CN108587041A - 一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂电池包装技术领域，具体涉及一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料及其制备方法，所述阻燃塑料包括ABS、PC、碳源微球、三聚氰胺、聚磷酸铵、抗氧化剂和润滑剂，本发明在ABS/PC共混树脂中加入以碳源微球、三聚氰胺和聚磷酸铵组成的膨胀型阻燃剂，使本发明的阻燃塑料具有良好的阻燃性；而碳源微球中的碳纳米管凭借其稳定的碳六元结构，具有良好的热稳定性，在遇火时易于形成连续的、网格结构的保护炭层，并且可以作为增强体大幅度提升本发明ABS/PC共混树脂的强度和韧性；此外，本发明为了解决碳纳米管易团聚的问题，利用具有多羟基的微晶纤维素对碳纳米管进行包覆处理，可以增强碳纳米管的分散性。

Description

一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池包装技术领域，具体涉及一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料及其制备方法。
背景技术
随着我国经济发展以及工业化进程加快，一系列的环境问题相继浮出水面，能源危机和环境污染也已成为制约我国发展的重要矛盾，因此，调整能源结构，推动储能技术创新已经成为国家重点发展战略。锂离子电池是储能领域最重要的技术之一，在光伏发电以及电动汽车领域均有广泛的应用。
提高锂电池包装的安全性，可以通过改善电池包装材料的力学性能和阻燃性能来实现。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种力学性能和阻燃性能好的用于制造锂电池外壳的塑料及其制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，包括如下重量份的原料：
其中，所述碳源微球为核壳结构微球，其核为碳纳米管，壳为多孔微晶纤维素。
本发明在ABS/PC共混树脂中加入以碳源微球、三聚氰胺和聚磷酸铵组成的膨胀型阻燃剂，使本发明的阻燃塑料具有良好的阻燃性；而碳源微球中的碳纳米管凭借其稳定的碳六元结构，具有良好的热稳定性，在遇火时易于形成连续的、网格结构的保护炭层，并且可以作为增强体大幅度提升本发明ABS/PC共混树脂的强度和韧性；此外，本发明为了解决碳纳米管易团聚的问题，利用具有多羟基的微晶纤维素对碳纳米管进行包覆处理，可以增强碳纳米管的分散性，并且多羟基的微晶纤维素也可以作为碳源形成保护炭层，提高ABS/PC共混树脂的阻燃性，也可以作为增强填料，协同碳纳米管增强ABS/PC共混树脂的力学性能。
优选地，阻燃塑料由如下重量份数的原料组成：
更为优选地，阻燃塑料由如下重量份数的原料组成：
其中，所述碳源微球的制备方法包括如下步骤：
A、按1-烯丙基-3-甲基氯代咪唑和1，3-二甲基-2-咪唑啉酮按重量比1-3:1的比例混合配置成离子溶剂，将所述离子溶剂升温至于90-100℃，然后在搅拌的过程中逐渐将微晶纤维素加入至所述离子溶剂，微晶纤维素的用量为离子溶剂的6wt％-10wt％，至离子溶剂完全清澈，得到微晶纤维素澄清溶液；
B、将碳纳米管依次加入到步骤A得到的微晶纤维素澄清溶液，进行搅拌均质，得到悬浊液，其中，碳纳米管的用量为微晶纤维素澄清溶液的5wt％-7wt％；
C、将步骤B得到的悬浊液进行静电喷雾，即得到所述的碳源微球。
本发明利用微晶纤维素再生原理，可以使纳米碳纳米管均匀分散并被再生的微米级微晶纤维素包覆，使本发明的碳源微球兼具纳米材料和微米材料的尺寸效应，并且与聚合物相容性好，易于分散。
其中，所述碳源微球的粒径为11.2-17.4μm，平均孔径为24.7-37.3nm，孔容为6.72-10.14mL/g。该粒径、孔径和孔容的碳源微球包覆性好，发泡成炭层的性能优异，与高聚合物相容性好。
其中，所述静电喷雾的喷雾电压为15-35kV，喷雾温度为20-30℃。
其中，所述抗氧化剂由β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、2，6-二叔丁基对甲酚按重量比1-3:1-3:1-3的比例组成。该复配组成的抗氧化剂可以有效提高聚合物的抗氧化性，并且对力学性能基本无影响。
其中，所述润滑剂由硬脂酸钙、乙烯基双硬脂酰胺和聚乙烯蜡按重量比1-3:3-5:1-3的比例组成。该复配组成的润滑剂可以利于高聚物的挤出成型和注塑成型，并且对聚合物的力学性能基本无影响。
