一种无机纤维增强的气凝胶薄板及其制备方法与流程

本发明属于绝热材料领域，具体涉及一种无机纤维增强的气凝胶薄板及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，锂离子电池储能系统因符合国家产业政策大力倡导的绿色低碳环保要求，其市场占有率逐年增加；锂离子电池因具有能量密度高、充放电速度快，使用寿命长等特点，广泛的应用于新能源汽车、基站储能、移动电站等。然而当锂离子电池受到过充、撞击、针刺或电池内部短路等，均会导致热量急剧增加，从而引起热失控，最终引发火灾或爆炸；此外，当电池模组中的某个电芯发生热失控时，热量会迅速蔓延传递到相邻的电芯，从而引起一系列的连锁反应，导致整个电池模组甚至整个电池包的热失控，从而影响到公共安全；

2、针对这一风险，电池pack厂家采用了气凝胶隔热垫作为电芯之间的隔热材料，以延缓热失控时热量的传递；气凝胶隔热垫是由气凝胶和纤维基材复合而成，因空间要求，气凝胶隔热垫一般厚度为0.5-4.0mm。目前市面上采常用的纤维基材有厚度为0.5-4.0mm的预氧丝纤维毡、玻纤湿法薄毡、陶瓷纤维纸，此类纤维基材厚度薄且相对均匀，适用于制备精度较高的气凝胶隔热薄片；但上述纤维基材生产过程中有机胶含量8-12％，使气凝胶隔热薄片的极限氧指数较低，遇高热流密度时出现闪燃、冒烟等现象，无法达到a1级燃烧性能；同时，因为产品的成分和结构的变化导致隔热性能下降，存在防火耐烧时间短等问题，因此需设计一种无机纤维增强的气凝胶薄板及其制备方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种无机纤维增强的气凝胶薄板及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的现有市场上的气凝胶隔热板防火耐烧时间短的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种无机纤维增强的气凝胶薄板，其特征在于:气凝胶薄板为无机纤维和气凝胶的组合物。

4、作为对本发明的进一步改进，所述的气凝胶为无机气凝胶，优选二氧化硅气凝胶。

5、作为对本发明的进一步改进，所述的无机纤维，包括玻璃纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维中的一种。

6、作为对本发明的进一步改进，所述的无机纤维的纤维基材的密度为100-160kg/m3，优选120-130kg/m3。

7、作为对本发明的进一步改进，所述气凝胶薄板燃烧总热值不大于2.0mj/kg，燃烧等级为a1级。

8、作为对本发明的进一步改进，所述气凝胶薄板25℃导热系数可低至0.015；1000℃导热系数低于0.130w/(m·k)。

9、作为对本发明的进一步改进，所述气凝胶薄板平均厚度小于5mm且厚度变化可低至5％或更小。

10、作为对本发明的进一步改进，所述气凝胶薄板耐温最高可达1200℃。

11、作为对本发明的进一步改进，所述气凝胶薄板体积密度为220-350kg/m3。

12、一种无机纤维增强的气凝胶薄板的制备方法，其特征在于包括以下步骤:

13、(1)通过溶胶浸渍、加压复合、原位凝胶的方法制备大厚度的纤维增强凝胶复合块材；

14、(2)大厚度的纤维增强凝胶复合块材脱模后，凝胶复合材料采用超临界乙醇干燥方法获得大厚度的气凝胶复合块材；

15、(3)对大厚度的气凝胶复合块材进行机械加工和剖片，即得本发明所述气凝胶薄板。

16、作为对本发明的进一步改进，步骤(1)中所述大厚度是指厚度25-200mm。

17、作为对本发明的进一步改进，步骤(1)中的加压复合，加压过程使纤维厚度压缩10-30％。

18、作为对本发明的进一步改进，步骤(2)中所述乙醇超临界干燥，干燥温度250-270℃，干燥压力8.5-10.0mpa，保温时间60-240min。

19、作为对本发明的进一步改进，步骤(3)中机械剖片是指采用带锯、线锯等方式进行,带锯或者线锯锯厚低于0.8mm。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、本发明采用大厚度的无机纤维为基材，区别于纤维纸类类基材，无机纤维基中不含有机胶类等物质，制得的气凝胶薄板中基本不含有机物，燃烧热值低于2.0mj/kg，燃烧等级达到a1级；使用过程中不存在闷烧、冒烟、变色等现象；

