一种电池包箱体耐火材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种电池包箱体用材料及其制备方法，电池包箱体耐火材料包含聚苯硫醚（PPS）40～60重量份，耐火纤维18～30重量份，复配阻燃剂12～25重量份，填料2～8重量份，偶联剂0.2～1重量份，增韧剂3～10重量份，助剂0.8～2重量份，其中，复配阻燃剂由以下重量份的原料组成：溴化聚苯乙烯或者溴化环氧树脂38～55重量份、三氧化二锑12～15重量份、苯氧基聚磷腈15～25重量份、二乙基次磷酸铝18～35重量份。本发明专利技术提供得PPS材料耐火性能优异、力学性能优良，易于加工成型，可满足电池包箱体的应用要求。

A refractory for battery case and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种电池包箱体耐火材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种可用于新能源汽车电池包箱体材料及其制备方法
技术介绍
随着新能源汽车“轻量化进程”的推进，更高安全性和更高能量密度是动力电池系统发展的必然趋势。在电动汽车上，动力电池包的重量占整车质量的30%左右，而在电池包系统中，箱体作为最大的结构件，它的减重，对于能量密度而言，可得到不可忽视的提高。传统车用电池箱体采用钢板、铝合金等材料铸造。随着汽车节能环保和轻量化发展，电池箱体材料也出现了玻纤增强复合材料、SMC片状材料、碳纤增强复合材料等多种轻量化的材料选择，这些新材料不是成本高，就是成型工艺复杂，生产效率较低。为了保证新能源汽车驾驶安全性，GB/T31467.3规定了电动汽车电池包安全性要求和测试方法，除了满足耐撞击、振动、跌落等物理机械方面的要求，还需满足耐高低温、盐雾腐蚀、耐火阻燃等要求。尤其耐火阻燃测试条件苛刻，需将电池包箱体直接暴露于汽油燃烧火焰中，要求箱体结构不受破坏。中国专利CN107863460A公开了一种锂电池包的阻燃涂层及其制备方法，该阻燃涂层涂覆于电池包的箱体上,由内朝外依次包括膨胀型阻燃涂层、胶粘剂层和聚四氟乙烯层，能有效耐火阻燃，但工艺较为复杂，而且只是表层阻燃，箱体结构内部并不能有效阻燃。中国专利CN109517384A公开了一种电池框体用材料及其制备的电池框体，该材料采用碳纤维增强阻燃，碳纤维价格昂贵不利于市场推广应用，且该材料未添加阻燃剂作进一步的阻燃提升。中国专利CN106633882A公开了一种用于锂离子动力与储能电池的含聚苯硫醚电池盒及其制备方法，同样未添加阻燃剂作进一步的阻燃提升，所用的碳纤维、玻璃纤维或者其他纤维只是作为增强材料，并不满足电池包箱体耐火烧要求。聚苯硫醚（PPS））是一种综合性能优异的特种工程塑料，其机械强度高，拉伸强度可达70Mpa，耐化学腐蚀性好，耐热性能优良，热变形温度大于260度，可在180～220℃温度范围使用，尤其是其阻燃性优异，其氧指数高达44%以上，与其他塑料相比，属于高阻燃材料，通常情况下，无需添加阻燃剂即可满足使用要求。但对于新能源汽车电池包箱体苛刻得耐火要求，其耐火阻燃性能仍需进一步改性提升才可通过耐火烧实验。
技术实现思路
本专利技术成功地制备出了一种采用PPS作为基础材料的电池包箱体耐火材料，材料制备过程中通过复配以阻燃剂，对PPS材料的阻燃防火性能和物理机械性能作进一步提升；同时，本专利技术还通过对PPS氨基化处理和耐火纤维表面改性，得到了强度高、耐化学腐蚀性好、耐火性能优异，且适合于注塑成型加工的新能源汽车用电池包箱体材料，及制备方法。一种电池包箱体耐火材料，包含聚苯硫醚（PPS）40～60重量份，耐火纤维18～30重量份，复配阻燃剂12～25重量份，填料2～8重量份，偶联剂0.2～1重量份，增韧剂3～10重量份，助剂0.8～2重量份。在一个实施方式中，复配阻燃剂由以下重量份的原料组成：溴化聚苯乙烯或者溴化环氧树脂38～55重量份、三氧化二锑12～15重量份、苯氧基聚磷腈15～25重量份、二乙基次磷酸铝18～35重量份。所述复配阻燃剂为溴化环氧树脂或溴化苯乙烯、三氧化二锑、苯氧基聚磷腈、二乙基次磷酸铝。在一个实施方式中，所述的聚苯硫醚是采用了氨基化的聚苯硫醚，氨化处理的步骤是：按重量份计，将聚苯硫醚粉末10～20份加入至浓硫酸50～70份中搅拌，再滴加浓硝酸5～10份进行硝化反应，反应温度控制在55～70℃，反应时间0.5～1.5h，反应结束后，产物滤出、水洗后，得到硝化的聚苯硫醚，再分散于300～400份的乙醇中，缓慢滴加保险粉（连二亚硫酸钠）的水溶液（质量浓度10～15%）50～60份进行还原反应，65～75℃反应2～4h，反应产物滤出后水洗，干燥后得到氨基化的聚苯硫醚。在一个实施方式中，所述耐火纤维为无机纤维。在一个实施方式中，所述的无机纤维选自陶瓷纤维、高铝纤维、石英纤维、莫来石纤维、玄武岩纤维中的一种或几种混合物。在一个实施方式中，所述的无机纤维的表面经过了硅和羧基的复合处理。在一个实施方式中，所述的硅和羧基的复合处理的方法包括如下步骤：S1，按重量份计，取无机纤维25～30份和有机溶剂350～400份，在氮气气氛中，升温至65～70℃，开始滴加硅烷偶联剂MPS（甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷），滴加完毕后，再继续保温反应3～5h，反应产物依次用乙醇和水洗涤，得到接枝了MPS的无机纤维；S2，按重量份计，将接枝了MPS的无机纤维10～15份和150～200份去离子水，升温至75～85℃，滴加过硫酸钾0.1～0.2份，再滴加丙烯酸3～5份，进行自由基聚合反应，反应时间控制在2～4h，反应温度75～85℃，反应结束后，产物滤出，依次用乙醇和水洗涤后，干燥，得到硅和羧基的复合处理的无机纤维。在一个实施方式中，有机溶剂是甲苯。在一个实施方式中，所述的填料为有机蒙脱土、纳米二氧化硅中一种或两种混合物。在一个实施方式中，所述的偶联剂为鳌合型焦磷酸酞酸酯偶联剂、KH560、KH570、KH580中的一种或几种混合物。在一个实施方式中，所述的增韧剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃弹性体。在一个实施方式中，所述的助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅酮粉中的一种或几种混合物。电池包箱体耐火材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1，聚苯硫醚与耐火纤维、填料、偶联剂在混炼机中，熔融混炼后，经双螺杆挤出机混炼造粒得到混合料；步骤2，将步骤1中混合料与复配阻燃剂、增韧剂、助剂加入高速混合机，混合条件为转速为800～1000rpm，高速混合均匀后，经双螺杆挤出机混炼挤出造粒。在一个实施方式中，步骤1中，熔融混炼的参数设置为290～340℃下熔融混炼10～20min；所用双螺杆挤出机螺筒各个分区温度在260～310℃之间，双螺杆挤出机螺纹元件长径比为30～45，螺杆转速为300～500rpm。在一个实施方式中，步骤2中，双螺杆挤出机螺筒各个分区温度在260～310℃之间，双螺杆挤出机螺纹元件长径比为30～45，螺杆转速为300～500rpm。上述的电池包箱体耐火材料在用于制备电池包中的应用。聚苯硫醚在用于制备电池包箱体耐火材料中的应用。有益效果本专利技术结合PPS树脂优异的综合性能，通过添加耐火纤维、复配阻燃剂，进一步提升耐火阻燃性能，同时通过增韧剂提高该材料冲击性能，制备的电池包箱体材料可直接用于注塑成型，适合大规模生产，市场应用前景广阔。本专利技术的耐火材料中，使用的PPS树脂经过了表面处理时，通过进行硝基化后的还原处理，使表面富含有胺基；同时，由于阻燃无机纤维的表面带有大量的-OH基团，通过与硅烷偶联剂MPS的接枝反应后，一方面可以使无机纤维的表面增加了硅的含量，另一方面，也使表面带有了C=C，再通过自由基聚合反应，可以使硅烷偶联剂接枝的无机纤维的表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池包箱体耐火材料，其特征在于，包含聚苯硫醚（PPS）40～60重量份，耐火纤维18～30重量份，复配阻燃剂12～25重量份，填料2～8重量份，偶联剂0.2～1重量份，增韧剂3～10重量份，助剂0.8～2重量份。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池包箱体耐火材料，其特征在于，包含聚苯硫醚（PPS）40～60重量份，耐火纤维18～30重量份，复配阻燃剂12～25重量份，填料2～8重量份，偶联剂0.2～1重量份，增韧剂3～10重量份，助剂0.8～2重量份。