本发明还提供如上所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料的制备方法：各原料进行混合，加入双螺杆挤出机中共混造粒，即得到所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料。
其中，所述双螺杆挤出机中一到六区的加工温度分别为180-200℃、180-200℃、200-230℃、200-230℃、190-210℃、180-200℃。六区的温度会影响聚合物的熔融状态和流动性，本发明设置的六区加工温度使碳源微球等无机物在高聚物中具有良好的分散性。
本发明的有益效果在于：本发明在ABS/PC共混树脂中加入以碳源微球、三聚氰胺和聚磷酸铵组成的膨胀型阻燃剂，使本发明的阻燃塑料具有良好的阻燃性；而碳源微球中的碳纳米管凭借其稳定的碳六元结构，具有良好的热稳定性，在遇火时易于形成连续的、网格结构的保护炭层，并且可以作为增强体大幅度提升本发明ABS/PC共混树脂的强度和韧性；此外，本发明为了解决碳纳米管易团聚的问题，利用具有多羟基的微晶纤维素对碳纳米管进行包覆处理，可以增强碳纳米管的分散性，并且多羟基的微晶纤维素也可以作为碳源形成保护炭层，提高ABS/PC共混树脂的阻燃性，也可以作为增强填料，协同碳纳米管增强ABS/PC共混树脂的力学性能。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，包括如下重量份的原料：
其中，所述碳源微球为核壳结构微球，其核为碳纳米管，壳为多孔微晶纤维素。
其中，所述碳源微球的制备方法包括如下步骤：
A、按1-烯丙基-3-甲基氯代咪唑和1，3-二甲基-2-咪唑啉酮按重量比2:1的比例混合配置成离子溶剂，将所述离子溶剂升温至于95℃，然后在搅拌的过程中逐渐将微晶纤维素加入至所述离子溶剂，微晶纤维素的用量为离子溶剂的8wt％，至离子溶剂完全清澈，得到微晶纤维素澄清溶液；
B、将碳纳米管依次加入到步骤A得到的微晶纤维素澄清溶液，进行搅拌均质，得到悬浊液，其中，碳纳米管的用量为微晶纤维素澄清溶液的6wt％；
C、将步骤B得到的悬浊液进行静电喷雾，即得到所述的碳源微球。
其中，所述碳源微球的粒径为11.2μm，平均孔径为24.7nm，孔容为6.72mL/g。
其中，所述静电喷雾的喷雾电压为25kV，喷雾温度为25℃。
其中，所述抗氧化剂由β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、2，6-二叔丁基对甲酚按重量比1:1:1的比例组成。
其中，所述润滑剂由硬脂酸钙、乙烯基双硬脂酰胺和聚乙烯蜡按重量比1:2:1的比例组成。
本发明还提供如上所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料的制备方法：各原料进行混合，加入双螺杆挤出机中共混造粒，即得到所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料。
其中，所述双螺杆挤出机中一到六区的加工温度分别为190℃、190℃、215℃、215℃、200℃、190℃。
实施例2
一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，包括如下重量份的原料：
其中，所述碳源微球为核壳结构微球，其核为碳纳米管，壳为多孔微晶纤维素。
其中，所述碳源微球的制备方法包括如下步骤：
A、按1-烯丙基-3-甲基氯代咪唑和1，3-二甲基-2-咪唑啉酮按重量比1:1的比例混合配置成离子溶剂，将所述离子溶剂升温至于90℃，然后在搅拌的过程中逐渐将微晶纤维素加入至所述离子溶剂，微晶纤维素的用量为离子溶剂的6wt％，至离子溶剂完全清澈，得到微晶纤维素澄清溶液；
B、将碳纳米管依次加入到步骤A得到的微晶纤维素澄清溶液，进行搅拌均质，得到悬浊液，其中，碳纳米管的用量为微晶纤维素澄清溶液的5wt％；
C、将步骤B得到的悬浊液进行静电喷雾，即得到所述的碳源微球。
其中，所述碳源微球的粒径为16.5μm，平均孔径为34.5nm，孔容为9.77mL/g。
其中，所述静电喷雾的喷雾电压为15kV，喷雾温度为20℃。
其中，所述抗氧化剂由β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、2，6-二叔丁基对甲酚按重量比1:3:3的比例组成。
其中，所述润滑剂由硬脂酸钙、乙烯基双硬脂酰胺和聚乙烯蜡按重量比1:3:1的比例组成。
本发明还提供如上所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料的制备方法：各原料进行混合，加入双螺杆挤出机中共混造粒，即得到所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料。
