本发明涉及新能源电池领域，具体的为一种用于电池模组中电芯之间缓冲的聚烯烃发泡多孔材料及其制备方法、电池模组和汽车电池包。
背景技术：
1、随着新能源汽车行业的发展，与之相配套的产业链迎来新的发展机遇，其中的核心零部件就是电池，电池也随着汽车工业的进步而不断的发展，随着新能源行业对于汽车安全性，高续航，快速充电等各方面的要求，电池的安全性是新能源汽车安全性的保证，而电池的安全性有许多因素决定，其中电池模组中电芯之间的多孔发泡材料对电池的安全性和稳定性具有至关重要的影响。
2、新能源的电池是有电池模组组成的，电池模组又是由各个电芯组成中的，各个电芯之间采用多孔发泡材料进行物理隔离，避免电芯之间刚性接触，多孔发泡材料能够起到缓冲的作用，避免引刚性接触导致的电芯损坏。此外当电池在充放电时，电芯的体积会发生一定的膨胀，此时需要有多孔发泡材料来吸收体积膨胀带来的间隙变化，不至于因为体积膨胀导致的的电池电芯内部压力剧增，导致的电池爆炸起火的事故，同时也不会因为电池电芯间多孔发泡材料应力值小而导致的电池模组成组后出现松散，电芯抽芯等问题，影响电池结构的稳定性和安全性。但是目前研究多孔发泡材料对电芯缓冲作用以及对应的多孔材料应力不足导致的电芯的松散的问题比较少，研发一种既能够缓解体积膨胀应力过大，又能够保证组成模组紧凑固定，不发生松散和抽芯的多孔发泡材料对急需解决的问题。
技术实现思路
1、本发明就是针对上述问题，提供了一种多孔发泡材料、电池模组和汽车电池包。
2、本发明提供一种电芯间的多孔发泡材料，使电池的充放电时随着电池温度的升高，电芯温度的升高，体积膨胀时具有相对稳定的压缩应力，不至于使电池因为体积膨胀导致的的电池电芯内部压力剧增，导致的电池爆炸起火的事故，同时也不会因为电池电芯间缓冲材料应力值小而导致的电池模组成组后出现松散，电芯抽芯等问题。
3、本发明通过将多孔发泡材料压缩应变25%的压缩强度与压缩应变50%的压缩强度的比值，及多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度和多孔发泡材料压缩应变70%的压缩强度的比值调整在一定范围内，可以得到能量吸收优异的聚烯烃树脂多孔发泡材料，从而契合于新能源电池在充电放电过程中的体积变化，能够有效的解决电池结构的稳定性和安全性的问题。
4、本发明提供一种电池模组，包括电芯和缓冲隔热垫，缓冲隔热垫设置在电芯之间，所述缓冲隔热垫由多孔发泡材料和胶带组成，胶带粘结在多孔发泡材料的单侧或两侧，所述多孔发泡材料的压缩应力比值为：k1=p2 （50%）/p1(25%)= 1.3-2.5；k2=p3 （70%）/p2(50%)=1.5-3.0；p1（25%）为多孔发泡材料压缩应变25%的压缩强度；p2（50%）为多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度；p3（70%）为多孔发泡材料压缩应变70%的压缩强度。
5、本发明提供一种新能源汽车用电池包，包括壳体和电池模组，电池模组包括两个以上并排设置的电芯，所述电芯之间设有缓冲隔热垫，所述缓冲隔热垫由多孔发泡材料和胶带组成，胶带粘结在多孔发泡材料的单侧或两侧，所述多孔发泡材料的压缩应力比值为：k1=p2 （50%）/p1(25%)= 1.3-2.5；k2=p3 （70%）/p2(50%)=1.5-3.0；p1（25%）为多孔发泡材料压缩应变25%的压缩强度；p2（50%）为多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度；p3（70%）为多孔发泡材料压缩应变70%的压缩强度。
