用于新能源电池的陶瓷硅胶隔热片及其生产工艺的制作方法

1.本技术涉及硅胶隔热片技术领域，更具体地说，它涉及一种用于新能源电池的陶瓷硅胶隔热片及其生产工艺。


背景技术：

2.近年来新能源产业受到政策的大力扶持，发展迅速且推广效果较好，其中新能源汽车由于自身优势以及相应配套公共设施的完善，近年来逐渐受到大众的广泛认可和好评。而新能源汽车的续航里程和安全性能受新能源电池的直接影响，这也是目前新能源产业中备受关注的研发课题。
3.在新能源电池的研发生产中，新能源电池的隔热效果也是影响其续航性能的主要因素之一，这是因为在气温较低的时候，如果新能源电池的隔热效果不佳，则续航里程会大打折扣。较为常用手段是在电池包中电芯的之间用导热系数低的材料隔开，不仅能够在一定程度上减少低温导致续航下降的情况；并且在单块电芯出现热失控的情况下，可以有效隔绝热量向周边电芯扩散，保障周边电芯正常工作。
4.目前新能源电池的隔热材料主要是以硅胶材料为主的隔热片，但是就现状而言为了进一步研发续航性能更佳的新能源电池，进一步研发性能更佳的硅胶隔热片也是必要的。


技术实现要素：

5.为了得到一种导热系数低且适合应用至新能源电池中的隔热片，本技术提供一种用于新能源电池的陶瓷硅胶隔热片及其生产工艺。
6.第一方面，本技术提供一种用于新能源电池的陶瓷硅胶隔热片，采用如下的技术方案：一种用于新能源电池的陶瓷硅胶隔热片，包括以下质量份的原料：二甲基生胶1份、陶瓷粉2-3份、气凝胶粉体3-5份、含氢硅油1份、硫化剂0.2-0.5份。
7.通过采用上述技术方案，从制备的隔热片性能检测结果来看，其25℃导热系数≤0.035w/(m
·
k)，阻燃等级为v0，压缩应力为200n左右，邵氏硬度为80a左右。即上述隔热片的原料选择及配比能够达到较好的生产效果，使得制得的隔热片具有较低的导热系数，能够在新能源电池中起到有效的隔热作用；并且制得的隔热片较为优异的阻燃性能，也非常契合新能源电池所需的安全性；同时制得的隔热片自身具有较好的压缩回弹性能，并兼具较为合适的硬度，从而在隔热片应用至新能源电池中的时候，可以有效支撑电芯，并提供有效的缓冲作用，减少因隔热片硬度不足而影响电芯稳定性的情况。因此本技术制备得到的隔热片综合性能契合新能源电池的应用场景，具有较为优异的实用意义。
8.分析原因可能在于，首先陶瓷粉具有较好的阻燃性能，而气凝胶粉体的密度极低，固体导热占比很小，使得气凝胶粉体具有极低的导热系数。两者在体系中相互配合，在有效降低体系导热系数的同时提高体系阻燃性能；并且两者在体系中共同起到填料的作用，从
而使得制得的隔热片压缩应力和硬度均较为适合，契合新能源电池的应用场景。
9.另外，以含氢硅油配合二甲基生胶，可以有效提高陶瓷粉和气凝胶粉体在体系中的相容性，对于提高陶瓷粉和气凝胶粉体在体系中的分散性具有积极意义，进而减少出现隔热片掉粉的情况。同时含氢硅油相较于普通硅油具有更加的固化效果，对于体系生产过程中的固化过程具有积极意义。
10.综上，本技术所公开的原料及配比实用意义较强，制得的隔热片各方面性能能够很好地契合新能源电池的应用场景。
11.在一个具体的可实施方案中，所述二甲基生胶的粘度为800-1000pa.s。
12.在一个具体的可实施方案中，所述陶瓷粉的粒径为0.1-5μm。
13.在一个具体的可实施方案中，所述气凝胶粉体为亲水型气凝胶粉体。
