一种新能源动力电池用导热结构胶及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种新能源动力电池用导热结构胶及其制造方法，包括：A组份含嵌段聚合遥爪羧基、嵌段聚合遥爪胺基化合物至少一种3～14％，B组份含嵌段聚合遥爪异氰酸基、嵌段聚合遥爪环氧基化合物至少一种3～14％；偶联剂和改性剂0.1～1％，固化促进剂0～1.6％，导热粉体84～92％，阻燃成分0.3～3％；遥爪羧基、遥爪胺基、遥爪异氰酸基、遥爪环氧基化合物嵌段聚合方法；A组份与B组份按0.25～2份比例混合固化，实测导热系数6～11W/(m.K)、拉伸强度44～16MPa、断裂伸长率11～78％、剪切粘结强度0.7～15MPa可连续调控、阻燃性V0离火即灭；可满足CTP电池包所需导热结构强度要求。CTP电池包所需导热结构强度要求。CTP电池包所需导热结构强度要求。

【技术实现步骤摘要】
一种新能源动力电池用导热结构胶及其制造方法


[0001]本专利技术属于聚合物基复合高分子材料、高强度粘接结构材料、导热功能材料交集领域的设计与制造，具体涉及一种新能源动力电池用导热结构胶及其制造方法。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车技术的加速发展，对动力电池的能量密度与电池容量要求也越来越高，动力电池模组在工作时发热量越来越大，长期高温会影响新能源汽车的续航里程，降低动力电池的使用寿命，甚至引发安全事故。
[0003]目前，新能源汽车动力电池模组均会配备水冷主动冷却系统，采用导热界面材料作为电池模组与水冷系统的导热链接。
[0004]电池系统的安全性、可靠性和环境适应性取决于最弱的、最不稳定的一个电芯，合格的电池组要将电芯温度差异控制在
±
5℃以内
[1]。传统车企巨头通用汽车和造车新势力特斯拉都力争做到
±
2℃以内。对于电芯之间为了保证其温度的稳定性，部分车企采用蛇形导热硅胶片做为电芯与电芯之间的传热介质，其电芯外壳与导热硅胶片并不能完全接触，传热速率常数较低，为了进一步提高传热效率，这就要求导热界面材料在成形前易于流动便于灌封。
[0005]中国专利202010452609.8“一种应用于新能源汽车动力电池组的导热结构胶”揭示了一种双组分导热硅胶用于新能源汽车动力电池组，双组分导热硅胶相比导热硅胶片而言，最大优点是导热硅胶能够满足新能源汽车动力电池及电池模组安装的自动化生产线需求，提高电芯与电芯之间的传热效率；对于组装成电池模组而言，还需要螺栓等固定构件才能实现，受目前动力电池包的体积、重量和结构的限制，超越现行续航里程期望值的有效途径是往CTP电池方向发展，如果能够取消这些紧固构件，简化电池包结构——设计开发一种安全可靠的导热结构胶体系，将电池芯直接粘接成电池包，可以提高(15
‑
20)％的体积利用率、电池包零件数量减少约40％、生产效率提高近50％，可大幅提高动力电池包的可靠性、安全性和环境适应性，将显著提高电池模组在单位体积内的能量，并大幅降低制造成本。
[0006]中国专利201911307211.9“一种导热结构胶及其制备方法”公开了一种通过导热基料的改性，制备的双组分导热结构胶其在金属间的粘接强度为(4～6.5)MPa，其本体拉伸强度在(2～5.5)MPa。
[0007]基于汽车电池包“12m自由落体、45倾斜冲击，不短路燃烧”或25G减速度撞击的要求，经过DFEAM分析表明，按导热结构胶路况服役和退役贮能使用寿命25年设计，其剪切粘接强度应该≥8MPa、拉伸强度应该≥13MPa，显然上述专利技术无法满足取代新能汽车动力电池模组固定构件的要求，其原因是有机硅、聚氨酯体系的导热胶剪切粘接强度和拉伸强度太低的固有缺陷。
[0008]对于纯环氧树脂体系导热结构胶而言，虽然其剪切粘接强度和拉伸强度都能满足新能源电池模组导热结构胶的要求，但因环氧树脂本体脆裂的特性在汽车使用长期冲击环境下会有粘结面断裂失效的风险。
[0009]因此，专利技术一种剪切粘接强度≥8MPa、拉伸强度应该≥13MPa、断裂伸长率≥20％，同时便于灌封的绝缘导热结构胶是必要的。
[0010]参考文献
[0011][1]张剑波，卢兰光，李哲.车用动力电池系统的关键技术与学科前沿[J].汽车安全与节能学报，2012，3(2)：87
‑
104

