專利名稱：一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰電池生產(chǎn)制造領(lǐng)域，具體是一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
電池是電動(dòng)汽車的心臟，電池的比能量(wh/kg)決定了電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，其比功率(w/Kg)則影響了電動(dòng)汽車 的最高車速、加速性能及爬坡能力。鋰電池有著幾十年的發(fā)展歷程，技術(shù)較為成熟，比功率也較大，循環(huán)壽命可達(dá)800-1000次左右，且成本較低，因此，鋰電池是目前電動(dòng)汽車使用最為廣泛的電池。目前，鋰電池按照外殼分類主要包括有鋼殼、鋁殼、軟包裝和塑殼幾大類。塑殼電池，比較適合大型電動(dòng)工具使用，電池的容量可以根據(jù)需要進(jìn)行任意設(shè)計(jì)，電池的應(yīng)用前景非常廣泛，目前在電池汽車和電動(dòng)摩托車上的應(yīng)用具有極大的優(yōu)勢(shì)。但是其研究起點(diǎn)相對(duì)較晚一點(diǎn)，目前市場(chǎng)上多采用以聚丙烯(PP)為基材的塑殼。雖然塑殼電池給電池容量設(shè)計(jì)和推廣應(yīng)用帶來極大的便利，但由于塑殼的熱傳導(dǎo)性相對(duì)較差，對(duì)于在充放過程中會(huì)有一定熱量產(chǎn)生，加上在車載充放電時(shí)，電池的環(huán)境相對(duì)復(fù)雜。雖然不會(huì)導(dǎo)致電池的安全出現(xiàn)大的問題，但畢竟存在一定的安全隱患?，F(xiàn)在的解決思路主要以結(jié)構(gòu)改進(jìn)為主，使得電池在充放電時(shí)產(chǎn)生的熱量能夠及時(shí)的散發(fā)出去，很少有以外殼材料本身的改進(jìn)為出發(fā)點(diǎn)來改進(jìn)鋰電池的散熱性。目前對(duì)阻燃聚丙烯材料用于鋰電池包外殼的專利也有諸多報(bào)道，但是仍存在阻燃效果不理想，阻燃后材料力學(xué)性能降低較多等問題，限制了玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料在該領(lǐng)域的應(yīng)用。中國專利CN101656304A提出一種無鹵膨脹型阻燃蓄電池外殼料，該專利主要以聚丙烯為基料，加入適量的阻燃劑，再添加增韌劑、潤滑劑和抗氧劑構(gòu)成，該專利發(fā)明材料燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生明顯的煙霧和有毒氣體，具有良好的阻燃性能和一定的機(jī)械性能，但是由于僅用聚烯烴彈性體作為增韌劑，采用該發(fā)明制備的材料在剛性方面比較低，尤其在耐熱方面還有待提高，長期使用容易發(fā)生變形，從而影響其使用。中國專利CN 102453280 A公開了一種基于聚丙烯材料的動(dòng)力電池外殼阻燃材料及其制備方法，該材料包括有:聚丙烯基材、2% -8%的阻燃劑和8% -35%的玻璃纖維組成。該方法為:以聚丙烯為主要基材，在注塑的過程中加入8% -35%的玻璃纖維和2% -8%的阻燃劑，熔化后攪拌均勻，再在一定的溫度下，按照工藝將攪拌均勻的混合物注入模具加工成型。該發(fā)明制備的材料由于有玻纖的加入，材料的剛性明顯提高，但是因?yàn)椴＠w直接加入到雙螺桿擠出機(jī)中，在雙螺桿的剪切作用下，纖維長度僅有0.3mm左右，在增加剛性的同時(shí)沖擊韌性較低，尤其是低溫韌性更低，對(duì)在寒冷地區(qū)的使用的汽車電池包有較大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料及其制備方法，通過改變電池外殼材料的成分降低電池外殼的燃點(diǎn)，來解決由于電池產(chǎn)生的熱量引起的安全隱患問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料，是由以下重量份數(shù)的組分制備而成:聚丙烯:30-50份、連續(xù)玻璃纖維:25-40份、偶聯(lián)劑:0.1-0.5份、主抗氧劑:0.01-0.1份、輔助抗氧劑:0.01-0.1份、潤滑劑:0.5-1份、相容劑:3.5-4.2份、復(fù)合阻燃劑:20-28份和黑母粒:0.5-1份。所述的聚丙烯為高熔指嵌段共聚聚丙烯，其共聚單體為乙烯，乙烯基含量為2-4mol%，高熔指嵌段共聚聚丙烯的熔體流動(dòng)速率在測(cè)試條件為溫度230°C、載荷2.16Kg的情況下，為 100-130g/10min。所述的連續(xù)玻璃纖維選用連續(xù)無堿玻璃纖維，纖維直徑為10-22 μ m，線密度為1200_4800tex。所述的偶聯(lián)劑選用Y-氨丙基二乙氧基娃燒或Y _2，3環(huán)氧丙氧-丙基二甲氧基硅烷；所述的主抗氧劑選用四[甲基(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、β- (3,5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯或N，N’ -雙-(3-(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺；所述的輔助抗氧劑選用三[2.4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯或二亞磷酸季戊四醇二硬脂醇酯；所述的潤滑劑選用乙撐雙硬脂酰胺、硬脂酸鈣、聚乙烯蠟和季戊四醇硬脂酸脂中的一種或者兩種以上的混合。
