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CN114702931B - 一种三相胶组合物和动力电池包及其制备方法 - Google Patents

一种三相胶组合物和动力电池包及其制备方法 Download PDF

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CN114702931B CN202210351996.5A CN202210351996A CN114702931B CN 114702931 B CN114702931 B CN 114702931B CN 202210351996 A CN202210351996 A CN 202210351996A CN 114702931 B CN114702931 B CN 114702931B
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Abstract

本发明涉及一种三相胶组合物和动力电池包及其制备方法，所述三相胶组合物包括溶剂、粘接剂、阻燃剂、相变材料和可选的固化剂；所述相变材料为微囊相变材料；相对于100重量份的所述溶剂，所述粘接剂的含量为10～20重量份；所述阻燃剂的含量为30～50重量份；所述相变材料的含量为20～30重量份；所述固化剂的含量为0～3重量份。本公开提供的用于电池包的三相胶组合物具有高粘性，能够固定模组和电池管理系统，同时能够密封上下箱体，进而能够减少电池配件的应用，增加动力电池包的能量密度；同时，该三相胶组合物在电池内部温度升高时，相变材料吸收热量，进而增加了电池的安全性能。

Description

一种三相胶组合物和动力电池包及其制备方法
技术领域
本申请涉及锂离子电池领域，具体的，涉及一种三相胶组合物和动力电池包及其制备方法。
背景技术
高比能量电池包是实现电动汽车轻量化的主要途径，目前实现电池包轻量化的研究方向主要包括：优化电池包设计，减轻电池包的配件质量，减少电池包配件数量，采用轻量化复合材料，提高单体电芯能量密度。其中轻量化复合材料和高能量密度的单体电芯是实现高比能电池包的关键技术研究，而复合材料的可燃性和高能量电芯的稳定性差等问题阻碍了电池系统的快速发展。
目前解决电池系统安全性能的方法主要是防止火焰蔓延。可以在电池包内设置灭火器，当电池包内温度或烟雾触发灭火器装置时可及时进行灭火；也可通过阀体喷射方向的设计，来引导火焰的生成方向；此外还可以在单体电芯直接设置隔热层，从而阻隔电池之间的传热路径，避免热蔓延。
发明内容
本公开的目的在于开发一种三相胶组合物和动力电池包及其制备方法，在提高保证动力电池包比能量的同时提高动力电池包的安全性能。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供了一种三相胶组合物，所述三相胶组合物包括溶剂、粘接剂、阻燃剂、相变材料和可选的固化剂；所述相变材料为微囊相变材料；相对于100重量份的所述溶剂，所述粘接剂的含量为10～20重量份；所述阻燃剂的含量为30～50重量份；所述相变材料的含量为20～30重量份；所述固化剂的含量为0～3重量份。
可选地，所述溶剂为水；所述粘接剂为聚氨酯和/或环氧树脂；所述阻燃剂为磷腈类化合物，优选为五氟环三磷腈、六氯三聚磷腈和六氟三聚磷腈中的一种或几种；所述相变材料包括相变芯材和胶囊外壳；所述固化剂为异氰酸酯、缩二脲多异氰酸酯和三聚体多异氰酸酯中的一种或几种优选为异氰酸酯。
可选地，所述相变芯材包括硅油、聚乙烯蜡乳和聚丙烯蜡乳中的一种或几种，优选为硅油；所述胶囊外壳包括TiO2、SiO2和Al2O3中的一种或几种，优选为SiO2。
