一种电芯之间的热防护复合件及其成型工艺的制作方法

1.本技术涉及新能源电池组防护制件领域，尤其是涉及一种电芯之间的热防护复合件及其成型工艺。


背景技术：

2.随着环保问题越来越受国家的重视和石油价格的上涨，新能源汽车越来越受到大众的欢迎。近些年来，国内新能源汽车产业发展迅速，主要得益于新能源汽车中动力电池组技术的突破。动力电池组作为新能源汽车能量的储存和输出的核心元件，决定着新能源汽车的使用寿命和安全性能。
3.当前，动力电池组多为锂离子电池组，主要包括磷酸铁锂电池，锰酸锂电池，钴酸锂电池，钛酸锂电池和三元电池等。锂离子电池组是由电池模组组成，其中电池模组是由几十块的单体电芯叠加而成。相关技术中的单体电芯之间填充环氧自粘漆实现叠加组合。
4.针对上述相关技术中单体电芯之间的叠加方式，发明人发现技术方案存在以下缺陷：锂离子电池组中的电极的体积会在电池充放电过程中发生变化，且在电池组的使用过程中一直存在，这种变化进而会引起单体电芯的体积变化，导致单体电芯间出现相互挤压，产生较大的应力，影响电池组的使用寿命和安全性能。


技术实现要素：

5.为了解决相关技术中存在的电池组的使用寿命和安全性能较差的问题，本技术提供了一种电芯之间的热防护复合件及其成型工艺。
6.本技术提供的一种电芯之间的热防护复合件，是通过以下技术方案得以实现的：一种电芯之间的热防护复合件，包括防护主体，防护主体包括从上至下依次一体热压成型的第一玻纤布、第一云母板、第一陶瓷纤维层、气凝胶层、第二云母板、第二陶瓷纤维层、第二玻纤布；防护主体一体热压成型过程中用到的粘结剂为有机硅树脂。
7.通过采用上述技术方案，本技术生产的热防护复合件具有较好的韧性，其中有机硅树脂形成的固化物具有应力释放作用，可消除单体电芯间出现相互挤压产生的应力。因此，本技术中制备的热防护复合云母件应用于电芯与电芯之间时，遇热膨胀，遇冷收缩，可有效消除内应力，持续和电芯表面相贴合，进而起到较好的保护效果。此外，本技术可补偿电芯产生的形变，提升电池组的使用寿命和安全性能。
8.优选的，所述气凝胶层为中的二氧化硅气凝胶层、二氧化钛改性气凝胶层中的一种。
9.通过采用上述技术方案，可起到保证整体隔热性能的作用，同时降低本技术的总体质量。
10.优选的，所述有机硅树脂为kr-242a硅树脂或者改性kr-242a硅树脂。
11.优选的，所述改性有机硅树脂由包含以下质量百分比的原料制备而成：0.1-0.5％的二乙烯三胺、2-5％的中空微珠粉、5-10％的云母粉、20-50％的甲醇、10-20％的氟烷基乙
烯基二醇聚合物和余量为kr-242a硅树脂。
12.通过采用上述技术方案，改性有机硅树脂可改善整体的隔热效能和耐高温性，提升整体的使用寿命，保证新能源电池组的安全性能。
13.优选的，所述中空微珠粉为二氧化硅系中空微珠、氧化铝系中空微珠、氧化镁系中空微珠中的至少一种。
14.通过采用上述技术方案，可保证生产的有机硅树脂具有较好的隔热效果。
15.优选的，所述改性有机硅树脂的制备方法：将占二乙烯三胺总质量为20-30％的二乙烯三胺加入至kr-242a有机硅树脂、氟烷基乙烯基二醇聚合物混合物中，在70-85℃下预先反应100-150s，降温至4℃以下后加入甲醇搅拌均匀，加入剩余的二乙烯三胺，搅拌均匀得改性有机硅树脂。
16.通过采用上述技术方案，改性有机硅树脂的制备方法相对简单，便于降低生产成本。
