搅拌时间为2小时；
b.对组份A和组份B按3∶4的比例混合均匀，得到混合物；
c.将步骤b中得到的混合物置于已经过氮气置换的容器中进行发泡，固化20分钟。
该实施例中，容器为电池包。
经检测，无机填料在固化后的隔热阻燃材料中的质量占比为31.1％，固化后隔热阻燃材料的发泡倍数为3，拉伸强度为15MPa，导热率为0.08W/m·k，阻燃等级为UL94V-0。
实施例7
本实施例公开一种隔热阻燃材料，其由组份A和组份B复合制得，其中：
组份A为NCO的含量为30％的异氰酸封端聚合物；
组份B包括以下重量份的复配物：
Figure BSA0000168447600000081
Figure BSA0000168447600000091
其中，硬泡硅油采用新晨化工的CGY-1；阻燃多元醇采用青岛瑞诺化工有限公司的RAYNOL PF-1205；选用导热系数为0.05W/m·k的硅基气凝胶粉末；组份A和组份B的质量比为1∶5。
组分A的粘度为200cps/25℃，组分B的粘度为230cps/25℃。
该隔热阻燃材料的制备的方法为：
a.按质量比取组份A和组份B，对组份B的复配物用搅拌机进行复配搅拌，搅拌机的转速为200r/min，搅拌时间为5小时；
b.对组份A和组份B按1∶5的比例混合均匀，得到混合物；
c.将步骤b中得到的混合物置于已经过氩气置换的容器中进行发泡，固化10分钟。
该实施例中，容器为电池包。
经检测，无机填料在固化后的隔热阻燃材料中的质量占比为23.8％，固化后隔热阻燃材料的发泡倍数为3，拉伸强度为16MPa，导热率为0.05W/m·k，阻燃等级为UL94V-0。
实施例8：
本实施例公开一种隔热阻燃材料，其由组份A和组份B复合制得，其中：
组份A包括以下重量份的复配物：
NCO的含量为30％的异氰酸封端聚合物 30份
一溴三氟丙烯 30份
玻璃短纤维 50份
组份B包括以下重量份的复配物：
阻燃多元醇 30份
三乙胺 0.3份
硬泡硅油 0.5份
该隔热阻燃材料的制备的方法为：
a.按质量比取组份A和组份B，对组份B的复配物用搅拌机进行复配搅拌，搅拌机的转速为1000r/min，搅拌时间为2小时；
b.对组份A和组份B按5∶1的比例混合均匀，得到混合物；
c.将步骤b中得到的混合物置于已经过氮气置换的容器中进行发泡，固化20分钟。
该实施例中，容器为电池包。
经检测，无机填料在固化后的隔热阻燃材料中的质量占比为52.0％，固化后隔热阻燃材料的发泡倍数为2，拉伸强度为12MPa，导热率为0.08W/m·k，阻燃等级为UL94V-0。
对比例1：
本对比例公开一种隔热阻燃材料，其由组份A和组份B复合制得，其中：
组份A为NCO含量为30％的异氰酸封端聚合物；
组份B包括以下重量份的复配物：
Figure BSA0000168447600000101
A组分粘度为200cps/25℃，B组分粘度10000cps/25℃。
该隔热阻燃材料的制备的方法为：
a.取组份A和组份B，对组份B的复配物用搅拌机进行复配搅拌，搅拌机的转速为1500r/min，搅拌时间2小时；
b.对组份A和组份B按比例混合均匀，混合比例为4∶3；
c.将步骤b中得到的混合物置于已经过氩气置换的容器中进行发泡，固化10分钟。
该实施例中，容器为电池包。
经检测，无机填料在固化后的隔热阻燃材料中的质量占比为6.0％，固化后隔热阻燃材料的发泡倍数为1，拉伸强度为20MPa，导热率为0.05W/m·k，阻燃等级为可燃级。
与对比例1相比，实施例1-6中添加的本发明提出的有机溶剂的明显降低了复配物的体系粘度，同时明显提升了材料的发泡倍数；另外阻燃等级也有明显变化。
对比例2
本对比例公开一种隔热阻燃材料，其由组份A和组份B复合制得，其中：
组份A为NCO含量为30％的异氰酸封端聚合物；
组份B包括以下重量份的复配物：
Figure BSA0000168447600000111
