发泡材料、发泡材料制作方法及电池与流程

1.本发明涉及电池防护，更具体地，涉及发泡材料、发泡材料制作方法及电池。


背景技术：

2.当前全球汽车工业面临着能源与环境问题的巨大挑战，能量利用率高，对环境无污染的新能源汽车日益成为未来汽车工业发展的方向。能量供给单元作为新能源汽车的核心部件，其性能会直接影响整车性能。现有的新能源汽车通常以动力电池或燃料电池作为其能量供给单元，但汽车在行驶过程中会产生一定的震动和冲击，且汽车的运行环境温度、湿度等均存在较大变化，而电池的稳定高效运行需要一个相对稳定适宜的外界环境，震动、冲击以及冷热交替均会对电池造成不利影响，因此，如何为电池提供有效的防震缓冲，维持电池处在一定温度范围内，以提高电池的稳定性和寿命，减少电池在极端情况下起火燃烧造成的破坏，是现阶段急需解决的技术问题。
3.产业界期望有更好的解决方案，能进一步改进电池的封装，以提高电池的性能、提升其安全性、可靠性及使用寿命。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种用于电池封装的发泡材料、发泡材料的制作方法及电池，其中，通过在发泡材料中增添所需的阻燃微胶囊和相变微胶囊，使得发泡材料具有阻燃功能并提高发泡材料的保温性能，在电池的电芯(电堆)与外壳之间填充该发泡材料，可以有效增强电池的安全性和稳定性，减小电池的温度变化，提升电池效能和寿命。
5.根据本发明的一方面，提供一种发泡材料，其特征在于，所述发泡材料由包括含硅橡胶；发泡剂和硫化剂的混合物发泡形成；其中，所述混合物还包括阻燃微胶囊和/或相变微胶囊，所述阻燃微胶囊的囊芯中具有阻燃剂，当温度高于所述阻燃微胶囊的囊壁熔化温度时，所述阻燃微胶囊的囊壁熔化，释放出囊芯中的阻燃剂；所述相变微胶囊的囊芯中具有相变材料，当温度低于或高于所述相变材料的相变温度时，所述相变材料会向外界释放或吸收热量，以维持温度恒定。
6.优选地，按质量分数计算，所述混合物中包括：含硅橡胶50-100份，发泡剂2-8份，硫化剂1-5份，阻燃微胶囊15-60份，相变微胶囊15-60份。
7.优选地，所述阻燃微胶囊的囊壁熔化温度为200-400摄氏度，所述相变微胶囊中相变材料的相变温度为20-90摄氏度。
8.优选地，所述阻燃剂包括磷酸三甲酯，磷酸三乙酯、三氯溴甲烷、氟化亚磷酸盐和红磷中的至少一种。
9.优选地，所述阻燃胶囊的囊壁的材料包括聚碳酸酯，聚酰胺和聚苯硫醚中的至少一种。
10.优选地，所述相变材料包括石蜡、癸酸、月桂酸、二十酸、棕榈酸和硬脂酸中的至少
一种。
11.优选地，所述相变微胶囊的囊壁的材料包括脲醛树脂。
12.优选地，所述发泡材料中的气泡密度为每立方毫米0.2-100个气泡。
13.优选地，所述发泡材料为燃料电池的封装外壳。
14.根据本发明的另一方面，还提供一种发泡材料的制作方法，其特征在于，包括：将含硅橡胶，发泡剂，硫化剂，阻燃微胶囊和/或相变微胶囊进行混炼，获得混合物；将所述混合物进行发泡成型，所述发泡成型的工艺不会使所述阻燃微胶囊和相变微胶囊失效。
15.优选地，按质量分数计算，所述含硅橡胶为50-100份，所述发泡剂为2-8份，所述硫化剂为1-5份，所述阻燃微胶囊为15-60份，所述相变微胶囊为15-60份。
16.优选地，所述阻燃微胶囊的囊芯中具有阻燃剂，所述阻燃微胶囊的囊壁熔化温度为200-400摄氏度。
17.优选地，所述阻燃剂包括磷酸三甲酯，磷酸三乙酯、三氯溴甲烷、氟化亚磷酸盐和红磷中的至少一种。
18.优选地，所述阻燃胶囊的囊壁的材料包括聚碳酸酯，聚酰胺和聚苯硫醚中的至少一种。
19.优选地，所述相变微胶囊的囊芯中具有相变材料，相变温度为20-90摄氏度。
20.优选地，所述相变材料包括石蜡、癸酸、月桂酸、二十酸、棕榈酸和硬脂酸中的至少一种。