17.优选的，所述玻纤布为无碱玻璃纤维短切毡或者无碱玻璃纤维布；所述陶瓷纤维层中采用的陶瓷纤维为氧化铝纤维、氧化锆纤维、氧化镁纤维、氧化钛纤维、氮化硅纤维、氮化硅纤维中的至少一种。
18.通过采用上述技术方案，无碱玻璃纤维的应运避免引入金属离子对有机硅树脂形成的固化物的破坏，保证整体的力学性能和使用稳定性能；陶瓷纤维可改善整体的力学性能起到更好的保护效果。
19.本技术提供的一种电芯之间的热防护复合件的成型工艺，是通过以下技术方案得以实现的：一种电芯之间的热防护复合件的成型工艺，包括以下步骤：步骤一，凝胶布上、下表面涂覆有机硅树脂，将第一陶瓷纤维层和第二陶瓷纤维层分别贴附在凝胶布上、下表面，固化成型得复合体，备用；步骤二，复合体上、下表面涂覆有机硅树脂，将第一云母板和第二云母板分别贴附在复合体上、下表面，固化成型得半成品；步骤三，将半成品涂覆有机硅树脂，将第一玻纤布和第二玻纤布分别贴附在半成品上、下表面，固化成型得预制成品；步骤四，将预制成品进行真空热压、固化成型得热防护复合成品件。
20.通过采用上述技术方案，本技术制备方法相对较为简单，便于进行大批量生产。
21.优选的，所述步骤四中的真空热压温度在140-165℃，真空热压的真空度在-80.0至-100kpa，真空成型时间控制在3-4h。
22.通过采用上述技术方案，可保证制备得到的热防护复合成品件质量。
23.综上所述，本技术具有以下优点：1、本技术应用于电芯与电芯之间时遇热膨胀，遇冷收缩，持续和电芯表面贴合，起到较好的保护效果，可以补偿电芯产生的形变，提升电池组的使用寿命和安全性能。
24.2、本技术中相变控温层可吸收热量且自身不易发生体积变化，可降低整体热胀冷缩带来的应力，进一步提升整体的安全性能和使用寿命。
具体实施方式
25.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
26.制备例制备例1改性有机硅树脂由包含以下质量百分比的原料制备而成：0.2％的二乙烯三胺、4％的二氧化硅中空微珠粉、8％的白云母粉、50％的甲醇、10％的氟烷基乙烯基二醇聚合物(商品名:polyfox的侧链含氟二醇聚合物，美国奥姆诺瓦(omnova)公司)和27.8％的kr-242a硅树脂。
27.改性有机硅树脂的制备方法：将0.4g的二乙烯三胺加入至278g的kr-242a有机硅树脂、100g的氟烷基乙烯基二醇聚合物混合物中，在85℃下预先反应150s，降温至4℃以下后，加入500g的甲醇、40g的二氧化硅中空微珠粉和80g的白云母粉，以400rpm搅拌均匀10min，加入剩余1.6g的二乙烯三胺，以320rpm搅拌20min，得改性有机硅树脂a。
28.制备例2改性有机硅树脂由包含以下质量百分比的原料制备而成：0.2％的二乙烯三胺、2％的二氧化硅中空微珠粉、2％的氧化铝中空微珠粉、8％的白云母粉、50％的甲醇、10％的氟烷基乙烯基二醇聚合物和27.8％的kr-242a硅树脂。
29.改性有机硅树脂的制备方法：将0.4g的二乙烯三胺加入至278g的kr-242a有机硅树脂、1200g的氟烷基乙烯基二醇聚合物混合物中，在85℃下预先反应150s，降温至4℃以下后，加入500g的甲醇、20g的二氧化硅中空微珠粉、20g的氧化铝中空微珠粉和80g的白云母粉，以400rpm搅拌均匀10min，加入剩余1.6g的二乙烯三胺，以320rpm搅拌20min，得改性有机硅树脂b。
