【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及功能復合材料領域，尤其是涉及一種動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片及其制備方法。
技術介紹
1、gb?18384-2020《電動汽車安全要求》、gb?38032-2020《電動客車安全要求》和gb38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》三項強制性國家標準要求電動汽車電池系統發生熱失控時，必須保證至少5分鐘的司乘人員逃生時間。為解決電動汽車電池安全問題，動力電池電芯間需布置氣凝膠防火隔熱墊片。通過氣凝膠防火隔熱墊片的防火和隔熱作用，當動力電池模組中單個電芯發生熱失控時，可以保證5分鐘內不會導致與之相鄰的其他電芯發生熱失控蔓延。
2、傳統動力電池電芯防火隔熱氣凝膠墊片的芯材主要以玻璃纖維表面氈、預氧化聚丙烯腈針刺氈或硅酸鋁陶瓷纖維針刺氈為纖維基體，向纖維孔隙中原位復合二氧化硅氣凝膠制備。將芯材使用pet膜或pi膜封裝，或在芯材表面使用高分子聚合物阻燃涂層封裝，在封裝后的芯材邊緣復合硅橡膠邊框，得到動力電池電芯防火隔熱氣凝膠墊片。具有一定柔彈性的電芯間防火隔熱氣凝膠墊片不僅在電池熱失控時起到防火隔熱的作用，在電動汽車正常運行時還能夠起到緩沖阻尼作用，吸收電池充放電過程中電芯的體積變化以及電動汽車在路上行駛時產生的無規振動能量。
3、現有技術中的動力電池電芯防火隔熱氣凝膠墊片中，用于復合氣凝膠的纖維基體的隔熱性能及耐高溫性能均有待提高。清華大學在中國專利cn110846741b中公布了一種柔性莫來石纖維氣凝膠材料及其制備方法，如果用該方法生產的超細莫來石纖維氈作為復合氣凝膠的纖維基體，區
4、但用該方法制得的超細莫來石纖維氈的可壓縮性好，抗壓性不足。由于電池模組組裝時，需要施加1mpa的預緊力，以保持電芯處于壓緊狀態，因此電芯間防火隔熱墊片必須具備足夠高的抗壓強度，過低抗壓強度的墊片在1mpa壓力下厚度壓縮率超過50％，其實際導熱系數急劇增加，無法達到阻止熱失控蔓延的主要功能。因此該方法制得的超細莫來石纖維氈無法直接用于動力電池電芯防火隔熱氣凝膠墊片中。
技術實現思路
1、本專利技術是為了克服現有技術中的動力電池電芯防火隔熱氣凝膠墊片存在的上述問題，提供一種動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片及其制備方法，以超細莫來石纖維氈作為纖維基體，采用常壓干燥方法復合二氧化硅氣凝膠，通過對硅源前驅體種類的選擇及對凝膠進行硅甲基化改性，可以使墊片具有高抗壓強度和低表觀導熱系數。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、一種動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片，包括氣凝膠復合芯材和封裝膜；氣凝膠復合芯材包括基體和負載在基體孔隙中的二氧化硅氣凝膠；所述基體為超細莫來石纖維氈；所述的二氧化硅氣凝膠由溶膠凝膠法制得的醇凝膠經溶劑置換和硅甲基化改性后進行常壓干燥得到，二氧化硅氣凝膠中sio2凝膠粒子的含量為5～12wt％。
4、本專利技術采用超細莫來石纖維氈作為纖維基體復合二氧化硅氣凝膠，與現有技術中的電芯隔熱氣凝膠墊片中使用的陶瓷纖維氈相比，超細莫來石纖維氈具有更好的隔熱性能和耐溫性，更有利于提升電動汽車電池的安全性。
5、作為優選，溶膠凝膠法中的溶膠由硅源前驅體與乙醇和鹽酸混合反應后的水解液加入氨水和nh4f水溶液反應后制得；所述的硅源前驅體由聚硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、堿性硅溶膠三種硅源混合得到。
