本發(fā)明涉及電池，具體涉及一種納米隔熱板及其制備方法和應用。

背景技術：

1、隨著新能源汽車的發(fā)展，電動汽車逐步進入市場，對其續(xù)航里程增大的需求日益突出。為解決該問題，要求電池能量密度越來越高，隨著電池能量密度逐漸增大，電池循環(huán)膨脹率逐步增大，由此引來的是電池自身安全性逐步下降，組成模組后，電芯之間膨脹力增大，電池發(fā)生熱失控的概率增大，引起爆炸影響人員的生命安全的概率也增大。

2、為降低電池之間發(fā)生熱失控的風險，電池之間通常安裝隔熱膜，通常希望一個電芯發(fā)生熱失控急劇溫升甚至著火時，不引起隔壁電芯連鎖失控，并能給人員15分鐘以上的逃生時間，減少電動車爆炸破壞力，對車體沒有根本的破壞。電池隔熱膜在實際使用過程中要承受一定的壓力，該壓力是通過電池實際熱失效過程中的壓力，需要產(chǎn)品在該壓力下形成一定的壓縮量，防止因產(chǎn)品壓縮不穩(wěn)定導致產(chǎn)品破損，從而把爆炸的熱量引導到其他電芯。

3、二氧化硅氣凝膠是一種輕質高效的新型隔熱材料，具有低密度、高孔隙率、低導熱系數(shù)等特殊性能，但是其脆性大、強度低，且當溫度較高時，氣凝膠會失去其多孔結構而導致隔熱性下降，而且二氧化硅氣凝膠的成本比較高。而且隔熱材料的耐高溫性能越好，通常其生產(chǎn)成本及銷售價格也比較昂貴。

4、為此，中國專利申請cn?116638831?a一種單體電芯間的高效隔熱阻燃材料，包括芯層，所述芯層包是由二氧化硅氣凝膠和空心陶瓷纖維復合的隔熱纖維氈，所述芯層兩側包覆緩沖層，所述緩沖層是由改性石墨烯、改性空心玻璃微珠復合改性的發(fā)泡聚氨酯，所述改性空心玻璃微珠為玻璃微珠表面包覆納米二氧化鈦薄膜后接枝二苯基甲烷二異氰酸酯得到。上述專利申請雖然具有均勻的隔熱性能，但是其主要是通過陶瓷氣凝膠復合氈借助緩沖層實現(xiàn)壓縮控制的隔熱層，且空心陶瓷纖維價格高昂，和氣凝膠氈復合，市場無法接受產(chǎn)品價格，隔熱芯材用緩沖層包裹會形成熱橋，導致熱量傳導，且包裹工藝復雜，導致成本高，且發(fā)泡聚氨酯可燃，即使添加阻燃劑，在高溫下結構會遭到破壞，熱量會傳遞到其他電芯。另外，上述高效隔熱阻燃材料中的芯層的制備是使用有機硅在催化劑作用下水解、聚合，然后和陶瓷纖維氈復合，形成陶瓷纖維氣凝膠氈，然而現(xiàn)有的氣凝膠氈在制備過程中需要使用超臨界干燥，該裝置造價高，能耗高，且氣凝膠氈的工藝制備流程長，過程控制不精確，容易導致產(chǎn)品隔熱性能不穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率低。此外，現(xiàn)有的普通新能源電動汽車用電池的單個電芯爆炸溫度350-650℃之間，電池電芯的隔熱板的耐受高溫在350-650℃之間即可給人員15分鐘以上的安全逃生時間，基本上不需要使用更高耐受溫度的隔熱板作為電芯隔熱膜，可以滿足使用。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的第一個目的是提供一種納米隔熱板，該隔熱板采用干法制得，具有隔熱性能好、質地均勻、壓縮性能穩(wěn)定，可長期服役最高溫度范圍為350-650?℃，生產(chǎn)成本低等特點，適用于普通電動汽車用電池電芯用隔熱膜。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種納米隔熱板，主要由以下質量份的原料經(jīng)過干混料、模壓成型及疏水處理制得：空心玻璃微球10-30份、隔熱粉50-70份、遮光劑5-20份、纖維2-10份和疏水劑，其中以所述納米隔熱板的體積計，所述疏水劑用量為30-180?kg/m3。

3、本發(fā)明的第二個目的是提供一種上述納米隔熱板的制備方法，該制備方法具有生產(chǎn)成本低，制得的納米隔熱板的隔熱性能好而且壓縮性能穩(wěn)定，能夠有效提高電動汽車用電池的安全性。

4、具體地，一種納米隔熱板的制備方法，包括步驟：

5、干混料：先將隔熱粉和空心玻璃微球混合均勻，再依次加入纖維和遮光劑均勻混合，形成混合料；

6、模壓成型：取所述混合料90-180?g采用平板硫化機壓制成型，制得納米隔板坯；

7、疏水處理：采用真空氣相疏水法，以所述納米隔板坯的體積計，按照30-180?kg/m3的用量利用疏水劑對所述納米隔板坯進行疏水處理，并干燥，得到所述納米隔熱板。

8、本發(fā)明的第三個目的是提供一種上述納米隔熱板在制備電池中的應用，其用作電池電芯的隔熱膜。所述電池優(yōu)選為新能源汽車用電池，且所述電池的單個電芯爆炸溫度為350-650?℃。

