TWI783168B - 包含膨脹層之電池組 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於包含選自塗層及自支撐膜或薄層之交聯膨脹層之電池組，該層係自可固化膨脹組合物所形成，該可固化膨脹組合物包含： (a)    樹脂組分，其包含一或多種具有複數個官能基之寡聚或聚合化合物； (b)    視情況固化劑，其具有複數個與樹脂組分(a)之該寡聚或聚合化合物之該等官能基具有反應性之官能基；及 (c)    在熱分解時提供膨脹氣體之化合物；其中 化合物(a)至(c)彼此不同； 係關於包含電池組之物件，其中該交聯膨脹層係施加至該物件中在該電池組與該物件之間毗鄰該電池組之部分上；為電池組或包含電池組之物件提供防火保護或減小或防止電池組之熱散逸之方法。

Description

包含膨脹層之電池組
本發明係關於包含自可固化膨脹組合物沈積之交聯膨脹層之電池組及向電池組及/或包含電池組之物件、尤其包含鋰離子電池組之車輛提供防火保護之方法。
電池組長期以來一直用作移動電源。特定而言，鋰離子電池組之研發使得功率密度有所增加。因此，鋰離子電池組已廣泛用於各種應用中，包括消費者電子裝置，尤其係行動電話、平板電腦及膝上型電腦、醫療器件、工業設備及尤其混合動力/電動車輛。
然而，許多電池組及尤其鋰離子電池組易於發生熱散逸，在此期間，熱量及氣體自電池組快速排放且產生火災危險。電池組、尤其鋰離子電池組可包含含有易燃有機溶劑之電解質組合物，從而增加了與電池組、尤其鋰離子電池組有關之火災危險。另外，上文例示應用中所使用之電池組主要係包含複數個個別電池組單元之電池組包裝。用於混合動力或電動車輛(如汽車、公共汽車及卡車)之鋰離子電池組可含有數千個個別電池組單元。熱散逸可由製造缺陷、熱累積、內部短路或外部影響或創傷引起。一個電池組單元中之熱散逸可影響毗鄰電池組單元，從而產生不可控之鏈反應，整個電池組包裝可著火，在包含該等電池組之車輛之情形下，此可擴散至整個車輛，從而將駕駛員及乘客置於風險之中。
手機或電動汽車因電池組包裝之熱散逸而著火之最新事件使得可顯而易見，需要向電池組、電池組單元以及包含該等電池組之裝置(例如行動電話、平板電腦或膝上型電腦及混合動力或電動車輛)及其使用者提供較佳防火。
因此，本發明之一個目標係提供電池組，其中在電池組單元或整個電池組發生熱散逸之情形下，火勢蔓延得以防止或至少抑制延長時間段。
本發明之另一目標係保護包含電池組之物件及其使用者免於與電池組熱散逸有關之火災危險。
該等及其他目標已藉由包含選自塗層及自支撐膜或薄層之交聯膨脹層之電池組來達成，該層係自可固化膨脹組合物所形成，該可固化膨脹組合物包含： (a)    樹脂組分，其包含一或多種具有複數個官能基之寡聚或聚合化合物； (b)    視情況固化劑，其具有複數個與樹脂組分(a)之該寡聚或聚合化合物之該等官能基具有反應性之官能基；及 (c)    在熱分解時提供膨脹氣體之化合物；其中化合物(a)至(c)彼此不同。
本發明另外係關於包含電池組之物件，其中將本發明之交聯膨脹層施加至物件中在電池組與物件之間毗鄰電池組之部分上。特定而言，物件可為包含鋰離子電池組及客艙之車輛，且將交聯膨脹層施加至車輛中在電池組與車身之間毗鄰電池之底板之至少一部分上。
根據另一態樣，本發明係關於如根據本發明所定義之可固化膨脹組合物之用途，其用於在施加至電池組之任一部分時向電池組提供防火保護及/或減小或防止電池組之熱散逸。
根據再一態樣，本發明係關於如根據本發明所定義之可固化膨脹組合物之用途，其用於在施加至物件中在電池組與物件之間毗鄰電池組之部分上時向包含電池組之物件提供防火保護。特定而言，物件可為包含鋰離子電池組及客艙之車輛且使用可固化膨脹組合物來保護車輛之客艙免於電池組起火。
根據再一態樣，本發明係關於向電池組提供防火保護或以減小或防止電池組之熱散逸之方法，其係藉由以下方式來達成：將如根據本發明所定義之可固化膨脹組合物施加電池組之任一部分以在上面形成塗層且固化塗層以在上面獲得交聯膨脹塗層。
根據再一態樣，本發明係關於向電池組提供防火保護或減小或防止電池組之熱散逸之方法，其係藉由以下方式來達成：使如根據本發明所定義之可固化膨脹組合物形成為膨脹自支撐膜或薄層且將膨脹自支撐膜或薄層施加至電池組，並在施加至電池組之前或之後固化膨脹自支撐膜或薄層。
根據再一態樣，本發明係關於向包含電池組之物件提供防火保護之方法，其係藉由以下方式來達成：將如根據本發明所定義之可固化膨脹組合物施加至物件中在電池組與物件之間毗鄰電池組之部分上以形成在上面塗層並固化塗層以在上面獲得交聯膨脹塗層。特定而言，物件可為包含鋰離子電池組及客艙之車輛且交聯膨脹塗層經定位以保護車輛之客艙免於電池組起火。
根據再一態樣，本發明係關於向包含電池組之物件提供防火保護之方法，其係藉由以下方式來達成：使如根據本發明所定義之可固化膨脹組合物形成為膨脹自支撐膜或薄層並將膨脹自支撐膜或薄層施加至物件中在電池組與物件之間毗鄰電池組之部分上，並在施加至物件之部分之前或之後固化膨脹自支撐膜或薄層。特定而言，物件可為包含鋰離子電池組及客艙之車輛且交聯膨脹自支撐膜或薄層經定位以保護車輛之客艙免於電池組起火。
根據本發明，電池組可為鋰離子電池組。
除在操作實例中外或除非另外指示，否則在說明書及申請專利範圍中所用之表示成分之量、反應條件等之所有數字皆應理解為在所有情況下皆受詞語「約」修飾。因此，除非指示與此相反，否則以下說明書及隨附申請專利範圍中所闡述之數值參數為可端視擬藉由本發明獲得之期望性質而有所變化的近似值。最低限度地且並非試圖限制申請專利範圍之等效項之準則的應用，每一數字參數皆應至少根據所報告有效數字之數值且通過應用普通舍入技術來解釋。
儘管闡述本發明廣泛範圍之數值範圍及參數係近似值，但儘可能精確地報告特定實例中所闡述之數值。然而，任一數值固有地含有必然由其各別測試量測中發現之標準偏差所引起的必然誤差。
亦應理解，本文所列舉之任一數值範圍皆意欲包括其中所包含之所有子範圍。舉例而言，「1至10」之範圍意欲包括所有介於(且包括)所述最小值1與所述最大值10之間之子範圍，亦即，最小值等於或大於1，且最大值等於或小於10。
如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，除非清楚且明確地限於一個指示物，否則冠詞「一(a、an)」及「該(the)」包括複數個指示物。舉例而言，儘管提及「一種」聚合物、「一種」固化劑、「一種」碳源、「一種」發泡劑、「一種」酸源、「一種」強化纖維、「一種」無機添加劑、「一種」塗層組合物及諸如此類，但可使用該等組分中之任一者之一或多種。
本文中之術語「烴基」係指包含碳及氫原子之基團，其中一或多個與碳原子直接鍵結之氫原子可由其他基團(例如-OH、-SH等)代替或取代。
本文中之術語「長鏈烴取代基」係指具有至少6個碳原子之烴基。
本文貫穿申請專利範圍及說明書所用之術語「電池組」係指個別電池組單元以及包含複數個電池組單元之電池組包裝。
本發明電池組包含選自塗層及自支撐膜或薄層之層，該層係自可固化膨脹組合物所形成，該可固化膨脹組合物包含： (a)    樹脂組分，其包含一或多種具有複數個官能基之寡聚或聚合化合物； (b)    視情況固化劑，其具有複數個與樹脂組分(a)之該寡聚或聚合化合物之該等官能基具有反應性之官能基；及 (c)    在熱分解時提供膨脹氣體之化合物；其中化合物(a)至(c)彼此不同。樹脂組分 (a)
本發明中所使用之具有複數個官能基之寡聚或聚合化合物並無特定限制，其包括(但不限於)環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚矽氧烷、聚胺基甲酸酯、聚脲、聚乙烯基化合物、酚系樹脂、脲-甲醛樹脂、聚醯亞胺、三聚氰胺樹脂、聚酯樹脂及氰酸酯樹脂。在該等樹脂中，環氧樹脂、丙烯酸樹脂及/或聚胺基甲酸酯樹脂尤其適宜。
樹脂組分(a)之官能基可選自酮、醯肼、碳化二亞胺、噁唑啉、環氧基、胺、乙烯基、醯胺、胺基甲酸酯、脲、硫醇、羧酸、(甲基)丙烯醯基、異氰酸酯、烷氧基矽基、酸酐、羥基、烷氧基、能夠彼此反應之官能基及其組合。