其中，所述双螺杆挤出机中一到六区的加工温度分别为180℃、180℃、200℃、200℃、190℃、180℃。
实施例3
一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，包括如下重量份的原料：
其中，所述碳源微球为核壳结构微球，其核为碳纳米管，壳为多孔微晶纤维素。
其中，所述碳源微球的制备方法包括如下步骤：
A、按1-烯丙基-3-甲基氯代咪唑和1，3-二甲基-2-咪唑啉酮按重量比3:1的比例混合配置成离子溶剂，将所述离子溶剂升温至于100℃，然后在搅拌的过程中逐渐将微晶纤维素加入至所述离子溶剂，微晶纤维素的用量为离子溶剂的10wt％，至离子溶剂完全清澈，得到微晶纤维素澄清溶液；
B、将碳纳米管依次加入到步骤A得到的微晶纤维素澄清溶液，进行搅拌均质，得到悬浊液，其中，碳纳米管的用量为微晶纤维素澄清溶液的7wt％；
C、将步骤B得到的悬浊液进行静电喷雾，即得到所述的碳源微球。
其中，所述碳源微球的粒径为17.4μm，平均孔径为37.3nm，孔容为10.14mL/g。
其中，所述静电喷雾的喷雾电压为35kV，喷雾温度为30℃。
其中，所述抗氧化剂由β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、2，6-二叔丁基对甲酚按重量比3:1:1的比例组成。
其中，所述润滑剂由硬脂酸钙、乙烯基双硬脂酰胺和聚乙烯蜡按重量比3:5:3的比例组成。
本发明还提供如上所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料的制备方法：各原料进行混合，加入双螺杆挤出机中共混造粒，即得到所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料。
其中，所述双螺杆挤出机中一到六区的加工温度分别为200℃、200℃、230℃、230℃、210℃、200℃。
实施例4
一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，包括如下重量份的原料：
其中，所述碳源微球为核壳结构微球，其核为碳纳米管，壳为多孔微晶纤维素。
其中，所述碳源微球的制备方法包括如下步骤：
A、按1-烯丙基-3-甲基氯代咪唑和1，3-二甲基-2-咪唑啉酮按重量比2:1的比例混合配置成离子溶剂，将所述离子溶剂升温至于92℃，然后在搅拌的过程中逐渐将微晶纤维素加入至所述离子溶剂，微晶纤维素的用量为离子溶剂的7t％，至离子溶剂完全清澈，得到微晶纤维素澄清溶液；
B、将碳纳米管依次加入到步骤A得到的微晶纤维素澄清溶液，进行搅拌均质，得到悬浊液，其中，碳纳米管的用量为微晶纤维素澄清溶液的5.5wt％；
C、将步骤B得到的悬浊液进行静电喷雾，即得到所述的碳源微球。
其中，所述碳源微球的粒径为13.7μm，平均孔径为30.2nm，孔容为8.86mL/g。
其中，所述静电喷雾的喷雾电压为20kV，喷雾温度为22℃。
其中，所述抗氧化剂由β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯按重量比1:1的比例组成。
其中，所述润滑剂由硬脂酸钙和聚乙烯蜡按重量比1:1的比例组成。
本发明还提供如上所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料的制备方法：各原料进行混合，加入双螺杆挤出机中共混造粒，即得到所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料。
其中，所述双螺杆挤出机中一到六区的加工温度分别为185℃、185℃、210℃、210℃、195℃、185℃。
实施例5
一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，包括如下重量份的原料：
其中，所述碳源微球为核壳结构微球，其核为碳纳米管，壳为多孔微晶纤维素。
其中，所述碳源微球的制备方法包括如下步骤：
A、按1-烯丙基-3-甲基氯代咪唑和1，3-二甲基-2-咪唑啉酮按重量比3:1的比例混合配置成离子溶剂，将所述离子溶剂升温至于98℃，然后在搅拌的过程中逐渐将微晶纤维素加入至所述离子溶剂，微晶纤维素的用量为离子溶剂的9wt％，至离子溶剂完全清澈，得到微晶纤维素澄清溶液；
B、将碳纳米管依次加入到步骤A得到的微晶纤维素澄清溶液，进行搅拌均质，得到悬浊液，其中，碳纳米管的用量为微晶纤维素澄清溶液的6.5wt％；