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于提供一种新能源动力电池用导热结构胶及其制造方法，导热结构胶同时具备剪切粘接强度≥8MPa、拉伸强度≥13MPa，断裂伸长率≥20％、便于灌封、绝缘等性能。
[0013]为达上述目的之一，本专利技术的一种新能源动力电池用导热结构胶，以构成材料配方的质量百分比计算，包括：A组合物含有嵌段聚合的遥爪羧基化合物和/或嵌段聚合的遥爪胺基化合物的至少一种(3.3～14)％、偶联剂和/或改性剂(0.1～1.0)％、固化促进剂(0～1.6)％、导热粉体(84～92)％、阻燃成分(0.3～3.0)％；B组合物含有嵌段聚合的遥爪异氰酸基化合物和/或嵌段聚合的遥爪环氧基化合物的至少一种(3.3～14)％、偶联剂和/或改性剂(0～1.0)％、固化促进剂(0～1.6)％、导热粉体(84～92)％、阻燃成分(0.3～3)％；在使用时，将A组合物1份与B组合物(0.25～2)份的体积比例或质量比例混合均匀、固化成终端用途的导热结构胶或粘结材料。
[0014]为达上述目的之二，本专利技术的一种新能源动力电池用导热结构胶制造方法，包括：步骤(一)遥爪羧基化合物和/或遥爪胺基化合物基料的嵌段聚合方法、遥爪异氰酸基化合物和/或遥爪环氧基化合物基料的嵌段聚合方法，嵌段聚合时分子链的”头
‑
头”相接或“头
‑
尾”相接的取向是随机的，顺式或反式分子链段的原子排列取向也是随机的；步骤(二)液料与粉体剪切强度控制粉体改性方法；步骤(三)正压或负压反应控制方法和步骤(四)加热与冷却方法；四个步骤的至少两个或者将步骤(一)和步骤(二)合并为一个步骤。
[0015]进一步地，在所述A组合物中，所述嵌段聚合的遥爪羧基化合物还包括：具有化学结构式(1)的遥爪羧基聚丁二烯、异氰酸酯与遥爪羧基聚丁二烯按化学结构式(2)反应并脱除二氧化碳的产物、环氧基树脂与遥爪羧基聚丁二烯按化学结构式(3)反应的产物、环氧基聚烷基硅氧烷与遥爪羧基聚丁二烯按化学结构式(4)反应的产物的至少一种；
[0016]其中化学结构式(1)——
[0017][0018]且在化学结构式(1)中，x＝1，y＝0～1.0是相对x的摩尔数之比值，z为数均聚合度在9～27之间，羧基的数均官能度在2.1～2.2之间，R8为乙烯基或氰基；
[0019]其中化学结构式(2)——
[0020][0021]且在化学结构式(2)中，异氰酸酯OCN
‑
R1‑
NCO的异氰酸基数均官能度为2.0，R1为烷
撑、苯撑或取代苯撑、芳环撑或取代芳环撑、杂环撑或取杂环撑的至少一种，所述撑是在一个有机化合物分子中碳氢键均裂去除两个氢原子后的基团(下文的“撑”均符合此定义)；
[0022]其中化学结构式(3)——
[0023][0024]且在化学结构式(3)中，环氧基化合物符合化学结构式(17)的定义；
[0025]其中化学结构式(4)——
[0026][0027]且在化学结构式(4)中，环氧基化合物符合化学结构式(21)的定义。
[0028]进一步地，在所述A组合物中，所述嵌段聚合的遥爪胺基化合物还包括：具有化学结构式(5)的遥爪胺基聚环氧丙烷、具有化学结构式(6)的胺基聚烷基硅氧烷、异氰酸酯与遥爪胺基聚环氧丙烷按化学结构式(7)反应的产物、异氰酸酯与胺基聚烷基硅氧烷按化学结构式(8)反应的产物、环氧基树脂与遥爪胺基聚环氧丙烷按化学结构式(9)反应的产物、环氧基树脂与胺基聚烷基硅氧烷按化学结构式(10)反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源动力电池用导热结构胶，以构成材料配方的质量百分比计算，其特征在于包括：A组合物含有嵌段聚合的遥爪羧基化合物和/或嵌段聚合的遥爪胺基化合物的至少一种(3.3～14)％、偶联剂和/或改性剂(0.1～1.0)％、固化促进剂(0～1.6)％、导热粉体(84～92)％、阻燃成分(0.3～3.0)％；B组合物含有嵌段聚合的遥爪异氰酸基化合物和/或嵌段聚合的遥爪环氧基化合物的至少一种(3.3～14)％、偶联剂和/或改性剂(0～1.0)％、固化促进剂(0～1.6)％、导热粉体(84～92)％、阻燃成分(0.3～3)％；在使用时，将A组合物1份与B组合物(0.25～2)份的体积比例或质量比例混合均匀、固化成终端用途的导热结构胶或粘结材料。2.一种新能源动力电池用导热结构胶制造方法，其特征在于包括：步骤(一)遥爪羧基化合物和/或遥爪胺基化合物基料的嵌段聚合方法、遥爪异氰酸基化合物和/或遥爪环氧基化合物基料的嵌段聚合方法，嵌段聚合时分子链的”头
‑
头”相接或“头
