本發(fā)明涉及一種發(fā)泡水泥的原料組合物、發(fā)泡水泥及制備方法、應(yīng)用、電池。

背景技術(shù)：

1、新能源汽車(chē)電池包以及儲(chǔ)能電站箱體內(nèi)，大量使用鋰離子電池，由于其不穩(wěn)定性導(dǎo)致電池包具有起火爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。尤其是當(dāng)電芯被擠壓，過(guò)充，短路或者被熱源侵襲的時(shí)候，電芯非常容易起火，而火焰?zhèn)鲗?dǎo)給相鄰電芯時(shí)，很容易產(chǎn)生電芯之間的殉爆殉燃，當(dāng)大量電芯被點(diǎn)燃的時(shí)候，電池包就會(huì)發(fā)生起火爆炸的現(xiàn)象。

2、目前，新能源汽車(chē)電池包會(huì)鋪設(shè)片材，如氣凝膠墊、高分子防火涂層、高硅氧棉氈、云母板、超細(xì)玻璃棉等，用于隔絕熱量擴(kuò)散和控制火勢(shì)走向。雖然現(xiàn)有技術(shù)可以在一定程度上隔絕熱量擴(kuò)散和控制火勢(shì)走向，但是仍然存在較多不足，比如大幅增加電池的重量和成本等。尤其重要的是，這些方式都是簡(jiǎn)單地爭(zhēng)取一定程度上對(duì)火焰和熱傳導(dǎo)的延緩，而沒(méi)有抑制火焰以及溫度的傳導(dǎo)，導(dǎo)致阻火時(shí)間短，骨架結(jié)構(gòu)燃燒坍塌后火勢(shì)迅速蔓延。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中新能源汽車(chē)電池包中的片材無(wú)法兼具力學(xué)強(qiáng)度和阻燃、隔熱耐火性能，且成本較高的缺陷，而提供了一種發(fā)泡水泥的原料組合物、發(fā)泡水泥及制備方法、應(yīng)用、電池。由本發(fā)明的發(fā)泡水泥的原料組合物制得的發(fā)泡水泥在具有優(yōu)異的阻燃、隔熱耐火性能的同時(shí)，還能保證較佳的力學(xué)強(qiáng)度、較低的生產(chǎn)成本。

2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題。

3、本發(fā)明提供了一種發(fā)泡水泥的原料組合物，其包括如下質(zhì)量份數(shù)的組分：

4、水泥65份-98份、發(fā)泡劑0.01份-25份、速凝劑0.5份-6份和減水劑0.5份-4份；

5、所述發(fā)泡劑包括硫酸亞鐵、雙氧水和十二烷基硫酸鈉中的一種或多種。

6、本發(fā)明中，所述水泥可為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥和氯氧鎂水泥等水泥中的一種或多種，例如普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥。所述硅酸鹽水泥是指凡以硅酸鈣為主的硅酸鹽水泥熟料，5％以下的石灰石或粒化高爐礦渣，適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，國(guó)際上統(tǒng)稱為波特蘭水泥。所述普通硅酸鹽水泥是指由硅酸鹽水泥熟料、5％-20％的混合材料及適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。所述復(fù)合硅酸鹽水泥是指由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。所述硫鋁酸鹽水泥是指以適當(dāng)成分的生料，經(jīng)煅燒所得以無(wú)水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物成分的熟料摻加不同量的石灰石、適量石膏共同磨細(xì)制成，具有水硬性的膠凝材料。所述氯氧鎂水泥是指用煅燒菱鎂礦石所得的輕燒粉或低溫煅燒白云石所得的灰粉(主要成分為mgo)為膠結(jié)劑，以六水氯化鎂(mgcl2·6h2o)等水溶性鎂鹽為調(diào)和劑，再加入水所形成的水泥硬化體。

7、其中，所述普通硅酸鹽水泥的抗壓強(qiáng)度較佳地為50mpa-60mpa，例如52.5mpa。所述普通硅酸鹽水泥的型號(hào)較佳地為po52.5。所述硅酸鹽水泥的抗壓強(qiáng)度較佳地為50mpa-60mpa，例如52.5mpa。所述硅酸鹽水泥的型號(hào)較佳地為pi52.5。所述抗壓強(qiáng)度是指采用gb/t17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(iso法)》規(guī)定的方法來(lái)測(cè)試的，具體方法為：將水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂和水按質(zhì)量比為1：3.0：0.5混合，制成40mm×40mm×160mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下(20±1攝氏度、相對(duì)濕度為90％以上的空氣中)養(yǎng)護(hù)至28天，測(cè)定其抗壓強(qiáng)度。

