一种软包锂电池用增加对流换热系数的喷涂涂料及其制备方法与流程

本发明属于喷涂涂料，具体涉及一种软包锂电池用增加对流换热系数的喷涂涂料及其制备方法。

背景技术：

1、随着消费者对出行舒适性与便捷性的要求越来越高，新能源汽车产业链整体进入高速发展快车道。据统计，2022年中国新能源汽车的市场占有率达到了25.6％，2023年全年新能源汽车国内零售销量达到773.6万辆，较2022年增长36.2％。而以锂离子电池作为动力的新能源汽车是中国目前发展最为快速的新能源车型。

2、锂离子电池是通过化学反应的方式供应能量的，在这个过程中势必会产生一定的热量，当热量持续新增而得不到有效散热时会使得电化学物质的活性更强，如活性不断增加，锂离子电池可能会发生自燃或爆炸。因此，技术人员对锂离子电池进行软包，并使用喷涂涂料来增加软包锂电池的对流换热系数，解决安全隐患的问题。

3、申请号为201811543268.4的专利涉及一种用于锂电池表面的防腐蚀涂料及其制备方法，其包括以下原料：纳米氧化铝、纳米二氧化钛、次氯酸钠、丙三醇、全氟乙丙烯、甲苯，此发明制备的用于锂电池表面的防腐蚀涂料具有优异的的防腐蚀性能，能够满足市场需求，然而，此专利着重于防止锂电池在使用过程中的腐蚀，不能很好地增加对流换热系数；申请号为201611174386.3的专利涉及一种用于锂电池表面的导热防腐蚀涂料及其制备方法，其所述组分包括纳米氧化铝、有机硅改性丙烯酸树脂、全氟乙丙烯和甲苯；所述制备包括如下步骤：a)酸洗纳米氧化铝，b)碾磨混合，此发明的导热防腐蚀涂料可以应用于锂电池表面，防止锂电池管在使用过程中的腐蚀，从而延迟了锂电池的使用寿命，然而，此专利虽能一定程度上通过增加导热系数来获得更好地对流换热系数，但其使用的溶剂为甲苯，毒性较高，存在潜在危害。

4、因此，亟需一种软包锂电池用增加对流换热系数的喷涂涂料，以使得涂料满足散热性佳、疏水疏尘、节能减排、阻燃、防腐的性能。

技术实现思路

1、针对现有的技术问题，本发明的目的在于提供了一种软包锂电池用增加对流换热系数的喷涂涂料及其制备方法。本发明提供的喷涂涂料能够有效增加对流换热系数，提高了散热效率，兼具疏水防尘、节能环保、阻燃性好、耐腐蚀、硬度高的性能，适用于新能源汽车中软包锂电池的应用，具有较好的市场前景。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明一方面提供了一种软包锂电池用增加对流换热系数的喷涂涂料，以重量份计，包含以下原料：硅树脂45-65份、改性氮化硅10-15份、碳材料5-10份、硅烷偶联剂2-5份、导热金属粉1-3份、氧化铝1-2份、氧化铈1-2份、氧化锑1-2份、改性分散剂1-3份、流平剂1-3份、消泡剂0.5-2份、防沉剂0.5-1.5份和溶剂50-85份。

4、本技术的反应机理和作用如下：

5、1.硅树脂是一类具有si-o-si重复单元、高度交联结构的热固性聚硅氧烷体系，具有低温柔韧性、高热稳定性、耐候、疏水及低介电性等优点。然而，硅树脂也存在着诸多不足，如低表面能引起的附着力不佳，低分子间作用力引起的抗撕裂、抗冲击性、力学性能差等问题，大大限制了其应用范围。本技术的硅树脂采用环氧改性硅树脂和苯基硅树脂按特定比例复配组成。环氧树脂具有优良的物理机械性能、粘接性能、电绝缘性能和化学稳定性能，和硅树脂的结合恰好可以弥补上述性能的不足，得到具有高性能的环氧改性硅树脂。苯基硅树脂具有较高的耐热性、耐化学性和抗氧化性，进而增强了涂层的稳定性和耐久性，延长了使用寿命，从而达到节能环保的效果。

6、2.本发明采用正硅酸乙酯和聚乙二醇初步改性氮化硅，进而能够使氮化硅表面接枝有活性官能团羟基，有利于二氯二甲基硅烷顺利接枝到氮化硅上，再次用甲基丙烯酸乙酯和有机溶剂对改性氮化硅的中间体进行二次球磨改性，使丙烯酸接枝到氮化硅表面，最终形成的改性氮化硅颗粒大小均匀，产生空间位阻效应，无团聚现象，有利于其在体系中的分散，且接枝的酯基、硅烷和羟基使其具有更强的耐热性、化学稳定性、耐腐蚀性和硬度。

7、3.本发明用烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-甲烯基丁内酯和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸制成改性分散剂，引入多种官能团，一方面，能使分散剂与硅树脂相结合固化，以化学反应的形式参与到硅树脂的固化过程中，提高分散剂与成膜基质的作用力；另一方面，适宜的分子量可以使得分散剂充分舒展，将锚定基团附着在粉料表面，提高原料的分散效率。