能夠彼此反應之適宜官能基可選自N-羥甲基醯胺基團；具有矽鍵結可水解或可縮合基團(例如氯、羥基、烷氧基、乙醯氧基及/或酮肟基)之矽烷基團；烯系不飽和脂肪酸基團，其(例如)能夠藉由(例如)空氣氧進行氧化乾燥；甲亞胺基團；氮雜環丁烷基團；能夠發生熱可逆狄爾斯-阿爾德反應(Diels-Alder reaction)之基團，例如呋喃/馬來醯亞胺。若樹脂組分(a)含有能夠彼此反應之官能基，則其可視為自交聯性且無需存在固化劑(b)即提供形成本發明之交聯膨脹層之可固化膨脹組合物。
樹脂組分(a)亦可含有能夠彼此反應之官能基及與固化劑(b)之官能基具有反應性之官能基之組合。在該等情形下，可另外存在固化劑(b)以除能夠彼此反應之官能基間之交聯外亦在固化時提供其他官能基與固化劑(b)間的交聯。然而，若樹脂組分(a)不具有能夠彼此反應之官能基，則必須存在固化劑(b)。
用於樹脂組分(a)之適宜環氧樹脂包含至少一種聚環氧化物。聚環氧化物具有至少兩個1,2-環氧基。通常，聚環氧化物之環氧當量介於80至6000、通常100至700之間。環氧化合物可為飽和或不飽和、環狀、脂肪族、脂環族、芳香族或雜環。其可包含取代基，例如鹵素、羥基及醚基團。
聚環氧化物之實例係具有1個以上或通常約兩個1,2-環氧基等效基團者；亦即，平均每分子具有兩個環氧基之聚環氧化物。最常用聚環氧化物係(例如)多酚(例如2,2-雙(4-羥基苯基)丙烷(雙酚A)、間苯二酚、氫醌、苯二甲醇、間苯三酚、雙酚F及兒茶酚)之聚縮水甘油基醚；或多元醇(例如脂環族多元醇，例如1,2-環己二醇、1,4-環己二醇、2,2-雙(4-羥基環己基)丙烷、1,1-雙(4-羥基環己基)乙烷、2-甲基-1,1-雙(4-羥基環己基)丙烷、2,2-雙(4-羥基-3-第三丁基環己基)丙烷、1,3-雙(羥甲基)環己烷及1,2-雙(羥甲基)環己烷)之聚縮水甘油基醚。脂肪族多元醇之實例尤其包括三羥甲基戊二醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,2,6-己三醇、環己烷二甲醇、甘油、三羥甲基丙烷、氫化雙酚A、氫化雙酚F或聚醚二醇(例如聚(氧基四亞甲基)二醇、聚(氧基伸乙基)二醇、聚(氧基伸丙基)二醇)及新戊二醇。
特定適宜聚環氧化物具有小於300 g/當量之環氧當量。實例包括EPON 828，其可購自Hexion Inc。
另一組適宜環氧樹脂包括聚羧酸之聚縮水甘油基醚，其係藉由環氧化合物(例如環氧氯丙烷)與脂肪族或芳香族聚羧酸(例如草酸、琥珀酸、戊二酸、對苯二甲酸、2,6-萘二甲酸或二聚合亞油酸)之反應所形成。
可用於本發明之其他適宜環氧樹脂包含環氧化烯系不飽和脂環族材料，例如環氧脂環族醚及酯、含有氧基伸烷基之環氧樹脂、環氧酚醛清漆樹脂(其係藉由使環氧鹵丙烷與醛及一元或多元酚之縮合產物進行反應來製備，例如環氧酚酚醛清漆樹脂或環氧甲酚酚醛清漆樹脂)。
另外，可根據本發明有利地採用撓性聚環氧化物樹脂作為本發明之膨脹組合物之聚環氧官能化合物(a)。該等樹脂通常基本上係線性材料，但容許少量支化。實例性適宜材料係環氧化大豆油、基於二聚體酸之材料(例如EMPOL 1010樹脂，其可購自BASF SE, Ludwigshafen Germany)及經橡膠改質之聚環氧化物樹脂(例如自雙酚A之聚縮水甘油基醚及酸官能聚丁二烯製得之產物)。
用於本發明之撓性聚環氧化物之其他適宜實例包括環氧官能加合物，且係自撓性酸官能聚酯及聚環氧化物所製備。
酸官能聚酯通常具有至少10 mg KOH/g、通常約140 mg KOH/g至約350 mg KOH/g及適宜地約180 mg KOH/g至約260 mg KOH/g之酸值，如藉由ASTM 974-87所測定。
直鏈聚酯較具支鏈聚酯更適用於本文。酸官能聚酯可藉由有機聚羧酸或其酐與有機多元醇之聚酯化來製備。通常，聚羧酸及多元醇係脂肪族或芳香族二元酸及二醇。
通常用於製備聚酯之二醇包括伸烷基二醇，例如乙二醇、二乙二醇、新戊二醇及其他二醇(例如氫化雙酚A、環己二醇、環己烷二甲醇、己內酯二醇(例如ε-己內酯及乙二醇之反應產物)、羥基-烷基化雙酚、聚醚二醇(例如聚(氧基四亞甲基)二醇、聚(氧基伸乙基)二醇、聚(氧基伸丙基)二醇)及諸如此類)。亦可使用具有更高官能度之多元醇，但二醇更為適宜。實例包括三羥甲基丙烷、三羥甲基乙烷、新戊四醇、甘油、異山梨醇、四甲基環丁二醇及諸如此類以及更高分子量多元醇(例如藉由氧基烷基化較低分子量多元醇所產生者)。
聚酯之酸組分包含每分子具有具有2至36個碳原子之單體二羧酸或酐。尤其有用之酸係鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、四氫鄰苯二甲酸、六氫鄰苯二甲酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、馬來酸、戊二酸、氯菌酸、四氯鄰苯二甲酸、四溴鄰苯二甲酸、癸二酸、十二烷二酸、松香酸、二酚酸、沒食子酸及其他不同類型之二羧酸(例如不飽和C18 脂肪酸之狄爾斯-阿爾德加合物)。
聚酯可包括極少量之一元酸，例如苯甲酸、硬脂酸、乙酸、羥基硬脂酸及油酸。同樣，可採用高碳聚羧酸(例如偏苯三酸)。在上文提及酸之情形下，應理解，可使用形成酐之彼等酸之酐代替酸。同樣，可使用酸之低碳烷基酯，例如戊二酸二甲酯及對苯二甲酸二甲酯。
根據本發明，用於製備環氧官能加合物之聚酯可自包含具有7至16個碳原子之聚羧酸或酸混合物之聚羧酸組分及包含二乙二醇部分之多元醇組分製得。
用於製備撓性酸官能聚酯及聚環氧化物之環氧官能加合物之聚環氧化物可選自如上文針對聚本發明之環氧化物官能組分所定義者。
其他適宜具有環氧官能化合物係環氧官能丙烯酸樹脂。該等樹脂可藉由(甲基)丙烯酸單體視情況與乙烯基單體或其他包含至少一個碳-碳雙鍵之單體之組合之自由基加成聚合製得，其中單體組合物包含至少一種具有一個碳-碳雙鍵之環氧官能化合物。
適宜環氧官能烯系不飽和單體可選自(甲基)丙烯酸縮水甘油基酯、烯丙基縮水甘油基醚、乙烯基縮水甘油基醚、乙烯基環氧環己烷、氧化檸檬烯、丙烯酸2-乙基縮水甘油基酯、甲基丙烯酸2-乙基縮水甘油基酯、丙烯酸2-(正丙基)縮水甘油基酯、甲基丙烯酸2-(正丙基)縮水甘油基酯、丙烯酸2-(正丁基)縮水甘油基酯、甲基丙烯酸2-(正丁基)縮水甘油基酯、甲基丙烯酸縮水甘油基甲基酯、丙烯酸縮水甘油基酯、丙烯酸(3',4'-環氧基庚基)-2-乙基酯、甲基丙烯酸(3',4'-環氧基庚基)-2-乙基酯、丙烯酸(6',7'-環氧基庚基)酯、甲基丙烯酸(6',7'-環氧基庚基)酯、烯丙基-3,4-環氧基庚基醚、6,7-環氧基庚基烯丙基醚、乙烯基-3,4-環氧基庚基醚、3,4-環氧基庚基乙烯基醚、6,7-環氧基庚基乙烯基醚、鄰-乙烯基苄基縮水甘油基醚、間-乙烯基苄基縮水甘油基醚、對-乙烯基苄基縮水甘油基醚、3-乙烯基環氧環己烷、甲基丙烯酸α-甲基縮水甘油基酯、(甲基)丙烯酸3,4-環氧基環己基甲基酯及其組合。(甲基)丙烯酸縮水甘油基酯尤其適宜。
用於製備環氧官能丙烯酸樹脂之適宜其他單體可選自 -  烯系不飽和腈化合物； -  乙烯基芳香族單體； -  烯系不飽和酸之烷基酯； -  烯系不飽和酸之羥基烷基酯； -  烯系不飽和酸之醯胺； -  烯系不飽和酸； -  烯系不飽和磺酸單體及/或烯系不飽和含磷酸單體 -  羧酸乙烯基酯； -  共軛二烯； -  具有至少兩個烯系不飽和基團之單體；及 -  其組合。
可用於製備環氧官能丙烯酸樹脂之烯系不飽和腈單體之實例包括可聚合不飽和脂肪族腈單體，其在直鏈或具支鏈配置中含有2至4個碳原子且可經乙醯基或其他腈基團取代。該等腈單體包括丙烯腈、甲基丙烯腈、α-氰基乙基丙烯腈、富馬腈及其組合，其中丙烯腈尤其適宜。
乙烯基-芳香族單體之代表包括(例如)苯乙烯、α-甲基苯乙烯、對-甲基苯乙烯、第三丁基苯乙烯及乙烯基甲苯。適宜地，乙烯基-芳香族單體係選自苯乙烯、α-甲基苯乙烯及其組合。
可用於製備環氧官能丙烯酸樹脂之(甲基)丙烯酸酯包括丙烯酸或(甲基)丙烯酸之正烷基酯、異烷基酯或第三烷基酯(其中烷基具有1至20個碳原子)、甲基丙烯酸與新酸(例如新癸酸(versatic acid、neodecanoic acid)或新戊酸)之縮水甘油基酯之反應產物及(甲基)丙烯酸羥基烷基酯及(甲基)丙烯酸烷氧基烷基酯單體。