8、本發(fā)明中，所述水泥的質(zhì)量份數(shù)較佳地為80份-95份，例如85份、86份或90份。

9、本發(fā)明中，所述發(fā)泡劑較佳地為硫酸亞鐵和雙氧水，或，十二烷基硫酸鈉。

10、其中，當(dāng)所述發(fā)泡劑為硫酸亞鐵和雙氧水時(shí)，所述硫酸亞鐵和所述雙氧水的質(zhì)量比較佳地為1：(1-5)，例如1:3。

11、本發(fā)明中，所述發(fā)泡劑的質(zhì)量份數(shù)較佳地為3份-10份，例如4份、8份或9份。

12、本發(fā)明中，所述速凝劑一般表示摻入混凝土中能使混凝土迅速凝結(jié)硬化的外加劑。所述速凝劑可為硫酸鋁水溶液、鋁酸鈉、鋁酸鉀、硅酸鈉、硅酸鉀或其它市售速凝劑任意一種，例如硅酸鉀。

13、本發(fā)明中，所述速凝劑的質(zhì)量份數(shù)較佳地為0.5份-1.5份，例如1份。

14、本發(fā)明中，所述減水劑一般表示在維持混凝土坍落度基本不變的條件下，能減少拌合用水量的混凝土外加劑。所述減水劑可為本領(lǐng)域常規(guī)，較佳地為聚羧酸減水劑、萘系減水劑或其他市售減水劑的一種或多種，例如聚羧酸減水劑。所述減水劑可為液體或粉體。

15、本發(fā)明中，所述減水劑的質(zhì)量份數(shù)較佳地為0.5份-1.5份，例如0.8份。

16、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的原料組合物較佳地還包括增強(qiáng)樹(shù)脂。所述增強(qiáng)樹(shù)脂的質(zhì)量份數(shù)較佳地為0份-10份，例如8份。

17、其中，所述增強(qiáng)樹(shù)脂可為水性丙烯酸樹(shù)脂、水性聚酯樹(shù)脂、水性聚氨酯樹(shù)脂和水性環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或多種，例如水性丙烯酸樹(shù)脂。所述水性丙烯酸樹(shù)脂的型號(hào)較佳地為w118-45。

18、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的原料組合物較佳地還包括固化劑。所述固化劑的質(zhì)量份數(shù)較佳地為0份-10份，例如2份。

19、其中，所述固化劑可為氮丙啶固化劑、異氰酸酯固化劑、萬(wàn)華異氰酸酯和環(huán)氧固化劑中的一種或多種，例如異氰酸酯固化劑。

20、所述氮丙啶固化劑較佳地為dsm?crosslinker?cx?100。所述異氰酸酯固化劑較佳地為converstro?bayhydur?xp?2655或aquolin?270。所述環(huán)氧固化劑較佳地為cardolitenx-8502、nx8101、nx8401、nx8402、nx-8501和nx-8502中的一種或多種。

21、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的原料組合物較佳地還包括固化劑。所述摻合料的質(zhì)量份數(shù)較佳地為1份-50份，更佳地為5份-15份，例如10份。

22、其中，所述摻合料可為本領(lǐng)域常規(guī)，較佳地為生石灰、石膏、粉煤灰、硅灰和金剛砂中的一種或多種，例如粉煤灰或金剛砂。

23、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的原料組合物較佳地還包括堿激發(fā)劑。所述堿激發(fā)劑的質(zhì)量份數(shù)較佳地為0份-5份，更佳地為2份-4.5份，例如4.2份。

24、其中，所述堿激發(fā)劑可為氫氧化鈉、氫氧化鈣、水玻璃等堿性激發(fā)劑的任意一種，例如水玻璃或氫氧化鈣。

25、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的原料組合物中較佳地還包括增強(qiáng)纖維。所述增強(qiáng)纖維是指結(jié)構(gòu)材料使用的玻璃鋼及其它復(fù)合材料，是一種常用纖維狀增強(qiáng)材料，按其化學(xué)組成可分為無(wú)機(jī)纖維和有機(jī)纖維兩大類。所述增強(qiáng)纖維的質(zhì)量份數(shù)可為10份-60份，例如40份。

