无机涂料组合物制造技术

本发明专利技术描述了一种涂料组合物，当将该涂料组合物施加到基底时，其能够在没有由高能量热失控事件引起的穿孔的情况下承受高温颗粒喷射。该涂料组合物包含无机填料、无机粘结剂；和短切有机纤维。短切有机纤维。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无机涂料组合物
[0001]专利技术背景


[0002]本专利技术涉及涂料组合物，该涂料组合物用于电动车辆电池模块中以帮助管理电池模块热失控事件。

技术介绍

[0003]如今，电池支持的混合动力车辆或完全电驱动的车辆的市场和支持技术迅速扩展。可充电电池，包括镍金属氢化物或锂离子电池，用于储存能量并且在电动车辆和混合电动车辆中提供电力。在再充电过程中流入电池或从电池流出进入车辆及其附件的电流产生热量。在规定范围的界限之外的操作可损坏电池内的单元或加速单元的劣化。
[0004]电动车辆电池由若干电池模块组成，并且每个电池模块包含许多互连的单个电池单元。当电池模块中的一个单元在其操作中损坏或出现故障时，该单元中的温度增加的速度可能比能够从模块去除热量的速度更快。如果这种温度积聚继续不加制止，可能会发生称为热失控的灾难性现象，从而导致该单元着火。所产生的火可以非常快速地扩散到邻近的单元，并且然后在整个电池中以链式反应扩散到单元。这些火可潜力巨大并且可以扩散到车辆的周围结构并且危及乘员或这些电池所在的结构。
[0005]下一代电动车辆EV电池将比现今使用的电池具有更高的能量。高能量电池，诸如被描述为811(NMC或镍锰钴比)或类似能量密度的那些电池，如果穿孔或过热，可能会发生灾难性故障。当这种情况发生时，随之发生的电池火灾将不仅达到1200℃或更高的温度，而且还可能以中等高速排出碎片。虽然电池组通常被封装在铝壳中，但是铝在660℃下熔化，因此必须保护壳免受故障电池的火焰和碎片的影响，以允许电动车辆的乘员在这种故障的情况下及时离开。
[0006]虽然存在能够经受高温火焰的材料(即，经受2000℃火焰持续几十分钟而不破裂)，但这些材料不能承受与高能量电池热失控事件相关联的爆炸。因此，需要一种防火屏障，它不仅能够承受高温，还能够承受从电池组发出的爆炸颗粒。为了在暴露于这些元素的汽车或其它环境中生存，这些材料还必须能够承受低和高的温度和湿度而不降低它们的性能。另外，示例性材料需要是薄的、轻质的、坚固且便宜的。

