CN103881236A - 一种用于锂电池壳体的聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于锂电池壳体的聚丙烯材料及其制备方法，涉及材料技术领域，本发明通过合理的组份配比及适应的制备方法获取了力学性能优越的材料，本发明具有耐腐蚀、耐高低温性能好、焊接性、阻燃性、阻隔性均能达到锂电池壳体的要求的PP复合材料，本发明应用安全可靠，适用于汽车、建筑材料、家用电器、办公用品等领域，进一步，本发明具有拓展应用，对于民用船体、航空座椅、农机领域本发明同样适用。

Description

一种用于锂电池壳体的聚丙烯材料及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种聚丙烯材料及其制备方法，具体涉及一种用于锂电池壳体的聚丙烯材料及其制备方法。
【背景技术】
已知的，锂电池是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的最基本的电化学单位，随着二十一世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，同时也对电源提出了更高的要求，锂电池随之进入了大规模的应用阶段。其中最早得以应用的是锂亚原电池，主要用于心脏起搏器中，由于锂亚电池的自放电率极低，放电电压十分平缓，使得起搏器植入人体后并长期使用成为可能；其中锂锰电池一般有高于3.0伏的标称电压，更适合作集成电路电源，被广泛用于计算机、计算器、手表中；而锂离子电池则大量应用在手机、笔记本电脑、电动工具、电动车、路灯备用电源、航灯以及家用小电器上，可以说是最大的应用群体；而以上各种锂电池的壳体材料一般都采用不锈钢钢板焊接而成；随着锂电池技术的不断发展，其已广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统、邮电通讯的不间断电源以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域，而用于这些方面的锂电池容量很大，采用不锈钢壳体无论从工艺还是成本上都不能满足大批量工业化生产的要求。
根据对锂电池原理的分析和对锂电池厂家的技术调研，锂电池壳体材料有以下要求： 
（1）、耐锂电池电解液腐蚀
在常温下的六氟磷酸锂的电解液中浸泡168小时，取出后在60℃烘干60分钟，失重不超过1‰，颜色和外观无变化。
（2）、耐高温 
在85±2℃的环境中烘干2小时后，热收缩率≤0.5%，壳体从外观看无形变，恢复常温后焊接好后的壳体爆破压力不变，即爆破压力≥4Kg。
（3）、耐低温 
在零下40℃环境冷冻24小时后，恢复常温后焊接好后的壳体爆破压力不变，即爆破压力≥4Kg。
（4）、焊接性能好 
满足壳体和壳盖焊接后的气密性，即爆破压力≥4Kg。
（5）、阻燃性 
阻燃级别V0级。
（6）、阻隔性 
锂电池壳体内是封闭的体系，不能有外界的水等小分子进入，也不能是电池液渗出，否则容易引起爆炸等。
申请人经过检索，目前尚未发现能满足以上要求的材料。 
【发明内容】
为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种用于锂电池壳体的聚丙烯材料及其制备方法，本发明通过合理的组份配比及适应的制备方法获取了力学性能优越的材料，本发明具有耐腐蚀、耐高低温性能好、焊接性、阻燃性、阻隔性均能达到锂电池壳体的要求的PP复合材料。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案： 
一种用于锂电池壳体的聚丙烯材料，所述聚丙烯材料的组份按重量百分比包括：
高熔体指数均聚PP               15.5～50%；
高熔体指数共聚PP               15.5～50%；
阻燃剂                         8～12 %；
玻璃纤维                       6～20%；
阻隔添加剂                     1～4.6%；
耐热增强剂                     0.2～5%；
塑料用相容剂                   1～5%；
塑料用热抗氧剂                 0.1～3%；
塑料用复合颜料                 0.1～3%。