‑
尾”相接的取向是随机的，顺式或反式分子链段的原子排列取向也是随机的；步骤(二)液料与粉体剪切强度控制粉体改性方法；步骤(三)正压或负压反应控制方法和步骤(四)加热与冷却方法；四个步骤的至少两个或者将步骤(一)和步骤(二)合并为一个步骤。3.根据权利要求1所述的导热结构胶，其特征在于在所述A组合物中所述嵌段聚合的遥爪羧基化合物还包括：具有化学结构式(1)的遥爪羧基聚丁二烯、异氰酸酯与遥爪羧基聚丁二烯按化学结构式(2)反应并脱除二氧化碳的产物、环氧基树脂与遥爪羧基聚丁二烯按化学结构式(3)反应的产物、环氧基聚烷基硅氧烷与遥爪羧基聚丁二烯按化学结构式(4)反应的产物的至少一种；其中化学结构式(1)——且在化学结构式(1)中，x＝1，y＝0～1.0是相对x的摩尔数之比值，z为数均聚合度在9～27之间，羧基的数均官能度在2.1～2.2之间，R8为乙烯基或氰基；其中化学结构式(2)——且在化学结构式(2)中，异氰酸酯OCN
‑
R1‑
NCO的异氰酸基数均官能度为2.0，R1为烷撑、苯撑或取代苯撑、芳环撑或取代芳环撑、杂环撑或取杂环撑的至少一种，所述撑是在一个有机化合物分子中碳氢键均裂去除两个氢原子后的基团(下文的“撑”均符合此定义)；其中化学结构式(3)——且在化学结构式(3)中，环氧基化合物符合化学结构式(17)的定义；
其中化学结构式(4)——且在化学结构式(4)中，环氧基化合物符合化学结构式(21)的定义。4.根据权利要求1所述的导热结构胶，其特征在于在所述A组合物中所述嵌段聚合的遥爪胺基化合物还包括：具有化学结构式(5)的遥爪胺基聚环氧丙烷、具有化学结构式(6)的胺基聚烷基硅氧烷、异氰酸酯与遥爪胺基聚环氧丙烷按化学结构式(7)反应的产物、异氰酸酯与胺基聚烷基硅氧烷按化学结构式(8)反应的产物、环氧基树脂与遥爪胺基聚环氧丙烷按化学结构式(9)反应的产物、环氧基树脂与胺基聚烷基硅氧烷按化学结构式(10)反应的产物、环氧基聚烷基硅氧烷与遥爪胺基聚环氧丙烷按化学结构式(11)反应的产物、环氧基聚烷基硅氧烷与胺基聚烷基硅氧烷按化学结构式(12)反应的产物的至少一种；其中化学结构式(5)——且在化学结构式(5)中，k为数均聚合度在25～50之间，胺基的数均官能度在2.0～2.3之间；其中化学结构式(6)——且在化学结构式(6)中，数均聚合度为m＝0～1、n＝8～22，胺基的数均官能度在2.9～3.3之间，R2为碳原子为2～5的烷撑，R3、R4、R5和R6为烷基、苯基或取代苯基、芳环基或取代芳环基、杂环基或取杂环基的至少一种；其中化学结构式(7)——其中化学结构式(8)——其中化学结构式(9)——
其中化学结构式(10)——其中化学结构式(11)——其中化学结构式(12)——5.根据权利要求1所述的导热结构胶，其特征在于在所述B组合物中所述嵌段聚合的遥爪异氰酸基化合物还包括：具有化学结构式(13)的异氰酸酯、异氰酸酯与遥爪羧基聚丁二烯按化学结构式(14)反应并脱除二氧化碳的产物、异氰酸酯与遥爪胺基聚环氧丙烷按化学结构式(15)反应的产物、异氰酸酯与胺基聚烷基硅氧烷按化学结构式(16)反应的产物的至少一种；其中化学结构式(13)——OCN
‑
R1‑
NCO
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(13)且在化学结构式(13)中，异氰酸基的数均官能度为2.0，R1为烷撑、苯撑或取代苯撑、芳环撑或取代芳环撑、杂环撑或取杂环撑的至少一种；其中化学结构式(14)——
其中化学结构式(15)——其中化学结构式(16)——6.根据权利要求1所述的导热结构胶，其特征在于在所述B组合物中所述嵌段聚合的遥爪环氧基化合物还包括：具有化学结构式(17)的环氧基树脂、环氧基树脂与遥爪羧基聚丁二烯按化学结构式(18)反应的产物、环氧基树脂与遥爪胺基聚环氧丙烷按化学结构式(19)反应的产物、环氧基树脂与胺基聚烷基硅氧烷按化学结构式(20)反应的产物、具有化学结构式(21)的环氧基聚烷基硅氧烷、环氧基聚烷基硅氧烷与遥爪羧基聚丁二烯按化学结构式(22)反应的产物、环氧基聚烷基硅氧烷与遥爪胺基聚环氧丙烷按化学结构式(23)反应的产物、环氧基聚烷基硅氧烷与胺基聚烷基硅氧烷按化学结构式(24)反应的产物的至少一种；其中化学结构式(17)——且在化学结构式(17)中，环氧基的数均官能度在2.0或3.0，还包括：R7为符合化学结构式(25)、符合化学结构式(26)、烷撑、苯撑或取代苯撑、芳环撑或取代芳环撑、杂环撑或取杂环撑的至少一种；其中化学结构式(18)——其中化学结构式(19)——