14.由于硅胶隔热片具有非常优异的绝缘性，很容易产生静电作用，而在新能源电池的应用环境中，隔热片所产生的静电作用对新能源电池的安全性能具有一定程度的安全隐患。
15.因此通过选用亲水型气凝胶粉体，制得的隔热片具有一定程度的吸湿性，从而有利于隔热片的静电逸散，进而达到提高隔热片的抗静电性能的效果，可以在一定程度上降低隔热片所产生的静电作用对新能源电池的安全隐患。
16.在一个具体的可实施方案中，所述含氢硅油的含氢量大于1.6％。
17.在一个具体的可实施方案中，所述陶瓷粉和气凝胶粉体均是经改性处理后得到，具体的改性操作如下：在超声环境下，分别将陶瓷粉原料和气凝胶粉体原料加入对应的阴离子表面活性剂溶液中，保持搅拌状态进行初步浸渍处理；初步浸渍完毕后，升温至40-50℃，再加入硅烷偶联剂继续搅拌浸渍，浸渍完成后依次经过滤、干燥后得到改性处理后的陶瓷粉和改性处理后的气凝胶粉体，且滤液保存备用。
18.通过采用上述技术方案，首先经阴离子表面活性剂浸渍处理的陶瓷粉和气凝胶粉体，在电荷斥力效应的作用下，可以有效提高两者在体系中的分散效果，减少出现团聚等不良现象。另外，由于阴离子表面活性剂具有亲水基团和疏水基团，基于相似相容原理，阴离子表面活性剂的疏水侧倾向于与体系中的二甲基生胶、硅油相结合，而亲水侧则趋向于远离体系并位于隔热片表面；从而使得隔热片表面覆盖亲水极性基，可以有效维持隔热片的表面湿度，进而促进静电逸散；同时，阴离子表面活性剂自身所带的负电荷，也能够中和一部分体系中的正电荷，并且负电荷的存在也能够为体系内的静电逸散提供通道，进而可以有效提高隔热片的抗静电性能。
19.而陶瓷粉原料和气凝胶粉体原料在经阴离子表面活性剂初步浸渍后，再加入硅烷偶联剂进行二次浸渍，在进一步活化陶瓷粉和气凝胶粉体的同时，硅烷偶联剂的偶联作用使得两者在隔热片体系中的稳定性更佳，即不易出现掉粉的情况。并且硅烷偶联剂促使隔热片体系中各组分相互偶联，形成三维网络结构，在提高隔热片机械强度的基础上，三维网络结构也能够作为静电逸散的通道，从而进一步促使静电逸散，进而达到进一步提高隔热片抗静电性能的效果，能够基本消除隔热片所产生的静电作用对新能源电池的安全隐患。
20.在一个具体的可实施方案中，所述阴离子表面活性剂溶液的溶质为十二烷基磺酸钠和月桂酰肌氨酸钠按照质量比(2.5-4.3)：1组成的混合物，所述阴离子表面活性剂溶液
的溶剂为水，所述阴离子表面活性剂溶液的质量浓度为20％-30％。
21.通过采用上述技术方案，按照上述比例复配十二烷基磺酸钠和月桂酰肌氨酸钠作为阴离子表面活性剂，所达到的综合效果较差。并且两者均易溶于水，溶液配制较为方便，且不存在有机溶剂可能对体系所产生的负面作用。另外，配制阴离子表面活性剂溶液的质量浓度为20％-30％，效果较佳。
22.第二方面，本技术提供一种用于新能源电池的陶瓷硅胶隔热片的生产工艺，采用如下的技术方案：一种用于新能源电池的陶瓷硅胶隔热片的生产工艺，包括以下步骤：1)混合二甲基生胶和陶瓷粉，高速分散后再加入气凝胶粉体，加压式真空密炼后，加入含氢硅油共混，接着再加入硫化剂共混，得到成品料；2)将成品料置于模具中，并在170-200吨压力、180-200℃下进行固化，得到成品隔热片。
