防火隔热毡、其制备方法及电池模组和电池包与流程

本发明涉及新能源电池领域，具体而言，涉及防火隔热毡、其制备方法及电池模组和电池包。

背景技术：

新能源电池，如汽车动力领域的电池，为了使电池在适宜温度下工作，以延长电池的使用寿命，并保障使用的安全性，阻燃隔热材料就变得极为重要。

部分技术将阻燃剂用装置封存在内部，电池漏电时释放阻燃剂，达到电池包整体阻燃效果。但装置在震动或者长年使用后，可能会引起引发失效，不能保证安全。

另外在现有技术中，用于新能源电池的阻燃隔热材料或阻燃隔热装置大多仅限于起到“隔热阻燃”的作用，而对已有火势并不能有效控制或熄灭，只能放任已有火势燃烧完毕后自行熄灭。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种防火隔热毡，该防火隔热毡兼具优异的隔热性能和阻燃、防火性能，在实现隔热阻燃的同时，还能有效延缓已有火势的蔓延，甚至实现火势自熄。

本发明的第二目的在于提供上述防火隔热毡的制备方法。

本发明的第三目的在于提供应用了上述防火隔热毡的电池模组和电池包。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

防火隔热毡，包括基材及填充于所述基材上的填充物；

所述基材选自玻璃纤维针刺毡；

所述填充物包括树脂、气凝胶、空心玻璃微珠和阻燃组分；

所述填充物占所述防火隔热毡重量的50％～90％；

所述防火隔热毡的密度为0.1g/cm³～1.0g/cm³。

优选地，在所述填充物中，所述树脂、所述气凝胶、所述空心玻璃微珠及所述阻燃组分的重量比为1:0.1～1:0.1～1:1.25～2.5。

优选地，所述树脂包括酚醛树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和硅橡胶中的至少一种；

优选地，所述树脂选自酚醛树脂。

优选地，所述阻燃组分包括十溴二苯乙烷和三氧化二锑；

优选地，所述十溴二苯乙烷和所述三氧化二锑的重量比为2～8:1。

优选地，所述气凝胶的粒径为1μm～5μm，密度为0.03g/cm^3～0.08g/cm³；

优选地，所述气凝胶选自亲水型气凝胶；更优选地，所述气凝胶为亲水性二氧化硅气凝胶；

优选地，所述空心玻璃微珠的粒径为5μm～20μm。

优选地，所述基材占所述防火隔热毡重量的10％～50％。

如上所述的防火隔热毡的制备方法，所述方法包括：

a)向分散均匀的树脂分散液中添加气凝胶、空心玻璃微珠及阻燃组分，并分散均匀，获得填充物分散液；

b)将基材充分浸于步骤a)中获得的所述填充物分散液中，经干燥、压延成型，获得防火隔热毡。

优选地，步骤a)中所述树脂分散液包含树脂和溶剂；

所述溶剂包括乙醇、正丁醇、二甲苯、乙酸乙酯、mek和dmf中的至少一种，优选为乙醇；

优选地，所述树脂分散液还包含分散剂；所述分散剂选自毕克disperbyk-2012、毕克disperbyk-2015和毕克disperbyk-2055中的至少一种。

电池模组，所述电池模组外包覆有如上所述的防火隔热毡。

电池包，包括若干如上所述的电池模组。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的防火隔热毡兼具优异的隔热性能和阻燃、防火性能，在实现隔热阻燃的同时，还能有效延缓已有火势的蔓延，甚至实现火势自熄。

(2)本发明提供的防火隔热毡的制备方法简单高效，易于工业化推广。

(3)本发明提供的包覆有防火隔热毡的电池模组和电池包性能稳定，使用安全性高，使用寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施方式中，包覆有防火隔热毡的电池模组；

图2为本发明一种实施方式中，由包覆有防火隔热毡的电池模组装配得到的电池包。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

