CN108659361A - 一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料及其制备方法，包括以下重量份的组分制备而成：聚苯乙烯196‑227份、氧化铝42‑83份、玻璃珠16‑37份、硬脂酸丁酯2‑15份、羟基硅油1‑11份、增塑剂2‑16份、偶联剂8‑25份、抗氧剂2‑14份。用本发明提供的材料制备得到的电池外壳可以使电池能够抵抗在生产、运输和使用过程中受到的各种机械力作用。

Description

一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来，导电高分子的研究取得了较大的进展, 其合成、结构、导电机理、性能、应用等方面都得到了极广泛的关注，利用向高分子材料中加人各种导电填料来实现导电可以制得复合型导电高分子材料，其制备方法简单易加工得到了人们的着重关注。导电高分子材料具有优良的加工性能，并且加工成本较低等特点，由于其各项优异的性能，使其在诸多领域都得到了应用，在工业生产、科学实验和日常生活等领域都创造着具有的价值。
聚合物材料广泛的应用于多个领域，但由于其电绝缘性导致的高电阻往往使其在加工和使用过程中容易产生静电积累，从而导致了许多不良现象。对聚合物进行改造，在不影响聚合物力学性能和加工性能的基础上，赋予其优良的抗静电性能，可以扩大其应用范围。在生产、运输和使用过程中，电池都要受到各种机械力的作用，还会受到冲击、机械震动的作用，电池壳体材料应具有耐酸碱耐氧化作用的能力，还应具有足够的机械强度。外界的电磁波干扰会对电池正常工作产生影响，利用导电高分子复合材料代替金属材料不仅可以起到防静电作用，还具有质量轻，耐腐蚀的作用。
发明内容
要解决的技术问题：
为了使电池外壳材料的性能更佳，成本更低，本发明提供了一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料及其制备方法。
技术方案：
本发明提供了一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料，包括以下重量份的组分制备而成：
聚苯乙烯196-227份、
氧化铝42-83份、
玻璃珠16-37份、
硬脂酸丁酯2-15份、
羟基硅油1-11份、
增塑剂2-16份、
偶联剂8-25份、
抗氧剂2-14份。
优选的，所述的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料，所述的氧化铝粒径大小为15um-27um。
优选的，所述的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料，所述的玻璃珠的平均粒径为0.25mm。
优选的，所述的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料，所述的增塑剂为甲酰胺和木糖醇按比例3.2:1混合制成。
优选的，所述的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料，所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
优选的，所述的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料，所述的抗氧剂为抗氧化剂1010和抗氧剂168 按比例1：2混合制成。
本发明还提供了一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
（1）将8-25份的偶联剂与300ml乙醇溶液混合均匀，然后用0.1mol/L醋酸溶液调节pH至3.5，室温下放置。将42-83份氧化铝加入到该溶液中，搅拌反应，放入烘箱中烘干；
（2）将聚苯乙烯196-227份加入到密炼机中炼胶，然后加入硬脂酸丁酯2-15份、羟基硅油1-11份和抗氧剂2-14份继续混炼；
（3）将步骤（1）中处理好的氧化铝和玻璃珠16-37份加入到密炼机中继续混炼；
（4）提起上顶栓，加入增塑剂2-16份，继续混炼；
（5）将混合好的物料用平板硫化机模压成型，热压后再冷压，冷压结束后，即可取出模压样品。