所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，所述高熔体指数均聚PP的生产厂家为中石化洛阳分公司，牌号为YS835。 
所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，所述高熔体指数共聚PP的生产厂家为中石化燕山分公司，牌号为7726H。 
所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，所述阻燃剂包括卤系阻燃剂和无机阻燃剂，其中卤系阻燃剂为含有元素溴、氯的有机阻燃剂，所述有机阻燃剂为全氯环戊癸烷或双“六氯环戊二烯”环辛烷或十溴二苯醚或十溴二苯乙烷或八溴二苯醚或1,2-双“2,4,6-三溴苯氧基”乙烷或1,2-双“四溴邻苯二甲酰亚胺”乙烷或四溴双酚A中的任意一种或两种或两种以上的组合，其中所述无机阻燃剂为三氧化二锑。 
所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，所述玻璃纤维为无碱无捻纤维，所述无碱无捻纤维的单丝直径为11～13um，无碱无捻纤维的生产厂家为巨石公司，型号为13A型。 
所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，所述阻隔添加剂为尼龙或EVOH中的一种或两种的组合，所述尼龙为PA6树脂，生产厂家为岳阳巴陵石化化工化纤公司，牌号为YH800。 
所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，所述耐热增强剂为双马来酰亚胺或成核剂中的一种或两种的组合，所述成核剂为第三代二苯亚甲基山梨醇类成核剂，所述第三代二苯亚甲基山梨醇类成核剂的生产厂家为湖北省洪湖水恒基化工有限公司，牌号为BMI。 
所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，所述塑料用相容剂为三元乙丙橡胶或POE或PP或PE的马来酸酐接枝物或EVA。 
所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，所述塑料用热抗氧剂为酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的组合，所述酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的比例为2：1。 
一种用于锂电池壳体的聚丙烯材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤： 
第一步、将制备锂电池壳体的聚丙烯材料的组份按配比配好后，在混合机中混合均匀；
第二步、将第一步获取的混合料在双螺杆挤出机中进行均化塑炼，由加料口至挤出模头各加热区的温度分别为215～220℃、236～240℃、245～250℃、245～250℃、250～255℃、255～258 ℃、255～258℃，主机转速为330～350rpm；
第三步、在第二步的基础上，将玻璃纤维从双螺杆挤出机上的玻璃纤维入口加入，其加入量由主机转速控制；
第四步、将第三步获取的物料采用冷拉条切成颗粒，并进行水冷，过振动筛后用热风烘干机在90～120℃烘干1～4小时，然后在立式搅拌机中进行搅拌均化后包装即可得到用于锂电池壳体的聚丙烯材料。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性： 
本发明所述的一种用于锂电池壳体的聚丙烯材料及其制备方法，本发明通过合理的组份配比及适应的制备方法获取了力学性能优越的材料，本发明具有耐腐蚀、耐高低温性能好、焊接性、阻燃性、阻隔性均能达到锂电池壳体的要求的PP复合材料，本发明应用安全可靠，适用于汽车、建筑材料、家用电器、办公用品等领域，进一步，本发明具有拓展应用，对于民用船体、航空座椅、农机领域本发明同样适用。
【具体实施方式】
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
本发明所述的一种用于锂电池壳体的聚丙烯材料，所述聚丙烯材料的组份按重量百分比包括：
高熔体指数均聚PP               15.5～50%；
高熔体指数共聚PP               15.5～50%；
