一种用于锂离子电池的防火隔热垫及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于锂离子电池的防火隔热垫及制备方法，该防火隔热垫为多层梯度隔热复合材料，由微孔纳米板

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子电池的防火隔热垫及制备方法


[0001]本专利技术属于防火隔热
，涉及一种用于锂离子电池的防火隔热垫及制备方法
。

技术介绍

[0002]锂离子电池一般是以锂合金金属氧化物为正极材料
、
石墨为负极材料
、
使用非水电解质溶液的电池，其主要依靠锂离子在正极和负极之间的移动来工作，是一种充电电池
。
[0003]锂离子电池在过充
、
过放
、
短路等情况下发生的不可逆的热化反应为锂电池热失控
。
锂电池热失控主要包括如下几个步骤：自生热阶段
、
热失控阶段和热失控终止阶段
。
其中，自生热阶段为
SEI
膜溶解
、
分解阶段，温度约为
50
‑
140℃。
热失控阶段为正极材料分解生成大量气体
、
电解液分解以及正负极材料与电解液之间的放热反应阶段，温度约为
140
‑
850℃。
热失控终止阶段为反应物完全燃尽阶段，温度约为
850℃
‑
常温
。
因此，发生锂电池热失控时的温度很高，会导致锂离子电池在短时间内散发出大量热量和有害气体，严重时甚至会引起电池组爆炸
、
起火
。
[0004]为防控发生锂电池热失控，通常采用的方案包括：一，对电芯材料进行改良升级；二，锂电池采用高效热管理方案，抑制锂电池的温升
。
对于锂电池采用高效热管理方案，通常在电芯间放置气凝胶毡
、
硅胶泡棉
、
陶瓷隔热垫等绝热材料来减缓失控电芯向周边电芯热量的传递，以避免发生热失控
。
[0005]目前，最常见的超级绝热材料包括气凝胶
、
微
/
纳米孔材料和真空绝热材料
。
其中，气凝胶的导热系数非常低，在常温下的导热系数为
20mW/m
•
K
，但其结构轻盈，结构强度无法直接使用，一般通过玻纤纸或毡作为基材生产气凝胶复合材料作为超级绝热材料使用
。
微
/
纳米孔材料，如气相二氧化硅和纳米氧化铝，其本身的导热系数在
11
–
20mW/m
•
k
，通过复合材料成型后的超级绝热制品在常温下导热系数在
20mW/m
•
K。
真空绝热材料为低导热系数的材料制成芯材后通过抽真空处理所形成的超级绝热材料
。
[0006]气凝胶复合材料和真空绝热材料在使用时一般不能超过
600℃。
虽然，目前已研制出能在高温条件下使用的气凝胶复合材料，但生产复杂和超高的生产成本导致无法大规模生产
。
现在二氧化硅气凝胶作为最成熟的气凝胶产品，在锂电池行业应用广泛
。
二氧化硅气凝胶复合材料制造工艺包括超临界法和常温常压法
。
其中，超临界的工艺复杂使得生产效率较低和成本较高，而常温常压法则存在生产过程中产生较大量的废水并且最终产品的生产良率存在一定的问题，从而使得气凝胶复合材料的成本和价格较高
。
气凝胶本体和其复合材料在低温时隔热性能优越，但高温场景下其导热系数将迅速升高
。
主要的原因在于气凝胶本体和增强纤维对高温下（
50
‑
1000℃
）的波长为
2.5
‑
8.0
μ
m
近红外辐射是几乎没有隔绝作用的，但高温下的辐射传热又是主要的能力传递方式，因此在超过
350℃
的高温应用场景下，气凝胶复合材料要么被其它超级绝热材料所替换，要么寻求有更好的阻隔辐射热的气凝胶复合材料
。
正如之前提及的超高温的气凝胶材料成本较高外，生产工艺也极其复杂
。
二氧化硅气凝胶复合材料也有引入遮光剂来抑制高温辐射热的问题，这样使得生产工艺更
加复杂和难以降低成本
。
[0007]微
/
纳米孔材料虽然能够用作高温超级绝热材料，但气相二氧化硅的使用温度受到限制；纳米氧化铝的制造成本太高，且纳米粉体容易团聚和组合结构不稳定，这严重地影响了纳米氧化铝的大规模应用
。
因此，现有超级绝热材料无法满足高温条件下大规模的生产
、
应用
。
在寻找替代纳米氧化铝粉体的材料，基于陶瓷基微粉或氧化铝微粉材料由于具有成本低
、
来源丰富
、
高温性能优越的优点而受到广泛关注