根据本发明的一个方面，本发明涉及一种防火隔热毡，包括基材及填充于所述基材上的填充物；

所述基材选自玻璃纤维针刺毡；

所述填充物包括树脂、气凝胶、空心玻璃微珠和阻燃组分；

所述填充物占所述防火隔热毡重量的50％～90％；

所述防火隔热毡的密度为0.1g/cm³～1.0g/cm³。

本发明通过特定的基材及填充物的配合，得到的防火隔热毡兼具优异的隔热性能和阻燃、防火性能，在实现隔热阻燃的同时，还能有效延缓已有火势的蔓延，甚至实现火势自熄。

在一种实施方式中，所述填充物占所述防火隔热毡重量的50％～90％，还可以选择55％、60％、65％、70％、75％、80％或85％。

本发明所述防火隔热毡的密度为0.1g/cm³～1.0g/cm³，更有利于实现隔热阻燃的优异效果。

优选地，在所述填充物中，所述树脂、所述气凝胶、所述空心玻璃微珠及所述阻燃组分的重量比为1:0.1～1:0.1～1:1.25～2.5。

在一种实施方式中，所述树脂、所述气凝胶、所述空心玻璃微珠及所述阻燃组分的重量比为1:0.1～1:0.1～1:1.25～2.5，还可以选择1:0.1:1:1.25、1:0.5:0.5:1.5、1:1:0.1:2.5或1:0.6:1:1.8。

本发明所述树脂、所述气凝胶、所述空心玻璃微珠及所述阻燃组分的特定重量比更有利于使得到的防火隔热毡在实现隔热阻燃的同时，还能有效延缓已有火势的蔓延，甚至实现火势自熄。

优选地，所述树脂包括酚醛树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和硅橡胶中的至少一种；

优选地，所述树脂选自酚醛树脂。

优选地，所述阻燃组分包括十溴二苯乙烷和三氧化二锑；

优选地，所述十溴二苯乙烷和所述三氧化二锑的重量比为2～8:1。

本发明采用特定配比的十溴二苯乙烷和三氧化二锑相配合，进而获得更加优异的阻燃效果。

在一种实施方式中，所述十溴二苯乙烷和所述三氧化二锑的重量比为2～8:1，还可以选择3:1、4:1、5:1、6:1或7:1。

优选地，所述气凝胶的粒径为1μm～5μm，密度为0.03g/cm^3～0.08g/cm³。

优选地，所述气凝胶选自亲水型气凝胶；更优选地，所述气凝胶为亲水性二氧化硅气凝胶。

本发明采用特定粒径及密度的亲水性二氧化硅气凝胶，与其他材料(树脂、空心玻璃微珠及阻燃组分)相配合，具有更加优异的隔热阻燃效果。

优选地，所述空心玻璃微珠的粒径为5μm～20μm。

在一种实施方式中，所述空心玻璃微珠的粒径为5μm～20μm，还可以选择6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm或19μm。

本发明特定粒径的空心玻璃微珠与其他材料组分配合，增加防火隔热毡的阻燃效果。

优选地，所述基材占所述防火隔热毡重量的10％～50％。

在一种实施方式中，所述基材占所述防火隔热毡重量的10％～50％，还可以选择15％、20％、25％、30％、35％、40％或45％。

根据本发明的另一个方面，本发明还涉及如上所述的防火隔热毡的制备方法，所述方法包括：

a)向分散均匀的树脂分散液中添加气凝胶、空心玻璃微珠及阻燃组分，并分散均匀，获得填充物分散液；

b)将基材充分浸于步骤a)中获得的所述填充物分散液中，经干燥、压延成型，获得防火隔热毡。

本发明提供的防火隔热毡的制备方法简单高效，易于工业化推广。

优选地，步骤a)中所述树脂分散液包含树脂和溶剂；

所述溶剂包括乙醇、正丁醇、二甲苯、乙酸乙酯、mek和dmf中的至少一种，优选为乙醇；

优选地，所述树脂分散液还包含分散剂；所述分散剂选自毕克disperbyk-2012、毕克disperbyk-2015和毕克disperbyk-2055中的至少一种。

在一种实施方式中，本发明提供的单个电池模组具有好的阻燃防爆效果，短路实验中，3分钟内电池线路火焰可以自熄。

作为本发明的一种实施方式，防火隔热毡的制备方法包括以下步骤：

1)使用溶剂将树脂溶解或者稀释，加入分散剂，分散均匀；

优选地，树脂包含酚醛树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、硅橡胶等；溶剂包括乙醇、正丁醇、二甲苯、乙酸乙酯、mek和dmf中的至少一种；