A组分粘度为200cps/25℃，B组分粘度300cps/25℃。
该隔热阻燃材料的制备的方法为：
a.取组份A和组份B，对组份B的复配物用搅拌机进行复配搅拌，搅拌机的转速为500r/min，搅拌时间0.5小时；
b.对组份A和组份B按比例混合均匀，混合比例为3∶4；
c.将步骤b中得到的混合物置于已经过氩气置换的容器中进行发泡，固化10分钟。
该实施例中，容器为电池包。
经检测，固化后隔热阻燃材料的发泡倍数为20，拉伸强度为35MPa，导热率为0.03W/m·k，阻燃等级为可燃级。
与对比例2相比，实施例1-6中添加的填充物明显降低了材料的拉伸强度；另外阻燃等级也有明显变化。对比例2中材料的导热率与实施例1-6相比差别不大，主要是因为对比例2不含填充物，其发泡倍数很高；与实施例4相比，在同样的发泡倍数下，添加了填充物的材料的导热率更低。
以上所述，仅为本发明的一些具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种隔热阻燃材料，包括组份A和组份B，其特征在于，组份A和组份B的质量比为0.1∶1～10∶1；
组份A包括异氰酸封端聚合物，
组份B包括以下重量份的复配物：
或者，
组份A包括以下重量份的复配物：
异氰酸封端聚合物 10～50份
有机溶剂 40～90份
填充物 1～100份
组份B包括以下重量份的复配物：
多元醇 10～50份
催化剂 0.1～0.5份
泡沫稳定剂 0.1～1份
其中，异氰酸封端聚合物的NCO的含量为10％～40％，所述多元醇为阻燃多元醇，有机溶剂为不可燃的低沸点溶剂，所述填充物为隔热阻燃填充物，所述催化剂包括有机锡类或者胺类催化剂中的至少一种。
2.如权利要求1所述的一种隔热阻燃材料，其特征在于：所述组分A或者组分B中的填充物的重量份为20～100份。
3.如权利要求1所述的一种隔热阻燃材料，其特征在于：所述有机溶剂包括一氯三氟丙烯、一溴三氟丙烯、六氟丁烯和二氯甲烷中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种隔热阻燃材料，其特征在于：所述隔热阻燃填充物包括硅基气凝胶粉末、空心玻璃微珠和玻璃短纤维中的至少一种。
5.如权利要求1所述的一种隔热阻燃材料，其特征在于：所述隔热阻燃填充物包括导热系数为0.05～0.15W/m.k的空心玻璃微珠和导热系数为0.013～0.050W/m.k的硅基气凝胶粉末中的至少一种。
6.如权利要求1所述的一种隔热阻燃材料，其特征在于：所述组份A和组份B的质量比为0.2∶1～5∶1。
7.如权利要求1所述的一种隔热阻燃材料，其特征在于：所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、叔胺类催化剂和季胺类催化剂中的至少一种。
8.如权利要求1所述的一种隔热阻燃材料，其特征在于：所述泡沫稳定剂为硬泡硅油。
9.一种如权利要求1-8任一所述的隔热阻燃材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.按质量比取组份A和组份B，对各自进行搅拌；
b.将组份A和组份B进行均匀混合；
c.将步骤b中得到的混合物置于容器中进行发泡，固化5～60分钟。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述步骤a中采用搅拌机进行搅拌，搅拌机的转速为200～2000r/min，搅拌时间为0.5～5小时。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述发泡条件为室温自然发泡；所述固化时间为10～30分钟。
12.一种电池包，包含如权利要求1-8任一所述的隔热阻燃材料。
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