一般而言，(甲基)丙烯酸之適宜烷基酯可選自(甲基)丙烯酸C1 -C20 烷基酯、適宜地(甲基)丙烯酸C1 -C10 -烷基酯。該等丙烯酸酯單體之實例包括丙烯酸正丁基酯、丙烯酸第二丁基酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸己酯、丙烯酸第三丁基酯、丙烯酸2-乙基-己基酯、丙烯酸異辛基酯、丙烯酸4-甲基-2-戊基酯、丙烯酸2-甲基丁基酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸正丁基酯、甲基丙烯酸異丁基酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸異丙基酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸環己基酯及甲基丙烯酸鯨蠟基酯。尤其適宜地，可選擇來自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯及其組合之(甲基)丙烯酸酯。
可用於製備環氧官能丙烯酸樹脂之(甲基)丙烯酸羥基烷基酯單體包括基於環氧乙烷、環氧丙烷及更高級環氧烷或其混合物之丙烯酸羥基烷基酯及甲基丙烯酸羥基烷基酯單體。實例係丙烯酸羥乙基酯、丙烯酸羥丙基酯、甲基丙烯酸羥乙基酯、甲基丙烯酸羥丙基酯及丙烯酸羥丁基酯。適宜地，(甲基)丙烯酸羥基烷基酯單體係選自(甲基)丙烯酸2-羥基乙基酯。
可用於製備環氧官能丙烯酸樹脂之烯系不飽和酸之醯胺包括丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺及二丙酮丙烯醯胺。尤其適宜之醯胺單體係(甲基)丙烯醯胺。
可用於製備環氧官能丙烯酸樹脂之乙烯基酯單體包括乙酸乙烯基酯、丙酸乙烯基酯、丁酸乙烯基酯、苯甲酸乙烯基酯、2-乙基己酸乙烯基酯、硬脂酸乙烯基酯及新癸酸乙烯基酯。尤其適宜之乙烯基酯係乙酸乙烯基酯。
適於製備環氧官能丙烯酸樹脂之烯系不飽和羧酸單體包括單羧酸及二羧酸單體以及二羧酸單酯。在實施本發明時，尤其適於使用含有3至5個碳原子之烯系不飽和脂肪族單-或二羧酸或酐。單羧酸單體之實例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸且二羧酸單體之實例包括富馬酸、衣康酸(itaconic acid)、馬來酸及馬來酸酐。其他適宜烯系不飽和酸之實例包括乙烯基乙酸、乙烯基乳酸、乙烯基磺酸、2-甲基-2-丙烯-1-磺酸、苯乙烯磺酸、丙烯醯胺基甲基丙烷磺酸及其鹽。適宜地，烯系不飽和羧酸單體係選自(甲基)丙烯酸、巴豆酸、衣康酸、馬來酸、富馬酸及其組合。
適於製備環氧官能丙烯酸樹脂之共軛二烯單體包括選自以下之共軛二烯單體：1,3-丁二烯、異戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-氯-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、1,3-己二烯、2,4-己二烯、1,3-辛二烯、2-甲基-1,3-戊二烯、2,3-二甲基-1,3-戊二烯、3,4-二甲基-1,3-己二烯、2,3-二乙基-1,3-丁二烯、4,5-二乙基-1,3-辛二烯、3-丁基-1,3-辛二烯、3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯、2-甲基-6-亞甲基-1,7-辛二烯、7-甲基-3-亞甲基-1,6-辛二烯、1,3,7-辛三烯、2-乙基-1,3-丁二烯、2-戊基-1,3-丁二烯、3,7-二甲基-1,3,7-辛三烯、3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯、3,7,11-三甲基-1,3,6,10-十二碳四烯、7,11-二甲基-3-亞甲基-1,6,10-十二碳三烯、2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯、2-苯基-1,3-丁二烯及2-甲基-3-異丙基-1,3-丁二烯以及1,3-環己二烯。1,3-丁二烯、異戊二烯及其組合係尤其適宜之共軛二烯。
亦可在樹脂組分(a)中使用兩種或更多種(例如三種或更多種或四種或更多種)可選自如上文揭示者之不同聚環氧官能化合物之組合。
本發明之適宜聚環氧官能化合物可選自雙酚A之二縮水甘油基醚、雙酚F之二縮水甘油基醚、間苯二酚二縮水甘油基醚、環氧酚酚醛清漆樹脂、環氧甲酚酚醛清漆樹脂、環氧官能(聚)矽氧烷、環氧官能多硫化物、酸官能聚酯及聚環氧化物之環氧官能加合物(例如上文所闡述者)。
本發明中所使用之丙烯酸樹脂包括丙烯酸或甲基丙烯酸之一或多種烷基酯視情況以及一或多種其他可聚合烯系不飽和單體之共聚物。丙烯酸或甲基丙烯酸之有用烷基酯包括在烷基中含有1至30及(例如) 4至18個碳原子之脂肪族烷基酯。非限制性實例包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯及丙烯酸2-乙基己基酯。適宜其他可共聚烯系不飽和單體包括乙烯基芳香族化合物，例如苯乙烯及乙烯基甲苯；腈，例如丙烯腈及4-甲基丙烯腈；乙烯基及亞乙烯基鹵化物，例如氯乙烯及二氟亞乙烯；及乙烯基酯，例如乙酸乙烯基酯。
丙烯酸共聚物可包括羥基官能基，該等羥基官能基通常係藉由在用於產生共聚物之反應物中包括一或多種羥基官能單體而納入聚合物中。有用羥基官能單體包括丙烯酸羥基烷基酯及甲基丙烯酸羥基烷基酯(通常在羥基烷基中具有2至4個碳原子，例如丙烯酸羥乙基酯、丙烯酸羥丙基酯、丙烯酸4-羥丁基酯)、己內酯及丙烯酸羥基烷基酯及相應甲基丙烯酸羥基烷基酯之羥基官能加合物以及下述β-羥基酯官能單體。亦可使用N-(烷氧基甲基)丙烯醯胺及N-(烷氧基甲基)甲基丙烯醯胺來製備丙烯酸聚合物。
β-羥基酯官能單體可自烯系不飽和、環氧官能單體及具有5至20個碳原子之羧酸來製備，或自烯系不飽和酸官能單體及含有至少5個碳原子環氧化合物(其不可與烯系不飽和酸功能單體進行聚合)來製備。
本發明中所使用之聚合物亦可為聚胺基甲酸酯。可使用之聚胺基甲酸酯係藉由使聚酯多元醇或丙烯酸多元醇(例如上文所提及者)與聚異氰酸酯反應製得之聚合多元醇，其中OH/NCO當量比大於1:1，從而產物中存在游離羥基。
適於形成含有活性氫之陽離子聚合物之聚胺基甲酸酯聚合物之其他實例包括聚胺基甲酸酯、聚脲及藉由使聚醚多元醇及/或聚醚聚胺與聚異氰酸酯進行反應所製得之聚(胺基甲酸酯)聚合物。該等聚胺基甲酸酯聚合物闡述於美國專利第6,248,225號中。
根據本發明，對於樹脂組分(a)而言，亦可使用複數種具有複數個不同化學官能基之寡聚或聚合化合物，包括環氧樹脂及丙烯酸樹脂或環氧樹脂及聚胺基甲酸酯樹脂之組合，如(例如) US 5,108,832或US 5,070,119中所揭示。
倘若樹脂組分(a)包含環氧樹脂及聚胺及/或使用聚硫醇官能化合物作為固化劑(如下文所論述)，則樹脂組分(a)可進一步包含 (i)    (甲基)丙烯酸之β-羥基酯； (ii)   不同於化合物(i)之(甲基)丙烯酸酯官能化合物；或其組合。
(甲基)丙烯酸之β-羥基酯可包含源自聚環氧化物與(甲基)丙烯酸之反應之(甲基)丙烯酸酯基團的複數種β-羥基酯。聚環氧化物可與(甲基)丙烯酸以1:0.1至1:1.2、適宜地1:0.5至1:1.2、更適宜地1:1至1:1.05之環氧基-甲酸當量比進行反應。
可用於聚環氧化物與(甲基)丙烯酸之反應之聚環氧化物可選自如上文針對本發明膨脹組合物之組分(a)所揭示的彼等聚環氧化物。可用於製備(甲基)丙烯酸之β-羥基酯(本發明之膨脹組合物之組分(b))之尤其適宜之環氧化物係選自雙酚A之二縮水甘油基醚、雙酚F之二縮水甘油基醚、環氧苯基酚醛清漆樹脂、環氧甲酚酚醛清漆樹脂、環氧官能丙烯酸樹脂、環氧官能聚酯或其組合。
尤其適宜之(甲基)丙烯酸之β-羥基酯係EPIKOTE 828 (雙酚A與環氧氯丙烷之反應產物)與丙烯酸之反應產物，其係以EBECRYL 3720形式購自Allnex。
除(甲基)丙烯酸之β-羥基酯(i)外或替代地，不同於化合物(i)之(甲基)丙烯酸酯官能化合物(ii)亦可存在於樹脂組分(a)中。因此，可適宜地調節本發明之膨脹組合物之黏度。因此，據信，可選組分(ii)用作本發明之膨脹組合物中之反應性稀釋劑。本發明之膨脹組合物之可選(甲基)丙烯酸酯官能組分(ii)可選自以下各項之聚(甲基)丙烯酸酯：1,4-丁二醇、新戊二醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、1,6-己二醇、1,4-環己烷二甲醇、對-二甲苯二醇、1,4-環己二醇、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、新戊四醇、聚醚二醇(例如聚(氧基四亞甲基)二醇、聚(氧基伸乙基)二醇、聚(氧基伸丙基)二醇)及其組合。
