CN111900273A - 一种散热防水复合锂离子电池外壳材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池壳体材料制备技术领域，具体公开了一种散热防水复合锂离子电池外壳材料及其制备方法。所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料，包含如下重量份的原料组分：聚丙烯60～80份；聚偏氟乙烯10～20份；聚乙烯10～20份；改性碳纳米管5～10份；润滑剂3～5份。本发明所述的复合锂离子电池外壳材料具备良好的绝缘性、耐腐蚀性以及导热性能，同时还具有良好的防水性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池壳体材料制备技术领域，具体涉及一种散热防水复合锂离子电池外壳材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。近年来，锂离子电池的应用范围越来越广泛，电动自行车、电动摩托车、电动汽车等逐步广泛采用锂离子电池。随着锂离子电池的广泛应用，对锂离子电池壳体材料的需求也逐渐增大。
常用的锂离子壳体材料主要有钢质外壳材料、铝质外壳材料以及铝塑外壳材料。但上述均为金属材料的壳体，如外壳材料绝缘处理控制不好，容易造成锂离子电池壳体短路，存在触电和自燃风险。正因为如此，塑料材料的锂离子电池外壳材料应运而生。塑料锂离子电池壳体材料虽然具有很好的绝缘性，但还必须满足耐腐蚀性能和导热性能；因此，一般的塑料也无法用于制备锂离子电池壳体材料。
中国专利CN 102558654A公开了一种用于制备锂离子电池外壳的复合塑料，其由聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯为塑料基体，加入导热填料等制备而成；其以聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯为塑料基体保证了塑料的绝缘性和耐腐蚀性；同时加入了氧化铝、氮化硼、氮化硅等导热填料，保证了塑料的导热性能；是一款能够满足锂离子电池外壳需求的复合塑料。但是，在实际应用过程中，上述锂离子电池外壳材料的导热性虽然是提高了，但是其防水性能下降，长期使用后会发生电解液的渗漏，外部水分也会进入电池内部。而如何解决在提高复合塑料导热性能的同时还能够保持其防水性能，这是本领域技术人员急需克服的难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为了克服背景技术中提到的复合塑料在提高导热性时防水性能下降的问题，本发明提供了一种散热防水复合锂离子电池外壳材料。所述的锂离子电池外壳材料在提升复合塑料导热性能的同时，不会导致其防水性能下降。
本发明所要解决的上述技术问题，通过如下技术方案予以实现：
一种散热防水复合锂离子电池外壳材料，其包含如下重量份的原料组分：
聚丙烯60～80份；聚偏氟乙烯10～20份；聚乙烯10～20份；改性碳纳米管5～10份；润滑剂3～5份。
优选地，所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料，其包含如下重量份的原料组分：
聚丙烯70～80份；聚偏氟乙烯10～15份；聚乙烯10～15份；改性碳纳米管5～8份；润滑剂3～4份。
最优选地，所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料，其包含如下重量份的原料组分：
聚丙烯75份；聚偏氟乙烯15份；聚乙烯12份；改性碳纳米管8份；润滑剂3份。
优选地，所述的改性碳纳米管为热塑性树脂改性的碳纳米管。
本发明发明人在研究中发现，上述以聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯为塑料基体的复合塑料之所以防水性能变差，是由于加入了氧化铝、氮化硼、氮化硅等导热填料造成的。上述复合塑料随着导热填料的加入，使得锂离子电池外壳材料的防水性能变差，长期使用后会发生电解液的渗漏，外部水分也会进入电池内部。也就说，加入氧化铝、氮化硼、氮化硅等导热填料虽然能改善复合塑料导热性能，但其防水性能相应的下降了。而如何解决在提高复合塑料导热性能的同时还能够保持其防水性能，这是本领域技术人员一直未攻破的技术难题。
基于上述发现，发明人在经大量的实验过程中，惊奇的发现，当采用热塑性树脂改性的碳纳米管来替代氧化铝、氮化硼、氮化硅等导热填料时；可以成功的克服了复合塑料防水性能下降的技术问题。热塑性树脂改性的碳纳米管为具有导热性能优异的导热填料，可以改善复合塑料的导热性能。
进一步优选地，所述的热塑性树脂改性的碳纳米管为聚丙烯改性的碳纳米管或聚苯乙烯改性的碳纳米管。
发明人进一步研究表明，当热塑性树脂改性的碳纳米管选用聚丙烯改性的碳纳米管或聚苯乙烯改性的碳纳米管，在提高复合塑料导热性能的同时能够使得防水性能不降低。
所述的聚丙烯改性的碳纳米管或聚苯乙烯改进的碳纳米管可以采用常规的方法将聚丙烯和聚苯乙烯接枝到碳纳米管上，也可以通过如下方法制备。
优选地，所述的聚丙烯改性的碳纳米管或聚苯乙烯改进的碳纳米管通过如下方法制备得到：
将聚丙烯或聚苯乙烯与碳纳米管混合均匀后，平铺，在惰性气体下进行紫外光照射30～60min。
进一步优选地，聚丙烯或聚苯乙烯与碳纳米管的重量用量比为1～3:1。
进一步优选地，平铺厚度为2～4mm。