`
其中，所述的偶聯(lián)劑可優(yōu)選Y-氨丙基三乙氧基硅烷；所述的主抗氧劑可優(yōu)選四[甲基(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯；所述的輔助抗氧劑可優(yōu)選二亞磷酸季戊四醇二硬脂醇酯；所述的潤滑劑可優(yōu)選乙撐雙硬脂酰胺。所述的相容劑為馬來酸酐接枝聚丙烯，密度為0.89-0.91g/cm3,熔點(diǎn)為160-180°C，熔體流動(dòng)速率為60-120g/10min，馬來酸酐的接枝率為0.8-1.2%。所述的復(fù)合阻燃劑為十溴二苯乙烷和三氧化二銻的混合物，二者重量份比為3:1。所述的黑母粒選用炭黑母粒，其中樹脂基體為乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，炭黑含量為50%。所述的馬來酸酐接枝聚丙烯的熔體流動(dòng)速率為90_110g/10min。一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)、將聚丙烯:30-50份、偶聯(lián)劑:0.1-0.5份，主抗氧劑:0.01-0.1份，輔助抗氧劑:0.01-0.1份，潤滑劑:0.5-1份，相容劑:3.5-4.2份，復(fù)合阻燃劑:20-28份，黑母粒:0.5-1份依次加入到高混機(jī)中得熔融的聚丙烯混合樹脂，高混機(jī)的混料溫度控制為40-60°C，混料時(shí)間為3-5分鐘，然后將上述熔融的聚丙烯混合樹脂加到擠出機(jī)的料斗中備用；
(2)、將熔融的聚丙烯混合樹脂擠入到與擠出機(jī)機(jī)頭相連接的浸潰設(shè)備中，然后將25-40份連續(xù)玻璃纖維通過牽引機(jī)引入到浸潰設(shè)備然后與熔融的混合物料進(jìn)行浸潰分散，然后浸潰后的半成品經(jīng)切粒機(jī)切割，制備得到基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料。
所述的擠出機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)，其螺桿直徑為20-65mm，螺桿的長徑比為40:1，混合熔融溫度為160-230°C ;所述的浸潰設(shè)備的設(shè)定溫度為220-230°C ;所述的連續(xù)玻璃纖維在復(fù)合材料中的含量由定型口模的尺寸來調(diào)整，定型口模的尺寸為2.5-4.0mm。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
1、本發(fā)明采用連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯樹脂，粒子的切粒長度在ll-13mm，粒徑為2.5-4.0mm，粒子中纖維在樹脂中沿切粒方向有序排列，纖維長度與粒子等長，此材料同時(shí)具備優(yōu)異的剛性、沖擊韌性和良好的耐熱溫度，特別是具有優(yōu)異的低溫沖擊性能；
2、本發(fā)明采用連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯，通過浸潰設(shè)備對(duì)連續(xù)玻璃纖維進(jìn)行均勻分散，完全浸潰，提高了玻璃纖維與聚丙烯的界面作用，保證了玻璃纖維的有效長度，從而大大提高了該材料的剛度以及材料的抗沖擊性能；
3、本發(fā)明采用復(fù)合阻燃劑，使制得的鋰電池外殼具有優(yōu)異的阻燃性能，保證其使用過程中的安全性；
4、本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、操作簡單、實(shí)用性強(qiáng)，產(chǎn)品為具有一定長度的粒料(粒長:ll-13mm，直徑:2.5-4.0mm)，干燥處理后可以直接注塑成型，生產(chǎn)效率高，且制件使用后經(jīng)過粉碎處理還可以回收利用，不污染環(huán)境。
具體實(shí)施例方式材料的注塑和測(cè)試:
將制得的鋰電池外殼阻燃材料注塑成ASTM標(biāo)準(zhǔn)樣條，進(jìn)行如下性能的測(cè)試(見表1)，其測(cè)試結(jié)果如表2所示。注塑樣條進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié):調(diào)節(jié)溫度:23°C、濕度:50%;調(diào)節(jié)時(shí)間:16h ；
表I 材料測(cè)試項(xiàng)目以及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
權(quán)利要求
