一种电池组热失控扩散阻隔板、制备方法及电池组与流程

1.本发明涉及新能源汽车动力电池技术领域，具体地说，涉及一种电池组热失控扩散阻隔板、制备方法及电池组。


背景技术：

2.由于全球范围内的能源危机和环境污染问题，全社会正在积极推进以低能耗、低排放为特点的新能源汽车的发展。新能源汽车以电池为能源储存的载体，通过电机产生驱动力从而推动汽车的行驶。锂离子电池以碳素材料为负极、以锂离子嵌入化合物为正极，依靠锂离子在正极和负极之间的嵌入和脱嵌实现充电和放电。由于具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、环境友好等优势，锂离子电池在新能源汽车领域(包括纯电动、混合动力、增程式电动汽车等)得到了广泛的应用。然而锂离子电池使用易燃极性有机溶剂如碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)等作为电解液，因此本质上具有火灾危险性。锂离子电池的安全问题成为制约电动汽车发展的关键问题。正如陈立泉院士所说“如果锂离子电池的问题不解决，谈电动汽车发展完全是空谈；如果锂离子电池的成本和安全问题不解决，电动汽车发展也要受影响”。锂离子电池的火灾安全问题成为研究人员关注的焦点。
3.早期关于锂离子电池安全性的研究聚焦于单体电池的热失控机理。而电动汽车的锂离子电池，是按照单体(cell)-模组(module)-包(pack)的次序(部分是从cell直接到pack)从少到多组成电池组工作的，上千节单体电池经过串并联接后紧密地堆积在电池箱内，为个别电池着火后迅速蔓延并引发大规模火灾提供了条件。电动汽车的火灾事故通常是由单个电池热失控引发着火，单个电池着火后通过热传递引起火灾在电池组内部的蔓延，这也是电池组由局部着火向整体燃烧转变的关键环节，是形成灾难性事故后果的根本原因。