本公开第二方面提供一种动力电池包，该动力电池包包括：下箱体托盘；电池模组组件，与所述下箱体托盘固定连接，包括电池模组和电池管理系统；箱体上盖，与所述下箱体托盘相对设置并形成用于容纳所述电池模组组件的腔室；所述腔室和/或所述电池模组组件的表面设有胶层，所述胶层含有本公开第一方面所述的三相胶组合物。
可选地，所述下箱体托盘为铝合金材料；所述箱体上盖为轻量化复合材料。
可选地，所述下箱体托盘的内表面与所述电池模组组件之间设有厚度为2～6mm的所述胶层；所述电池模组组件的外表面覆有厚度为0.2～1.0mm的所述胶层；所述箱体上盖与下箱体托盘的对接边缘之间设有厚度为1～4mm的所述胶层。
本公开第三方面提供一种制备本公开第二方面所述的动力电池包的方法，该方法包括：将粘结剂加入到溶剂中进行溶解，向得到的混合液中分别加入阻燃剂和相变材料进行混合搅拌制得三相胶浆料；将所述三相胶浆料涂覆于所述下箱体托盘的内表面，将所述电池模组组件固定在所述下箱体托盘的三相胶浆料上；在所述电池模组组件的表面和所述箱体上盖内表面喷涂所述三相胶浆料；在所述箱体上盖与下箱体托盘的对接边缘涂覆所述三相胶浆料；将所述箱体上盖与下箱体托盘的对接边缘重合。
可选地，该方法还包括，在所述三相胶浆料中加入固化剂。
可选地，该方法还包括，在涂覆或喷涂所述三相胶浆料之前，将所述下箱体托盘的内表面、电池模组组件的下表面进行清洁处理。
本公开第二方面所述的动力电池包和本公开第三方面所述的方法制备的动力电池包在电动车辆中的用途。
通过上述技术方案，本公开提供的三相胶组合物具有较高的粘结性，能够使电池包内的各部件结合紧密，减少电池配件的应用，进而能够增加动力电池包的能量密度；同时，该三相胶组合物在电池内部温度升高时，相变材料吸收热量，进而增加了电池的安全性能。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开一种动力电池包结构示意图。
附图标记说明
1、箱体上盖；2、箱体上盖的对接边缘；3、电池模组；4、电池管理系统；5、下箱体托盘的对接边缘；6、下箱体托盘。
具体实施方式
以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开第一方面提供一种用于动力电池包的三相胶组合物，所述三相胶组合物包括溶剂、粘接剂、阻燃剂、相变材料和可选的固化剂；所述相变材料为微囊相变材料；相对于100重量份的所述溶剂，所述粘接剂的含量为10～20重量份；所述阻燃剂的含量为30～50重量份；所述相变材料的含量为20～30重量份；所述固化剂的含量为0～3重量份。
通过上述技术方案，本公开提供的三相胶组合物具有较高的粘结性，能够使电池包内的各部件结合紧密，减少电池配件的应用，进而能够增加动力电池包的能量密度；同时，该三相胶组合物在电池内部温度升高时，相变材料吸收热量，进而增加了电池的安全性能。
一种实施方式中，所述溶剂为水。
一种实施方式中，所述粘接剂为聚氨酯和/或环氧树脂。在该实施方式中，粘接剂能够使三相胶具有较高的粘结性，能够进一步提升动力电池包的结构紧密性。
一种实施方式中，所述阻燃剂为磷腈类化合物，优选为五氟环三磷腈、六氯三聚磷腈和六氟三聚磷腈中的一种或几种，进一步优选为六氟三聚磷腈。
一种实施方式中，所述相变材料为微囊相变材料，进一步的实施方式中，所述微囊相变材料包括相变芯材和胶囊外壳；所述相变芯材包括硅油、聚乙烯蜡乳和聚丙烯蜡乳中的一种或几种，优选为硅油；所述胶囊外壳包括TiO2、SiO2和Al2O3中的一种或几种，优选为SiO2。在上述实施方式中，采用微囊相变材料，能够克服传统相变材料相分离、液化流失、腐蚀泄露和体积变化等缺陷，能够增强相变材料的稳定性和适用性。