26、其中，所述增強(qiáng)纖維的種類可為本領(lǐng)域常規(guī)，較佳地包括玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維等纖維中的一種或任意一種組合。

27、其中，所述增強(qiáng)纖維的長(zhǎng)度可為3mm-25mm，例如3mm、6mm、12mm或25mm。

28、在本發(fā)明一較佳的實(shí)施方式中，所述增強(qiáng)纖維為長(zhǎng)度為3mm的玻璃纖維、長(zhǎng)度為6mm的玻璃纖維、長(zhǎng)度為12mm的玻璃纖維和長(zhǎng)度為20mm的玻璃纖維。所述長(zhǎng)度為3mm的玻璃纖維、所述長(zhǎng)度為6mm的玻璃纖維、所述長(zhǎng)度為12mm的玻璃纖維和所述長(zhǎng)度為20mm的玻璃纖維的質(zhì)量比可為15:10:10:5。

29、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的原料組合物較佳地不包括分散劑。所述分散劑可為常規(guī)的起到分散作用的物質(zhì)。

30、在一較佳實(shí)施例中，所述發(fā)泡水泥的原料組合物包括如下重量份數(shù)的組分：85份水泥，4.2份堿激發(fā)劑，1份速凝劑，0.8份減水劑，9份發(fā)泡劑，10份摻合料，8份增強(qiáng)樹(shù)脂，4份固化劑，40份增強(qiáng)纖維。

31、本發(fā)明還提供了一種發(fā)泡水泥的制備方法，其包括如下步驟：將如前所述的發(fā)泡水泥的原料組合物和水混合，經(jīng)發(fā)泡成型、涂裝工藝制得。

32、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的原料組合物與所述水的質(zhì)量比可為(0.8-2.0)：1，例如1.1:1、1.2:1、1.22:1或1.33:1。

33、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的制備方法較佳地包括下述步驟：先將所述水泥、所述摻合料和所述發(fā)泡劑預(yù)先混合均勻，再加入剩余原料，攪拌均勻，制得。

34、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的制備方法更佳地包括以下步驟：

35、其中，當(dāng)所述發(fā)泡水泥為單層結(jié)構(gòu)時(shí)，將如前所述的發(fā)泡水泥的原料組合物和水混合，得水泥漿體；將所述水泥漿體澆注于模具中，靜置發(fā)泡成型、涂裝，即可。

36、其中，當(dāng)所述發(fā)泡水泥為多層結(jié)構(gòu)時(shí)，將如前所述的發(fā)泡水泥的原料組合物和水混合，得水泥漿體；將所述水泥漿體澆注于模具中，靜置發(fā)泡成型、涂裝，即得單層結(jié)構(gòu)發(fā)泡水泥，再在如前所述的單層結(jié)構(gòu)發(fā)泡水泥表面繼續(xù)將所述水泥漿體澆注于模具中，靜置發(fā)泡成型、涂裝，依次循環(huán)上述步驟，即可。

37、所述混合的過(guò)程中一般還進(jìn)行攪拌。所述攪拌一般在攪拌機(jī)中進(jìn)行。所述攪拌的轉(zhuǎn)速可為100rpm-1000rpm，例如500rpm。所述攪拌的時(shí)間可為5min-30min，例如10min。

38、所述澆注的流量可為1kg/min-3kg/min，例如2kg/min。

39、所述靜置的時(shí)間可為2h-24h，例如12h。

40、本發(fā)明中，所述涂裝之后，當(dāng)所述發(fā)泡水泥可達(dá)到可脫模強(qiáng)度時(shí)，可將所述發(fā)泡水泥脫模取出。所述可脫模強(qiáng)度一般指巴氏硬度>10。

41、本發(fā)明中，所述涂裝可為采用涂料浸涂或噴涂。所述涂裝后，涂料的厚度可為20μm-200μm，例如25μm。

42、其中，所述涂料包括水性漆、溶劑型涂料及光固化涂料。所述水性漆較佳地為購(gòu)于阿克蘇諾貝爾的interchar?1120hfa120、購(gòu)于ppg的steelguard?651或購(gòu)于大連義邦科技有限公司的cyb21-gg180。所述溶劑型涂料較佳地為購(gòu)于常州華科聚合物股份有限公司的阻燃涂料hs-lf系列及配套固化劑(過(guò)氧化物)或購(gòu)于阿克蘇諾貝爾的interchar1983hfa198。所述光固化涂料較佳地為購(gòu)于南雄科田化工有限公司的5640、2606、3620或3910。

