[发明专利]一种有机硅阻燃剂和安全锂电池组用阻燃有机硅橡胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种有机硅阻燃剂和安全锂电池组用阻燃有机硅橡胶及其制备方法,利用六氯环三磷腈、氢化钠溶解、苯酚和对4‑乙烯基苯酚、侧含氢硅油和Karstedt铂催化剂制成侧链含有磷氮结构的有机硅阻燃剂，利用该有机硅阻燃剂与乙烯基聚硅氧烷、导热填料、阻燃材料、铂催化剂、抑制剂、交联剂、扩链剂制成低密度低粘度高阻燃加成型有机硅橡胶，其1.5mm胶体阻燃达到V‑0，导热系数0.65W/(m.K)，对灌封阻燃有机硅橡胶的电动自行车锂电池组进行针刺和过充测试，其顺利通过针刺防爆和过充防爆性能测试，实现对电动自行车锂电池组更高的安全防护。

技术领域

本发明属于有机硅材料领域，具体涉及一种有机硅阻燃剂和安全锂电池组用阻燃有机硅橡胶，以及该阻燃剂和阻燃有机硅橡胶的制备方法。

背景技术

近年来，随着节能减排的推行，汽车电动化迎来高速的发展，锂动力电池被大量应用于电动汽车中，在电池行业得到飞速发展。对于市场有巨大需求量的电动自行车而言，其新国标对于整车重量的要求正在加快铅酸电池向锂电池的替换。锂电池因优异的循环寿命、能量密度，逐渐取代铅酸电池，成为电动自行车市场主流技术路线的趋势不可避免。但在使用中相比于铅酸电池，锂电池安全性较差。因此，提高电动自行车用锂电池组的安全性显得尤为重要。锂电池组中电芯的自爆率为百万分之一，在充放电过程中出现有热失控风险。而锂电池的内部短路是影响电池安全的重要原因。在机械滥用试验中经常采用针刺试验来模拟内部短路。目前市场上有导热阻燃有机硅灌封胶用于锂电池组的灌封，起缓冲减震和散热作用，但在锂电池组出现内部短路、过充等情况下，很难保证锂电池组的安全，容易出现起火燃烧等问题。因此，电动自行车用锂电池组急需高性能安全防护的结构性密封材料，在锂电池出现撞击、内部短路或过充热失控情况下，保护锂电池组的安全。

结合电动自行车用锂电池组自身结构、运行的特点，现常用圆柱体电芯，其电芯间一般间距仅1.5～2.0mm，其结构性密封材料需要具有低密度、低粘度、高阻燃性(材料厚度1.5mm)等特点。专利CN108641669A公开一种高强度阻燃灌封胶主要满足电源模块的力学性能及阻燃等相关要求。专利CN103333506B公开使用无机阻燃剂和有机阻燃剂混合并协同铂金催化剂进同阻燃，制得了具有优良阻燃性能、机械性能、加工性能及原料成本低廉的阻燃型硅橡胶，但外观状态为粘稠液体。专利CN109439272A公开利用复合导热填料提高其导热系数，利用氢氧化铝提高其阻燃性能，并且其流动性好、弹性适中，特别适合电动汽车电池组的封装要求。专利中灌封胶粘度3000mPa·s以上，阻燃V-0(3mm标准)，但1.5mm胶样无法达到V-0，较难满足电动自行车锂电池组的低粘度灌封，同时未涉及锂电池组出现内部短路、过充热失控情况下防爆阻燃性能。总的来说，现常用的环保无机阻燃剂和有机阻燃剂搭配使用，较难实现阻燃有机硅橡胶低粘度(1000～2000mPa·s)、1.5mm阻燃V-0高要求，也较难同时实现灌胶的电动自行车锂电池组均通过针刺和过充测试。

发明内容

针对现有技术中存在的不足和电动自行车的高要求，本发明的目的是提供一种阻燃剂及使用了该阻燃剂制备而成的安全锂电池组用阻燃有机硅橡胶，具有较好流动性和优异的阻燃性能，灌封的电动自行车锂电池组有良好的导热，当内部短路、过充时具有防爆阻燃性能，提高锂电池组的安全运行，保护驾乘人员的人身安全。为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种有机硅阻燃剂，其分子结构为：

其中n＝3～20。

所述的有机硅阻燃剂的制备方法包括以下步骤：

将六氯环三磷腈、氢化钠溶解在无水处理的四氢呋喃中，加入苯酚和对4-乙烯基苯酚，惰性气氛下室温反应，得到液体状单乙烯基六苯环三磷腈；加入侧含氢硅油和Karstedt铂催化剂，惰性气氛下，搅拌反应得到侧链含有磷氮结构的有机硅阻燃剂。

第二方面，本发明提供一种安全锂电池组用阻燃有机硅橡胶，它包括质量比为1:1的A组分和B组分；按重量份计量，所述A组分包括以下材料：