在上述实施方式中，采用上述三相胶组合物的配比，可以增加电池的能量密度，同时，相变材料能够吸收热量，降低热量累积风险，增强电池包的安全性。
可选地，可以在制备三相胶组合物的过程中，加入固化剂；所述固化剂选自异氰酸酯、缩二脲多异氰酸酯和三聚体多异氰酸酯中的一种或几种，优选为异氰酸酯。
一种实施方式中，制备三相胶组合物的方法包括：
(1)相变材料制备：将相变材料作为芯材进行微囊化包裹。
(2)三相胶组合物的制备：将一定量的粘接剂溶解于溶剂中，待粘接剂完全溶解后，分别加入阻燃剂和微胶囊相变材料，混合均匀。将上述混合液采用机械搅拌，待混合液混合均匀，加入固化剂，继续搅拌后，得到所述三相胶组合物。
本公开第二方面提供一种动力电池包，该动力电池包包括：下箱体托盘；电池模组组件，与所述下箱体托盘固定连接，包括电池模组和电池管理系统；箱体上盖，与所述下箱体托盘相对设置并形成用于容纳所述电池模组组件的腔室；所述腔室和/或所述电池模组组件的表面设有胶层，所述胶层含有本公开第一方面所述的三相胶组合物。
进一步的实施方式中，将电池模组组件通过三相胶组合物粘结在下箱体托盘内部。
为了进一步增强动力电池包的能量密度，在本公开的一种实施方式中，可以在动力电池包中设置多个电池模组，进一步优选的动力电池包中含有的多个电池模组之间通过三相胶组合物进行紧密结合。
进一步的，在本公开的一种优选的实施方式中，在多个电池模组之间设置电池管理系统。
一种实施方式中，在所述下箱体托盘的对接边缘和所述箱体上盖的对接边缘喷涂一层三相胶组合物。
在上述实施方式中，使用三相胶组合物将电池模组组件粘结在下箱体托盘中，再使用三相胶组合物将动力电池包组合在一起，能够进一步增加动力电池包各部件的紧密性，减少电池配件的应用，进入能够进一步增加电池包的能量密度。
一种实施方式中，将电池模组组件粘结在下箱体托盘内部后，在其表面喷涂一层三相胶组合物，并且在箱体上盖内表面喷涂一层三相胶组合物。在该实施方式中，采用上述实施方式，能够增强动力电池包的能量密度和安全性。
为了进一步增强动力电池包的能量密度，在本公开的一种实施方式中，在所述下箱体托盘的对接边缘和所述箱体上盖的对接边缘涂抹一层三相胶组合物。
一种实施方式中，所述下箱体托盘的内表面与所述电池模组组件之间设有厚度为2～6mm的所述胶层；所述电池模组组件的外表面覆有厚度为0.2～1.0mm的所述胶层；所述箱体上盖与下箱体托盘的对接边缘之间设有厚度为1～4mm的所述胶层。
在上述实施方式中，通过对于各组件之间采用的三相胶的厚度进行选择，能够进一步增强动力电池包的能量密度。
一种实施方式中，所述下箱体托盘为铝合金材料；所述箱体上盖为轻量化复合材料。在该实施方式中，下箱体托盘为铝合金材料，能够增加电池包的结构稳定性，使电池不容易损坏；所述箱体上盖为轻量化复合材料，能够降低电池包的重量，进而能够进一步增加电池包的能量密度。
本公开第三方面提供一种制备本公开第二方面所述的动力电池包的方法，该方法包括：将粘结剂加入到溶剂中进行溶解，向得到的混合液中分别加入阻燃剂和相变材料进行混合搅拌制得三相胶浆料；将所述三相胶浆料涂覆于所述下箱体托盘的内表面，将所述电池模组组件固定在所述下箱体托盘的三相胶浆料上；在所述电池模组组件的表面和所述箱体上盖内表面喷涂所述三相胶浆料；在所述箱体上盖与下箱体托盘的对接边缘涂覆所述三相胶浆料；将所述箱体上盖与下箱体托盘的对接边缘重合。
一种实施方式中，该方法还包括，在所述三相胶浆料中加入固化剂。
一种实施方式中，该方法还包括，在将所述下箱体托盘表面、电池模组下表面和电池管理系统下表面进行清洁处理后，将所述三相胶组合物均匀涂覆于所述下箱体托盘的内表面，将处理后的模组和电池管理系统粘接固定于所述下箱体托盘。
一种实施方式中，制备动力电池包的方法包括：