22、本发明通过制备气凝胶厚板，进而通过机械加工的方法制备气凝胶薄板，此方法对纤维基材厚度的依赖性低，可快速制备成任意厚度的气凝胶薄板，厚度及加工精度可控；

23、本发明采用超临界乙醇干燥技术制备气凝胶，通过控制干燥温度和压力以及恒温恒压时间，气凝胶复合块材的厚度最高可达200mm；干燥过程基本上不受厚度的限制，获得的气凝胶材料强度高，回弹率高。

技术特征：

1.一种无机纤维增强的气凝胶薄板，其特征在于:气凝胶薄板为无机纤维和气凝胶的组合物。

2.根据权利要求1所述的一种无机纤维增强的气凝胶薄板,其特征在于：所述的气凝胶为无机气凝胶。

3.根据权利要求2所述的一种无机纤维增强的气凝胶薄板,其特征在于：所述的无机纤维，包括玻璃纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维中的一种。

4.根据权利要求3所述的一种无机纤维增强的气凝胶薄板,其特征在于：所述的无机纤维的纤维基材的密度为100-160kg/m3。

5.根据权利要求4所述的一种无机纤维增强的气凝胶薄板,其特征在于：所述气凝胶薄板燃烧总热值不大于2.0mj/kg，燃烧等级为a1级。

6.根据权利要求5所述的一种无机纤维增强的气凝胶薄板,其特征在于：所述气凝胶薄板25℃导热系数可低至0.015；所述气凝胶薄板1000℃导热系数低于0.130w/(m·k)。

7.根据权利要求6所述的一种无机纤维增强的气凝胶薄板,其特征在于：所述气凝胶薄板平均厚度小于5mm且厚度变化可低至5％或更小。

8.根据权利要求7所述的一种无机纤维增强的气凝胶薄板,其特征在于：所述气凝胶薄板耐温最高可达1200℃。

9.根据权利要求8所述的一种无机纤维增强的气凝胶薄板,其特征在于：所述气凝胶薄板体积密度为220-350kg/m3。

10.权利要求1-9任意项所述一种无机纤维增强的气凝胶薄板的制备方法，其特征在于包括以下步骤:

11.根据权利要求10所述的一种无机纤维增强的气凝胶薄板的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述大厚度是指厚度25-200mm。

12.根据权利要求11所述的一种无机纤维增强的气凝胶薄板的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的加压复合，加压过程使纤维厚度压缩10-30％。

13.根据权利要求12所述的一种无机纤维增强的气凝胶薄板的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述乙醇超临界干燥，干燥温度250-270℃，干燥压力8.5-10.0mpa，保温时间60-240min。

14.根据权利要求13所述的一种无机纤维增强的气凝胶薄板的制备方法，其特征在于：步骤(3)中机械剖片是指采用带锯、线锯等方式进行。带锯或者线锯锯厚低于0.8mm。

技术总结本发明涉及绝热材料技术领域，具体涉及一种无机纤维增强的气凝胶薄板及其制备方法，气凝胶薄板为无机纤维和气凝胶的组合物，解决气凝胶薄板防火耐烧时间短的问题；气凝胶通过溶胶浸渍、加压复合、原位凝胶的方法制备大厚度的纤维增强凝胶复合块材；脱模后，凝胶复合材料采用超临界乙醇干燥方法获得大厚度的气凝胶复合块材；对大厚度的气凝胶复合块材进行机械加工和剖片，即得本发明所述气凝胶薄板；本发明采用大厚度的无机纤维为基材，区别于纤维纸类类基材，无机纤维基中不含有机胶类等物质，制得的气凝胶薄板中基本不含有机物，燃烧热值低于2.0MJ/kg，燃烧等级达到A1级；使用过程中不存在闷烧、冒烟、变色等现象。技术研发人员：陈勇,谢江,段正基,付彬,廖明欣受保护的技术使用者：江苏汉信天诚新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/16