[发明专利]一种用于锂离子电池热防护的三元乙丙橡胶及其制备方法

说明书

一种用于锂离子电池的热防护材料及其制备方法，所述热防护材料，其原料组成包括：三元乙丙橡胶、树脂、纤维和助剂，所述助剂包括阻燃剂和选自增塑剂、活化剂、偶联剂、补强剂、促进剂、硫化剂等中的一种或多种。所述热防护材料显著提高了锂离子电池在突发燃烧情况下的热防护性能，通过控制温度场，降低了相邻、相近的锂离子电池的周边表面温度，从而降低其燃烧和爆炸的几率。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及到一种用于锂离子电池热防护的三元乙丙橡胶及其制备方法和用途。

背景技术

锂离子电池因其具有能量密度高、循环寿命长、能量效率高、自放电小、无记忆效应和无污染等诸多优点，而作为动力电池组被广泛应用于电动汽车和混合电动汽车中使用。电动汽车和混合动力汽车所应用的锂离子电池，常由于其充放电电流大、散热条件差，导致电池内部温度升高，从而引发热失控。在滥用的条件下，锂离子电池可升温至700℃左右，易引起连锁放热反应，产生冒烟、燃烧甚至爆炸等现象。由于锂离子电池安全性较差的因素，很可能会对测试设备以及操作人员造成不可估量的伤害，近年来电动汽车的动力电池——锂离子电池的安全失控事故频繁发生，使得各国科研人员对锂离子电池的安全性问题愈发重视。因此对电动汽车用锂离子电池进行外部材料的阻燃隔热设计十分重要。

锂离子电池热防护技术是在电池组内增加隔热层，以阻断热失控从失控单体向周围单体传播，降低了电池组的损害以及附带的破坏作用。目前国内的热管理研究较多关注在散热方面，如电池系统箱体和模组。理想的耐烧蚀材料应具有热解温度低、热解热大、成炭率高、材料比热大、导热系数小、密度低等特性。现阶段我国研究和应用的耐烧蚀材料基料主要有环氧树脂、酚醛树脂、聚硫橡胶等品种。

乙丙橡胶是乙烯和丙烯的无规共聚物(EPM)或再加有少量的非共轭二烯为硫化点单体的三元无规共聚物(EPDM)溶聚生产的。乙丙橡胶在合成橡胶中用量占第三位。EPDM主要按聚合单体分类，每类中还因乙烯和丙烯的比例不同、门尼黏度不同、是否充油、是否污染等而分有不同的牌号。

乙烯和丙稀的比例对乙丙橡胶的性能有重要影响，通常以丙烯单元的摩尔分数表示：EPM中丙烯单元的摩尔分数的范围在22～60；EPDM中丙烯单元的摩尔分数的范围在26～52％。丙烯单元含量低，则大分子链上的叔碳原子少，对橡胶的耐老化有利，可是如果到了低于27％，乙烯单元过多则可能形成嵌段自聚，这样的嵌段有结晶能力，会降低弹性。一般的乙丙橡胶是非结晶橡胶，玻璃化转变温度为-58～-50℃。

基于上述研究背景，本发明提供了一种锂离子电池的热防护材料的制备方法，分别制备了添加不同交联剂和不同厚度的三元乙丙基热防护材料，并从热防护性能方面对该材料进行了全面的测试评估，进而对锂离子电池进行了有效的安全防护。

电动汽车的安全性与其动力系统的核心部件(锂离子电池)的安全性息息相关。提高锂离子电池的安全性对电动汽车的安全性研究至关重要，而加强对锂离子电池的热防护对于提高锂离子电池的安全性具有重大研究价值与现实的基础意义。

发明内容

本发明主要针对目前锂离子电池热防护技术的不足，提供了一种用于锂离子电池的热防护材料及其制备方法。本发明的贡献首先在于选用了三元乙丙橡胶作为锂离子电池的热防护材料，防止电池串烧、爆炸；本发明进一步的贡献在于，在三元乙丙橡胶中引入了硼酚醛树脂，改善了三元乙丙橡胶的热分解性能和阻燃隔热性能；本发明进一步的贡献还在于选择了特定乙烯单元含量范围的三元乙丙橡胶作为橡胶基础材料，进一步改善了三元乙丙橡胶的热分解性能和阻燃隔热性能；本发明另外的贡献也还在于选用二-(叔丁基过氧化异丙基)苯作为交联剂减小了污染和气味散发；本发明的贡献进一步的贡献也在于特定阻燃剂的选择。

本发明提供的用于锂离子电池的热防护材料，其原料组成包括：三元乙丙橡胶、树脂、纤维和助剂，所述助剂包括阻燃剂和选自增塑剂、活化剂、偶联剂、补强剂、促进剂、硫化剂等中的一种或多种。

优选地：