优选地，树脂使用热塑性酚醛树脂粉末(100份)，溶剂采用乙醇(200-600份)；

2)在上述溶液中逐步加入粉末气凝胶，分散均匀；

优选地，所述气凝胶的粒径为1μm～5μm，密度为0.03g/cm³～0.08g/cm³；

优选地，气凝胶粉末(10～100份)选用亲水型气凝胶粉末；

3)在上述溶液中加入空心玻璃微珠，分散均匀；

优选地，空心玻璃微珠(10-100份)粒径为5μm～20μm；

4)在上述溶液中加入十溴二苯乙烷(100～200份)和三氧化二锑(25～50份)，分散均匀；

5)将玻璃纤维针刺毡浸泡于4)溶液中，充分浸润；

6)将5)所得浸泡后的毡材经涂布机干燥处理；

7)将6)所得干燥毡材使用压延机加热压延成型，得到指定尺寸、平整的防火隔热毡卷材。

根据本发明的另一方面，本发明还涉及一种电池模组，所述电池模组外包覆有如上所述的防火隔热毡。

根据本发明的另一方面，本发明还涉及一种电池包，包括若干如上所述的电池模组。

本发明提供的包覆有防火隔热毡的电池模组和电池包性能稳定，使用安全性高，使用寿命长。

下面将结合具体的实施例对本发明作进一步的解释说明。

实施例1

一种防火隔热毡的制备方法，包括以下步骤：

1)使用400份乙醇将热塑性酚醛树脂粉末(100份)溶解，加入10份的分散剂毕克disperbyk-2012，分散均匀；

2)在上述溶液中逐步加入粒径为1μm～5μm的二氧化硅气凝胶50份，分散均匀；

3)在上述溶液中加入50份粒径为5μm～20μm的空心玻璃微珠，分散均匀；

4)在上述溶液中加入150份十溴二苯乙烷和40份三氧化二锑)，分散均匀；

5)将玻璃纤维针刺毡浸泡于4)溶液中，充分浸润；

6)将5)所得浸泡后的毡材经涂布机干燥处理；

7)将6)所得干燥毡材使用压延机加热压延成型，得到指定尺寸、平整的防火隔热毡卷材。

以实施例1中制备得到的防火隔热毡包覆于电池模组外部，如图1所示。以15个上述电池模组阵列排布，组装成如图2所示的电池包。

实施例2

一种防火隔热毡的制备方法，包括以下步骤：

1)使用400份乙醇将聚氨酯树脂粉末(100份)溶解，加入10份的分散剂毕克disperbyk-2015，分散均匀；

2)在上述溶液中逐步加入粒径为1μm～5μm的二氧化硅气凝胶100份，分散均匀；

3)在上述溶液中加入10份粒径为5μm～20μm的空心玻璃微珠，分散均匀；

4)在上述溶液中加入180份十溴二苯乙烷和70份三氧化二锑)，分散均匀；

5)将玻璃纤维针刺毡浸泡于4)溶液中，充分浸润；

6)将5)所得浸泡后的毡材经涂布机干燥处理；

7)将6)所得干燥毡材使用压延机加热压延成型，得到指定尺寸、平整的防火隔热毡卷材。

实施例3

一种防火隔热毡的制备方法，包括以下步骤：

1)使用400份乙醇将丙烯酸树脂粉末(100份)溶解，加入10份的分散剂毕克disperbyk-2055，分散均匀；

2)在上述溶液中逐步加入粒径为1μm～5μm的二氧化硅气凝胶10份，分散均匀；

3)在上述溶液中加入30份粒径为5μm～20μm的空心玻璃微珠，分散均匀；

4)在上述溶液中加入100份十溴二苯乙烷和25份三氧化二锑)，分散均匀；

5)将玻璃纤维针刺毡浸泡于4)溶液中，充分浸润；

6)将5)所得浸泡后的毡材经涂布机干燥处理；

7)将6)所得干燥毡材使用压延机加热压延成型，得到指定尺寸、平整的防火隔热毡卷材。

试验例

一、防火隔热毡密度的表征

对实施例1～3中制备得到的防火隔热毡的密度进行测定，具体如下：

采用排水法，使用密度测试仪对防火隔热毡进行密度测试，测试方法符合astmd792测试标准。

二、电池模组和电池包的阻燃防火性能

对实施例1中组装得到的电池模组和电池包的阻燃防火性能进行考察，具体如下：

将电池组中一块电池正负极用铁钉进行短接，观测整个电池组燃烧情况。未采用防火隔热毡的电池组，1分钟内外部观测发现明火，很快扩散至整个电池包。采用防火隔热毡保护的电池组，有强烈发烟情况，但外部未发现明火，发烟在5分钟内结束，整个电池包完整未燃烧。

本发明将阻燃剂与玻璃纤维毡形成一体结构制成防火隔热毡，超过阻燃剂分解温度，防火隔热毡自然释放气体，无需引发装置，长期使用或者震动不会引发任何结构变化，具有更高安全性。本发明特定方法得到的防火隔热毡具有显著有效的整体防火效果。实施例2和实施例3得到的防火隔热毡也具有优异的防火效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。