23.通过采用上述技术方案，分步混合陶瓷粉和气凝胶粉体，有助于提高两者在体系中的分散效果。另外，选择在真空密炼后再加入含氢硅油，即在陶瓷粉和气凝胶粉体初步分散后再加入含氢硅油，可以有效减少陶瓷粉和气凝胶粉体出现团聚的情况。
24.综上，本技术用于生产隔热片的工艺较为简单，便于操作，且实际生产得到的隔热片性能较佳，契合工业化生产。
25.在一个具体的可实施方案中，所述步骤1)中，高速分散操作的转速为1000-2000rpm，温度为100-130℃，时间为20-30min；加压式真空密炼的温度为100-130℃，时间为10-20min。
26.在一个具体的可实施方案中，所述步骤1)中，加入气凝胶粉体后再加入陶瓷粉和气凝胶粉体改性处理所保留的滤液，且滤液的加入量与二甲基生胶的加入量的质量比为1：(10-20)。
27.通过采用上述技术方案，将陶瓷粉和气凝胶粉体改性处理后所保留的滤液按照上述比例添加至体系中，滤液内残留的阴离子表面活性剂和硅烷偶联剂均能够在体系中起到较好的积极作用，同时也减少了原料浪费的情况。
28.综上所述，本技术具有以下有益效果：1.本技术制得的隔热片25℃导热系数≤0.035w/(m
·
k)，阻燃等级为v0，压缩应力为200n左右，邵氏硬度为80a左右，能够较好地契合新能源电池的应用场景，具有较强的实用意义。
29.2.本技术通过进一步优选亲水型气凝胶粉体，利用其亲水特性，赋予隔热片一定程度的吸湿性，进而能够促使静电逸散，达到提高隔热片抗静电性能的效果。
30.3.本技术利用阴离子表面活性剂和硅烷偶联剂进一步对陶瓷粉和气凝胶粉体进行改性处理，在提高陶瓷粉和气凝胶粉体在隔热片体系中分散性及稳定性的基础上，提高隔热片的表面湿度，同时还能够利用阴离子表面活性剂和硅烷偶联剂的相互作用，在隔热片体系内形成静电逸散通道，进而进一步提高隔热片的抗静电性能，基本消除了隔热片所产生的静电作用对新能源电池的安全隐患。
具体实施方式
31.以下结合实施例和对比例对本技术作进一步详细说明，本技术涉及的原料均可通过市售获得。实施例
32.实施例1一种用于新能源电池的陶瓷硅胶隔热片，包括以下质量的原料：二甲基生胶1kg、陶瓷粉2kg、气凝胶粉体4kg、含氢硅油1kg、硫化剂0.4kg；其中二甲基生胶的粘度为900pa.s；陶瓷粉的粒径为0.1-10μm；气凝胶粉体为亲水型气凝胶粉体；含氢硅油的含氢量大于1.6％；硫化剂为过氧化苯甲酰。
33.上述用于新能源电池的陶瓷硅胶隔热片的生产工艺包括以下步骤：1)混合二甲基生胶和陶瓷粉，控制转速为2000rpm，温度为120℃，高速分散30min后再加入气凝胶粉体，温度不变，加压式真空密炼20min后，降温至30℃，然后加入含氢硅油共混30min，接着降温至20℃，再加入硫化剂共混30min，得到成品料；2)将成品料置于模具中，并在180吨压力、190℃下固化5min，得到成品隔热片。
34.实施例2-5与实施例1的区别之处在于原料配比不同，具体如下表所示。
35.表1原料配比表原料/kg实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5二甲基生胶11111陶瓷粉22.32.82.53气凝胶粉体433.554.5含氢硅油11111硫化剂0.40.20.40.30.5实施例6本实施例与实施例1的区别之处在于，气凝胶粉体为疏水型气凝胶粉体。