本發明者發現，添加(甲基)丙烯酸之β-羥基酯(i)及/或不同於其之(甲基)丙烯酸酯官能化合物(ii)使得可大大增加組合物之固化速率。
不期望受限於理論，據信，此固化速率增加係源於(甲基)丙烯酸之β-羥基酯(i)或不同於其之(甲基)丙烯酸酯官能化合物(ii)之丙烯酸基團與聚胺及/或聚硫醇官能化合物之間的邁克爾加成反應(Michael addition reaction)。
在本發明之膨脹組合物中，環氧樹脂可以20 wt.-%至95 wt.-%、適宜地40 wt.-%至95 wt.-%之量存在，且(甲基)丙烯酸之β-羥基酯(i)可以5 wt.-%至80 wt.-%、適宜地5 wt.-%至60 wt.-%之量存在，其中重量百分比係基於環氧樹脂及(甲基)丙烯酸之β-羥基酯(i)之總重量。
另外，在本發明之膨脹組合物中，環氧樹脂(a)可以25 wt.-%至95 wt.-%、適宜地40 wt.-%至95 wt.-%之量存在，(甲基)丙烯酸之β-羥基酯(i)可以5 wt.-%至75 wt.-%、適宜地5 wt.-%至60 wt.-%之量存在，且不同於(i)之(甲基)丙烯酸酯官能化合物(ii)可以0至50 wt.-%、適宜地5 wt.-%至30 wt.-%之量存在，其中重量百分比係基於化合物(a)、(i)及(ii)之總重量。
在本發明之膨脹組合物中，基於膨脹組合物之總固體重量，樹脂組分(a)之量可為10-40 wt.-% (例如15-38 wt.-%、22-36 wt.-%或23-30 wt.-%)。或者，本發明組合物中之聚合物之量可為10、11、12、13、14、15、16、17、18、19 wt.-%至30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40 wt.-%。上述範圍之端點可任意組合以界定本發明之膨脹組合物中之聚合物的量。固化劑 (b)
本發明之可固化膨脹組合物中所使用之固化劑並無特定限制，只要其可與樹脂組分(a)之寡聚或聚合化合物之官能基進行反應且將其固化即可。適宜固化劑包括聚胺(例如聚醚胺)、聚醯胺、聚環氧化物、胺基塑膠樹脂、酚系樹脂、聚異氰酸酯、聚硫醇及多元醇等。固化可發生於環境溫度下或施加熱量時。
固化劑亦可為潛性或封端固化劑，其中在固化條件(例如高溫)下於去封端反應中生成或恢復與樹脂組分(a)之官能基具有反應性之實際官能基。該類型之適宜固化劑係(例如)封端聚異氰酸酯。因此，本文所用之術語聚異氰酸酯涵蓋封端及游離聚異氰酸酯。潛性或封端固化劑尤其適於提供單組分組合物以確保在施加及固化之前具有足夠之儲存穩定性及適用期。
聚胺固化劑可選自脂肪族聚胺、芳香族聚胺、聚胺醯胺、聚醚胺(例如可購自Huntsman Cooperation, The Woodlands, Texas者)、聚矽氧烷胺、多硫化物胺或其組合。實例包括二乙烯三胺、3,3-胺基-雙-丙基胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、間-伸二甲苯基二胺、異佛爾酮二胺、1,3-雙(胺基乙基)環己烷、雙(4-胺基環己基)甲烷、N-胺基乙基六氫吡嗪、4,4’-二胺基二苯基甲烷、4,4’-二胺基-3,3’-二乙基二苯基甲烷及二胺基二苯基碸，且可使用聚胺與脂肪族脂肪酸之反應產物(例如由BASF以商標VERSAMID出售之材料系列)，後者尤其適宜。
另外，亦可使用任何上述聚胺之加合物。聚胺加合物係藉由使聚胺與適宜反應性化合物(例如環氧樹脂)進行反應所形成。此反應將降低固化劑中之游離胺之含量，從而使得其在低溫及/或高濕度環境下更為有用。
對於固化劑而言，亦可使用各種聚醚胺，例如可自Huntsman Corp.獲得之各種Jeffamine，包括(但不限於) Jeffamine D-230、Jeffamine D-400、Jeffamine 600、Jeffamine 1000、Jeffamine 2005及Jeffamine 2070等。
對於固化劑而言，亦可使用各種聚醯胺。通常，聚醯胺含有二聚體脂肪酸及聚乙烯胺之反應產物及少量單體脂肪酸。二聚體脂肪酸係藉由單體脂肪酸之寡聚來製備。聚乙烯胺可為任一高級聚乙烯胺，例如二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺等，其中最常用者係二乙烯三胺。在使用聚醯胺作為固化劑時，其可使得層在抗腐蝕性及防水性之間具有良好平衡。另外，聚醯胺亦可使得層具有良好撓性、適當固化速率及其他有利因素。
聚硫醇化合物可選自聚硫硫醇、聚醚硫醇、聚酯硫醇、基於新戊四醇之硫醇或其組合。尤其適宜之聚硫醇化合物係Thioplast© G4，其可購自Akzo Nobel Functional Chemicals GmbH&Co KG, Greiz, Germany。
如上文所提及，若樹脂組分(a)包含環氧樹脂，則可使用聚胺、聚硫醇化合物或其組合作為固化劑(b)。
在本發明之膨脹組合物中，組分(a)中之組合官能基(例如環氧基及(甲基)丙烯酸酯基團)對組分(b)中之官能基之當量比可為2:1至1:2、適宜地1.05:1.0至1:2、尤其適宜地1:1.4至1:2。
在本發明之膨脹組合物中，基於膨脹組合物之總固體重量，固化劑(b)之量通常為10-30 wt.-% (例如15-20 wt.-%、16-19 wt.-%或17-19 wt.-%)。或者，本發明組合物中之固化劑之量可為10、11、12、13、14或15 wt.-%至18、19、20、21、22、23、24或25 wt.-%。上述範圍之端點可任意組合以界定本發明之膨脹組合物中之各種固化劑的量。
本發明之膨脹組合物亦可包含固化促進劑。固化促進劑係一類可加速樹脂固化、降低固化溫度、縮短固化時間之材料。典型固化促進劑包括脂肪族胺促進劑，例如三乙醇胺、三乙烯二胺等；酐促進劑，例如BDMA、DBU等；聚醚胺觸媒；錫促進劑，例如二月桂酸二丁基錫、辛酸錫等。在本發明之一實施例中，固化促進劑係可購自Air Products之ANCAMINE K54。
基於膨脹組合物之總固體重量，固化促進劑之適宜量為0.1 wt.-%至5 wt.-%、更適宜地1 wt.-%至3 wt.-%。
在熱分解時提供膨脹氣體之化合物(c)
本發明之膨脹組合物進一步包含在熱分解時提供膨脹氣體之化合物作為組分(c)。
膨脹氣體用於在暴露於火焰高溫時使防火性膨脹組合物起泡並膨脹。因該膨脹，所形成炭係較厚多單元材料，其用於使下伏基板絕熱且予以保護。可用於本發明之膨脹組合物中之膨脹氣體源係含氮材料。適宜含氮材料之實例包括三聚氰胺、磷酸鹽、胍、羥甲基化三聚氰胺、六甲氧基甲基三聚氰胺、脲、二甲基脲、三聚氰胺焦磷酸鹽、雙氰胺、磷酸胍脲及甘胺酸。適宜地，使用三聚氰胺。亦可使用膨脹氣體之其他習用來源，例如彼等釋放二氧化碳之材料。實例係鹼土金屬，例如碳酸鈣或碳酸鎂。亦可使用在加熱時因分解而釋放水蒸氣之化合物，例如氫氧化鈣、氫氧化鎂或氫氧化鋁。該等化合物之其他實例係硼酸及硼酸衍生物(例如硼酸酯及金屬硼酸鹽)。
本發明之膨脹組合物中之組分(c)之適宜量可介於0.1 wt.-%至25 wt.-%、適宜地1 wt.-%至10 wt.-%之間，其中重量百分比係基於組合物之總固體重量。
本發明之膨脹組合物可包含可選添加劑，該等可選添加劑係選自磷源、硼源、鋅源、酸源、金屬氧化物(例如預水解正矽酸四乙酯、氧化鋁、異丙醇鈦)、碳源、無機填充劑、礦物質纖維(例如來自PPG之CHOPVANTAGE、來自Lapinus之Coatforce或Roxul纖維)、 流變添加劑、有機溶劑、顏料、發泡體穩定劑及其組合。
可選磷源可選自各種材料，例如磷酸、磷酸單銨及二銨、磷酸參-(2-氯乙基)酯、含磷醯胺(例如磷醯胺)及三聚氰胺焦磷酸鹽。適宜地，磷源係由式(NH4 )n+2 Pn O3n+1 代表之多磷酸銨，其中n係至少2之整數，適宜地，n係至少50之整數。基於本發明之膨脹組合物之總固體重量，該組合物可含有之磷量在0.05 wt.-%至30 wt.-%、適宜地0.5 wt.-%至10 wt.-%之範圍內。據信，磷用作膨脹組合物中之炭促進劑。