进一步优选地，紫外光的波长为210～230nm，功率为20～30mW。
上述散热防水复合锂离子电池外壳材料的制备方法，具体为：将聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、改性碳纳米管以及润滑剂混合均匀后，投入双螺杆挤出机中进行熔融挤出即得所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料。
有益效果：与现有技术相比，本发明复合锂离子电池外壳材料通过加入导热填料热塑性树脂改性的碳纳米管代替现有技术中的氧化铝、氮化硼、氮化硅等导热填料；可以成功的克服了现有技术中的复合塑料防水性能下降的技术问题。本发明所述的复合锂离子电池外壳材料具备现有复合塑料的良好的绝缘性、耐腐蚀性以及导热性能，同时还具有良好的防水性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例并不限定本发明的保护范围。
以下实施例中的聚丙烯选自燕山石化的牌号为K1108的聚丙烯；所述的聚偏氟乙烯选自美国苏威的牌号为1015聚偏氟乙烯；所述的聚乙烯选自大庆石化生产的牌号为2200J的高密度聚乙烯；聚苯乙烯选自中国台湾奇美公司生产的牌号为PG-80的聚苯乙烯；所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，选自深圳市中森领航科技有限公司生产的品名为GT-20Y的多壁碳纳米管(内径：2～5nm，外径8nm，长度10～30μm)。
实施例1散热防水复合锂离子电池外壳材料的制备
原料重量份组成：聚丙烯75份；聚偏氟乙烯15份；聚乙烯12份；聚苯乙烯改性的碳纳米管8份；润滑剂硬脂酸钙3份；
所述的聚苯乙烯改性的碳纳米管通过如下方法制备得到：将聚苯乙烯与多壁碳纳米管按质量比为2:1混合均匀，然后平铺(平铺厚度为4mm)；接着在氮气保护下采用功率为25mW，波长为216nm的紫外光照射20min；再将经第一次紫外光照射的聚苯乙烯与多壁碳纳米管再次混合均匀，平铺，在相同条件下重复紫外光照射2次即得所述的聚苯乙烯改性的碳纳米管。
制备方法：按上述重量份配比称取聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯改性的碳纳米管以及润滑剂硬脂酸钙混合均匀后，投入双螺杆挤出机中进行熔融挤出即得所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料。
实施例2散热防水复合锂离子电池外壳材料的制备
原料重量份组成：聚丙烯60份；聚偏氟乙烯20份；聚乙烯10份；聚苯乙烯改性的碳纳米管10份；润滑剂硬脂酸钙3份；
所述的聚苯乙烯改性的碳纳米管通过如下方法制备得到：将聚苯乙烯与多壁碳纳米管按质量比为2:1混合均匀，然后平铺(平铺厚度为4mm)；接着在氮气保护下采用功率为25mW，波长为216nm的紫外光照射20min后停止照射；再将经第一次聚苯乙烯与多壁碳纳米管再次混合均匀，平铺，在相同条件下重复紫外光照射2次即得所述的聚苯乙烯改性的碳纳米管。
制备方法：按上述重量份配比称取聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯改性的碳纳米管以及润滑剂硬脂酸钙混合均匀后，投入双螺杆挤出机中进行熔融挤出即得所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料。
实施例3散热防水复合锂离子电池外壳材料的制备
原料重量份组成：聚丙烯80份；聚偏氟乙烯10份；聚乙烯20份；聚苯乙烯改性的碳纳米管5份；润滑剂硬脂酸钙5份；
所述的聚苯乙烯改性的碳纳米管通过如下方法制备得到：将聚苯乙烯与多壁碳纳米管按质量比为2:1混合均匀，然后平铺(平铺厚度为4mm)；接着在氮气保护下采用功率为25mW，波长为216nm的紫外光照射20min后停止照射；再将经第一次聚苯乙烯与多壁碳纳米管再次混合均匀，平铺，在相同条件下重复紫外光照射2次即得所述的聚苯乙烯改性的碳纳米管。
制备方法：按上述重量份配比称取聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯改性的碳纳米管以及润滑剂硬脂酸钙混合均匀后，投入双螺杆挤出机中进行熔融挤出即得所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料。
对比例1
原料重量份组成：聚丙烯75份；聚偏氟乙烯15份；聚乙烯12份；润滑剂硬脂酸钙3份；
制备方法：按上述重量份配比称取聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯以及润滑剂硬脂酸钙混合均匀后，投入双螺杆挤出机中进行熔融挤出即得所述的锂离子电池外壳材料。
对比例1与实施例1的区别在于，不加入导热填料制备锂离子电池外壳材料。
对比例2
原料重量份组成：聚丙烯75份；聚偏氟乙烯15份；聚乙烯12份；导热填料8份；润滑剂硬脂酸钙3份；
所述的导热填料的重量份组成为：氮化铝31份、氧化铝1份、氮化硼5份、氮化硅7份、碳化硅11份、氧化铋43份、硅烷偶联剂2份。
制备方法：按上述重量份配比称取聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、导热填料以及润滑剂硬脂酸钙混合均匀后，投入双螺杆挤出机中进行熔融挤出即得锂离子电池外壳材料。