阻燃剂                         8～12 %；
玻璃纤维                       6～20%；
阻隔添加剂                     1～4.6%；
耐热增强剂                     0.2～5%；
塑料用相容剂                   1～5%；
塑料用热抗氧剂                 0.1～3%；
塑料用复合颜料                 0.1～3%。
进一步，本发明所述高熔体指数均聚PP的熔体流动速率≥30g/10min，其生产厂家优选中石化洛阳分公司，牌号为YS835，同时本发明还可以选用其它生产厂的相同性质的等同材料，如中石化燕山分公司、齐鲁分公司和扬子分公司，本发明选用高熔体指数均聚PP，主要是为了确保形状复杂的塑料件能够容易注塑成型，同时使复合材料的强度性能和耐热性能满足使用要求。 
进一步，本发明所述高熔体指数共聚PP的熔体流动速率≥26g/10min，其生产厂家优选中石化燕山分公司，牌号为7726H，同时本发明还可以选用其它生产厂的相同性质的等同材料，如中石化上海分公司、齐鲁分公司和扬子分公司，本发明选用高熔体指数共聚PP，首先是为了不影响形状复杂的塑料件能够容易注塑成型，同时使复合材料的冲击强度性能和焊接性能满足使用要求。 
进一步，本发明所述阻燃剂包括卤系阻燃剂和无机阻燃剂，其中卤系阻燃剂为含有元素溴、氯的有机阻燃剂，所述有机阻燃剂为全氯环戊癸烷或双“六氯环戊二烯”环辛烷或十溴二苯醚或十溴二苯乙烷或八溴二苯醚或1,2-双“2,4,6-三溴苯氧基”乙烷或1,2-双“四溴邻苯二甲酰亚胺”乙烷或四溴双酚A中的任意一种或两种或两种以上的组合，其中所述无机阻燃剂为三氧化二锑，所述三氧化二锑的有效含量为99.5～100%,白度为95～100%，粒径为0.1～1um，其中本发明将卤系和无机阻燃剂复配使用，是为了确保材料的阻燃性能达到UL-94 V0级。 
进一步，本发明所述玻璃纤维为无碱无捻纤维，所述无碱无捻纤维的单丝直径为11～13um，表面经过硅烷类偶联剂处理，无碱无捻纤维的生产厂家为巨石公司，型号为13A型，本发明同样可以选用其它生产厂的相同性质的等同材料，如山东泰山玻璃纤维公司、洛阳晶莹玻璃纤维公司等，其中添加玻璃纤维是为了提高材料的综合力学性能、耐热性能，降低材料的收缩率，特别是高温工作环境下的收缩率，提高改性材料的抗蠕变性能。 
进一步，本发明所述阻隔添加剂为尼龙或EVOH中的一种或两种的组合，所述尼龙为PA6树脂，生产厂家优选岳阳巴陵石化化工化纤公司，牌号为YH800，同时本发明还可以选用其它生产厂的相同性质的等同材料，如南京立汉化学有限公司、黑龙江省尼龙厂等生产的等同材料，其中添加阻隔添加剂，使材料的阻隔性能得以提高。 
进一步，本发明所述耐热增强剂为双马来酰亚胺或成核剂中的一种或两种的组合，所述成核剂为第三代二苯亚甲基山梨醇类成核剂，所述第三代二苯亚甲基山梨醇类成核剂的生产厂家为湖北省洪湖水恒基化工有限公司，牌号为BMI，其中所述的成核剂为第三代二苯亚甲基山梨醇类成核剂，其中添加耐热增强剂使材料的长期耐热性能得以提高。 
进一步，本发明所述塑料用相容剂为三元乙丙橡胶或POE或PP或PE的马来酸酐接枝物或EVA，其中本发明选用POE的马来酸酐接枝物，其接枝率≥1.5%，添加相容剂，是为了改善改性材料各组份间的相容性，特别是玻璃纤维和基料PP之间的相容性，从而提高了材料的综合力学性能，改善了材料的表面光泽度，同时由于玻纤表面被相容剂很好的浸润，也就会降低玻纤加入对材料焊接和密封性能的影响。 
进一步，本发明所述塑料用热抗氧剂为酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的组合，所述酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的比例为2：1，添加塑料用热抗氧剂，主要是考虑锂电池长期在较高温度下长期使用，添加热抗氧剂是为了提高材料长期高温下的工作寿命。 
进一步，本发明添加塑料用复合颜料，是为了起到染色的作用。 
本发明所述的一种用于锂电池壳体的聚丙烯材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤： 
第一步、将制备锂电池壳体的聚丙烯材料的组份按配比配好后，在混合机中混合均匀；