优选的，所述的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
（1）将8-25份的偶联剂与300ml乙醇溶液混合均匀，然后用0.1mol/L醋酸溶液调节pH至3.5，室温下放置1.5h。将42-83份氧化铝加入到该溶液中，搅拌，反应40min后，放入烘箱中85℃烘干；
（2）将聚苯乙烯196-227份加入到密炼机中炼胶2min；然后提起上顶栓，加入硬脂酸丁酯2-15份、羟基硅油1-11份和抗氧剂2-14份，落下上顶栓混炼 3min；
（3）将步骤（1）中处理好的氧化铝和玻璃珠16-37份加入到密炼机中继续混炼3min；
（4）提起上顶栓，加入增塑剂2-16份，落下上顶栓混炼1.5min；
（5）将混合好的物料用平板硫化机模压成型，热压温度170℃，压力为10MPa，时间为10min，随后在10MPa压力下冷压8min，冷压结束后，即可取出模压样品。
有益效果：
本发明提供的用于制造全固态碱性电池壳的复合材料具有易加工、重量轻、柔软性强、导电性能好、生产成本低等优点，用本发明提供的材料制备得到的电池外壳可以使电池能够抵抗在生产、运输和使用过程中受到的各种机械力作用。添加了两种润滑剂硬脂酸丁酯和羟基硅油，硬脂酸丁酯能够起外润滑作用，羟基硅油起到内润滑作用，二者共用，使材料更易加工，各项性能更好。
具体实施方式
下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
（1）将21份的硅烷偶联剂KH550与300ml乙醇溶液混合均匀，然后用0.1mol/L醋酸溶液调节pH至3.5，室温下放置1.5h。将51份粒径为15um-27um的氧化铝加入到该溶液中，搅拌，反应40min后，放入烘箱中85℃烘干；
（2）将聚苯乙烯220份加入到密炼机中炼胶2min；然后提起上顶栓，加入硬脂酸丁酯3份、羟基硅油8份和抗氧剂4份，落下上顶栓混炼 3min；
（3）将步骤（1）中处理好的氧化铝和平均粒径为0.25mm玻璃珠31份加入到密炼机中继续混炼3min；
（4）提起上顶栓，加入增塑剂5份，落下上顶栓混炼1.5min；
（5）将混合好的物料用平板硫化机模压成型，热压温度170℃，压力为10MPa，时间为10min，随后在10MPa压力下冷压8min，冷压结束后，即可取出模压样品；
所述的增塑剂为甲酰胺和木糖醇按比例3.2：1混合制成；
所述的抗氧剂为抗氧化剂1010和抗氧剂168 按比例1：2混合制成。
实施例2
（1）将12份的硅烷偶联剂KH550与300ml乙醇溶液混合均匀，然后用0.1mol/L醋酸溶液调节pH至3.5，室温下放置1.5h。将72份粒径为15um-27um的氧化铝加入到该溶液中，搅拌，反应40min后，放入烘箱中85℃烘干；
（2）将聚苯乙烯207份加入到密炼机中炼胶2min；然后提起上顶栓，加入硬脂酸丁酯10份、羟基硅油4份和抗氧剂11份，落下上顶栓混炼 3min；
（3）将步骤（1）中处理好的氧化铝和平均粒径为0.25mm玻璃珠20份加入到密炼机中继续混炼3min；
（4）提起上顶栓，加入增塑剂12份，落下上顶栓混炼1.5min；
（5）将混合好的物料用平板硫化机模压成型，热压温度170℃，压力为10MPa，时间为10min，随后在10MPa压力下冷压8min，冷压结束后，即可取出模压样品；
所述的增塑剂为甲酰胺和木糖醇按比例3.2：1混合制成；
所述的抗氧剂为抗氧化剂1010和抗氧剂168 按比例1：2混合制成。
实施例3
（1）将25份的硅烷偶联剂KH550与300ml乙醇溶液混合均匀，然后用0.1mol/L醋酸溶液调节pH至3.5，室温下放置1.5h。将42份粒径为15um-27um的氧化铝加入到该溶液中，搅拌，反应40min后，放入烘箱中85℃烘干；
（2）将聚苯乙烯227份加入到密炼机中炼胶2min；然后提起上顶栓，加入硬脂酸丁酯8份、羟基硅油11份和抗氧剂2份，落下上顶栓混炼 3min；
（3）将步骤（1）中处理好的氧化铝和平均粒径为0.25mm玻璃珠37份加入到密炼机中继续混炼3min；
（4）提起上顶栓，加入增塑剂2份，落下上顶栓混炼1.5min；
（5）将混合好的物料用平板硫化机模压成型，热压温度170℃，压力为10MPa，时间为10min，随后在10MPa压力下冷压8min，冷压结束后，即可取出模压样品；