30.制备例3改性有机硅树脂由包含以下质量百分比的原料制备而成：0.2％的二乙烯三胺、4％的二氧化硅中空微珠粉、8％的白云母粉、50％的甲醇、4％的日本jnc的fm-7725改性羟基硅氧烷、6％的聚三氟丙基甲基硅氧烷(cas号:63148-56-1，武汉普洛夫生物科技有限公司)和27.8％的kr-242a硅树脂。
31.改性有机硅树脂的制备方法：将0.4g的二乙烯三胺加入至278g的kr-242a有机硅树脂、60g的聚三氟丙基甲基硅氧烷混合物中，在85℃下预先反应60s，再加入40g的fm-7725改性羟基硅氧烷，在85℃下预先反应100s，然后降温至4℃以下后，加入500g的甲醇、40g的二氧化硅中空微珠粉和80g的白云母粉，以400rpm搅拌均匀10min，加入剩余1.6g的二乙烯三胺，以320rpm搅拌20min，得改性有机硅树脂c。
32.制备例4合成氟金云母的制备，包括以下步骤：s1，选用石家庄沣铭矿产品有限公司生产的40目的合成氟金云母，称量2.kg的合成氟金云母，加入8kg的浓度为6mol/l的盐酸中，以120rpm的转速分散0.5h，静置1.0h，除去上层清液，留取下层的沉淀物；s2，向s1得到的沉淀物中加入8.0kg的去离子水并进行搅拌，后用板框压滤机脱水，板框压滤机脱水后得到的滤饼即为所需粗化人工合成氟金云母粉；s3，将s2中粗化人工合成氟金云母粉加入到活化容器中，向活化容器中加入6.0kg
的去离子水，边搅拌边升温到68.0℃，得到料液，后在料液保持68℃的温度的情况下，对料液搅拌30分钟，再用浓度为6mol/l的盐酸将料液的ph值调节至1.6，在料液温度为68℃的条件下，用试液隔膜泵将2.0k的重量百分比浓度为2.5％的第一活化液(第一活化液是sncl4溶液)逐步滴加到料液中，在1小时内完成滴加，同时添加6mol/l的盐酸将料液的ph值调节在1.6之间；s4，用液相沉淀法在第一活化层上包覆第二活化层，第二活化层的化学成分为tio2，得到经活化的人工合成氟金云母粉；s4.1，第一活化液滴加完成后，向活化容器中加入重量百分比浓度为8％的naoh溶液，将料液的ph值调节至2.0，同时将料液的温度调节至80℃；s4.2，在ph控制器的调节下，同时用试液隔膜泵向活化容器中泵入浓度为4mol/l的第二活化液(第二活化液是ticl4溶液)和8％的naoh溶液，通过ph控制器控制泵入速度，使料液的ph值保持在2.0；当加入的第二活化液达到1.6kg时，停止加入第二活化液和8％的naoh溶液，然后在料液保持80℃的温度的情况下，对料液搅拌30分钟，再采用板框压滤机对料液进行脱水，得到的滤饼即为所需的经活化的人工合成氟金云母粉粉；s5，配制银氨溶液的方法为：将14g重量份agno3与250g的重量百分比浓度为5％的naoh溶液混合并搅拌均匀，然后滴加重量百分比浓度为12.5％的氨水，至溶液澄清，再用重量百分比浓度为15.5％的硝酸调节ph值至12.5，得到银氨溶液；s6，银镜反应得纳米金属银包覆人工合成氟金云母粉；s6.1，将s4中获得的经活化的人工合成氟金云母粉加入到反应容器中，再向反应容器中加入6.0kg的去离子水，然后将反应容器中的物料温度调节至28℃，再加入1g的硫代硫酸钠，搅拌1小时；s6.2，将还原液逐步添加到反应容器中，在1.5小时内添加完成，然后搅拌1小时，再将反应容器中物料的ph值调节至12，其中还原液按下述工艺制备：取160g的无水