一种具有防火功能的隔热材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及应用于新能源电池包电芯与模组间隔热与防火材料研发技术领域，具体为一种具有防火功能的隔热材料、制备方法及其应用，具体包括：隔热层、防火支撑层Ⅰ、防火支撑层Ⅱ、包装层Ⅰ、包装层Ⅱ，隔热层包括原料：单DOPO基六苯基Ti

【技术实现步骤摘要】
一种具有防火功能的隔热材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及应用于新能源电池包电芯与模组间隔热与防火材料研发
，具体为一种具有防火功能的隔热材料、制备方法及其在电芯与模组间隔热与防火材料中的应用。

技术介绍

[0002]新能源汽车由锂电池构成的电池包提供动力，锂电池在过充电、针刺、碰撞情况下易引起连锁放热反应，造成冒烟、失火甚至爆炸等热失控事故。热失控是锂电池最严重的安全事故，直接威胁用户的生命安全。针对电池包的热失控传播问题，当前主要通过热防护技术解决，如在锂电池电芯间放置隔热材料，当某块锂电池电芯发生热失控时，隔热材料可以有效抑制热蔓延，阻断热失控从发生热失控的锂电池电芯向四周传播，从而将热失控控制在单体锂电池电芯范围以内。
[0003]传统的用于锂电池包的隔热材料主要是云母粉热压形成的云母片材，云母片材具有较好的耐热性能，但是隔热性能较差，且比重较大，作为隔热片用于两个锂电池电芯中间时，会导致电池包的整体重量大幅度增加，不利于新能源汽车的轻量化，从而影响新能源汽车的续航里程。
[0004]气凝胶因具有纳米多孔结构，导热系数低，是目前热导率最低的固态材料，市场上出现的隔热气凝胶纤维毡常采用气凝胶粉末和纤维基材复合而成，虽然气凝胶纤维毡相对于云母片材质量较轻，但由于气凝胶自身的结构特点，存在脆性大、柔性差等缺陷，在使用时很容易脱离纤维基材，出现“掉粉”的现象，同时由于气凝胶纤维毡中气凝胶的含量最多只有20~40%wt，起隔热作用的气凝胶填充量有限，因此对于一些隔热性能及力学性能要求较高的场合，现有气凝胶纤维毡并不能满足使用需求。
[0005]本专利技术引用参考文献如下：浙江大学在2010年刊出的张文红的硕士学位论文《功能化POSS单体的合成与表征》公开了三羟基七苯基POSS([(C6H5)7T7(OH)3])的化学结构和合成方法。