43、其中，所述浸涂的條件可為本領(lǐng)域常規(guī)，例如包括下述步驟：在5℃-40℃下，將所述發(fā)泡水泥在涂料中浸泡5s-30s，干燥，即可。

44、所述干燥的溫度可為5℃-40℃，例如30℃。所述干燥的時(shí)間可為5s-2h，例如1h。

45、其中，所述噴涂的條件可為本領(lǐng)域常規(guī)，例如包括下述步驟：在5℃-40℃下，在所述發(fā)泡水泥板表面噴涂涂料，干燥，即可。

46、所述干燥的溫度可為5℃-40℃。所述干燥的時(shí)間可為5s-2h。

47、其中，當(dāng)所述涂料為所述光固化涂料時(shí)，所述浸涂或所述噴涂時(shí)一般在光固化光源下進(jìn)行。所述光固化光源較佳地為紫外線燈或者led燈。所述光固化光源的光照強(qiáng)度可為200mj/cm2-1000mj/cm2。

48、本發(fā)明還提供了一種發(fā)泡水泥，其采用如前所述的制備方法制得。

49、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥可為單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。

50、其中，當(dāng)所述發(fā)泡水泥為單層結(jié)構(gòu)時(shí)，所述單層結(jié)構(gòu)為平板型。所述發(fā)泡水泥的密度可為200kg/m3-1000kg/m3。

51、其中，當(dāng)所述發(fā)泡水泥為多層結(jié)構(gòu)時(shí)，所述多層結(jié)構(gòu)的層數(shù)至少為兩層。所述發(fā)泡水泥的平均密度可為220kg/m3-900kg/m3。

52、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的厚度可為0.2mm-3mm，例如0.5mm、1mm或2mm。

53、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的導(dǎo)熱系數(shù)可為≤0.06w/(m·k)，較佳地為0.01-0.06w/(m·k)。

54、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的抗壓強(qiáng)度可為0.5mpa-11mpa。

55、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的耐火溫度可為≤1300℃。

56、本發(fā)明還提供了一種發(fā)泡水泥，其組分包括水泥、速凝劑和減水劑，其孔隙率為40％-71％，平均孔徑為200μm-350μm。

57、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的組分較佳地還包括增強(qiáng)樹(shù)脂、固化劑、堿激發(fā)劑和增強(qiáng)纖維中的一種或多種，例如增強(qiáng)樹(shù)脂、固化劑、堿激發(fā)劑和增強(qiáng)纖維。所述增強(qiáng)樹(shù)脂、固化劑、堿激發(fā)劑和增強(qiáng)纖維的種類和比例可如前所述。

58、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的孔隙率較佳地為40.5％-70.5％，例如40.9％、41.1％、41.6％、42.2％、43.2％、49.6％、64.2％、66.9％、67.1％、67.2％、68.9％或70.3％，更佳地為45％-67％。

59、本發(fā)明中，所述發(fā)泡水泥的平均孔徑較佳地為205μm-345μm，例如207μm、215μm、216μm、218μm、220μm、235μm、290μm、305μm、313μm、330μm或340μm，更佳地為220μm-330μm。

60、本發(fā)明還提供了一種如前所述的發(fā)泡水泥在電池領(lǐng)域中的應(yīng)用。

61、本發(fā)明還提供了一種電池包，其包括如前所述的發(fā)泡水泥。

62、在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。

63、本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。

64、本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

65、本發(fā)明以水泥為主要膠凝材料，在發(fā)泡劑、速凝劑和減水劑的協(xié)同配合下，制得發(fā)泡水泥。該發(fā)泡水泥在具有較佳的力學(xué)性能的前提下，還具有優(yōu)異的防火、隔熱、阻隔等作用，其抗壓強(qiáng)度可為5.0mpa-7.4mpa，導(dǎo)熱系數(shù)可為0.023w/(m·k)-0.059w/(m·k)，可在1300℃下至少燃燒7min，將其應(yīng)用在電池領(lǐng)域中可控制電池起火或燃爆范圍及降低危害。