C、将步骤B得到的悬浊液进行静电喷雾，即得到所述的碳源微球。
其中，所述碳源微球的粒径为14.3μm，平均孔径为33.5nm，孔容为8.42mL/g。
其中，所述静电喷雾的喷雾电压为30kV，喷雾温度为28℃。
其中，所述抗氧化剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯。
其中，所述润滑剂为硬脂酸钙。
本发明还提供如上所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料的制备方法：各原料进行混合，加入双螺杆挤出机中共混造粒，即得到所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料。
其中，所述双螺杆挤出机中一到六区的加工温度分别为190℃、190℃、215℃、215℃、200℃、190℃。
本发明对实施例1-5的阻燃塑料进行测试，得到下表：
由上表可知，本发明的阻燃塑料阻燃性好，通过碳源微球的共混改性，力学性能也有极大的提高。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，其特征在于：包括如下重量份的原料：
其中，所述碳源微球为核壳结构微球，其核为碳纳米管，壳为多孔微晶纤维素。
2.根据权利要求1所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，其特征在于：由如下重量份数的原料组成：
3.根据权利要求2所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，其特征在于：由如下重量份数的原料组成：
4.根据权利要求1所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，其特征在于：所述碳源微球的制备方法包括如下步骤：
A、按1-烯丙基-3-甲基氯代咪唑和1，3-二甲基-2-咪唑啉酮按重量比1-3:1的比例混合配置成离子溶剂，将所述离子溶剂升温至于90-100℃，然后在搅拌的过程中逐渐将微晶纤维素加入至所述离子溶剂，微晶纤维素的用量为离子溶剂的6wt％-10wt％，至离子溶剂完全清澈，得到微晶纤维素澄清溶液；
B、将碳纳米管依次加入到步骤A得到的微晶纤维素澄清溶液，进行搅拌均质，得到悬浊液，其中，碳纳米管的用量为微晶纤维素澄清溶液的5wt％-7wt％；
C、将步骤B得到的悬浊液进行静电喷雾，即得到所述的碳源微球。
5.根据权利要求4所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，其特征在于：所述碳源微球的粒径为11.2-17.4μm，平均孔径为24.7-37.3nm，孔容为6.72-10.14mL/g。
6.根据权利要求4所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，其特征在于：所述静电喷雾的喷雾电压为15-35kV，喷雾温度为20-30℃。
7.根据权利要求1所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，其特征在于：所述抗氧化剂由β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、2，6-二叔丁基对甲酚按重量比1-3:1-3:1-3的比例组成。
8.根据权利要求1所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料，其特征在于：所述润滑剂由硬脂酸钙、乙烯基双硬脂酰胺和聚乙烯蜡按重量比1-3:3-5:1-3的比例组成。
9.权利要求1-8任意一项所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料的制备方法，其特征在于：将各原料进行混合，加入双螺杆挤出机中共混造粒，即得到所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料。
10.根据权利要求9所述的一种用于制造锂电池外壳的阻燃塑料的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机中一到六区的加工温度分别为180-200℃、180-200℃、200-230℃、200-230℃、190-210℃、180-200℃。
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