6、本发明提供一种多孔发泡材料，内部为有多个气泡结构的片材或卷材，多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度p2比压缩应变25%的压缩强度p1的比值系数k1在范围1.1-3.0，优选系数k1的范围为1.1-2.5，进一步优选k1范围为1.3-2.5，并且压缩应变70%的压缩强度p3比压缩应变50%的压缩强度p2的比值系数k2在范围1.1-3.0，优选k2范围为1.3-3.0，进一步优选k2范围为1.5-3.0。本发明提供的应变压缩强度的比值反应了多孔发泡材料的缓冲性能以及紧固性能，获得的多孔发泡材料能够满足电池模组中电芯缓冲和紧固隔绝的需求。k1、k2值反馈电池在工作过程中，电池充放电过程中所导致的电芯间隙随体积压缩变化的速率，k1、k2小于该范围，模组之间出现松垮，在机动车行驶过程中，会出现模组松散。k1、k2大于该范围，容易引起模组内应力过大，造成爆炸。
7、进一步的，本发明提供的多孔发泡材料压缩应变35-50%的恒定压缩应力变化率为0.15-5.0，50-60%的恒定压缩应力变化率为0.50-11.8；所述压缩应力变化率为以x轴为应变，间隔点为1%，y轴为压缩应力，单位为mpa,绘制不同压缩应变下的压缩应力曲线，对曲线进行一阶微分，拟合曲线获取不同压缩应变下，压缩应力变化率的数值。即所述恒定压缩应力变化率为对应的应变区间内应变曲线的压缩应力变化率。压缩应变有具体的定义，即在压应力作用下,标距原始单位长度的增量(即长度的变化率),用百分数(%)表示；压缩应力具体的定义，即压缩应力是在压缩试验过程中加在试样上的压缩负荷除以试样原始横截面积所得的值，单位mpa。
8、进一步的，所述多孔发泡材料压缩应变35-50%的恒定压缩应力变化率为0.20-2.48，50-60%的恒定压缩应力变化率为0.60-5.04。
9、本发明研究发现，上述应变区间恒定压缩应力变化率的发泡材料具有很好的韧性和缓冲性能，能够比较好的适用于电池模组中，进一步限定每一压缩应变范围内，压缩应力变化趋势都是上述范围，如果小于该范围值，模组之间出现松垮，在机动车行驶过程中，会出现模组松散。大于该范围，容易引起模组内应力过大，造成爆炸。
10、进一步的，本发明研究发现，本发明提供的多孔发泡材料压缩应变25-35%的恒定压缩应力变化率为0.10-1.7，60-70%的恒定压缩应力变化率为0.90-14.67。进一步的，所述发泡材料25-35%的恒定压缩应力变化率为0.15-1.18，60-70%的恒定压缩应力变化率为0.95-7.71。该应变区间的恒定压缩应力变化率的多孔材料具有很好的韧性和缓冲性能，能够比较好的适用于电池模组中。
11、进一步的，本发明的多孔发泡材料的p2（50%）为140-1500kpa。进一步优选为200-500kpa。所述多孔泡沫材料的压缩强度测试依照gb/t18942.1-2003中规定的测试方法，规定使用零件的单层进行测试，压缩速度按照2mm/min进行，试样面积依照本标准规定的试样面积进行制样测试。多孔发泡材料的p2（50%）在上述值能够体现该多孔发泡材料作为缓冲材料具有很好的隔绝性和缓冲韧性。
12、进一步的，本发明的多孔发泡材料的平均泡孔直径为20-250μm，优选为30-250μm。泡孔的直径的大小一定程度上是泡孔壁厚度是体现，泡孔直径越小，泡孔壁越厚，承载能力会越强，经过电池组装配压缩后将有更加稳定的电池成组结构。为了提高电池组的安全性，使固定压缩量下电芯之间的内应力不至于过大，发泡材料的优选泡孔直径20μm以上，进一步优选泡孔直径30μm以上。
13、进一步的，本发明的多孔发泡材料的密度为0.04-0.25g/cm3。作为发泡材料而言，材料密度直接决定了材料的发泡倍率，也一定程度上决定了材料压缩强度的绝对值即应用时的电池成组稳定性。