可選鋅源可選自各種材料。據信，鋅材料有助於在炭中形成小單元結構。炭之小單元可更佳地使基板絕熱且能夠更佳地保留炭之完整性及基板黏著性，即使在不存在外部強化材料下。因此，炭破裂及其自基板之脫離得以最小化且向下伏鋼提供更多程度的保護。適宜鋅源材料之實例包括氧化鋅、鋅鹽(例如硼酸鋅及磷酸鋅)、碳酸鋅；亦可使用鋅金屬。適宜地，利用硼酸鋅。基於本發明之膨脹組合物之總固體重量，該組合物可含有之鋅量在0.1 wt.-%至25 wt.-%、適宜地0.5 wt.-%至12 wt.-%之範圍內。
硼源可選自五硼酸銨或硼酸鋅、氧化硼、硼酸鹽(例如硼酸鈉、硼酸鉀及硼酸銨)、硼酸酯(例如硼酸丁酯或硼酸苯基酯)及其組合。本發明之膨脹組合物可含有之硼量在0.1 wt.-%至10 wt.-%、適宜地1 wt.-%至6 wt.-%之範圍內，其中重量百分比係基於組合物之總固體重量。
酸源可選自磷酸銨、多磷酸銨、二磷酸二銨、五硼酸二銨、生成磷酸之材料、硼酸、金屬或有機硼酸鹽及其組合。基於組合物之總固體重量，酸源(若存在)之總量可為5 wt.-%至30 wt.-%。
本發明之膨脹組合物進一步包含碳源。碳源在暴露於火或熱時會轉變成炭，由此在基板上形成防火保護層。根據本發明，碳源可為(例如)芳香族化合物及/或松油脂肪酸(TOFA)及/或多羥基化合物(例如新戊四醇、二新戊四醇、甘油、寡聚甘油、木糖醇、甘露醇、山梨醇)以及聚合物(例如聚醯胺、聚碳酸酯、聚胺基甲酸酯)及其組合。本發明之發明者已令人吃驚地發現，在使用包括芳香族化合物及/或松油脂肪酸之碳源作為本發明之膨脹塗層組合物中之碳源時，所得膨脹層將不僅具有與類似類型膨脹層相當或甚至更佳之防火性質，且亦可在經歷低溫之後維持該等所需性質。亦應瞭解，聚合物亦可為碳源。
在本發明之膨脹組合物中，基於膨脹組合物之總重量，碳源量可為最多18 wt.-% (例如 5-18 wt.-%、11-17 wt.-%或12-16 wt.-%)。或者，本發明組合物中之碳源量可為5、6、7、8、9、10、11、12、13 wt.-%至15、16、17、18 wt.-%。上述範圍之端點可任意組合以界定本發明之膨脹組合物中之各種碳源的量。
應理解，磷、鋅、硼及膨脹氣體可各自藉由單獨源材料來提供，或替代地，單一材料可為上文所列示其他組分中之一種以上之來源。舉例而言，三聚氰胺焦磷酸鹽可提供磷及膨脹氣體之來源。
可選強化填充劑可選自大量常用材料，包括纖維性強化材料及片狀強化材料，其較其他填充劑更為適宜。纖維性強化材料之實例包括玻璃纖維、陶瓷纖維(例如氧化鋁/氧化矽)及石墨纖維。片狀強化材料包括錘磨玻璃片、雲母及矽灰石。其他適宜填充劑包括金屬氧化物、氧化鈦、黏土、滑石粉、二氧化矽、矽藻土、lapinus®纖維及各種顏料。據信，強化填充劑有助於控制防火組合物在炭形成之前及期間之膨脹，從而得炭較硬且均勻。基於膨脹組合物之總固體重量，在存在時，強化填充劑通常以介於1 wt.-%至50 wt.-%之間之量存在於組合物中。
本發明之膨脹組合物亦可含有各種習用添加劑，例如流變添加劑、有機溶劑、發泡體穩定劑、顏料、火焰蔓延控制劑及諸如此類。該等成分係可選的且可以不同量添加。
如上文所提及，交聯膨脹層在高於誘導化合物(c)之熱分解之活化溫度之溫度下發生膨脹且視情況炭化。在熱及火之作用下，經膨脹發泡體開始炭化，其中樹脂材料及視情況存在之其他碳源形成多孔碳網絡，該多孔碳網絡在高溫下展現穩定性且提供絕熱以防止電池組或個別電池組單元之熱散逸或至少抑制延長時間段。
膨脹組合物可構形為二包裝系統，其中樹脂組分(a)位於第一包裝(A)中且組分(b)位於第二包裝(B)中，其中在熱分解時提供膨脹氣體之化合物(c)及任何添加劑(d) (若存在)以任一組合包含於包裝(A)或包裝(B)中或二者中或包含於一或多個其他包裝(C)中。在使用膨脹組合物之前，混合個別包裝。
在製備時，本發明之可固化膨脹組合物通常呈較稠材料之形式(例如乳香)。尤其適宜地，組合物不含溶劑且經噴霧施加。若期望，則可使用各種習用溶劑(例如二甲苯、二氯甲烷或1,1,1-三氯乙烷)達成稀化。
可視需要施加本發明之可固化膨脹塗層組合物以提供各種乾燥塗層厚度。適宜乾燥塗層厚度可介於10 -20,000微米之間(例如50 – 5000微米，例如100 – 2000微米)。
或者，本發明之可固化膨脹組合物可形成為自支撐膜或薄層。隨後固化自支撐膜或薄層以形成交聯膨脹自支撐膜或薄層。一般而言，可藉由熟習此項技術者熟知之任一技術(例如澆注模製製程)來使本發明之可固化膨脹組合物形成為膜或薄層。可固化膜或薄層以形成交聯膨脹自支撐膜或薄層，然後將交聯膨脹自支撐膜或薄層施加至基板。亦在本發明範圍內的是，在形成步驟之後，將未固化膜或薄層施加至基板且隨後固化以獲得本發明之交聯膨脹層。此技術並不限於向電池組或包含電池組之物件提供防火保護，且適用於任一擬防火基板。
可將本發明之可固化膨脹塗層組合物或交聯膨脹自支撐膜或薄層施加至電池組、尤其鋰離子電池組之任一結構元件以獲得本發明電池組。電池組可包含界定外殼之外壁元件及視情況內壁元件，其中將交聯膨脹塗層或交聯膨脹自支撐膜或薄層至少部分地施加至任一外壁元件之外側及/或內側及/或任一內部元件(若存在)之任一側。外壁及/或內壁元件可包含選自複合材料、鋼、鋁及聚碳酸酯中之任一者之材料。
電池組、尤其鋰離子電池組可為包含複數個個別電池組單元之電池組包裝，其中交聯膨脹塗層或交聯膨脹自支撐膜或薄層經定位以在膨脹及視情況炭化狀態下使至少一些個別電池組單元彼此絕熱。另外，可將可固化膨脹塗層組合物或交聯膨脹自支撐膜或薄層施加至如上文所論述之電池組包裝之外殼壁及內部分隔壁。
為向包含電池組之物件及其使用者提供防火保護，亦在本發明範圍的內是，將可固化膨脹塗層組合物或交聯膨脹自支撐膜或薄層施加至物件中在電池組與物件之間毗鄰電池組之部分上以使物件與電池組隔離。在該等情形下，可採用習用電池組或本發明電池組。物件可為(例如)行動電話、平板電腦或膝上型電腦。
或者，物件可為車輛，例如混合動力或電動汽車、公共汽車或卡車。在該等車輛中，電池組、尤其鋰離子電池組由於其重量通常將其作為扁平電池組包定位於車身(例如汽車車身)之底板部分下方。在該等情形下，可將本發明之可固化膨脹塗層或交聯膨脹自支撐膜或薄層施加至車輛中在電池組與車身之間毗鄰電池組之底板部分上。因此，在電池組熱散逸或電池組起火之情形下，汽車車身、尤其客艙由交聯膨脹層保護，從而火災不會蔓延至客艙中且將客艙升溫限制延長時間段，且從而乘客在此一事件之情形下將具有足夠時間安全逃離車輛。
藉由下列態樣進一步闡述本發明。
態樣1.     一種電池組，其包含選自塗層及自支撐膜或薄層之交聯膨脹層，該層係自可固化膨脹組合物所形成，該可固化膨脹組合物包含： (a)    樹脂組分，其包含一或多種具有複數個官能基之寡聚或聚合化合物； (b)    視情況固化劑，其具有複數個與樹脂組分(a)之該寡聚或聚合化合物之該等官能基具有反應性之官能基；及 (c)    在熱分解時提供膨脹氣體之化合物； 其中化合物(a)至(c)彼此不同。
態樣2.     如態樣1之電池組，其中該樹脂組分(a)包含一或多種環氧樹脂、聚矽氧烷樹脂、丙烯酸樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、聚脲樹脂、聚乙烯基樹脂、酚系樹脂、脲甲醛樹脂、聚醯亞胺樹脂、三聚氰胺樹脂、聚酯樹脂及氰酸酯樹脂。
態樣3.     如態樣1或2中任一項之電池組，其中該樹脂組分(a)之該等官能基係選自環氧基、胺、乙烯基、醯胺、胺基甲酸酯、脲、硫醇、羧酸、(甲基)丙烯醯基、異氰酸酯、烷氧基矽基、酸酐、羥基、烷氧基、能夠彼此反應之官能基及其組合。
態樣4.     如態樣3之電池組，其中該等能夠彼此反應之官能基係選自N-羥甲基醯胺基團；具有矽鍵結可水解或可縮合基團之矽烷基團；烯系不飽和脂肪酸基團；甲亞胺基團；氮雜環丁烷基團；能夠發生熱可逆狄爾斯-阿爾德反應(Diels-Alder reaction)之基團。
態樣5.     如前述態樣中任一項之電池組，其中若該樹脂組分(a)不具有能夠彼此反應之官能基，則必須存在該固化劑(b)。
態樣6.     如前述態樣中任一項之電池組，其中該固化劑(b)包含聚胺、聚醯胺、多元醇、聚硫醇、胺基塑膠樹脂、酚系樹脂、聚異氰酸酯及聚環氧化物中之一或多者。