先将下箱体表面进行清洁处理，然后将三相胶组合物采用自动涂胶机均匀涂覆于下箱体内表面，厚度为2～6mm；同时对电池模组下表面进行擦拭清洁处理，将处理后的模组放置于下箱体内，通过箱内定位线进行定位，同时三相胶组合物粘接固定；其后在电池包中部固定位置安放电池管理系统；当电池模组和电池管理系统安装连接完毕后，采用自动喷胶设备在其表面喷涂一层0.2～1.0mm的三相胶组合物；此外箱体上盖内表面也喷涂一层0.2～1.0mm的三相胶组合物，并在下箱体与上箱体对接边缘处涂覆一层1～4mm厚的三相胶组合物，用以密封、稳固粘接上下箱体；常温常压下搁置3天后，所有三相胶组合物固化，完成电池包组装制备。
以下通过实施例进一步详细说明本公开。实施例中所用到的原材料均可通过商购途径获得。
实施例1
(1)将相变材料硅油作为芯材进行微囊化包裹，胶囊外壳采用TiO2、SiO2和Al2O3等具有一定强度的无机材料。
(2)在25～35℃条件下，将17重量份的聚氨酯预聚体溶解于100重量份的去离子水中，待聚氨酯预聚体完全溶解后，分别加入35重量份的六氟三聚磷腈化合物和27重量份微胶囊相变材料，混合均匀；将上述混合液采用机械搅拌，转速为120rpm，搅拌2～3小时，待混合液混合均匀，加入1.8重量份的异氰酸酯固化剂，继续搅拌，转速为60rpm，搅拌时间为1～1.5小时，得到三相胶组合物。
(3)首先采用吸尘器将下箱体表面进行清洁处理，然后将三相胶组合物采用自动涂胶机均匀涂覆于下箱体内表面，厚度为4mm；同时对电池模组下表面进行擦拭清洁处理，将处理后的模组放置于下箱体内，通过箱内定位线进行定位，同时三相胶组合物粘接固定；其后在电池包中部固定位置安放电池管理系统；当电池模组和电池管理系统安装连接完毕后，采用自动喷胶设备在其表面喷涂一层0.5mm的三相胶组合物；此外箱体上盖内表面也喷涂一层0.5mm的三相胶组合物，并在下箱体与上箱体对接边缘处涂覆一层2mm厚的三相胶组合物，用以密封、稳固粘接上下箱体；常温常压下搁置3天后，所有三相胶组合物固化，完成电池包组装制备，使得整个电池包内腔均覆盖有三相胶组合物。
实施例2
制备动力电池包的方法同实施例1，区别在于，使用等当量的五氟环三磷腈化合物替换六氟三聚磷腈化合物。
实施例3
制备动力电池包的方法同实施例1，区别在于，将相变材料更换为等当量的聚乙烯蜡乳作为芯材进行微囊化包裹
对比例1
制备动力电池包的方法同实施例1，区别在于，电池模组放置箱体内部通过定位螺栓定位；另外涂胶之后，在下箱体边缘处布置密封圈，并与上箱体对接边缘处对齐，采用螺栓螺母连接固定，使得电池包密封、固定。
对比例2
制备动力电池包的方法同实施例1，区别在于，不采用三相胶组合物，仅采用相同比例的聚氨酯预聚体和异氰酸酯固化剂作为粘结胶。
对比例3
制备动力电池包的方法同实施例1，区别在于，将微胶囊相变材料替换为PCM-1相变材料。
对比例4
制备动力电池包的方法同实施例1，区别在于，将三相胶组合物灌满整个动力电池包中。
测试例1
采用本领域技术人员已知的充放电设备以0.3C电流对电池系统进行放电，并读取放电能量；另外采用重量测试仪，测试电池系统重量，并通过放电能量和重量计算电池系统的能量密度，具体计算公式如下：
电池系统能量密度＝放电能量/电池系统重量，测试结果如表1所示。
测试例2
安全性能测试如下：采用本领域技术人员已知的热扩散测试方法(参照GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》标准)进行安全性能测试。测试结果如表1所示。
表1实施例和对比例电池能量密度和安全性能测试结果