6、為了解決超細莫來石纖維氈抗壓性不足的問題，本專利技術采用聚硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、堿性硅溶膠三種硅源的混合硅源作為前驅體，乙醇為溶劑，通過酸堿兩步催化法制得了二氧化硅醇凝膠，然后對醇凝膠進行溶劑置換和硅甲基化改性后采用常壓干燥的方式得到二氧化硅氣凝膠。本專利技術采用聚硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、堿性硅溶膠三種硅源的混合硅源作為前驅體，在前驅體中添加甲基三乙氧基硅烷，可以使得凝膠骨架表面均勻分布si-ch3，從而提高凝膠骨架的疏水性，在常壓干燥過程中凝膠骨架結構更加不易坍縮破壞；再同時加入聚硅酸乙酯和堿性硅溶膠進行共水解，有利于提高凝膠中的二氧化硅含量，從而使氣凝膠墊片獲得較好的抗壓效果。為了進一步提升凝膠在常壓干燥過程中的骨架穩定性，本專利技術對醇凝膠中的乙醇進行溶劑置換并對凝膠進行進一步硅甲基化改性；本專利技術在溶劑置換和硅甲基化改性后可以在常壓下進行干燥，避免超臨界干燥過程消耗和排放大量co2，降低了工藝能耗和成本。本專利技術制得的墊片具有高抗壓強度和低表觀導熱系數，用于動力電池電芯，可提升電動汽車電池的安全性。
7、作為優選，聚硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、堿性硅溶膠的質量比2～4:1～3:1；所述的聚硅酸乙酯為si-40，堿性硅溶膠的質量分數為35～45％。采用si-40作為硅源，與si-28、si-32相比，在相同sio2氣凝膠產出量下，原料用量更省，可以降低成本；且使用si-40作為硅源比si-28、si-32作為硅源時可以產生更少的乙醇副產物，更利于提純處理。
8、作為優選，鹽酸的濃度為0.5～2mol/l，硅源前驅體、乙醇和鹽酸的質量比為6:10～40:0.4～0.6。
9、作為優選，所述的超細莫來石纖維氈中的平均纖維直徑為300～1000nm，體積密度為10～30mg/cm3。
10、本專利技術還提供了一種上述動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片的制備方法，包括如下步驟：
11、(1)將聚硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、堿性硅溶膠三種硅源混合，得到硅源前驅體；
12、(2)將硅源前驅體、乙醇和鹽酸混合，攪拌反應后得到水解液；
13、(3)向水解液中加入氨水和nh4f水溶液，攪拌反應后得到溶膠；
14、(4)在真空條件下，將基體浸漬在溶膠中，靜置凝膠后在基體表面形成醇凝膠，得到醇凝膠復合芯材；繼續靜置使凝膠老化；所述基體為超細莫來石纖維氈；
15、(5)將醇凝膠復合芯材取出后置于改性液中進行溶劑置換和硅甲基化改性；
16、(6)對改性后的醇凝膠復合芯材進行常壓干燥并烘干，得到氣凝膠復合芯材；
17、(7)用封裝膜對氣凝膠復合芯材進行封裝，得到所述高抗壓強度氣凝膠墊片。
18、作為優選，步驟(1)中聚硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、堿性硅溶膠的質量比2～4:1～3:1；所述的聚硅酸乙酯為si-40，堿性硅溶膠的質量分數為35～45％。
19、作為優選，步驟(2)中鹽酸的濃度為0.5～2mol/l，硅源前驅體、乙醇和鹽酸的質量比為6:10～40:0.4～0.6；攪拌反應時間8～24h。
20、作為優選，步驟(3)中氨水和nh4f水溶液的濃度均為0.5～2mol/l，水解液、氨水和nh4f水溶液的質量比為41～42:1:0.1～0.3；攪拌反應時間2～5min。
21、作為優選，步驟(4)中所述的超細莫來石纖維氈中的平均纖維直本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片，其特征是，包括氣凝膠復合芯材和封裝膜；氣凝膠復合芯材包括基體和負載在基體孔隙中的二氧化硅氣凝膠；所述基體為超細莫來石纖維氈；所述的二氧化硅氣凝膠由溶膠凝膠法制得的醇凝膠經溶劑置換和硅甲基化改性后進行常壓干燥得到，二氧化硅氣凝膠中SiO2凝膠粒子的含量為5~12wt%。
2.根據權利要求1所述的動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片，其特征是，溶膠凝膠法中的溶膠由硅源前驅體與乙醇和鹽酸混合反應后的水解液加入氨水和NH4F水溶液反應后制得；所述的硅源前驅體由聚硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、堿性硅溶膠三種硅源混合得到。
