[发明专利]一种电池用阻燃隔热防火材料

说明书

本发明公开了一种电池用阻燃隔热防火材料，涉及一种硅橡胶阻燃隔热材料，包括阻燃隔热层和抗冲击层，阻燃隔热层包括有机硅橡胶、成瓷填料、阻燃剂、助剂和具有不同始熔温度的玻璃粉，玻璃粉的熔融态温度区间覆盖300℃至1500℃。本材料通过添加多种具有不同熔融态温度区间玻璃粉，使得防火材料在300℃至1500℃温度区间内被灼烧形成陶瓷层时，其内始终具有熔融态的玻璃粉，熔融态的玻璃粉可以及时填充不同温度下陶瓷层内出现的孔洞和裂缝，尽可能保证陶瓷层的连续、完整、致密，使得该防火材料同时具有低温快速成瓷和耐1500℃左右高温的特点。解决现有玻璃粉熔融态温度区间单一，高温时玻璃粉气化造成陶瓷层产生孔洞，结构密实度降低，容易被烧穿的问题。

技术领域

本发明涉及一种硅橡胶阻燃隔热防火材料，尤其涉及一种新能源汽车电池组用阻燃隔热防火材料。

背景技术

一般电池热失控概率是千万分之一，但是在电动汽车中，集成上千个电池形成电池组后，电池组的热失控概率就上升至万分之一，且一个电池热失控可能会引起整个电池组热失控，电池组热失控后燃烧温度可达1500℃，并且还具有很强的冲击，这对电动汽车的安全是一个极大的挑战。研究表明陶瓷化硅橡胶是目前最适合用于新能源汽车电池组防止电芯连续热失控、避免引燃相邻模组的材料方案。

陶瓷化硅橡胶是一种可瓷化的高分子复合材料，这种材料在常温下有着普通聚合物的优良性能，并且在高温下能形成致密的陶瓷结构从而具有陶瓷特性。硅橡胶中由于Si—O键的键能较高，使得硅橡胶本身就拥有良好的热稳定性，此外在高温火焰下燃烧时，Si—O键会转变成连续、抗氧化、绝缘的网络状SiO₂灰烬覆盖在电芯表面，从而有效的阻止火焰进一步的烧蚀。此外，硅橡胶基体在燃烧过程中产生的烟气主要是侧链基团燃烧所产生的CO₂和H₂O，无有毒气体产生，不会对环境产生污染。用有机硅类聚合物来制备陶瓷化硅橡胶，无论是在工艺及原材料的选取，还是在瓷化产物的耐高温和力学性能等方面都具有独特的优势。

陶瓷化硅橡胶阻燃隔热防火的主要原理是通过添加催化剂、热稳定剂、耐火填料、玻璃粉等提高硅橡胶的热稳定性，促进陶瓷层的生成和稳定。通常陶瓷化硅橡胶燃烧后陶瓷化的具体过程为：在遇到烧蚀或者高温时，硅橡胶基体首先分解为无定型SiO₂，并产生大小不一的气孔。然后，随着温度的升高，低熔点玻璃粉（也称瓷化粉、成瓷助熔剂）首先逐渐熔融，在硅橡胶体系中出现液相物质，将基体产生的无定形SiO₂和耐温成瓷填料（如云母、高岭土、硅灰石等）进行连接，在填料的边界处形成“低共熔混合物”，称为共晶反应。低共熔混合物在无定型SiO₂和填料之间起桥接作用，从而使其在着火温度下保持原状。最后，随着时间的推移，温度进一步升高，成瓷填料和无定型 SiO₂与低共熔混合物之间相互渗透更加充分，填料边界消失，新的无机相生成，形成连续、完整、致密的陶瓷体结构。

中国专利CN110845850A公开了一种可瓷化无卤阻燃硅橡胶及其制备方法。中国专利CN107286636A公开了一种低烟阻燃可陶瓷化热塑性聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法和应用。中国专利CN202111191443.X 公开了一种陶瓷化阻燃隔热防火材料及其制备方法和应用。上述专利都公开了陶瓷化硅橡胶以及其应用方法，但在电池组的防护中仍具有缺陷。

通常陶瓷化硅橡胶经历高温灼烧时其各个组分的反应温度差异较大，如硅橡胶在350℃的时候开始分解生成无定型SiO₂，其表面产生很多大小不一的气孔；白云母（常见成瓷填料）在700℃后才开始分解；成分不同的普通玻璃粉其始熔温度在300℃-700℃之间。电池热失控时燃烧温度会逐渐达到1500℃并且伴随热冲击，这就造成了几个问题，如果玻璃粉始熔温度较高（大于700℃），在低温区间内（350℃-700℃）硅橡胶无法和成瓷填料、玻璃粉形成连续、完整、致密的陶瓷体结构，具有气孔的无定型SiO₂容易被冲击力破坏从而被烧穿。如果玻璃粉始熔温度较低（小于700℃），在高温区间内（1200℃以上），玻璃粉会气相挥发，陶瓷体骨架结构上产生孔洞，使得陶瓷体结构的密实度降低，容易受热冲击而被烧穿。