36.实施例7本实施例与实施例1的区别之处在于，陶瓷粉和气凝胶粉体均是经改性处理后得到，具体的改性操作如下：在超声环境下，分别将陶瓷粉原料和气凝胶粉体原料加入对应的阴离子表面活性剂溶液中，常温下保持搅拌速度为700rpm进行初步浸渍处理；初步浸渍2h后，升温至40℃，再加入硅烷偶联剂继续搅拌浸渍，浸渍1h后依次经过滤、干燥后得到改性处理后的陶瓷粉和改性处理后的气凝胶粉体；其中阴离子表面活性剂溶液的溶质为十二烷基磺酸钠和月桂酰肌氨酸钠按照质量比3.5：1组成的混合物，阴离子表面活性剂溶液的溶剂为去离子水，阴离子表面活性剂溶液的质量浓度为30％；且在步骤1)中，加入气凝胶粉体后，滤液作为原料添加至体系中，且滤液的加入量与二甲基生胶的加入量的质量比为1：18。
37.实施例8
本实施例与实施例7的区别之处在于，阴离子表面活性剂溶液的溶质为十二烷基磺酸钠和月桂酰肌氨酸钠按照质量比2.5：1组成的混合物。
38.实施例9本实施例与实施例7的区别之处在于，阴离子表面活性剂溶液的溶质为十二烷基磺酸钠和月桂酰肌氨酸钠按照质量比4.3：1组成的混合物。
39.实施例10本实施例与实施例7的区别之处在于，阴离子表面活性剂溶液的溶质为十二烷基磺酸钠。
40.实施例11本实施例与实施例7的区别之处在于，阴离子表面活性剂溶液的溶质为月桂酰肌氨酸钠。
41.实施例12本实施例与实施例7的区别之处在于，陶瓷粉和气凝胶粉体均是经改性处理后得到，具体的改性操作如下：在超声环境下，分别将陶瓷粉原料和气凝胶粉体原料加入对应的阴离子表面活性剂溶液中，常温下保持搅拌速度为700rpm进行浸渍处理，浸渍2h后，依次经过滤、干燥后得到改性处理后的陶瓷粉和改性处理后的气凝胶粉体。
42.实施例13本实施例与实施例7的区别之处在于，陶瓷粉和气凝胶粉体均是经改性处理后得到，具体的改性操作如下：在超声环境下，分别将陶瓷粉原料和气凝胶粉体原料加入对应的水溶液中，常温下保持搅拌速度为700rpm进行初步浸渍处理；初步浸渍2h后，升温至40℃，再加入硅烷偶联剂继续搅拌浸渍，浸渍1h后依次经过滤、干燥后得到改性处理后的陶瓷粉和改性处理后的气凝胶粉体。
43.实施例14本实施例与实施例7的区别之处在于，用等质量浓度的阳离子表面活性剂溶液替换阴离子表面活性剂溶液，且阳离子表面活性剂溶液的溶质为十八烷基二甲基苄基氯化铵。
44.实施例15本实施例与实施例7的区别之处在于，用等质量浓度的两性离子表面活性剂溶液替换阴离子表面活性剂溶液，且两性离子表面活性剂溶液的溶质为十二烷基二甲基甜菜碱。
45.实施例16本实施例与实施例7的区别之处在于，用等质量浓度的非离子表面活性剂溶液替换阴离子表面活性剂溶液，且非离子表面活性剂溶液的溶质为单十二烷基九乙二醇醚。
46.对比例对比例1本对比例与实施例1的区别之处在于，不添加陶瓷粉，用等量的气凝胶粉体补足。
47.对比例2
本对比例与实施例1的区别之处在于，不添加气凝胶粉体，用等量的陶瓷粉补足。
48.对比例3本对比例与实施例1的区别之处在于，用等量的沉淀法白炭黑替换陶瓷粉。
49.对比例4本对比例与实施例1的区别之处在于，用等量的普通硅油替换含氢硅油。
50.对比例5本对比例与实施例1的区别之处在于，二甲基生胶质量为5kg，陶瓷粉0.5kg、气凝胶粉体1.5kg、含氢硅油0.5kg、硫化剂0.5kg。