所述的增塑剂为甲酰胺和木糖醇按比例3.2：1混合制成；
所述的抗氧剂为抗氧化剂1010和抗氧剂168 按比例1：2混合制成。
实施例4
（1）将8份的硅烷偶联剂KH550与300ml乙醇溶液混合均匀，然后用0.1mol/L醋酸溶液调节pH至3.5，室温下放置1.5h。将83份粒径为15um-27um的氧化铝加入到该溶液中，搅拌，反应40min后，放入烘箱中85℃烘干；
（2）将聚苯乙烯196份加入到密炼机中炼胶2min；然后提起上顶栓，加入硬脂酸丁酯15份、羟基硅油1份和抗氧剂14份，落下上顶栓混炼 3min；
（3）将步骤（1）中处理好的氧化铝和平均粒径为0.25mm玻璃珠16份加入到密炼机中继续混炼3min；
（4）提起上顶栓，加入增塑剂16份，落下上顶栓混炼1.5min；
（5）将混合好的物料用平板硫化机模压成型，热压温度170℃，压力为10MPa，时间为10min，随后在10MPa压力下冷压8min，冷压结束后，即可取出模压样品；
所述的增塑剂为甲酰胺和木糖醇按比例3.2：1混合制成；
所述的抗氧剂为抗氧化剂1010和抗氧剂168 按比例1：2混合制成。
实施例5
（1）将18份的硅烷偶联剂KH550与300ml乙醇溶液混合均匀，然后用0.1mol/L醋酸溶液调节pH至3.5，室温下放置1.5h。将61份粒径为15um-27um的氧化铝加入到该溶液中，搅拌，反应40min后，放入烘箱中85℃烘干；
（2）将聚苯乙烯215份加入到密炼机中炼胶2min；然后提起上顶栓，加入硬脂酸丁酯8份、羟基硅油6份和抗氧剂7份，落下上顶栓混炼 3min；
（3）将步骤（1）中处理好的氧化铝和平均粒径为0.25mm玻璃珠28份加入到密炼机中继续混炼3min；
（4）提起上顶栓，加入增塑剂9份，落下上顶栓混炼1.5min；
（5）将混合好的物料用平板硫化机模压成型，热压温度170℃，压力为10MPa，时间为10min，随后在10MPa压力下冷压8min，冷压结束后，即可取出模压样品；
所述的增塑剂为甲酰胺和木糖醇按比例3.2：1混合制成；
所述的抗氧剂为抗氧化剂1010和抗氧剂168 按比例1：2混合制成。
对比例1
本对比例与实施例3的区别在于，不含玻璃珠。具体地说是：
（1）将25份的硅烷偶联剂KH550与300ml乙醇溶液混合均匀，然后用0.1mol/L醋酸溶液调节pH至3.5，室温下放置1.5h。将42份粒径为15um-27um的氧化铝加入到该溶液中搅拌，反应40min后，放入烘箱中85℃烘干；
（2）将聚苯乙烯227份加入到密炼机中炼胶2min；然后提起上顶栓，加入硬脂酸丁酯8份、羟基硅油11份和抗氧剂2份，落下上顶栓混炼 3min；
（3）将步骤（1）中处理好的氧化铝加入到密炼机中继续混炼3min；
（4）提起上顶栓，加入增塑剂2份，落下上顶栓混炼1.5min；
（5）将混合好的物料用平板硫化机模压成型，热压温度170℃，压力为10MPa，时间为10min，随后在10MPa压力下冷压8min，冷压结束后，即可取出模压样品；
所述的增塑剂为甲酰胺和木糖醇按比例3.2：1混合制成；
所述的抗氧剂为抗氧化剂1010和抗氧剂168 按比例1：2混合制成。
对比例2
本对比例与实施例3的区别在于，用甲酰胺代替木糖醇。具体地说是：
（1）将25份的硅烷偶联剂KH550与300ml乙醇溶液混合均匀，然后用0.1mol/L醋酸溶液调节pH至3.5，室温下放置1.5h。将42份粒径为15um-27um的氧化铝加入到该溶液中，搅拌，反应40min后，放入烘箱中85℃烘干；
（2）将聚苯乙烯227份加入到密炼机中炼胶2min；然后提起上顶栓，加入硬脂酸丁酯8份、羟基硅油11份和抗氧剂2份，落下上顶栓混炼 3min；
（3）将步骤（1）中处理好的氧化铝和平均粒径为0.25mm玻璃珠37份加入到密炼机中继续混炼3min；
（4）提起上顶栓，加入甲酰胺2份，落下上顶栓混炼1.5min；
（5）将混合好的物料用平板硫化机模压成型，热压温度170℃，压力为10MPa，时间为10min，随后在10MPa压力下冷压8min，冷压结束后，即可取出模压样品；
所述的抗氧剂为抗氧化剂1010和抗氧剂168 按比例1：2混合制成。
对比例3
本对比例与实施例3的区别在于，热压成型温度为140℃。具体地说是：