乙醛、4840g的重量百分比浓度为30％的乙醇溶液混合，搅拌均匀后得到还原液；s6.3，在300rpm的搅拌转速下，将配制好的银氨溶液以5ml/min的滴加速度添加到反应容器中，银氨溶液在1小时内添加完成，在添加银氨溶液的过程中，将反应容器中的物料温度控制在25℃，并且用硝酸调节反应容器中物料的ph值，使反应容器中物料的ph值维持在12之间；s6.4，添加完银氨溶液后，在300rpm的搅拌转速下，保温1小时，后滤出粉料并进行烘干，得到纳米金属银包覆人工合成氟金云母粉。
33.组合式云母粉的配制：称量700g的白云母、80g的金云母、220g的纳米金属银包覆人工合成氟金云母粉置于4l浓度为3.0l/l的kh570硅烷偶联剂水溶液中，于80rpm的搅拌转速下，超声波处理15min，超声波频率为35khz，过滤，将过滤得到的云母混合粉，置于10℃下烘干，得组合式云母粉。
34.低导热填料的配制：称量300g的二氧化硅系中空微珠、100g的纳米二氧化硅和5g的氧化锆，以200rpm下混合5min，得低导热填料。
35.增韧填料的配制：称量400g的短切无碱玻璃纤维、85g的碳化硅纤维和15g的氧化锌晶须。
36.有机硅树脂是由100g的kr-242a有机硅树脂、45g的fm-7721改性羟基硅氧烷、
144.8g的甲醇和0.2g的二乙烯三胺制备而成。
37.有机硅树脂配制方法：将0.05g的二乙烯三胺、100g的kr-242a有机硅树脂、45g的fm-7725改性羟基硅氧烷在68℃下预先反应120s，降温至4℃后加入144.8g的甲醇以100rpm搅拌10min，加入0.15g的二乙烯三胺，以60rpm搅拌2.0min得有机硅树脂。
38.云母浆料是由100g的组合式云母粉、8g的增韧填料、5g的低导热填料和113g的甲醇构成。
39.云母板的成型工艺，包括以下步骤：s1，云母浆料的制备方法，将计量准确的100g组合式云母粉、8g增韧填料、5g低导热填料投入高速分散釜中，以120rpm搅拌3.0min，加入113g的甲醇，以120rpm搅拌5min，混合均匀得固含量为50％的云母浆料；s2，称量70g的有机硅树脂，加入到s1中的云母浆料中，以200rpm，搅拌5min，得浇注浆料；s3，将s2中的浇注浆料注入模具中，浇筑浆料液位达到模具槽深的一半，加热至78℃，加热时间为60min，除去浇筑浆料中的甲醇，且在对模具进行加热期间，根据模具的尺寸裁剪反射片，所得反射片两侧面涂覆有机硅树脂，自然固化，反射片两侧面的漆膜为凝胶状态；s4，加热完成后，将反射片铺设于模具内后，模具中加满浇注浆料，加热至78℃，加热时间为60min，除去浇筑浆料中的甲醇；s5，采用四步热压成型法制备云母绝缘制品，第一步热压成型中热压温度为88℃，压力为0.5mpa，热压20s后放气2s，热压总时间为40s；第二步热压成型中热压温度为110℃，压力为0.6mpa，热压30s后放气2s，热压总时间为90s；第三步热压成型中热压温度为180℃，压力为0.8mpa，热压持续时间为160s；第四步热压成型中热压温度为120℃，压力为0.6mpa，持续时间为60s，将四步热压成型得到异形云母绝缘制品置于90℃的温度下处理90min，自然冷却，得厚度在0.8
±
0.05mmmm的柔性低导热绝缘耐热云母板。测试参数：密度1.78g/cm3，胶含量32.1％，电气强度32.6kv/mm，导热系数0.114w/cm。