51.性能检测试验方法分别测试实施例1-16和对比例1-5中生产得到的隔热片的导热系数、阻燃性、压缩应力、硬度和表面电阻，且导热系数的检测方法参照gb/t10295-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定-热流计法》；阻燃性的检测方法参照ul94-2013中的相关检测方法；压缩应力的检测方法参照gb 7757-1993《硫化橡胶或热塑性橡胶压缩应力应变性能的测定》；通过邵氏a硬度计检测硬度；通过表面电阻测试仪检测表面电阻。
52.表2检测数据表
通过表2并结合实施例1-5和对比例1-3的检测结果来看，本技术中陶瓷粉能够起到较为优异的阻燃效果，而气凝胶粉体加入后隔热片导热系数大幅度下降，因此气凝胶粉体明显能够赋予隔热片较为优异的隔热性能。并且具体从对比例3的检测结果来看，用沉淀法白炭黑替换陶瓷粉，所得的隔热片导热系数有较大程度的升高，并且阻燃性能及压缩应力、硬度都有一定程度的下降，说明陶瓷粉与气凝胶粉体之间存在较好的协同配合作用，两者配合使用效果更佳。
53.结合实施例1和实施例6的检测结果来看，隔热片原料选用亲水型气凝胶粉体相较于疏水型气凝胶粉体，表面电阻下降了一个数量级，说明亲水型气凝胶粉体在一定程度上能够改善隔热片的亲水吸湿性，进而能够达到一定程度的抗静电效果。
54.结合实施例1和实施例7的检测结果来看，实施例7中的导热系数明显小于实施例1，实施例7中的压缩应力和硬度均明显大于实施例1，重点是实施例7中表面电阻比实施例1中低了四个数量级，因此可以知道预先对陶瓷粉和气凝胶粉体进行改性处理，可以在一定程度上进一步优化制得隔热片的导热系数、压缩应力和硬度，并且可以有效提高隔热片的抗静电性能，实现制得隔热片的抗静电化，从而消除在隔热片应用至新能源电池中时，因隔热片的静电作用而存在的安全隐患。
55.结合实施例7和实施例12的检测结果来看，硅烷偶联剂的进一步改性处理，所起到的偶联作用能够进一步改善隔热片的压缩应力和硬度，并且对于表面电阻也能够起到两个数量级幅度的改善效果，因此也说明了硅烷偶联剂在体系中的积极作用。
56.结合实施例7和实施例13-16的检测结果来看，阴离子表面活性剂的改性作用对隔热片表面电阻能够起到三个数量级幅度的改善效果，并且从结果来看阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂的改性效果明显劣于阴离子表面活性剂，可能是因为阴离子表面活性剂在体系中的结合稳定性更佳。同时非离子表面活性剂的效果相较于其他类型的表面活性
剂改善效果最差，这可能是非离子表面活性剂虽然也能形成一定程度的亲水表面，但是在体系中的结合稳定性较差、静电逸散通道较少或不稳定。
57.结合实施例1和对比例5的检测结果来看，当控制二甲基生胶的量大于陶瓷粉和气凝胶粉体的量之和，虽然理论上可能陶瓷粉和气凝胶粉体更容易分散、且不容易出现团聚现象，但是从数据来看，制得的隔热片导热系数大幅度升高，而压缩应力和硬度均有较大程度的下降。说明本技术中的原料配比是较为合理且具有积极意义的，即在保障正常生产的同时，可以有效改善制得隔热片的综合性能，使得制得的隔热片可以较好地应用于新能源电池中。
58.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。