21.优选地，所述相变微胶囊的囊壁的材料包括脲醛树脂。
22.根据本发明的再一方面，还提供一种电池，其特征在于，包括：主体，所述主体用于产生电能；外壳，位于所述主体外侧，将所述主体包围；如权利要求1-10任一项所述的发泡材料，所述发泡材料包裹所述主体，所述发泡材料填充于所述外壳与所述主体之间。
23.优选地，所述电池为燃料电池，所述主体包括电堆，所述燃料电池还包括位于所述电堆侧面的巡检模块和位于所述电堆下方的流体分配管，所述流体分配管横向延伸从所述外壳中穿出。
24.优选地，所述发泡材料包括第一发泡材料和第二发泡材料，所述第一发泡材料位于所述电堆下方，所述第一发泡材料的气泡密度为每立方毫米0.2-15个气泡，所述第二发泡材料位于所述电堆周围，所述第二发泡材料的气泡密度为每立方毫米10-100个气泡。
25.优选地，所述第一发泡材料中所述发泡剂含量为6-8份，所述第二发泡材料中所述硫化剂的含量为3-5份。
26.本发明提供的发泡材料发泡材料的制作方法及电池，通过采用硅胶及时发泡技术，使具有含硅橡胶、阻燃微胶囊和相变微胶囊的混合物在电堆及外壳内表面发泡成型，发泡成型后，制得的硅胶泡棉可提高电堆抗震、阻燃的性能，强化巡检模块与电堆的连接，维持电堆在一恒定的温度范围内，从而增强电堆的安全性及可靠性，促进电堆性能的提升；并且该发泡材料的比重轻，有助于提高燃料电池系统的质量功率密度。
27.进一步地，还可对于不同位置区域，改变部分原料配比以改变其气泡密度，外壳底部即电堆下方的硅胶泡棉的气泡稀疏，用以增加对电堆的缓冲力，利于水的排出；电堆周围的硅胶泡棉的气泡较致密，与电堆紧密贴合，可加强电堆表面的密封性，强化巡检模块与电堆连接的稳固性。该发泡材料在室温状态下混合后，短时间内即可开始发泡，室温状态下即
可固化成型，其制作工艺流程简单，易实现大规模工业化生产。
附图说明
28.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
29.图1示出本发明实施例的发泡材料的截面示意图。
30.图2示出本发明实施例的燃料电池的俯视示意图。
31.图3示出本发明实施例的燃料电池的截面示意图。
32.图4示出本发明实施例的燃料电池的立体示意图。
33.附图标记
34.100 发泡材料
35.110 硅胶泡棉
36.120 阻燃微胶囊
37.130 相变微胶囊
38.140 气泡
39.200 燃料电池
40.210 电堆
41.220 巡检模块
42.230 流体分配管
43.240 外壳
具体实施方式
44.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
45.在本技术中，术语“微胶囊”指直径在1到1000微米之间的具有类似于胶囊的包覆结构的小颗粒，其中，微胶囊的囊壁厚度例如为0.5到150微米之间。此外，本文所使用的所有术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
46.下面，参照附图对本发明进行详细说明。
47.图1示出本发明实施例的发泡材料的截面示意图。该发泡材料100包括硅胶泡棉110、阻燃微胶囊120、相变微胶囊130；其中，硅胶泡棉110中具有气泡111，气泡111在硅胶泡棉110中的密度为每立方毫米0.2-100个，通过在一定范围内改变气泡密度可以改变该发泡材料100的部分特性，当气泡较为稀疏时，例如气泡密度约为每立方毫米10个，此时该发泡材料100可以提供很好的的缓冲能力且利于水的排出，当气泡较为致密时，例如气泡密度约为每立方毫米40个，此时该发泡材料100可以与其邻接的其他物品紧密贴合，该发泡材料100具有很好的密封性。
48.通过将含硅橡胶，发泡剂，硫化剂，阻燃微胶囊和相变微胶囊进行混炼，获得混合