14、进一步的，上述多孔发泡材料可以为卷材或者是片材，所述多孔发泡材料具备一定的能量吸收特性，所述片材的厚度优选为0.5-5mm，进一步优选为2.0-4.0㎜。
15、进一步的，上述多孔发泡材料的导热系数小于0.5w/（m·k），进一步的，上述多孔发泡材料的导热系数应在0.045w/(m·k)以下。并且上述多孔发泡材料ul-94水平阻燃等级hf-1。
16、本发明另一方面提供了一种制备上述多孔发泡材料的方法，所述方法包含如下步骤：
17、将聚烯烃树脂100份，热分解型发泡剂3-30份，阻燃剂1-10份及其它助剂0-5份进行混合，制备成为含有发泡剂的发泡母粒，含有阻燃剂的阻燃母粒，含有交联助剂的敏化母粒；
18、将获得的母粒进行预混，并且投入挤出机中，得到卷材；
19、将步骤（2）中挤出的卷材经过辐照交联后得到预发泡体；
20、将步骤（3）中的预发泡体在高温环境中进行发泡，得到含有多层泡孔结构的多孔发泡材料。
21、进一步的，所述步骤（2）中的挤出机为单螺杆挤出机，挤出温度为150-180℃。
22、进一步的，所述步骤（3）中辐照的能量为0.8mev-3.0mev。
23、进一步的，所述步骤（4）中高温发泡温度为200-260℃。
24、本发明使用的树脂为聚烯烃系树脂，选择低密度聚乙烯，高密度聚乙烯树脂，线性低密度聚乙烯，共聚聚丙烯，均聚聚丙烯，高熔体强度聚丙烯中的一种或者几种 ，其中聚乙烯树脂优选茂金属催化的线性低密度聚乙烯树脂，通过使用通过茂金属化合物催化剂得到的直链状线性低密度聚乙烯树脂，容易得到高冲击吸收的发泡材料。
25、所述的聚丙烯树脂可使用均聚聚丙烯树脂，高熔体强度聚丙烯树脂，共聚聚丙烯树脂中的一种或者几种共用，所述的聚丙烯树脂为无规共聚聚丙烯，其中分子链上的乙烯含量为1.5-4.5%，可以自由调整片材的软段与硬段的比例，同时为后续辐照交联提供足够的交联支点，保持产品具有充分的发泡性和优异的物理机械性能。
26、进一步的，所述的聚丙烯树脂的熔融指数mi=0.5-5.0g/10min,优选mi=0.5-3.0g/10min，进一步优选mi=0.5-2.5g/10min，上述熔融指数的测试条件为230度/2.16kg。
27、在发泡片中聚丙烯树脂的含量在40%以上，更优选含量在50%以上，进一步优选含量在50%以上，同时不超过85%。pp含量进一步影响压缩应力。
28、聚丙烯的含量，类型，分子量的分布影响产品的可发泡性和泡孔尺寸，进而影响产品的压缩应力，这里特别选取结晶度范围在35%-75%之间的聚丙烯树脂，由于电子辐照交联中需要一定数量的交联支点为交联提供足够数量的自由基，而交联过程往往发生在树脂的非交联区，否则树脂体系无法完成交联而失去发泡的特性，同时结晶度越高产品的刚性越强，交联支点越少，在发泡时极易出现熔体强度偏低而引起发泡的泡孔偏大或者泡孔塌陷而影响产品，使产品具有不可发泡性，同时当聚丙烯树脂选取的结晶度过低即分子链上的乙烯基团过高，这里虽然可以提供足够的交联自由基，但是则会使树脂偏软，使发泡制品的压缩应力偏小。
29、本发明中发泡剂母粒，使用的发泡剂没有特别限制，可以使用放热型发泡剂，吸热型发泡剂，可列举出偶氮二甲酰胺、n,n’-二亚硝基五亚甲基四胺、对甲苯磺酰基氨基脲、碳酸氢钠，发泡微球等，在这些中，优选偶氮二甲酰胺可以单独使用，也可以与其它类型发泡剂组合使用。
30、本发明中阻燃母粒，含有以下阻燃物料，可列举为溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯，十溴二苯乙烷，多溴联苯醚，溴代三嗪，氢氧化镁，氢氧化铝，三氧化二锑中的一种或多种协效使用。