2.根据权利要求1所述的电池包箱体耐火材料，其特征在于，在一个实施方式中，复配阻燃剂由以下重量份的原料组成：溴化聚苯乙烯或者溴化环氧树脂38～55重量份、三氧化二锑12～15重量份、苯氧基聚磷腈15～25重量份、二乙基次磷酸铝18～35重量份；所述复配阻燃剂为溴化环氧树脂或溴化苯乙烯、三氧化二锑、苯氧基聚磷腈、二乙基次磷酸铝。


3.根据权利要求1所述的电池包箱体耐火材料，其特征在于，在一个实施方式中，所述的聚苯硫醚是采用了氨基化的聚苯硫醚，氨化处理的步骤是：按重量份计，将聚苯硫醚粉末10～20份加入至浓硫酸50～70份中搅拌，再滴加浓硝酸5～10份进行硝化反应，反应温度控制在55～70℃，反应时间0.5～1.5h，反应结束后，产物滤出、水洗后，得到硝化的聚苯硫醚，再分散于300～400份的乙醇中，缓慢滴加保险粉（连二亚硫酸钠）的水溶液（质量浓度10～15%）50～60份进行还原反应，65～75℃反应2～4h，反应产物滤出后水洗，干燥后得到氨基化的聚苯硫醚。


4.根据权利要求1所述的电池包箱体耐火材料，其特征在于，在一个实施方式中，所述耐火纤维为无机纤维；在一个实施方式中，所述的无机纤维选自陶瓷纤维、高铝纤维、石英纤维、莫来石纤维、玄武岩纤维中的一种或几种混合物；在一个实施方式中，所述的无机纤维的表面经过了硅和羧基的复合处理。


5.根据权利要求1所述的电池包箱体耐火材料，其特征在于，在一个实施方式中，所述的硅和羧基的复合处理的方法包括如下步骤：S1，按重量份计，取无机纤维25～30份和有机溶剂350～400份，在氮气气氛中，升温至65～70℃，开始滴加硅烷偶联剂MPS，滴加完毕后，再继续保温反应3～5h，反应产物依次用乙醇和水洗涤，得到接枝了MP...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈荣，刘渊，闻辉，吴建国，
申请(专利权)人：江苏集萃先进高分子材料研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32