物，再对混合物进行发泡获得该发泡材料100，发泡工艺不会使其中的阻燃微胶囊和相变微胶囊失效。具体地，按质量分数计算，将50-100份的含硅橡胶，2-8份的发泡剂，1-5份的硫化剂，15-60份的阻燃微胶囊和15-60份的相变微胶囊进行混炼，混炼均匀后采用发泡工艺进行发泡，即可获得如上的发泡材料100。其中，该阻燃微胶囊120的囊壁例如由聚碳酸酯，聚酰胺和聚苯硫醚中的至少一种材料制成，使其囊壁的熔化温度为200-400摄氏度，具体地，当其囊壁熔化温度为200摄氏度，如碰到燃烧，外界温度大于200摄氏度，该阻燃微胶囊120的囊壁熔化，从而释放出囊芯中的阻燃剂起到阻燃作用，该阻燃剂例如包括磷酸三甲酯，磷酸三乙酯、三氯溴甲烷、氟化亚磷酸盐和红磷中的至少一种。该相变微胶囊130的囊壁例如由脲醛树脂制成，其内部具有相变材料，该相变材料的相变温度例如为20-90摄氏度，当环境温度低于或高于相变温度时，相变材料会向外界释放或吸收热量。具体地，该相变材料例如包括石蜡、癸酸、月桂酸、二十酸、棕榈酸和硬脂酸中的至少一种。通过该相变微胶囊130中的相变材料，将环境温度尽可能的维持在箱变温度的范围内。当然地，虽然在上述描述中仅描述了兼具两种微胶囊的实施例，但根据实际需要，也可在阻燃微胶囊120和相变微胶囊130中仅选用一种设置在硅胶泡棉110中，其同样也属于本技术的保护范围。
49.图2示出本发明实施例的燃料电池的俯视示意图。为了展示其内部结构，对其顶面进行了透视，如图2所示，该燃料电池200包括电堆210、巡检模块220、流体分配管230和外壳240。其中，电堆210位于外壳240中，外壳240例如为具有一定厚度的金属壳体，巡检模块220位于电堆210的一侧，流体分配管230例如为多个，流体分配管230从电堆210的侧面横向延伸并贯穿外壳240，使得在外壳240外可通过流体分配管230为燃料电池200的电堆210提供燃料、氧化气体及冷却液。外壳240与电堆210之间填充有如图1所示的发泡材料100，如图3所示，图3为图2中沿截面线a-a截取的截面示意图，从图3中可见，该电堆210的四周均不直接与外壳240接触，电堆210与外壳240之间由发泡材料100填充，由于该燃料电池200可用于交通运输、储能电站及便携电源等不同场景，不同场景工作时对其放置形式及放置位置有不同要求，因而其不同位置所需要的防护排水等要求等级也略有差异，通过改变发泡原料中的部分材料的占比可以在一定程度上改变发泡材料的部分性能，可将发泡材料原料分为两次或多次配置，分别填充电堆210与外壳240之间的不同方位的空隙，以在不同位置获取不同性能的发泡材料。以下将对其中一种实施例进行说明。
50.燃料电池200的底面例如在新能源汽车中为朝向地面的一侧，可以将发泡材料100分为两部分进行制作，即分别制作原料略有差异的第一发泡材料和第二发泡材料，其中，第一发泡材料例如位于电堆210下方，其余部分由第二发泡材料填充。
51.整个发泡材料的制作例如包括如下步骤：
52.先制作第一发泡材料，按质量分数计算，选用含硅橡胶60份，发泡剂8份，硫化剂2份，阻燃微胶囊15份，相变微胶囊15份组成第一混合物。其中，发泡剂例如选用偶氮二甲酰胺，硫化剂例如选用过氧化苯甲酰与2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷联用(质量分数为1:1)；阻燃微胶囊中选用红磷为囊芯材料，聚碳酸酯为囊壳材料；相变微胶囊中选用石蜡rt60为囊芯材料，脲醛树脂为囊壁材料。将第一混合物混炼均匀后，在外壳240底部即电堆210下方区域进行发泡，形成气泡密度约为每立方毫米10个的第一发泡材料。
53.然后将电堆210放进外壳240并连接好相应的流体分配管及巡检模块220后准备制作第二发泡材料。