8、在一些实施方式中，所述硅树脂为环氧改性硅树脂和苯基硅树脂，两者的质量比为1：(0.5-1)。

9、在一些实施方式中，所述改性氮化硅的制备方法，包含如下步骤：

10、(1)将氮化硅、乙醇、水加入至反应釜中，搅拌10-30min，加入正硅酸乙酯，用酸碱调节剂调节ph至7.5-8.5，加热至45-55℃，搅拌1-3h，离心分离，洗涤干燥，得到正硅酸乙酯改性的氮化硅；

11、(2)取步骤(1)所制的正硅酸乙酯改性的氮化硅、乙醇、水加入至反应釜中，搅拌10-30min，加入聚乙二醇，加热至50-60℃，搅拌2-5h，离心分离，洗涤干燥，得到改性粉末；

12、(3)取步骤(2)所制的改性粉末、二氯二甲基硅烷、有机溶剂于球磨罐中，封口后球磨5-10h，得到改性氮化硅的中间体；

13、(4)取步骤(3)所制的改性氮化硅的中间体、甲基丙烯酸乙酯、有机溶剂于球磨罐中，封口后球磨10-15h，得到改性氮化硅。

14、在一些实施方式中，所述步骤(1)中所述氮化硅与正硅酸乙酯的质量比为1：(1-1.5)。

15、在一些实施方式中，所述步骤(2)中所述聚乙烯醇的数均分子量为200-4000，且所述聚乙烯醇与正硅酸乙酯改性的氮化硅的质量比为1：(10-20)。

16、优选地，所述步骤(2)中所述聚乙烯醇的数均分子量为400-2000，且聚乙烯醇与正硅酸乙酯改性的氮化硅的质量比为1：15。

17、在一些实施方式中，所述改性分散剂的制备方法，包含如下步骤：

18、s1.将烯丙基聚氧乙烯醚溶解于水中，搅拌均匀，得到溶液a；将丙烯酸、2-甲烯基丁内酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于水中，搅拌均匀，得到溶液b；

19、s2.将溶液a和溶液b混合加入至反应釜中，加热至70-75℃，加入链转移剂，在惰性气体保护氛围下，滴入引发剂，升温至80-85℃，在100-250kpa反应2-4h，得到反应溶液；

20、s3.待反应溶液降温至30-40℃，用酸碱调节剂调节ph为7.5-8.5，得到改性分散剂。

21、在一些实施方式中，所述烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-甲烯基丁内酯和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的摩尔比为1：(4-8)：(3-5)：(2-4)。

22、在一些实施方式中，所述烯丙基聚氧乙烯醚的数均分子量为2000-3000。

23、在一些实施方式中，所述链转移剂为次亚磷酸钠，且所述链转移剂的摩尔用量为烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-甲烯基丁内酯和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸四者总摩尔量的1-5％。

24、在一些实施方式中，所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物，且引发剂的摩尔用量为烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、2-甲烯基丁内酯和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸四者总摩尔量的2-6％。

25、在一些实施方式中，所述碳材料为碳纳米管、碳球和碳纤维中的任意一种或多种；所述硅烷偶合剂为kh-550、kh-560和kh-570中的任意一种或多种；所述导热金属粉为银粉、铜粉、铝粉中的任意一种或多种，且粒度为1-20μm；所述流平剂为有机硅类流平剂；所述消泡剂为有机硅类消泡剂；所述防沉剂为膨润土、聚乙烯蜡和聚酰胺蜡中的任意一种或多种；所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯中的任意一种或多种。

26、本发明另一方面提供了软包锂电池用增加对流换热系数的喷涂涂料的制备方法，包含如下步骤：

27、一、将改性氮化硅、碳材料、硅烷偶联剂、导热金属粉、氧化铝、氧化铈、氧化锑、改性分散剂、流平剂、消泡剂、防沉剂和部分溶剂混合，在700-1000r/min的转速下搅拌均匀，得到第一混合物料；

28、二、将硅树脂、剩余溶剂混合后加入至步骤一所得的第一混合物料中，加热至60-70℃，研磨分散，700-1000r/min的转速下搅拌均匀，再移至研磨机进行研磨，制得喷涂涂料。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

30、1.本发明的喷涂涂料能够有效增加对流换热系数，提高了散热效率，兼具疏水防尘、节能环保、阻燃性好、耐腐蚀、硬度高的性能，适用于新能源汽车中软包锂电池的应用，具有较好的市场前景。

31、2.本发明的硅树脂采用环氧改性硅树脂和苯基硅树脂按特定比例复配组成。两者共同使用可以避免附着力不佳、抗冲击性和力学性能差的问题，且增强了涂料的耐热性、抗氧化性、稳定性和耐久性，延长了使用寿命，从而达到节能环保的效果。

32、3.本发明采用正硅酸乙酯和聚乙二醇初步改性氮化硅，再次用二氯二甲基硅烷、甲基丙烯酸乙酯和有机溶剂对改性氮化硅的中间体进行两次球磨改性，使形成的改性氮化硅分散性佳，且接枝的酯基、硅烷和羟基使其具有更强的耐热性、化学稳定性、耐腐蚀性和硬度。

33、4.本发明制成的改性分散剂引入了多种官能团，一方面，能使分散剂与硅树脂相结合固化；另一方面，适宜的分子量可以使得分散剂充分舒展，提高原料的分散效率。

34、5.本发明的涂料一方面能够延长材料的使用寿命，减少维护成本；另一方面，在使用过程中会通过纳米散热来维持环境温度，以此来节约电耗，起到节能环保的性能。