40.制备例5二氧化钛气凝胶原料由14.5g的硫酸氧钛、49.1g的水、17.3g的丙三醇、17.3g的二甲基甲酰胺.1.7g的聚乙烯基吡咯烷酮组成原料，其中聚乙烯基吡咯烷酮的平均分子量为5.4万。
41.二氧化钛气凝胶的制备，包括以下步骤：1)室温下，将硫酸氧钛和水混合搅拌约4小时直至澄清透明；2)然后加入聚乙烯基吡咯烷酮后继续搅拌5小时直至澄清透明；3)然后加入丙三醇和二甲基甲酰胺后搅拌10分钟后，得到二氧化钛溶胶；4)然后将步骤3)得到的溶胶密封后置于80℃静置48小时，得到二氧化钛湿凝胶；5)然后将步骤4)得到的二氧化钛湿凝胶取出，然后在温度为80℃的条件下用去离子水浸泡6次，每次浸泡24小时，每次浸泡前更换新的去离子水；6)然后将经步骤5)的二氧化钛湿凝胶在温度为50℃下用乙醇浸泡6次，每次浸泡24小时，每次浸泡前更换新的乙醇；7)然后将步骤6)得到的二氧化钛湿凝胶置于乙醇超临界干燥装置中，在压力为
15mpa，温度为280℃下保持3h，得无定型tio2气凝胶；最后，步骤7)制得的无定型二氧化钛气凝胶于950℃下加热3小时后得到金红石型tio2气凝胶。测试得，无定型ti02气凝胶比表面积为477m2/g，金红石型ti02气凝胶比表面积为185m2/g，900℃烧结后的金红石晶相含量为98％。
42.制备例6制备例6中的耐热云母压合板的制备方法：选取hp-5耐热云母纸(厚度0.32mm，扬州胜凯电气绝缘有限公司)，采用制备例1中的有机硅树脂作为层间粘结剂，将云母纸粘结在一起后进行热压处理，热压成型中热压温度为160℃，压力为1.5mpa，热压时间为10min，自然冷却得1.1
±
0.05mm热云母压合板。实施例
43.实施例1本技术公开的一种电芯之间的热防护复合件，包括防护主体，防护主体包括从上至下依次一体热压成型的第一玻纤布、第一云母板、第一陶瓷纤维层、气凝胶层、第二云母板、第二陶瓷纤维层、第二玻纤布；所述防护主体一体热压成型过程中用的粘结剂为有机硅树脂，具体为制备例1中的改性有机硅树脂a。
44.第一玻纤布和第二玻纤布为江阴万千化学品有限公司的无碱玻璃纤维布-ewr200。第一云母板和第二云母板为制备例4中的低导热绝缘耐热云母板。
45.第一陶瓷纤维层和第二陶瓷纤维层为导热系数为0.032w/(m
·
k)的陶瓷纤维纸(淄博鲁盟保温材料有限公司)，订制厚度在0.5
±
0.05mm。气凝胶层为导热系数为0.03w/(m
·
k)的二氧化硅气凝胶毡(廊坊威纳节能科技有限责任公司)，订制厚度在0.6
±
0.05mm。
46.一种电芯之间的热防护复合件的成型工艺，包括以下步骤：步骤一，凝胶布上、下表面涂覆制备例1中的改性有机硅树脂a，每面层的改性有机硅树脂a涂覆量控制在180g/m2，将第一陶瓷纤维层和第二陶瓷纤维层分别贴附在凝胶布上、下表面，固化成型得复合体，备用；步骤二，复合体上、下表面涂覆制备例1中的改性有机硅树脂a，每面层的改性有机硅树脂a涂覆量控制在180g/m2，将第一云母板和第二云母板分别贴附在复合体上、下表面，固化成型得半成品；步骤三，将半成品涂覆制备例1中的改性有机硅树脂a，每面层的改性有机硅树脂a涂覆量控制在180g/m2，将第一玻纤布和第二玻纤布分别贴附在半成品上、下表面，固化成型后，再在第一玻纤布表面涂覆制备例1中的改性有机硅树脂a，第二玻纤布表面涂覆制备例1中的改性有机硅树脂a，改性有机硅树脂a涂覆量控制在180g/m2，固化成型得预制成品；步骤四，将步骤三中制备的预制成品放入真空热压模具中，将真空热压模具外部包覆高温真空导流棉，后套设于真空袋，送入真空热压罐中，真空袋与真空热压罐的抽真空管连通，进行真空热压成型，真空热压温度在165℃，真空热压的真空度在-100kpa，真空成型时间控制在4h，固化成型得热防护复合成品件。