態樣7.     如前述態樣中任一項之電池組，其中該樹脂化合物(a)包含環氧樹脂且該固化劑(b)係強制性的且包含 -  聚胺官能化合物，其可選自脂肪族聚胺、芳香族聚胺、聚(胺-醯胺)聚醚胺及其組合，或 -  聚硫醇官能化合物，其可選自聚硫硫醇、聚醚硫醇、聚酯硫醇、基於新戊四醇之硫醇及其組合，或 -  其組合。
態樣8.     如態樣2至7中任一項之電池組，其中該環氧樹脂係選自雙酚A之二縮水甘油基醚、雙酚F之二縮水甘油基醚、環氧酚酚醛清漆樹脂、環氧甲酚酚醛清漆樹脂、環氧官能丙烯酸樹脂、環氧官能聚酯或其組合。
態樣9.     如前述態樣中任一項之電池組，其中該在熱分解時提供膨脹氣體之化合物(c)係選自三聚氰胺、磷酸銨鹽、胍、羥甲基化三聚氰胺、六甲氧基甲基三聚氰胺、脲、二甲基脲、三聚氰胺焦磷酸鹽、雙氰胺、磷酸胍脲、甘胺酸、碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鈣、氫氧化鎂、氫氧化鋁、硼酸及硼酸酯。
態樣10.   如前述態樣中任一項之電池組，其進一步包含選自以下之添加劑(d)：磷源、硼源、鋅源、酸源、碳源、強化填充劑、流變添加劑、有機溶劑、顏料、發泡體穩定劑、黏著促進劑、腐蝕抑制劑、UV穩定劑及其組合。
態樣11.   如態樣10之電池組，其中該等其他添加劑包含磷源、硼源、鋅源、酸源及視情況碳源之組合，藉此單一材料可為所定義元素中之兩者或更多者之來源。
態樣12.   如態樣7至11中任一項之電池組，其中該樹脂組分(a)進一步包含 (i)    (甲基)丙烯酸之β-羥基酯； (ii)   不同於化合物(i)之(甲基)丙烯酸酯官能化合物；或其組合。
態樣13.   如態樣12之電池組，其中該(甲基)丙烯酸之β-羥基酯(i)包含複數個源自聚環氧化物與(甲基)丙烯酸之反應之β-羥基(甲基)丙烯酸酯基團，其中該聚環氧化物可選自雙酚A之二縮水甘油基醚、雙酚F之二縮水甘油基醚、環氧酚酚醛清漆樹脂、環氧甲酚酚醛清漆樹脂、環氧官能丙烯酸樹脂、環氧官能聚酯或其組合。
態樣14.   如態樣13之電池組，其中該(甲基)丙烯酸之β-羥基酯(i)包含聚環氧化物與(甲基)丙烯酸以1:0.1至1:1.015之環氧基羧酸當量比之反應產物。
態樣15.   如態樣12至14中任一項之電池組，其中該(甲基)丙烯酸酯官能化合物(ii)係選自以下各項之聚(甲基)丙烯酸酯：1,4-丁二醇、新戊二醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、1,6-己二醇、1,4-環己烷二甲醇、對-二甲苯二醇、1,4-環己二醇、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、新戊四醇及其組合。
態樣16.   如前述態樣中任一項之電池組，其中 -  基於該組合物之總固體重量，樹脂組分(a)之總量為10 wt.-%至40 wt.-%； -  基於該組合物之總固體重量，固化劑(b)之總量為10 wt.-%至30 wt.-%； -  基於該組合物之總固體重量，該在熱分解時提供膨脹氣體之化合物(c)之總重量為0.1 wt.-%至25 wt.-%； -  基於該組合物之總固體重量，磷源(若存在)之總量為0.05 wt.-%至20 wt.-%； -  基於該組合物之總固體重量，鋅源(若存在)之總量為0.1 wt.-%至25 wt.-%； -  基於該組合物之總固體重量，硼源(若存在)之總量為0.1 wt.-%至10 wt.-%； -  基於該組合物之總固體重量，酸源(若存在)之總量為5 wt.-%至30 wt.-%。
態樣17.   如前述態樣中任一項之電池組，其中該交聯膨脹層在暴露於高於誘導化合物(c)之熱分解之活化溫度之溫度時發生膨脹且視情況炭化。
態樣18.   如前述態樣中任一項之電池組，其進一步包含界定外殼之外壁元件及視情況內壁元件，其中將該交聯膨脹層至少部分地施加至任一外壁元件之外側及/或內側及/或施加至任一內壁元件(若存在)之任一側。
態樣19.   如態樣18之電池組，其中該等外壁及/或內壁元件中之任一者包含材料選自複合材料、鋼、鋁及聚碳酸酯中之任一者。
態樣20.   如態樣19之電池組，其中該電池組係包含複數個個別電池組單元之電池組包裝，其中該交聯膨脹層經定位以在膨脹及視情況炭化狀態下使該等個別電池組單元中之至少一者彼此絕熱。
態樣21.   如前述態樣中任一項之電池組，其中該電池組係鋰離子電池組。
態樣22.   一種包含電池組之物件，其中將如態樣1至17中任一項之交聯膨脹層施加至該物件中在該電池組與該物件之間毗鄰該電池組之部分上。
態樣23.   如態樣22之物件，其中該電池組係如態樣1至21中任一項之電池組。
態樣24.   如態樣22或23中任一項之物件，其中該物件係包含鋰離子電池組及客艙之車輛，且將該交聯膨脹層施加至該車輛中在該電池組與車身之間毗鄰該電池組之底板之至少一部分上。
態樣25.   一種如態樣1至17中任一項之可固化膨脹組合物之用途，其用於在施加至該電池組之任一部分上時向電池組提供防火保護及/或減小或防止電池組之熱散逸。
態樣26.    如態樣25之用途，其中該電池組係鋰離子電池組。
態樣27.   一種如態樣1至17中任一項之可固化膨脹組合物之用途，其用於在施加至該物件中在該電池組與該物件之間毗鄰該電池組之部分上時向包含電池組之物件提供防火保護。
態樣28.   如態樣27之用途，其中該物件係包含鋰離子電池組及客艙之車輛且使用該可固化膨脹塗層組合物來保護該車輛之該客艙免於電池組起火。
態樣29.   一種向電池組提供防火保護或減小或防止電池組之熱散逸之方法，其係藉由以下方式來達成：將如態樣1至17中任一項之可固化膨脹組合物施加至該電池組之任一部分上以形成在上面塗層，且固化該塗層以在上面獲得交聯膨脹塗層。
態樣30.   一種向電池組提供防火保護或減小或防止電池組之熱散逸之方法，其係藉由以下方式來達成：使如態樣1至17中任一項之可固化膨脹組合物形成為膨脹自支撐膜或薄層且將該膨脹自支撐膜或薄層施加至電池組，並在施加至該電池組之前或之後固化該膨脹自支撐膜或薄層。
態樣31.   如態樣29或30中任一項之方法，其中該電池組係鋰離子電池組。
態樣32.   一種向包含電池組之物件提供防火保護之方法，其係藉由以下方式來達成：將如態樣1至17中任一項之可固化膨脹塗層組合物施加至該物件中在該電池組與該物件之間毗鄰該電池組之部分上以在上面形成塗層，且固化該塗層以在上面獲得交聯膨脹塗層。
態樣33.   一種向包含電池組之物件提供防火保護之方法，其係藉由以下方式來達成：使如態樣1至17中任一項之可固化膨脹組合物形成為膨脹自支撐膜或薄層並將該膨脹自支撐膜或薄層施加至該物件中在該電池組與該物件之間毗鄰該電池組之部分上，並在施加至該物件之該部分之前或之後固化該膨脹自支撐膜或薄層。
態樣34.   如態樣33或34中任一項之方法，其中該物件係包含鋰離子電池組及客艙之車輛且該交聯膨脹塗層經定位以保護該車輛之該客艙免於電池組起火。
下列實例意欲闡釋本發明且並不意欲加以限制。實例 實例 1
將Pittchar® XP組分A (基於環氧之樹脂包)及Pittchar® XP組分B (含有聚胺固化劑之固化包及作為氣體源之三聚氰胺) (二者皆購自PPG Industries Pittsburg PA)分別以75 wt.-%及25 wt.-% 之量進行混合。使用Graco多組分噴霧器將混合物噴霧施加至新噴砂鋼板(厚度=5 mm，大小為15.24 cm × 15.24 cm, SA 2.5)並在23℃下固化最少7天。經固化塗層之乾燥塗層厚度為5 mm。
在經塗覆試樣背部，在中心點連接熱電偶以監測試樣溫度。然後將經塗覆面板之中心定位於據丙烷火炬(直徑為3.5 cm，丙烷) 4 cm之距離處，其中交聯膨脹塗層在火炬方向上。經由置於火焰底座附近之第二熱電偶監測火焰溫度且發現穩定保持於900-1000℃之間。在延長時間段內量測經塗覆基板背部之溫度及未塗覆相同鋼板之對比溫度。結果展示於圖1中。實例 2
重複實例1，只是鋼板尺寸為25.4 cm × 25.4 cm，且藉由手刷以1 mm、2 mm及5 mm之固化塗層之各種乾燥塗層厚度來施加塗層組合物。
無膨脹塗層之對照試樣在暴露於火焰30 min內達到360℃之最高溫度，但經膨脹塗層塗覆之鋼之溫度僅增加至最高147℃ (對於1 mm塗層)、114℃ (對於2 mm塗層)及80℃ (對於5 mm塗層)。結果展示於圖2中。實例 3