3.根據權利要求2所述的動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片，其特征是，聚硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、堿性硅溶膠的質量比2~4:1~3:1；所述的聚硅酸乙酯為Si-40，堿性硅溶膠的質量分數為35~45%。
4.根據權利要求2或3所述的動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片，其特征是，鹽酸的濃度為0.5~2mol/L，硅源前驅體、乙醇和鹽酸的質量比為6:10~40:0.4~0.6。
5.根據
6.一種如權利要求1~5任一所述的動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片的制備方法，其特征是，包括如下步驟：
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征是，步驟（3）中氨水和NH4F水溶液的濃度均為0.5~2mol/L，水解液、氨水和NH4F水溶液的質量比為41~42:1:0.1~0.3；攪拌反應時間2~5min。
8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征是，步驟（4）中靜置凝膠時間為8~10min；凝膠老化時間24~48h，老化時的溫度為25~50℃。
9.根據權利要求6所述的制備方法，其特征是，步驟（5）中，改性液的組分包括質量比為35~45:15~25:15~25:15~25的庚烷、乙醇、二甲基二乙氧基硅烷和三甲基氯硅烷；溶劑置換和硅甲基化改性過程至少進行3次，每次12~24h。
10.根據權利要求6所述的制備方法，其特征是，步驟（6）中常壓干燥時間為6~8h；烘干方法為：先用25~35min從室溫升溫至110~130℃，保溫25~35min；然后再用8~12min升溫至145~155℃，保溫25~35min。
...【技術特征摘要】
1.一種動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片，其特征是，包括氣凝膠復合芯材和封裝膜；氣凝膠復合芯材包括基體和負載在基體孔隙中的二氧化硅氣凝膠；所述基體為超細莫來石纖維氈；所述的二氧化硅氣凝膠由溶膠凝膠法制得的醇凝膠經溶劑置換和硅甲基化改性后進行常壓干燥得到，二氧化硅氣凝膠中sio2凝膠粒子的含量為5~12wt%。
2.根據權利要求1所述的動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片，其特征是，溶膠凝膠法中的溶膠由硅源前驅體與乙醇和鹽酸混合反應后的水解液加入氨水和nh4f水溶液反應后制得；所述的硅源前驅體由聚硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、堿性硅溶膠三種硅源混合得到。
3.根據權利要求2所述的動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片，其特征是，聚硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、堿性硅溶膠的質量比2~4:1~3:1；所述的聚硅酸乙酯為si-40，堿性硅溶膠的質量分數為35~45%。
4.根據權利要求2或3所述的動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片，其特征是，鹽酸的濃度為0.5~2mol/l，硅源前驅體、乙醇和鹽酸的質量比為6:10~40:0.4~0.6。
5.根據權利要求1所述的動力電池電芯用高抗壓強度氣凝膠墊片，其特征是，所述的超細莫來...
【專利技術屬性】
技術研發人員：魯勝，時楠，于冉雪，李福明，
申請(專利權)人：咸寧優維科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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