31、进一步的，本发明中抗氧剂母粒，使用塑料加工中的常用的抗氧剂，可列举出受阻酚类型，亚磷酸酯类型，硫醚类型，可以单独使用，也可以几种一起协效使用。
32、进一步的，本发明中交联敏化母粒，可以使用多官能团的单体，通过向聚烯烃系树脂中添加交联助剂，从而减少步骤（3）中照射的电离性放射线量，从而防止因电离性放射线的照射而导致的树脂分子裂解，影响树脂体系的熔体强度进而影响发泡时的保气性导致发泡困难。
33、进一步的，作为交联助剂，具体而言，可举出三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯等在1分子中具有3个官能团的化合物、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、1,9-壬二醇二甲基丙烯酸酯、1,10-癸二醇二甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯等在1分子中具有2个官能团的化合物、邻苯二甲酸二烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯、间苯二甲酸二烯丙酯、乙基乙烯基苯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸月桂基酯、甲基丙烯酸硬脂基酯，过氧化二异丙苯等，这些交联助剂单独使用或组合两种以上使用。
34、对于交联助剂的添加量而言，相对于树脂成分100质量份，优选为0.2～8质量份，更优选为0.3～6质量份，进一步优选为0.5～3质量份。交联剂的用量同步骤（3）中辐照剂量的选取，共同对发泡片材的交联度的控制。而作为发泡材料交联度的高低对泡孔孔径的控制，发泡体密度的控制都有着直接的关系。
35、上述步骤（3）的辐照交联可以是经过高能电子束，α射线，β射线，γ射线等电离性放射线方法进行辐照。
36、上述步骤（4）中高温环境为高温发泡炉。
37、本发明还提供了上述多孔发泡材料或上述多孔发泡材料用于动力电池模组或者储能电池模组中的用途。
38、本发明的有益效果：
39、发明提供一种多孔发泡材料，内部为有多个气泡结构的片材或卷材，多孔发泡材料压缩应变50%的压缩强度p2比压缩应变25%的压缩强度p1的比值系数k1在范围1.1-3.0，优选系数k1的范围为1.1-2.5，进一步优选k1范围为1.3-2.5，并且压缩应变70%的压缩强度p3比压缩应变50%的压缩强度p2的比值系数k2在范围1.1-3.0，优选k2范围为1.3-2.5，进一步优选k2范围为1.5-3.0。本发明提供的应变压缩强度的比值反应了多孔发泡材料的缓冲性能以及紧固性能，获得的多孔发泡材料能够满足电池模组中电芯缓冲和紧固隔绝的需求。
40、本发明获得的多孔发泡材料用于电池模组具有足够安全的稳定性，该安全性包括进行模拟测试时出现的实效状态。
41、本发明提供的多孔发泡材料35-50%的恒定压缩应力变化率为0.15-5.0，50-60%的恒定压缩应力变化率为0.50-11.8；所述压缩应力变化率为以x轴为应变，y轴为压缩应力，绘制不同压缩应变下的压缩应力曲线，对曲线进行一阶微分，拟合曲线获取不同压缩应变下，压缩应力变化率的数值。上述应变区间恒定压缩应力变化率的发泡材料具有很好的韧性和缓冲性能，能够比较好的适用于电池模组中。
42、本发明提供的多孔发泡材料压缩应变25-35%的恒定压缩应力变化率为0.10-1.7，60-70%的恒定压缩应力变化率为0.90-14.67。进一步的，所述发泡材料压缩应变25-35%的恒定压缩应力变化率为0.15-1.18，60-70%的恒定压缩应力变化率为0.95-7.71。该应变区间的恒定压缩应力变化率的多孔材料具有很好的韧性和缓冲性能，能够比较好的适用于电池模组中。