技术实现思路

[0006]为了解决现有气凝胶纤维毡存在使用性能不足的技术问题，本专利技术提供一种具有防火功能的隔热材料、制备方法，其能够应用在新能源电池包电芯与模组之间，实现隔热与防火作用。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种具有防火功能的隔热材料，包括：隔热层、防火支撑层Ⅰ、防火支撑层Ⅱ、包装层Ⅰ、包装层Ⅱ，隔热层布设在防火支撑层Ⅰ与防火支撑层Ⅱ之间，防火支撑层Ⅰ布设在隔热层与包装层Ⅰ之间，防火支撑层Ⅱ布设在隔热层与包装层Ⅱ之间；所述隔热层的厚度设置为0.5~3mm、其由下述重量份的原料通过混合压制成型：70~85份平均粒径0.5~2.5μm的单DOPO基六苯基Ti
‑
POSS改性SiO2气凝胶粉、3
‑
10份平均长度1~7mm的纤维、5~10份粘结剂。
[0008]优选的，所述隔热材料的导热系数0.01~0.03W/(m
·
K)、阻燃等级V
‑
0、抗拉强度≥30MPa、撕裂强度≥40N/mm。
[0009]优选的，所述防火支撑层Ⅰ和防火支撑层Ⅱ的厚度均设置为0.5~1mm、选择使用的材料为芳纶纤维、玻璃纤维、PET混纺纤维、聚丙烯晴纤维、高硅氧纤维、莫来石纤维、玄武岩纤维、碳纤维以及其它具有阻燃功能的纤维构成的片状制品中的任意一种。
[0010]所述包装层Ⅰ和包装层Ⅱ的厚度均设置为0.1~0.3mm、选择使用PET膜、PP膜、PE膜、PVC膜、PI膜中的任意一种。
[0011]优选的，所述纤维选择使用聚酯纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、预氧丝纤维、岩棉、PET混纺纤维、聚丙烯晴纤维、高硅氧纤维、莫来石纤维、玄武岩纤维、碳纤维中的任意一种；所述粘结剂选择使用PE粉、EVA粉、环氧树脂、酚醛树脂、白乳胶中的任意一种。
[0012]另一方面，本专利技术提供一种具有防火功能的隔热材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，把防火支撑层Ⅱ铺设在压片机的模腔底部；步骤S2，把隔热层的原料混合搅拌，倒入压片机的模腔内并铺设在防火支撑层Ⅱ上，设置隔热层的厚度；步骤S3，把防火支撑层Ⅰ铺设在隔热层上；步骤S4，把防火支撑层
Ⅰ‑
隔热层
‑
防火支撑层Ⅱ压制成型，利用激光切割成所需尺寸，通过真空吸塑封装在包装层Ⅰ与包装层Ⅱ之间，得到具有防火功能的隔热材料。
[0013]优选的，所述步骤S4：把防火支撑层
Ⅰ‑
隔热层
‑
防火支撑层Ⅱ在压力1
‑
5MPa、温度100
‑
160℃下压制成型。
[0014]优选的，所述单DOPO基六苯基Ti
‑
POSS改性SiO2气凝胶的制备方法如下：利用表面衍生法，通过单异丁氧基单DOPO基六苯基Ti
‑
POSS的异丁氧基官能团与二氧化硅网络结构的表面羟基官能团发生缩合反应生成Ti
‑
O
‑
Si键，得到单DOPO基六苯基Ti
‑
POSS改性SiO2气凝胶。
[0015]优选的，所述单异丁氧基单DOPO基六苯基Ti
‑
POSS的制备方法如下：步骤S1，利用9,10
‑
二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
膦菲
‑
10
‑
氧杂(DOPO)的磷氢(P
‑
H)官能团与乙烯基三氯硅烷的乙烯基官能团发生加成反应生成DOPO基三氯硅烷；步骤S2，以DOPO基三氯硅烷为盖帽试剂、三羟基七苯基POSS为原料、三乙胺为催化剂，通过顶角盖帽法合成单DOPO基七苯基POSS；步骤S3，以单DOPO基七苯基POSS为原料、有机碱为催化剂，通过顶点打开法，选择性打开单DOPO基七苯基POSS的一个顶角，得到三羟基单DOPO基六苯基POSS；步骤S4，以钛酸异丁酯为盖帽试剂、三羟基单DOPO基六苯基POSS为原料、三乙胺为催化剂，通过顶角盖帽法合成单异丁氧基单DOPO基六苯基Ti
‑
POSS。
[0016]优选的，所述步骤S3：有机碱催化剂选择使用四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵中的任意一种或者两种组合。
[0017]第三方面，本专利技术提供一种具有防火功能的隔热材料在新能源电池包电芯与模组间隔热与防火材料上的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：本专利技术把隔热层的原料(单DOPO基六苯基Ti
‑
POSS改性SiO2气凝胶和纤维及粘结剂)混合铺设在防火支撑层Ⅰ与防火支撑层Ⅱ之间压制成型，真空吸塑封装在包装层Ⅰ与包
装层Ⅱ之间，制备得到导热系数低至0.01
‑
0.03W/(m
·
K)、阻燃性能达到V
‑
0等级且抗拉强度≥30MPa、撕裂强度≥40N/mm的具有防火功能的隔热材料。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的具有防火功能的隔热材料的结构示意图；其中，1
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有防火功能的隔热材料，其特征在于，包括：隔热层(1)、防火支撑层Ⅰ(2a)、防火支撑层Ⅱ(2b)、包装层Ⅰ(3a)、包装层Ⅱ(3b)，隔热层(1)布设在防火支撑层Ⅰ(2a)与防火支撑层Ⅱ(2b)之间，防火支撑层Ⅰ(2a)布设在隔热层(1)与包装层Ⅰ(3a)之间，防火支撑层Ⅱ(2b)布设在隔热层(1)与包装层Ⅱ(3b)之间；所述隔热层(1)的厚度设置为0.5~3mm、其由下述重量份的原料通过混合压制成型：70~85份平均粒径0.5~2.5μm的单DOPO基六苯基Ti
‑
POSS改性SiO2气凝胶粉、3
‑
10份平均长度1~7mm的纤维、5~10份粘结剂。2.根据权利要求1所述的一种具有防火功能的隔热材料，其特征在于，所述隔热材料的导热系数0.01~0.03W/(m
·
K)、阻燃等级V
‑
0、抗拉强度≥30MPa、撕裂强度≥40N/mm。3.根据权利要求1所述的一种具有防火功能的隔热材料，其特征在于，所述防火支撑层Ⅰ(2a)和防火支撑层Ⅱ(2b)的厚度均设置为0.5~1mm、选择使用的材料为具有阻燃功能的纤维构成的片状制品中的任意一种；所述包装层Ⅰ(3a)和包装层Ⅱ(3b)的厚度均设置为0.1~0.3mm、选择使用PET膜、PP膜、PE膜、PVC膜、PI膜中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种具有防火功能的隔热材料，其特征在于，所述纤维选择使用聚酯纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、预氧丝纤维、岩棉、PET混纺纤维、聚丙烯晴纤维、高硅氧纤维、莫来石纤维、玄武岩纤维、碳纤维中的任意一种；所述粘结剂选择使用PE粉、EVA粉、环氧树脂、酚醛树脂、白乳胶中的任意一种。5.根据权利要求1所述的一种具有防火功能的隔热材料，其特征在于，所述具有防火功能的隔热材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，把防火支撑层Ⅱ(2b)铺设在压片机的模腔底部；步骤S2，把隔热层(1)的原料混合搅拌，倒入压片机的模腔内并铺设在防火支撑层Ⅱ(2b)上，设置隔热层(1)的厚度；步骤S3，把防火支撑层Ⅰ(2a)铺设在隔热层(1)上；步骤S4，把防火支撑层Ⅰ(2a)
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隔热层(1)
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防火支撑层Ⅱ(2b)压制成型，利用激光切割成所需尺寸，通过真空吸塑封装在包装层Ⅰ(3a)与包装层Ⅱ(3b)之间，得到具有防火...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁凯，庞佩燕，余宏伟，梁郑，
申请(专利权)人：浙江葆润应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：