技术实现思路

[0007]本专利技术描述了一种涂层，当将该涂层施加到基底时，该涂层能够在没有由高能量热失控事件引起的穿孔的情况下承受高温(例如大于750℃，优选地大于1000℃，或更优选地大于1200℃)颗粒喷射。在第一示例性实施方案中，描述了一种涂料组合物，其包含无机填料、无机粘结剂；和短切有机纤维。
[0008]在第二实施方案中，描述了一种耐火制品，其包括涂覆到基底上的示例性涂料组合物，其中所述涂料组合物包含无机填料、无机粘结剂和短切有机纤维。
[0009]在另一个实施方案中，根据本专利技术的示例性涂料组合物可基本上由以下组成：无机填料、无机粘结剂；和短切有机纤维。所述涂料组合物可进一步包含附加材料，该附加材料不会显著影响固化涂料组合物的期望特性或包括设置在产品基底表面上的示例性涂层的耐火制品的性能。
[0010]本专利技术的上述
技术实现思路
并非旨在描述本专利技术的每个例示的实施方案或每种实施方式。附图及其后的具体实施方式更特别地举例说明这些实施方案。
具体实施方式
[0011]因为本专利技术的实施方案的部件可定位成多个不同取向，所以方向性术语用于说明的目的，并且绝不是限制性的。应当理解，在不脱离本专利技术范围的情况下，可利用其它实施方案，并且可进行结构性或逻辑性的改变。因此，不能认为以下的详细描述具有限制意义，并且本专利技术的范围由所附权利要求书限定。
[0012]防范与热失控事件期间的突发火灾和/或碎片喷射相关联的危险是重大的技术挑战。尝试创建通用解决方案是难以实现的，因为对电池火灾的一个特性的防护可能导致其它问题。例如，非织造聚合物网和泡沫可显示出优异的热绝缘性质，但常见的聚合物不能承受在电池故障事件中经历的高温。由织造非易燃纤维(例如，无机纤维)制成的热屏蔽材料可有效地防止火灾穿透，但可能太薄而不能充分隔绝火灾或碎片的巨大热量。使用较厚的热屏蔽材料层可能成本太高。这些材料的组合可提供解决方案，但将不同材料粘结在一起可能是一个问题，特别是当对经粘结材料和粘结材料的选择可能受到可燃性问题和热膨胀系数差异的限制时。
[0013]本专利技术通过提供防火涂层来解决这些问题，该防火涂层在热失控条件下形成保护性陶瓷表面。可将示例性涂层施加到防火阻燃纸或防火阻燃板的表面，以形成能够在高能量电池模块或电池组中的热失控期间承受高温和碎片排出的阻火制品。在电动车辆电池应用中，将相对较薄的阻燃纸或阻燃板与防火涂料进行组合可在暴露于火灾的情况下提供保护、结构完整性和高度热绝缘作用。
[0014]在一个示例性实施例中，阻火制品可用于排列在电池组盖的底侧，以在灾难性电池故障期间用作防止高温颗粒爆炸或喷射的屏蔽物。该材料形式可以作为单独的片材(用于平面应用)提供给客户或者可以涂覆在并固化到电池组盖(用于具有三维轮廓的电池组盖)或其他三维基底的底侧上，诸如通过引用方式并入本文的PCT公布号WO 2021/113278中描述的然后可以施加到电池组的盖、侧面或底部的三维耐火材料。对这种示例性阻火制品的要求远远超出了仅仅是阻燃剂的要求。阻火制品应具有不仅处理极高温度还必须耐受颗粒爆炸的能力。因此，包含有机材料或有机硅材料的常规构造在高能量热失控事件期间将不提供必要的保护。
[0015]另外，由于汽车暴露于一系列冲击和振动、极端的温度和湿度、化学暴露和其它不利条件下，因此必须仔细调整汽车部件的性能。冲击和振动对于许多部件来说尤其可能极具挑战性，因为这些部件会受到一系列频率、加速度和颠簸运动的影响，特别是当它们在没有任何机械阻尼的情况下牢固地附连到车辆时。因此，当配制用于底盖应用的新材料时，材料的机械性能是重要的考虑因素。
[0016]对于本文所述的基本上无机的涂料体系，使用材料的挠曲性能而不是其拉伸性能
的测量来表征材料。通常，希望具有较高的挠曲模量和较高的断裂挠曲应力，以使部件能够经受汽车环境的冲击和振动，特别是对于底盖应用。因此，希望增加这些体系的挠曲模量和/或断裂挠曲应力。基于干燥涂层中的固体百分比计，根据本专利技术的无机涂料组合物包含至少90重量％，优选至少93重量％，更优选97重量％的无机材料。
[0017]本文所述的示例性涂料组合物包含低浓度的有机纤维以改善固化组合物的物理性质，同时还提供能够经受高温颗粒爆炸的固化涂层。该示例性涂料组合物可用于电池组盖的底侧，或用于需要高温、高强度和防爆性的其它应用中。
[0018]示例性涂料组合物包含无机填料、无机粘结剂和短切有机纤维。更具体地，基于干燥涂层中的固体百分比计，涂料组合物可包含35重量％至85重量％的无机填料、15重量％至60重量％的无机粘结剂和0.1重量％至6.5重量％的短切有机纤维。
[0019]示例性无机填料包括但不限于高岭土、偏高岭土、滑石、云母、莫来石、金云母、白云母、蒙脱土、蒙皂石、膨润土、伊利石、绿泥石、海泡石、绿坡缕石、埃洛石、蛭石、合成锂皂石、累托石、珍珠岩、玻璃纤维、陶瓷纤维、粉煤灰、热解法二氧化硅、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涂料组合物，所述涂料组合物包含：无机填料；无机粘结剂，以及短切有机纤维。2.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述无机填料是以下中的一种：高岭土、偏高岭土、滑石、云母、莫来石、金云母、白云母、蒙脱土、蒙皂石、膨润土、伊利石、绿泥石、海泡石、绿坡缕石、埃洛石、蛭石、合成锂皂石、累托石、珍珠岩、粉煤灰、热解法二氧化硅、硅灰、波特兰水泥和混凝土混合物。3.根据权利要求1所述的涂料组合物，其中所述无机填料是包含至少两种填料的无机填料的混合物，所述至少两种填料选自高岭土、偏高岭土、滑石、云母、莫来石、金云母、白云母、蒙脱土、蒙皂石、膨润土、伊利石、绿泥石、海泡石、绿坡缕石、埃洛石、蛭石、合成锂皂石、累托石、珍珠岩、粉煤灰、热解法二氧化硅、硅灰、波特兰水泥和混凝土混合物。4.根据权利要求1至3所述的涂料组合物，其中所述无机填料是高岭土和云母的混合物。5.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中所述无机粘结剂可包括硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂。6.根据权利要求1至4中任一项所述的涂料，其中所述碱金属硅酸盐是具有式M2SiO3的碱金属偏硅酸盐，其中M是Na、K或Li。7.根据权利要求1至4中任一项所述的涂料，其中所述碱金属硅酸盐是具有式M2O(SiO2)
n
·
H2O的聚硅酸盐，其中M选自Li、Na或K，并且n是1至15，优选2至9的整数。8.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中所述有机纤维包括聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、共混聚烯烃纤维、聚烯烃共聚物纤维和尼龙纤维。9.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中所述有机纤维由聚乙烯醇纤维组成。10.根据前述权利要求中任一项所述的涂料组合物，其中所述无机填料占所述涂料组合物的35重量％至85重量％。11.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔特，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：