1.一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料，其特征在于:是由以下重量份數(shù)的組分制備而成:聚丙烯:30-50份、連續(xù)玻璃纖維:25-40份、偶聯(lián)劑:0.1-0.5份、主抗氧劑:0.01-0.1份、輔助抗氧劑:0.01-0.1份、潤滑劑:0.5-1份、相容劑:3.5-4.2份、復(fù)合阻燃劑:20-28份和黑母粒:0.5-1份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料，其特征在于:所述的聚丙烯為高熔指嵌段共聚聚丙烯，其共聚單體為乙烯，乙烯基含量為2-4mol%，高熔指嵌段共聚聚丙烯的熔體流動(dòng)速率在測(cè)試條件為溫度230°C、載荷2.16Kg的情況下，為 100-130g/10min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料，其特征在于:所述的連續(xù)玻璃纖維選用連續(xù)無堿玻璃纖維，纖維直徑為10-22 μ m，線密度為1200_4800tex。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料，其特征在于:所述的偶聯(lián)劑選用Y-氨丙基二乙氧基娃燒或Y _2，3環(huán)氧丙氧-丙基二甲氧基娃烷；所述的主抗氧劑選用四[甲基(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯或N，N’-雙-(3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺；所述的輔助抗氧劑選用三[2.4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯或二亞磷酸季戊四醇二硬脂醇酯；所述的潤滑劑選用乙撐雙硬脂酰胺、硬脂酸鈣、聚乙烯蠟和季戊四醇硬脂酸脂中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料，其特征在于:所述的相容劑為馬來酸酐接枝聚丙烯，密度為0.89-0.91g/cm3，熔點(diǎn)為160_180°C，熔體流動(dòng)速率為60-120g/10min，馬來酸酐的接枝率為0.8-1.2%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料，其特征在于:所述的復(fù)合阻燃劑為十溴二苯乙烷和三氧化二銻的混合物，二者重量份比為3:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料，其特征在于:所述的黑母粒選用炭黑母粒，其中樹脂基體為乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，炭黑含量為50%。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料，其特征在于:所述的馬來酸酐接枝聚丙烯的熔體流動(dòng)速率為90-110g/10min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)、將聚丙烯:30-50份、偶聯(lián)劑:0.1-0.5份，主抗氧劑:0.01-0.1份，輔助抗氧劑:0.01-0.1份，潤滑劑:0.5-1份，相容劑:3.5-4.2份，復(fù)合阻燃劑:20-28份，黑母粒:0.5-1份依次加入到高混機(jī)中得熔融的聚丙烯混合樹脂，高混機(jī)的混料溫度控制為40-60°C，混料時(shí)間為3-5分鐘，然后將上述熔融的聚丙烯混合樹脂加到擠出機(jī)的料斗中備用； (2)、將熔融的聚丙烯混合樹脂擠入到與擠出機(jī)機(jī)頭相連接的浸潰設(shè)備中，然后將25-40份連續(xù)玻璃纖維通過牽引機(jī)引入到浸潰設(shè)備然后與熔融的混合物料進(jìn)行浸潰分散，然后浸潰后的半成品經(jīng)切粒機(jī)切割，制備得到基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料的制備方法，其特征在于:所述的擠出機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)，其螺桿直徑為20-65mm，螺桿的長徑比 為40:1，混合熔融溫度為160-230°C ;所述的浸潰設(shè)備的設(shè)定溫度為220_230°C ;所述的連續(xù)玻璃纖維在復(fù)合材料中的含量由定型口模的尺寸來調(diào)整，定型口模的尺寸為2.5-4.0mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于長玻纖增強(qiáng)聚丙烯的鋰電池外殼阻燃材料及其制備方法，鋰電池外殼阻燃材料是由以下重量份數(shù)的組分制備而成聚丙烯、連續(xù)玻璃纖維、偶聯(lián)劑、主抗氧劑、輔助抗氧劑、潤滑劑、相容劑、復(fù)合阻燃劑和黑母粒。制備方法是將除連續(xù)玻纖以外的上述組分置入高混機(jī)內(nèi)混合均勻后進(jìn)入擠出機(jī)，然后擠出機(jī)將上述物料熔融擠出到浸漬設(shè)備中，同時(shí)連續(xù)玻纖進(jìn)入到浸漬設(shè)備與熔融物料進(jìn)行分散浸漬，最后從浸漬設(shè)備的定型口模拉出、冷卻、吹干、切粒即得成品。本發(fā)明具有更優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性，并且在明火下不容易燃燒，可以有效降低電池燃燒事故的發(fā)生，且保證了外殼具有很好的可塑性和耐壓強(qiáng)度。
文檔編號(hào)C08K3/22GK103113706SQ20131005378
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者楊桂生, 蔣超杰 申請(qǐng)人:合肥杰事杰新材料股份有限公司