其中化学结构式(20)——其中化学结构式(21)——且在化学结构式(21)中，烷基硅氧烷的数均聚合度为m≥0、n＝5～50，环氧基的数均官能度在2.8～3.0之间，R2为碳原子为2～5的烷撑，R3、R4、R5和R6为烷基、苯基或取代苯基、芳环基或取代芳环基、杂环基或取杂环基的至少一种；其中化学结构式(22)——其中化学结构式(23)——其中化学结构式(24)——
其中化学结构式(25)——且在化学结构式(25)中，数均聚合度为q＝1～2，环氧基的数均官能度在2.0或3.0，R9为氢原子、碳原子为1～5的烷基、苯基或取代苯基、芳环基或取代芳环基、杂环基或取杂环基的至少一种；其中化学结构式(26)——且在化学结构式(26)中，数均聚合度为q＝1～2，环氧基的数均官能度在2.0或3.0，R9为氢原子、碳原子为1～5的烷基、苯基或取代苯基、芳环基或取代芳环基、杂环基或取杂环基的至少一种。7.根据权利要求1所述的导热结构胶，其特征在于所述偶联剂和/或改性剂包括：十六烷基三甲氧基硅烷[CAS：16415
‑
12
‑
6]、十六烷基三乙氧基硅烷[CAS：16415
‑
13
‑
7]、γ
‑
(2，3
‑
环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷[CAS：2530
‑
83
‑
8]、γ
‑
(2，3
‑
环氧丙氧基)丙基三乙氧基硅烷[CAS：2602
‑
34
‑
8]、γ
‑
胺基丙基三甲氧基硅烷[CAS：13822
‑
56
‑
5]、γ
‑
胺基丙基三乙氧基硅烷[CAS：919
‑
30
‑
2]、n
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷[CAS：1760
‑
24
‑
3]、n
‑
(β
‑
氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷[CAS：5089
‑
72
‑
5]、γ
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷[CAS：2530
‑
85
‑
0]、γ
‑
(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷[CAS：21142
‑
29
‑
0]、γ
‑
二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷[CAS：99740
‑
64
‑
4]的至少一种；或者异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯[CAS：61417
‑
49
‑
0]、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯[CAS：65345
‑
34
‑
8]、三异硬酯酸钛酸异丙酯[CAS：61417
‑
49
‑
0]、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯[CAS：65467
‑
75
‑
6]、四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯[CAS：65460
‑
52
‑
8]中的至少一种；或者油酸[CAS：112
‑
80
‑
1]、月桂酸[CAS：143
‑
07
‑
7]、辛酸[CAS：124
‑
07
‑
2]、蓖麻油酸[CAS：141
‑
22
‑
0]、松香酸[CAS：514
‑
10
‑
3]、水杨酸[CAS：69
‑
72
‑
7]、苯甲酸[CAS：65
‑
85
‑
0]、十二烷基苯磺酸[CAS：27176
‑
87
‑
0]、苯骈三氮唑[CAS：95
‑
14
‑
7]、甲基苯骈三氮唑[CAS号29385
‑
43
‑
1]的至少一种。8.根据权利要求1所述的导热结构胶，其特征在于所述固化促进剂包括：苯酚[CAS：108
‑
95
‑
2]、2，4，6
‑
三(二甲胺基甲基)...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡黎明，肖扬华，陈武洲，缪宗倍，
申请(专利权)人：东莞金菱通达导热材料有限公司，
类型：发明
国别省市：