第二步、将第一步获取的混合料在双螺杆挤出机中进行均化塑炼，由加料口至挤出模头各加热区的温度分别为215～220℃、236～240℃、245～250℃、245～250℃、250～255℃、255～258 ℃、255～258℃，主机转速为330～350rpm；
第三步、在第二步的基础上，将玻璃纤维从双螺杆挤出机上的玻璃纤维入口加入，其加入量由主机转速控制；
第四步、将第三步获取的物料采用冷拉条切成颗粒，并进行水冷，过振动筛后用热风烘干机在90～120℃烘干1～4小时，然后在立式搅拌机中进行搅拌均化后包装即可得到用于锂电池壳体的聚丙烯材料。
本发明的具体实施例如下: 
实施例一，产品编号PPLD-1：
本发明的PPLD-1，各组份按重量百分比由下列组份构成：中石化洛阳分公司生产均聚PP,牌号YS835,添加量39%；中石化燕山分公司生产共聚PP，牌号为7726H，添加量25%；阻燃剂包括卤系和无机阻燃剂，卤系阻燃剂为十溴二苯乙烷，无机阻燃剂为三氧化二锑，总体添加量12%，其中卤系和无机阻燃剂的比例为3:1；玻璃纤维，巨石公司生产，牌号13A，添加量15 %；阻隔添加剂，岳阳巴陵石化化工化纤公司生产PA6，优选牌号YH800，添加量1.2 %；耐热增强剂，添加量1%；塑料用相容剂，自产 PP的马来酸酐接枝物，接枝率≥1.5%，添加量3%；塑料用热抗氧剂，添加量 1%；塑料用复合颜料，添加量2.8%。
以上配方生产的PPLD-1性能如下表所示： 
以上配方生产的用于锂电池壳体的PP材料，和基料YS835及7726H对比，在耐腐蚀性、热收缩率、高低温性能、阻燃性和阻隔性方面都有较大的提高，能够满足用户的要求。
实施例二，产品编号PPLD-2： 
本发明的PPLD-2，各组份按重量百分比由下列组份构成：中石化洛阳分公司生产均聚PP,牌号YS835,添加量30%；中石化燕山分公司生产共聚PP，牌号为7726H，添加量29.4%；阻燃剂包括卤系和无机阻燃剂，卤系阻燃剂为十溴二苯乙烷，无机阻燃剂为三氧化二锑，总体添加量10%，其中卤系和无机阻燃剂的比例为3:1；玻璃纤维，巨石公司生产，牌号13A，添加量20%；阻隔添加剂，岳阳巴陵石化化工化纤公司生产PA6，优选牌号YH800，添加量2%；耐热增强剂，添加量0.6%；塑料用相容剂，自产 PP的马来酸酐接枝物，接枝率≥1.5%，添加量5%；塑料用热稳定剂，添加量 0.7%；塑料用复合颜料，添加量2.3%。
以上配方生产的PPLD-2性能如下表所示： 
Figure 2014100846547100002DEST_PATH_IMAGE002
以上配方生产的用于锂电池壳体的PP材料，和基料YS835及7726H对比，在耐腐蚀性、热收缩率、高低温性能、阻燃性和阻隔性方面都有较大的提高，能够满足用户的要求。
实施例三，产品编号PPLD-3： 
本发明的PPLD-3，各组份按重量百分比由下列组分构成：中石化洛阳分公司生产均聚PP,牌号YS835,添加量25%；中石化燕山分公司生产共聚PP，牌号为7726H，添加量38.5%；阻燃剂包括卤系和无机阻燃剂，卤系阻燃剂为十溴二苯乙烷，无机阻燃剂为三氧化二锑，总体添加量11%，其中卤系和无机阻燃剂的比例为3:1；无碱玻璃纤维，巨石公司生产，牌号13A，添加量18%；阻隔添加剂，岳阳巴陵石化化工化纤公司生产PA6，优选牌号YH800，添加量1.5%；耐热增强剂，添加量1.5%；塑料用相容剂，自产 PP的马来酸酐接枝物，接枝率≥1.5%，添加量3.5%；塑料用热稳定剂，添加量0.5%；塑料用复合颜料，添加量0.5%。
以上配方生产的PPLD-3性能如下表所示： 
Figure 2014100846547100002DEST_PATH_IMAGE003
以上配方生产的用于锂电池壳体的PP材料，和基料YS835及7726H对比，在耐腐蚀性、热收缩率、高低温性能、阻燃性和阻隔性方面都有较大的提高，能够满足用户的要求。
综上所述，本发明应用安全可靠，尤其适用于汽车、建筑材料、家用电器、办公用品等领域。 
进一步，本发明具有拓展应用，对于民用船体、航空座椅、农机领域本发明同样适用。 
本发明未详述部分为现有技术。 
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。 

Claims (10)

1.一种用于锂电池壳体的聚丙烯材料，其特征是：所述聚丙烯材料的组份按重量百分比包括：