9、因此，本發(fā)明提供的納米隔熱板主要是以干法制得，無需高昂的干燥設備，而且制備原料均為市場上成熟大規(guī)模工業(yè)品，價格較低，從而使得納米隔熱板的生產(chǎn)成本低；另外，本發(fā)明的原料中加入具有較高流動性的空心玻璃微珠，在保持納米隔熱板隔熱性能的同時，還可以提高模壓成型過程中模具中混合料的質量分布均勻性，從而提高制備樣品的壓縮穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的上述納米隔熱板密度為0.27-0.5?g/cm3，標準誤差不超過0.5%；在1?mpa和2?mpa下的壓縮率分別為15%-40%和30%-40%；憎水率不低于99%，且室溫熱導率不高于0.03?w/(m·k)，可長期服役最高溫度范圍為350-650?℃。所以，將上述納米隔熱板應用到電池中，用作電動汽車電池隔熱膜，可以防止因納米隔熱板壓縮性能不穩(wěn)定導致產(chǎn)品破損，進而導致將爆炸的熱量引導到其它電芯，即防止熱量導致其他電芯失控，給人員留下至少15分鐘的逃生的時間，15分鐘逃生時間可以滿足電動汽車的使用，減少電動汽車爆炸破壞力，對車體沒有根本的破壞，從而實現(xiàn)了有效提高因電池電芯出現(xiàn)故障導致熱量流出的安全性；因此，本發(fā)明提供的上述納米隔熱板適用為電池電芯隔熱，尤其是可以作為普通電動汽車用電池的電芯隔熱膜，能夠降低電動汽車爆炸的破壞力，對整車結構也不會造成破壞性傷害。

技術特征：

1.一種納米隔熱板，其特征在于，主要由以下質量份的原料經(jīng)過干混料、模壓成型及疏水處理制得：空心玻璃微球10-30份、隔熱粉50-70份、遮光劑5-20份、纖維2-10份和疏水劑，其中以所述納米隔熱板的體積計，所述疏水劑用量為30-180?kg/m3。

2.根據(jù)權利要求1所述的納米隔熱板，其特征在于，所述空心玻璃微珠的粒徑為65?-110?μm，真密度為0.18?-?0.4?g/cm3。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的納米隔熱板，其特征在于，所述隔熱粉為氣相二氧化硅、氣相氧化鋁粉和二氧化硅氣凝膠粉中的一種或兩種混合物；

4.根據(jù)權利要求1或2所述的納米隔熱板，其特征在于，所述遮光劑為碳化硅、二氧化鈦、炭黑、六鈦酸鉀晶須、氧化鋅和氧化鋯中的一種或多種混合物；

5.根據(jù)權利要求1或2所述的納米隔熱板，其特征在于，所述纖維為玻璃纖維、高硅氧纖維、玄武巖纖維、石英纖維和pp纖維中的一種或任意組合的混合物；

6.一種權利要求1-5任一項所述的納米隔熱板的制備方法，包括以下步驟：

7.根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述干混料的步驟包括：30-100?r/min的條件下，先將所述隔熱粉與空心玻璃微球進行第一次均勻混合；再加入所述纖維進行第二次均勻混合；然后加入所述遮光劑進行第三次均勻混合，形成所述混合料；

8.根據(jù)權利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，所述模壓成型的步驟包括稱取定量的所述混合料，并倒入平板硫化機壓制模具中，使用工裝攤平，然后使用排氣板進行預排氣，最后使用自動化平板硫化機進行壓制成型，獲得納米隔板坯；

9.根據(jù)權利要求1或6所述的制備方法，其特征在于，所述疏水處理的步驟包括：將納米隔板坯放到真空度為0.05-0.09?mpa的真空干燥箱中，于120-180℃，以所述納米隔板坯的體積計，稱取疏水劑放置到真空干燥箱的底部，使疏水劑用量為30-180?kg/m3；然后進行抽真空，達到真空度為0.06?mpa，關閉真空干燥箱，保持120-180℃下烘干2-6?h；

10.一種權利要求1-5任一項所述的納米隔熱板在制備電池中的應用；

技術總結
本發(fā)明提供了一種納米隔熱板及其制備方法和應用。所述納米隔熱板主要由以下質量份的原料經(jīng)過干混料、模壓成型及疏水處理制得：空心玻璃微球10?30份、隔熱粉50?70份、遮光劑5?20份、纖維2?10份和疏水劑，其中以所述納米隔熱板的體積計，所述疏水劑用量為30?180?kg/m3。上述納米隔熱板采用干法制得，具有隔熱性能好、質地均勻、壓縮性能穩(wěn)定，可長期服役最高溫度范圍為350?650℃，生產(chǎn)成本低等特點，適用于普通電動汽車用電池電芯用隔熱膜。因此，本發(fā)明還提供一種上述納米隔熱板在制備電池中的應用，尤其是所述納米隔熱板在制備電動汽車用電池的電芯的隔熱膜中的應用。

技術研發(fā)人員：李帥帥,張慶波,蔡耀武,王建斌,蔡建武,張英才,張勇,薛海霞,范若彬,洪聰哲
受保護的技術使用者：鄭州圣萊特空心微珠新材料有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/10