根据表1所示，通过实施例1～3和对比例1～4中数据进行比较可知，采用本公开所述的三相胶组合物，能够增强动力电池包的能量密度，并且能够增强动力电池包的安全性能。通过实施例1、实施例2和实施例3中数据进行比较可知，本公开所述的阻燃剂和相变材料优选为六氟三聚磷腈和硅油时，能够表现出更好的效果；通过实施例1、对比例1和对比例2中数据进行比较可知，本公开使用三相胶组合物将组装的动力电池包的各部件进行组装，能够在在提高保证动力电池包比能量的同时提高动力电池包的安全性能；通过实施例1和对比例3中数据进行比较可知，三相胶组合物中的相变材料为微囊相变材料时，能够进一步提升动力电池包的安全性能；通过实施例1和对比例4中数据进行比较可知，当在腔室和/或所述电池模组组件的表面设有胶层，能够提升动力电池包的比能量。
以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于动力电池包的三相胶组合物，其特征在于，所述三相胶组合物包括溶剂、粘接剂、阻燃剂、相变材料和可选的固化剂；所述相变材料为微囊相变材料；
所述相变材料包括相变芯材和胶囊外壳；所述相变芯材包括硅油、聚乙烯蜡乳和聚丙烯蜡乳中的一种或几种；所述胶囊外壳包括TiO2、SiO2和Al2O3中的一种或几种；
所述阻燃剂为五氟环三磷腈、六氯三聚磷腈和六氟三聚磷腈中的一种或几种；
相对于100重量份的所述溶剂，所述粘接剂的含量为10～20重量份；所述阻燃剂的含量为30～50重量份；所述相变材料的含量为20～30重量份；所述固化剂的含量为0～3重量份。
2.根据权利要求1所述的三相胶组合物，其特征在于，所述溶剂为水；
所述粘接剂为聚氨酯和/或环氧树脂；
所述固化剂为异氰酸酯。
3.根据权利要求2所述的三相胶组合物，其特征在于，所述相变芯材为硅油；所述胶囊外壳为SiO2。
4.一种动力电池包，其特征在于，该动力电池包包括：
下箱体托盘；
电池模组组件，与所述下箱体托盘固定连接，包括电池模组和电池管理系统；
箱体上盖，与所述下箱体托盘相对设置并形成用于容纳所述电池模组组件的腔室；
所述腔室和/或所述电池模组组件的表面设有胶层，所述胶层含有权利要求1～3中任意一项所述的三相胶组合物。
5.根据权利要求4所述的动力电池包，其特征在于，所述下箱体托盘为铝合金材料；所述箱体上盖为轻量化复合材料。
6.根据权利要求4所述的动力电池包，其特征在于，所述下箱体托盘的内表面与所述电池模组组件之间设有厚度为2～6mm的所述胶层；所述电池模组组件的外表面覆有厚度为0.2～1.0mm的所述胶层；
所述箱体上盖与下箱体托盘的对接边缘之间设有厚度为1～4mm的所述胶层。
7.一种制备权利要求4～6中任意一项所述的动力电池包的方法，其特征在于，该方法包括：
将粘结剂加入到溶剂中进行溶解，向得到的混合液中分别加入阻燃剂和相变材料进行混合搅拌制得三相胶浆料；
将所述三相胶浆料涂覆于所述下箱体托盘的内表面，将所述电池模组组件固定在所述下箱体托盘的三相胶浆料上；在所述电池模组组件的表面和所述箱体上盖内表面喷涂所述三相胶浆料；在所述箱体上盖与下箱体托盘的对接边缘涂覆所述三相胶浆料；将所述箱体上盖与下箱体托盘的对接边缘重合。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括，在所述三相胶浆料中加入固化剂。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括，在涂覆或喷涂所述三相胶浆料之前，将所述下箱体托盘的内表面、电池模组组件的下表面进行清洁处理。
10.权利要求4～6中任意一项所述的动力电池包和7～9中任意一项所述的方法制备的动力电池包在电动车辆中的用途。
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