高熔体指数均聚PP               15.5～50%；
高熔体指数共聚PP               15.5～50%；
阻燃剂                         8～12 %；
玻璃纤维                       6～20%；
阻隔添加剂                     1～4.6%；
耐热增强剂                     0.2～5%；
塑料用相容剂                   1～5%；
塑料用热抗氧剂                 0.1～3%；
塑料用复合颜料                 0.1～3%。
2.根据权利要求1所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，其特征是：所述高熔体指数均聚PP的生产厂家为中石化洛阳分公司，牌号为YS835。
3.根据权利要求1所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，其特征是：所述高熔体指数共聚PP的生产厂家为中石化燕山分公司，牌号为7726H。
4.根据权利要求1所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，其特征是：所述阻燃剂包括卤系阻燃剂和无机阻燃剂，其中卤系阻燃剂为含有元素溴、氯的有机阻燃剂，所述有机阻燃剂为全氯环戊癸烷或双“六氯环戊二烯”环辛烷或十溴二苯醚或十溴二苯乙烷或八溴二苯醚或1,2-双“2,4,6-三溴苯氧基”乙烷或1,2-双“四溴邻苯二甲酰亚胺”乙烷或四溴双酚A中的任意一种或两种或两种以上的组合，其中所述无机阻燃剂为三氧化二锑。
5.根据权利要求1所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，其特征是：所述玻璃纤维为无碱无捻纤维，所述无碱无捻纤维的单丝直径为11～13um，无碱无捻纤维的生产厂家为巨石公司，型号为13A型。
6.根据权利要求1所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，其特征是：所述阻隔添加剂为尼龙或EVOH中的一种或两种的组合，所述尼龙为PA6树脂，生产厂家为岳阳巴陵石化化工化纤公司，牌号为YH800。
7.根据权利要求1所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，其特征是：所述耐热增强剂为双马来酰亚胺或成核剂中的一种或两种的组合，所述成核剂为第三代二苯亚甲基山梨醇类成核剂，所述第三代二苯亚甲基山梨醇类成核剂的生产厂家为湖北省洪湖水恒基化工有限公司，牌号为BMI。
8.根据权利要求1所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，其特征是：所述塑料用相容剂为三元乙丙橡胶或POE或PP或PE的马来酸酐接枝物或EVA。
9.根据权利要求1所述的用于锂电池壳体的聚丙烯材料，其特征是：所述塑料用热抗氧剂为酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的组合，所述酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的比例为2：1。
10.利用权利要求1～9任一权利要求所述的一种用于锂电池壳体的聚丙烯材料的一种用于锂电池壳体的聚丙烯材料的制备方法，，其特征是：所述制备方法包括以下步骤：
第一步、将制备锂电池壳体的聚丙烯材料的组份按配比配好后，在混合机中混合均匀；
第二步、将第一步获取的混合料在双螺杆挤出机中进行均化塑炼，由加料口至挤出模头各加热区的温度分别为215～220℃、236～240℃、245～250℃、245～250℃、250～255℃、255～258 ℃、255～258℃，主机转速为330～350rpm；
第三步、在第二步的基础上，将玻璃纤维从双螺杆挤出机上的玻璃纤维入口加入，其加入量由主机转速控制；
第四步、将第三步获取的物料采用冷拉条切成颗粒，并进行水冷，过振动筛后用热风烘干机在90～120℃烘干1～4小时，然后在立式搅拌机中进行搅拌均化后包装即可得到用于锂电池壳体的聚丙烯材料。
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