使用矩形模具(自聚丙烯片材切割)澆注實例1之膨脹塗層組合物之游離膜(厚度=1、2及5 mm)並在23℃下固化7天。在膜釋放之後，將內襯於一側之商業黏著膜(3M 950轉移膠帶)施加於每一膜之背部。將試樣切割成鋼板大小(15.24 cm × 15.24 cm)，然後釋放襯裡且抵靠鋼基板(鋼板：厚度為5 mm，大小為15.24 cm × 15.24 cm)壓製膨脹塗層。
重複如實例1中之火焰測試。無膨脹塗層之對照試樣在暴露於火焰30 min內達到360℃之最高溫度，但經膨脹塗層塗覆之鋼之溫度僅增加至最高102℃ (對於1 mm塗層)、107℃ (對於2 mm塗層)及93℃ (對於5 mm塗層)。實例 4
重複實例1，只是藉由燃燒通常用於鋰離子電池組(於3/7 w/w碳酸乙二酯/碳酸甲酯乙酯中之1.2M Li+ OH- )中之液體電解質來代替丙烷火炬。火焰溫度為約650℃。
重複如實例1中之火焰測試。無膨脹塗層之對照試樣在暴露於火焰30 min內達到142℃之最高溫度，但經5 mm塗層塗覆之鋼之溫度僅增加至最高71℃。
結果展示於圖3中。實例 5
將Steelguard® 951組分A (基於環氧之樹脂包及作為氣體源之三聚氰胺)及Steelguard® 951組分B (含有聚胺固化劑之固化包) (二者皆購自PPG Industries Pittsburg PA)分別以45 wt.-%及55 wt.-%之量進行混合。使用Graco多組分噴霧器將混合物噴霧施加至鋁板(厚度=0.64 mm，大小為7.5 cm × 15.1 cm)並在23℃下固化最少7天。經固化塗層之乾燥塗層厚度為0.18 mm。
在經塗覆試樣背部，在中心點連接熱電偶以監測試樣溫度。使用隔熱羊毛覆蓋面板之背側。然後將經塗覆面板之中心定位於據丙烷火炬17 cm之距離處，其中交聯膨脹塗層在火炬方向上。經由置於火焰底座附近之第二熱電偶監測火焰溫度且發現穩定保持於850-1000℃之間。在3 min內量測經塗覆基板背部之溫度及未塗覆相同鋁板之對比溫度。
結果展示於圖4中。實例 6
重複實例5，只是使用具有下列尺寸之鋼板(厚度= 5mm，大小為25cm × 25cm)。藉由手刷將塗層組合物施加至鋼板上並在23℃下乾燥最少7天。據觀察，經固化塗層具有不同乾燥塗層厚度(1 mm、2 mm及6 mm)。
無膨脹膜之對照試樣在暴露於火焰30 min內達到360℃之最高溫度，但經2K CPFP膜塗覆之鋼之溫度僅增加至最高209℃ (對於1mm膜)、160℃ (對於2mm膜)及117℃ (對於6mm膜)。
結果展示於圖5中。
圖1以圖形方式圖解說明本發明之5mm厚試樣之溫度性能。
圖2以圖形方式圖解說明本發明之1mm、2mm及5mm厚試樣之溫度性能。
圖3以圖形方式圖解說明本發明之5mm厚試樣之溫度性能。
圖4以圖形方式圖解說明本發明之0.18mm厚試樣之溫度性能。
圖5以圖形方式圖解說明本發明之1mm、2mm及6mm厚試樣之溫度性能。

Claims (16)

  1. 一種電池組，其包含選自塗層及自支撐膜或薄層之交聯膨脹層，該交聯膨脹層係自可固化膨脹組合物形成，該可固化膨脹組合物包含：(a)樹脂組分，其包含一或多種具有複數個官能基之寡聚或聚合化合物，其中該樹脂組分(a)之官能基可選自酮、醯肼、碳化二亞胺、噁唑啉、環氧基、胺、乙烯基、醯胺、胺基甲酸酯、脲、硫醇、羧酸、(甲基)丙烯醯基、異氰酸酯、烷氧基矽基、酸酐、羥基、烷氧基、能夠彼此反應之官能基及其組合；(b)視情況固化劑，其具有複數個與樹脂組分(a)之該寡聚或聚合化合物之該等官能基具有反應性之官能基，其中若該樹脂組分(a)不具有能夠彼此反應之官能基，則必須存在該固化劑(b)；及(c)在熱分解時提供膨脹氣體之化合物；其中化合物(a)至(c)彼此不同。
  2. 如請求項1之電池組，其中該樹脂組分(a)包含一或多種環氧樹脂、聚矽氧烷樹脂、丙烯酸樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、聚脲樹脂、聚乙烯基樹脂、酚系樹脂、脲甲醛樹脂、聚醯亞胺樹脂、三聚氰胺樹脂、聚酯樹脂及氰酸酯樹脂。
  3. 如請求項1之電池組，其中該等能夠彼此反應之官能基係選自N-羥甲基醯胺基團；具有矽鍵結可水解或可縮合基團之矽烷基團；烯系不飽和脂肪酸基團；甲亞胺基團；氮雜環丁烷基團；能夠發生熱可逆狄爾斯-阿爾 德反應(Diels-Alder reaction)之基團。
  4. 如請求項1至3中任一項之電池組，其中該樹脂化合物(a)包含環氧樹脂且該固化劑(b)係強制性的，且包含聚胺官能化合物，其可選自脂肪族聚胺、芳香族聚胺、聚(胺-醯胺)聚醚胺及其組合，或聚硫醇官能化合物，其可選自聚硫硫醇、聚醚硫醇、聚酯硫醇、基於新戊四醇之硫醇及其組合，或其組合。
  5. 如請求項1至3中任一項之電池組，其中該在熱分解時提供膨脹氣體之化合物(c)係選自三聚氰胺、磷酸之銨鹽、胍、羥甲基化三聚氰胺、六甲氧基甲基三聚氰胺、脲、二甲基脲、三聚氰胺焦磷酸鹽、雙氰胺、磷酸胍脲、甘胺酸、碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鈣、氫氧化鎂、氫氧化鋁、硼酸及硼酸酯。
  6. 如請求項1至3中任一項之電池組，其進一步包含添加劑(d)，該等添加劑包含磷源、硼源、鋅源及酸源之組合，藉此單一材料可為所定義元素中之兩者或更多者之來源。
  7. 如請求項6之電池組，其進一步包含碳源。
  8. 如請求項6之電池組，其中 基於該組合物之總固體重量，樹脂組分(a)之總量為10wt.-%至40wt.-%；基於該組合物之總固體重量，固化劑(b)之總量為10wt.-%至30wt.-%；基於該組合物之總固體重量，該在熱分解時提供膨脹氣體之化合物(c)之總重量為0.1wt.-%至25wt.-%；基於該組合物之總固體重量，磷源在存在時之總量為0.05wt.-%至20wt.-%；基於該組合物之總固體重量，鋅源在存在時之總量為0.1wt.-%至25wt.-%；基於該組合物之總固體重量，硼源在存在時之總量為0.1wt.-%至10wt.-%；基於該組合物之總固體重量，酸源在存在時之總量為5wt.-%至30wt.-%。
  9. 如請求項1至3中任一項之電池組，其進一步包含界定外殼之外壁元件及視情況內壁元件，其中該交聯膨脹層至少部分地施加至該等外壁元件中之任一者之外側及/或內側及/或施加至該等內壁元件(若存在)中之任一者的任一側。
  10. 如請求項1至3中任一項之電池組，其中該電池組係鋰離子電池組。
  11. 一種包含電池組之物件，其中將如請求項1至8中任一項所定義之交 聯膨脹層施加至該物件中在該電池組與該物件之間毗鄰該電池組之部分上。
  12. 如請求項11之物件，其中該物件係包含鋰離子電池組及客艙之車輛且該交聯膨脹層係施加至該車輛中在該電池組與車身之間毗鄰該電池組之底板的至少一部分上。
  13. 一種如請求項1至8中任一項所定義之可固化膨脹組合物之用途，其用於在施加至電池組之任一部分時為該電池組提供防火保護及/或減小或防止該電池組之熱散逸，或用於在施加至包含電池組之物件中在該電池組與該物件之間毗鄰該電池組之部分上時為該物件提供防火保護。
  14. 一種為電池組提供防火保護或減小或防止電池組之熱散逸之方法，其係藉由以下方式來達成：將如請求項1至8中任一項所定義之可固化膨脹組合物施加至該電池組之任一部分上以在上面形成塗層且固化該塗層以在上面獲得交聯膨脹塗層；或使如請求項1至8中任一項所定義之可固化膨脹組合物形成為膨脹自支撐膜或薄層且將該交聯膨脹自支撐膜或薄層施加至電池組，並在施加至電池組之前或之後固化該膨脹自支撐膜或薄層。
  15. 一種為包含電池組之物件提供防火保護之方法，其係藉由以下方式來達成： 將如請求項1至8中任一項所定義之可固化膨脹組合物施加至該物件中在該電池組與該物件之間毗鄰該電池組之部分上，以在上面形成塗層，且固化該塗層以在上面獲得交聯膨脹塗層；或使如請求項1至8中任一項所定義之可固化膨脹組合物形成為膨脹自支撐膜或薄層且將該膨脹自支撐膜或薄層施加至該物件中在該電池組與該物件之間毗鄰該電池組之部分上，並在施加至該物件之該部分之前或之後固化該膨脹自支撐膜或薄層。