54.制作第二发泡材料，选用含硅橡胶60份，发泡剂5份，硫化剂5份，阻燃微胶囊15份，相变微胶囊15份组成第二混合物。其中发泡剂选用偶氮二甲酰胺，硫化剂选用过氧化苯甲酰与2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷联用(质量分数1:1)；阻燃微胶囊中选用红磷为囊芯材料，聚碳酸酯为囊壳材料；相变微胶囊中选用石蜡rt60和二十酸为囊芯材料，脲醛树脂为囊壁材料。将第二混合物混炼均匀后，在电堆210周围及顶部发泡填充，形成气泡密度约为每立方毫米40个的第二发泡材料，完成整个发泡材料的制作。
55.上述发泡工艺例如均在常温下进行，其发泡工艺不会导致阻燃微胶囊及相变微胶囊的失效，该实施例形成的发泡材料，在电堆210底部的部分气泡稀疏，在电堆210周围的部分气泡紧密，增加电堆的抗震缓冲力并利于水排出的同时，保证了发泡材料与电堆的紧密贴合，有助于加强电堆表面的密封性，强化巡检模块与电堆210连接的稳固性。
56.该实施例中相变材料的相变温度例如为55-70℃，阻燃微胶囊的囊壁熔化温度为220℃，当电堆或外壳表面温度低于或高于55-70℃，发泡材料中的相变微胶囊可以释放或吸收热量，使电堆温度恒定在55-70℃之间，从而减小冷热交替对燃料电池的密封件造成的膨胀收缩；当电堆210由于极端碰撞或者内部短路造成起火燃烧时，当温度大于220℃后，发泡材料中的阻燃微胶囊的囊壁会熔化，从而释放出囊芯中的阻燃材料对电堆起到阻燃作用。
57.图4示出本发明实施例的燃料电池的立体示意图。在该燃料电池中，电极211穿过外壳240与外壳240中的电堆210相连，流体分配管230的一端与外壳240中的电堆相连，另一端从外壳240中穿出，用于与燃料电池外的燃料与氧化气体供给及冷却液供给端相连。通过用发泡材料100将外壳240中的电堆210、巡检模块220和流体分配管230所包覆，为该燃料电池200的电堆210提供了良好的减震缓冲及保温性能，并提高该燃料电池的安全性。
58.在上述的实施例中虽然仅列举了燃料电池，但对于动力电池或其他电池模组也可使用上述发泡材料进行封装，对于不同类型的电池，可通过调整和更换阻燃微胶囊及相变微胶囊中的部分材料，改变其熔化温度和相变温度，使其与电池相匹配，同样可以获得类似的技术效果，提升电池的稳定性和安全性。
59.本发明提供的发泡材料发泡材料的制作方法及电池，通过采用硅胶及时发泡技术，使具有含硅橡胶、阻燃微胶囊和相变微胶囊的混合物在电堆及外壳内表面发泡成型，发泡成型后，制得的硅胶泡棉可提高电堆抗震、阻燃的性能，强化巡检模块与电堆的连接，维持电堆在一恒定的温度范围内，从而增强电堆的安全性及可靠性，促进电堆性能的提升；并且该发泡材料的比重轻，有助于提高燃料电池系统的质量功率密度。
60.进一步地，还可对于不同位置区域，改变部分原料配比以改变其气泡密度，外壳底部即电堆下方的硅胶泡棉的气泡稀疏，用以增加对电堆的缓冲力，利于水的排出；电堆周围的硅胶泡棉的气泡较致密，与电堆紧密贴合，可加强电堆表面的密封性，强化巡检模块与电堆连接的稳固性。该发泡材料在室温状态下混合后，短时间内即可开始发泡，室温状态下即可固化成型，其制作工艺流程简单，易实现大规模工业化生产。
61.应当说明的是，在本发明的描述中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不
排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
62.最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施例的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。