47.实施例2实施例2与实施例1的区别在：有机硅树脂采用制备例2中的改性有机树脂b。
48.实施例3实施例3与实施例1的区别在：有机硅树脂采用制备例3中的改性有机树脂c。
49.实施例4实施例4与实施例1的区别在：有机硅树脂采用kr-242a硅树脂。
50.实施例5实施例5与实施例1的区别在：第一玻纤布和第二玻纤布为玻璃纤维网格布，规格为5*5/160g，山东天睿新材料科技股份公司。
51.实施例6实施例6与实施例1的区别在：气凝胶层为制备例5中的金红石型ti02气凝胶。
52.实施例7实施例7与实施例1的区别在：第一云母板和第二云母板为制备例6中的耐热云母压合板。
53.实施例8实施例8与实施例5的区别在：气凝胶层为制备例6中的金红石型ti02气凝胶；有机硅树脂采用制备例3中的改性有机树脂c。
54.对比例对比例1对比例1与实施例1的区别在：热防护复合件中未复合气凝胶层。
55.对比例2对比例2与实施例1的区别在：热防护复合件中未复合第一陶瓷纤维层和第二陶瓷纤维层。
56.对比例3对比例3与实施例1的区别在：热防护复合件中未复合第一玻纤布和第玻纤布。
57.对比例4对比例4与实施例1的区别在：有机硅树脂采用市售的甲基苯基有机硅树脂。
58.性能检测试验检测方法/试验方法1、电气强度测试：gb/t 5019.2-2009云母制品试验方法，第22条“电气强度”进行测试，试样厚度为0.39mm-0.41mm，采用φ25mm/φ75mm圆柱电极系统，快速升压方式(升压速度为1.0kv/s)，在23℃
±
2℃的25#变压器油中进行，对实施例1-8和对比例1-4中的热防护复合件进行电气强度测试。
59.2、导热系数测试：参照gb/t 10297-1998《非金属固体材料导热系数的测定方法热线法》测定。
60.3、胶含量测试：按照gb/t 5019.2-2009第8.4.5条“有机硅胶粘剂无补强的材料(不溶性胶粘剂)”对实施例1-8和对比例1-4中的热防护复合件进行进行胶含量测试。
61.数据分析表1是实施例1-8和对比例1-4的测试参数
结合实施例1-8对比例1-4并结合表1可以看出，实施例1-3制备的热防护复合件之间导热系数、电气强度相近，实施例1-3制备的热防护复合件的导热系数、电气强度优于实施例4，并且实施例4制备的热防护复合件的导热系数、电气强度优于对比例1，因此，采用改性有机硅树脂可提升整体的隔热效果和电气强度。
62.结合实施例1-8对比例1-4并结合表1可以看出，实施例1制备的热防护复合件的导热系数、电气强度优于实施例7，因此，采用制备例4中的柔性低导热绝缘耐热云母板制备的热防护复合件的隔热性能和电气强度更好。
63.结合实施例1-8对比例1-4并结合表1可以看出，实施例1和6的导热系数、电气强度优于对比例1，因此，气凝胶层的复合可有效改善本技术的隔热效果，且对整体的电气强度的提升也有积极作用。
64.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。