  16. 如請求項15之方法，其中該物件係包含鋰離子電池組及客艙之車輛且該交聯膨脹塗層經定位以保護該車輛之該客艙免於電池組起火。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3935678A1 (en) 2019-06-10 2022-01-12 Rogers Corporation An intumescent battery pad
KR20230004639A (ko) * 2020-05-01 2023-01-06 피피지 인더스트리즈 오하이오 인코포레이티드 발포성 코팅제
KR102629554B1 (ko) * 2021-06-18 2024-01-26 진양오토모티브 (주) 세이프티 패드 그리고, 이를 구비하는 배터리셀 및 배터리모듈
GB202110942D0 (en) * 2021-07-29 2021-09-15 Qinetiq Ltd Detection system and method
AU2022346823A1 (en) * 2021-09-16 2024-04-11 Ppg Coatings Europe B.V. Curing of intumescent coating compositions by application of pulsed infrared radiation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100047673A1 (en) * 2006-10-13 2010-02-25 Yasushi Hirakawa Battery pack and battery-mounted device
US20110177366A1 (en) * 2008-11-21 2011-07-21 Panasonic Corporation Battery pack
TW201512342A (zh) * 2013-07-16 2015-04-01 Akzo Nobel Coatings Int Bv 膨脹型塗料組成物
US20160226042A1 (en) * 2015-02-04 2016-08-04 Outlast Technologies, LLC Systems, structures and materials for electrochemical device thermal management

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5070119A (en) 1990-09-28 1991-12-03 Ppg Industries, Inc. Flexible intumescent coating composition
US5108832A (en) 1990-09-28 1992-04-28 Ppg Industries, Inc. Flexible intumescent coating composition
US6248225B1 (en) 1998-05-26 2001-06-19 Ppg Industries Ohio, Inc. Process for forming a two-coat electrodeposited composite coating the composite coating and chip resistant electrodeposited coating composition
RU2241282C2 (ru) * 2000-11-28 2004-11-27 Томский государственный университет Ионопроводящий термообратимый полимерный материал и полимеризуемый состав для его получения
JP2003031187A (ja) * 2001-07-17 2003-01-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 二次電池および電池パック
JP2006261009A (ja) * 2005-03-18 2006-09-28 Toshiba Corp バッテリーパック
JP2008117756A (ja) 2006-10-13 2008-05-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池パック、及び電池搭載機器
JP2010165597A (ja) 2009-01-16 2010-07-29 Toyota Motor Corp 蓄電装置
KR101963667B1 (ko) 2011-05-23 2019-07-31 가부시키가이샤 가네카 도전성 필름, 이것을 사용한 집전체, 전지 및 쌍극형 전지
JP6181467B2 (ja) 2012-08-23 2017-08-16 学校法人東京電機大学 プログラム、情報処理装置及び情報処理方法
ES2633277T5 (es) * 2013-07-16 2023-11-06 Akzo Nobel Coatings Int Bv Composición intumescente
US9853267B2 (en) * 2014-02-03 2017-12-26 Ursatech Ltd. Intumescent battery housing
KR101752329B1 (ko) * 2014-07-30 2017-06-29 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 이차전지
US10665913B2 (en) * 2015-05-12 2020-05-26 GM Global Technology Operations LLC Thermal propagation mitigation for HV battery modules
US20170301968A1 (en) * 2016-03-29 2017-10-19 Ada Technologies, Inc. Thermal isolation material and methods of making and using the same
WO2018062172A1 (ja) 2016-09-30 2018-04-05 積水化学工業株式会社 熱伝導性熱膨張性樹脂組成物、熱伝導性熱膨張性成形体、バッテリーモジュール、及びバッテリーパック
RU2644888C1 (ru) * 2017-06-21 2018-02-14 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Композиция для изготовления огнезащитного покрытия и способ ее изготовления

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100047673A1 (en) * 2006-10-13 2010-02-25 Yasushi Hirakawa Battery pack and battery-mounted device
US20110177366A1 (en) * 2008-11-21 2011-07-21 Panasonic Corporation Battery pack
TW201512342A (zh) * 2013-07-16 2015-04-01 Akzo Nobel Coatings Int Bv 膨脹型塗料組成物
US20160226042A1 (en) * 2015-02-04 2016-08-04 Outlast Technologies, LLC Systems, structures and materials for electrochemical device thermal management

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Publication number Publication date
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