技术实现要素：

4.为了解决上述背景技术所存在的至少一技术问题，本发明提供一种池组热失控扩散阻隔板、制备方法及电池组。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.第一方面，本发明提供一种电池组热失控扩散阻隔板，包括板芯以及包裹板芯的封装袋；所述板芯包含以下质量百分比的原料：基材50％-70％、固化材料15％-35％和阻燃材料5％-15％，三者固化而成。
7.进一步地，所述基材为硼硅酸盐材料，为颗粒状；所述固化材料包括脂类材料与固化剂，用于使颗粒状的基材固化成型。
8.进一步地，所述脂类材料与固化剂的质量比例为3:1。
9.进一步地，所述阻燃材料包括阻燃剂和成碳剂。
10.进一步地，所述阻燃剂和成碳剂的质量比例为2：1。
11.进一步地，所述阻燃剂为无机磷酸盐或聚磷酸铵。
12.进一步地，所述成碳剂为多羟基化合物或季戊四醇或双季戊四醇。
13.进一步地，所述脂类材料为环氧树脂。
14.第二方面，本发明提供一种电池组热失控扩散阻隔板制备方法，包括：
15.将基材与脂类材料按比例混合均匀；
16.将阻燃剂和成碳剂按比例混合后，加入到基材与脂类材料的混合物中，使用压迫式混合的方法混合均匀；
17.再按比例加入固化剂，混合均匀后装入模具中，制作成板坯，放入温度箱，在设定的温度下固化所需时间，然后冷却脱模；
18.采用热塑膜包裹住阻隔板芯，加热使热塑膜受热收缩后包裹住阻隔板芯，裁剪后做成阻隔板。
19.第三方面，本发明提供一种电池组，在所述电池组中插入有如上任一所述的阻隔板
20.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
21.本发明的板芯包含以下质量百分比的原料：基材50％-70％、固化材料15％-35％和阻燃材料5％-15％。通过上述制作板芯的三类成分，在应用于电池组的热失控扩散阻隔时，具有协同作用效果，可以综合提升电池组的整体安全性。
附图说明
22.图1为本发明实施例提供的电池组热失控阻隔板结构示意图；
23.图2为本发明实施例提供的电池组热失控扩散阻隔板制备方法流程图；
24.图3为本发明实施例提供的电池组热失控扩散阻隔板使用示意图；
25.图中：100、阻隔板；101、板芯；102、封装袋；103、基材；104、固化材料；105、阻燃材料；200、搅拌器；300、模具；301、上盖板；302、边框，303、下盖板；400、马弗炉；500、电池。
具体实施方式
26.实施例：
27.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
28.发明提供了一种复合结构的电池组热失控扩散阻隔板，可以用于新能源汽车电池系统、储能系统中，是一种电池系统火灾安全被动防护装置，具体用于阻止电池系统中方块电池之间的热量传递，防止某单个电池发生热失控事故后，在短时间内造成大规模的火灾、爆炸事故。这种阻隔板的优点是：导热系数低，密度低，强度高，具有阻燃性，因此适用于电池系统中用于提升电池系统的安全性。
29.具体地，参阅图1所示，本实施例提供的一种池组热失控扩散阻隔板100使用三类主要成分制作，基材103、固化材料104和阻燃材料105；基材103的质量比例在50％-70％之间，固化材料104的质量比例在15％-35％之间，阻燃材料105的质量比例在5％-15％之间。如此，通过上述制作板芯的三类成分，在应用于电池组的热失控扩散阻隔时，具有协同作用效果，可以综合提升电池组的整体安全性。
30.具体地，基材103主是板材的主要成分，其主要作用是隔热，可以选用硼硅酸盐材
料，如空心玻璃微珠，其密度相对较低，导热系数低，是板芯的主要材料，在放置于电池之间时可以增大热阻，减少通过热传导传递的热通量。固化材料104主要由脂类材料与固化剂两种成分，其作用是使颗粒状的基材成型，将基材固化为一定的形状，具备一定的机械强度，在应用于新能源汽车电池组时可以对电池的挤压力和震动进行缓冲，保持阻隔板形状的完整。阻燃材料105的作用是提高板材的热稳定性，防止在电池热失控或着火时阻隔板本身着火燃烧，阻燃材料105主要是有机类的阻燃剂，用量相对较少，起到提高材料的热稳定性，提升阻燃性能的作用。封装袋102由热塑性材料制作成，薄且韧性好，起到保护阻隔板芯的作用，同时也起到缓冲挤压力和震动力的作用。
31.同时，本实施例还提供了电池组热失控扩散阻隔板的制备方法：如图2所示，制备方法：首先将基材与树脂按照一定比例(基材的比例范围为50-70％)混合均匀，将阻燃剂和成碳剂按照2:1混合后，加入到基材与树脂的混合物中，使用压迫式混合的方法混合均匀。压迫式混合解决了固体颗粒密度低且比例较大时的混合难题。最后加入一定比例的胺固化剂(胺固化剂，与环氧树脂搭配，两者混合后组成固化材料，环氧树脂和胺固化剂的质量比例为3:1)，通过搅拌器200混合均匀后装入模具中，模具300是由上盖板301，下盖板303和边框302组成的不锈钢模具，内部空间常为长方形。板的长和宽可以通过改变上盖板301和下盖板303的长和宽调整，板的厚度可以通过改变边框302的厚度调整，材料进入模具300后，制作成板坯，然后板坯连同模具一起放置在马弗炉400，在100℃下固化30分钟(如果需要固化更快，则需要在更高温度下进行，但是一般不超过100度)，冷却脱模。采用热塑膜包裹住阻隔板芯，加热至70-100度后，热塑膜受热收缩后包裹住阻隔板芯，从而保护了阻隔板芯的结构稳定，用作封装袋的热塑性材料，通常选择pet材料。同时热塑性的封装袋，也具有缓冲电池挤压力和震动的作用，最后裁剪后做成阻隔板。
32.在一具体的实施例中，上述基材103选择3m品牌的k1型空心玻璃微珠，密度最小，使得所制作出来的阻隔板极为轻便。
33.在一具体的实施例中，上述的固化材料104为一定比例配制的树脂和固化剂。树脂可以为环氧树脂，固化剂可以为胺固化剂。所述环氧树脂和胺固化剂配合使用，可以将基材固定成型为板状，其质量比例可以为3:1；
34.在一具体的实施例中，阻燃材料105由阻燃剂和成碳剂组成，所述阻燃剂，多数为无机磷酸盐，可以为聚磷酸铵，所述成碳剂，多数为多羟基化合物，可以为季戊四醇，或者双季戊四醇，阻燃剂和成碳剂的质量比例可以为2：1。
35.与现有技术相比，该电池组热失控扩散阻隔板技术优势如下：
36.(1)隔热效果好，阻隔板由于具有低导热系数，因此可以阻止热量通过热传导的方式从热失控电池向相邻电池传递，保护相邻电池的安全；
37.(2)阻隔板自重小，与现有阻隔板相比，该板材密度较低，降低了使用阻隔板带来的质量负担，对电池系统的比能量的影响可以忽略；
38.(3)阻燃性能好，由于复合型板材内还有阻燃成分，因此板材的阻燃性能好，能够一定的抗火能力，能够很好的保护电池。
39.(4)成本低，板材以常见的硼硅酸盐材料为主，材料成本低，用量少，因此增加的成本负担也较小。
40.如图3所示，在应用于电池组时，可以根据需要具有不同的应用形式。可以在每个
相邻的电池600间插入一个阻隔板100，也可以在再间隔的电池600间插入一个阻隔板100，也可以在间隔多个电池600间插入一个阻隔板100。
41.上面所描述的是应用于新能源汽车电池组的情况，当然也可以应用于储能系统电池组内部，同样可以起到阻止电池间热量传递降低热失控灾害事故风险的作用。
42.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。