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种用于锂离子电池的防火隔热垫及制备方法，以解决现有超级绝热材料无法满足高温条件下大规模的生产
、
应用的问题
。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：本专利技术提供一种用于锂离子电池的防火隔热垫，该防火隔热垫包括微孔纳米板以及分别设置在所述微孔纳米板两侧的防火吸热毡，所述防火吸热毡的外侧还设有绝缘层
。
[0010]具体的，微孔纳米板是由微孔纳米氧化铝
、
纳米二氧化硅
、
遮光剂和氧化铝纤维制备的纳米板，其厚度为1‑
10mm
，密度为
200
‑
400g/m2。
[0011]本申请中的微孔纳米氧化铝的结构为空心球结构，外径为
10
‑
50
μ
m、
壳层厚度为
50
‑
500nm。
微孔纳米氧化铝中的纳米孔属于紊乱结构，这使得制备的微孔纳米板的防辐射性能增加，有效导热系数减少，从而比单纯的纳米颗粒有更低的导热系数，防火性能更好
。
[0012]本申请中的微孔纳米氧化铝采用申请号为
201510080468.0、
申请名称为
γ
‑
氧化铝纳米材料及镍
/
γ
‑
氧化铝催化剂的制备方法的专利文件中的
γ
‑
氧化铝
。
具体的，该微孔纳米氧化铝采用以下方法制成：
S01
：将明矾与尿素加入去离子水中，磁力搅拌溶解；其中，尿素和明矾的摩尔比为
8:1
～
1:1
；
S02
：将所得溶液转移到反应釜中进行水热反应，得到
Ni
‑
AL
‑
LDH
前驱体；其中，溶液总体积是反应釜体积的
1/2
～
3/ 4
；
S03
：
Ni<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于锂离子电池的防火隔热垫，其特征在于，包括微孔纳米板以及分别设置在所述微孔纳米板两侧的防火吸热毡，所述防火吸热毡的外侧还设有绝缘层；其中，所述微孔纳米板的制备原料按照质量百分比包括：微孔纳米氧化铝
15
‑
35%、
纳米二氧化硅
40
‑
60%、
遮光剂5‑
15%
和氧化铝纤维3‑
10%
；所述防火吸热毡的制备原料包括：氧化铝纤维和无机吸热相变填料
。2.
根据权利要求1所述的用于锂离子电池的防火隔热垫，其特征在于，所述微孔纳米氧化铝的结构为空心球结构，外径为
10
‑
50
μ
m、
壳层厚度为
50
‑
500nm
；所述纳米二氧化硅的粒径为1‑
100nm
；所述氧化铝纤维的长度为
100nm
‑
10
μ
m、
直径为1‑3μ
m。3.
根据权利要求1所述的用于锂离子电池的防火隔热垫，其特征在于，所述微孔纳米板的厚度为1‑
10mm
，密度为
200
‑
400g/m2；所述防火吸热毡的厚度为
0.5
‑
2mm
，密度为
200
‑
815g/m2；所述绝缘层的厚度为
0.05
‑
2mm
，密度为
40
‑
80g/m2。4.
根据权利要求1所述的用于锂离子电池的防火隔热垫，其特征在于，所述微孔纳米氧化铝采用以下方法制成：将明矾与尿素加入去离子水中，磁力搅拌溶解；其中，所述尿素和所述明矾的摩尔比为
8:1
～
1:1
；将所得溶液转移到反应釜中进行水热反应，得到
Ni
‑
AL
‑
LDH
前驱体；其中，所述溶液总体积是所述反应釜体积的
1/2
～
3/ 4
；所述
Ni
‑
AL
‑
LDH
前驱体冷却至
20
～
30℃
，离心分离得到沉淀物；用无水乙醇和去离子水交替洗涤所述沉淀物后，真空干燥，得到
AlOOH
前驱体；将所述
AlOOH
前驱体置于刚玉瓷舟中，在空气中煅烧，得到微孔纳米氧化铝；所述氧化铝纤维采用以下方法制成：将水溶性聚合物溶解在水中，配制助纺剂溶液；将水溶性铝盐溶于去离子水中，配制盐溶液；将所述盐溶液缓慢加入所述助纺剂溶液中，置于磁力搅拌器上搅拌混合，配制纺丝前驱体溶液；将所述纺丝前驱体溶液加入注射器中，在机械泵的推动下通过同轴内针...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡铭放，张鹏，李森，王进，
申请(专利权)人：安翼陶基新材料科技淄博有限公司，
类型：发明
国别省市：