对比例2与实施例1的区别在于，使用氮化铝、氧化铝、氮化硼等组成的导热填料替代本发明的聚苯乙烯改性的碳纳米管。
对比例3散热防水复合锂离子电池外壳材料的制备
原料重量份组成：聚丙烯75份；聚偏氟乙烯15份；聚乙烯12份；多壁碳纳米管8份；润滑剂硬脂酸钙3份；
制备方法：按上述重量份配比称取聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯多壁碳纳米管以及润滑剂硬脂酸钙混合均匀后，投入双螺杆挤出机中进行熔融挤出即得锂离子电池外壳材料。
对比例3与实施例1的区别在于，直接使用多壁碳纳米管作为的导热填料而不用聚苯乙烯改性的碳纳米管作为导热填料。
实验例
采用实施例1～3以及对比例1～3制备得到的锂离子电池外壳材料注塑成一侧壁具有管道接口的长宽高分别为0.3mx0.3mx0.1m的盒体；通过管道接口往盒体中注满水，并施加0.3MPa的压力，保持24h，观察盒体侧壁有无水分渗出，是否透水。具体结果见表1。
表1.材料防水性能测试
| 测试材料 | 是否透水 | |
| 1 | 实施例1锂离子电池外壳材料 | 不透水 |
| 2 | 实施例2锂离子电池外壳材料 | 不透水 |
| 3 | 实施例3锂离子电池外壳材料 | 不透水 |
| 4 | 对比例1锂离子电池外壳材料 | 不透水 |
| 5 | 对比例2锂离子电池外壳材料 | 透水 |
| 6 | 对比例3锂离子电池外壳材料 | 透水 |
由表1对比例1和对比例2可以看出，对比例1制备得到的锂离子电池外壳材料不透水，对比例2制备得到的锂离子电池外壳材料透水；这说明以聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯为塑料基体的复合塑料加入氧化铝、氮化硼、氮化硅等导热填料会使得复合塑料的防水性能下降。
而实施例1～3锂离子电池外壳材料并不透水，这说明，采用本发明热塑性树脂改性的碳纳米管代替氧化铝、氮化硼、氮化硅等导热填料可以克服以聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯为塑料基体的复合塑料加入一般的导热填料后防水性能下降的问题。
此外，对比例3锂离子电池外壳材料直接加入多壁碳纳米管作为导热填料同样会出现透水现象。这说明，必须采用本发明热塑性树脂改性的碳纳米管作为导热填料，才能在改善复合塑料导热性的同时保证复合塑料的防水性能不下降。
Claims (10)
1.一种散热防水复合锂离子电池外壳材料，其特征在于，包含如下重量份的原料组分：
聚丙烯60～80份；聚偏氟乙烯10～20份；聚乙烯10～20份；改性碳纳米管5～10份；润滑剂3～5份。
2.根据权利要求1所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料，其特征在于，包含如下重量份的原料组分：
聚丙烯70～80份；聚偏氟乙烯10～15份；聚乙烯10～15份；改性碳纳米管5～8份；润滑剂3～4份。
3.根据权利要求1所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料，其特征在于，包含如下重量份的原料组分：
聚丙烯75份；聚偏氟乙烯15份；聚乙烯12份；改性碳纳米管8份；润滑剂3份。
4.根据权利要求1所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料，其特征在于，所述的改性碳纳米管为热塑性树脂改性的碳纳米管。
5.根据权利要求4所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料，其特征在于，所述的热塑性树脂改性的碳纳米管为聚丙烯改性的碳纳米管或聚苯乙烯改性的碳纳米管。
6.根据权利要求5所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料，其特征在于，所述的聚丙烯改性的碳纳米管或聚苯乙烯改进的碳纳米管通过如下方法制备得到：
将聚丙烯或聚苯乙烯与碳纳米管混合均匀后，平铺，在惰性气体下进行紫外光照射30～60min。
7.根据权利要求6所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料，其特征在于，聚丙烯或聚苯乙烯与碳纳米管的重量用量比为1～3:1。
8.根据权利要求6所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料，其特征在于，平铺厚度为2～4mm。
9.根据权利要求6所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料，其特征在于，紫外光的波长为210～230nm，功率为20～30mW。
10.权利要求1～9任一项所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料的制备方法，其特征在于，将聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、改性碳纳米管以及润滑剂混合均匀后，投入双螺杆挤出机中进行熔融挤出即得所述的散热防水复合锂离子电池外壳材料。
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