（1）将25份的硅烷偶联剂KH550与300ml乙醇溶液混合均匀，然后用0.1mol/L醋酸溶液调节pH至3.5，室温下放置1.5h。将42份粒径为15um-27um的氧化铝加入到该溶液中，搅拌，反应40min后，放入烘箱中85℃烘干；
（2）将聚苯乙烯227份加入到密炼机中炼胶2min；然后提起上顶栓，加入硬脂酸丁酯8份、羟基硅油11份和抗氧剂2份，落下上顶栓混炼 3min；
（3）将步骤（1）中处理好的氧化铝和平均粒径为0.25mm玻璃珠37份加入到密炼机中继续混炼3min；
（4）提起上顶栓，加入增塑剂2份，落下上顶栓混炼1.5min；
（5）将混合好的物料用平板硫化机模压成型，热压温度140℃，压力为10MPa，时间为10min，随后在10MPa压力下冷压8min，冷压结束后，即可取出模压样品；
所述的增塑剂为甲酰胺和木糖醇按比例3.2：1混合制成；
所述的抗氧剂为抗氧化剂1010和抗氧剂168 按比例1：2混合制成。
将实施例1-5和对比例1-3进行性能测试，拉伸强度测试参考GB1040-92塑料拉伸性能试验方法；冲击强度测试参考GB1043-93硬质塑料简支梁冲击试验方法；
体积电阻率高于108 Ω·cm 时，按GB1410-78 标准，用高阻计测试，体积电阻率低于108 Ω·cm 时，按GB/ T15662 —1995 标准进行测试，测试结果见表1。
表1 性能测试结果
由测试结果可知: 本申请制备得到的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料具有很好的防静电性能和力学性能，其体积电阻率可达到7.7×103Ω·cm，冲击强度可达到37.7KJ/m2，拉伸强度可达到42.8MPa。由对比例1的测试结果可知，玻璃珠的添加可以有效提高材料的导电性能，大粒径的玻璃珠与微小粒径的氧化铝混合后，玻璃珠颗粒可以提高氧化铝颗粒的分散性，使其形成一种无粘附无聚团效应的结构，使单位体积内产生的导电通道更多，从而提高其防静电性能。由对比例2的测试结果可知，复合增塑剂的作用效果优于单一的增塑剂，甲酰胺与木糖醇产生了协同增效作用，提高了材料的性能。由对比例3的测试结果可知，热压成型温度较低时，树脂的分子运动能力也较低，导致其结晶过程不完整，还会影响填料在树脂中的分布情况，无法形成较好的复合效果，从而导致其防静电性能下降。

Claims (8)

1.一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分制备而成：
聚苯乙烯196-227份、
氧化铝42-83份、
玻璃珠16-37份、
硬脂酸丁酯2-15份、
羟基硅油1-11份、
增塑剂2-16份、
偶联剂8-25份、
抗氧剂2-14份。
2.根据权利要求1所述的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料，其特征在于，所述的氧化铝粒径大小为15um-27um。
3.根据权利要求1所述的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料，其特征在于，所述的玻璃珠的平均粒径为0.25mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料，其特征在于，所述的增塑剂为甲酰胺和木糖醇按比例3.2:1混合制成。
5.根据权利要求1所述的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
6.根据权利要求1所述的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧化剂1010和抗氧剂168 按比例1：2混合制成。
7.根据权利要求1所述的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
（1）将8-25份的偶联剂与300ml乙醇溶液混合均匀，然后用0.1mol/L醋酸溶液调节pH至3.5，室温下放置。将42-83份氧化铝加入到该溶液中，搅拌反应，放入烘箱中烘干；
（2）将聚苯乙烯196-227份加入到密炼机中炼胶，然后加入硬脂酸丁酯2-15份、羟基硅油1-11份和抗氧剂2-14份继续混炼；
（3）将步骤（1）中处理好的氧化铝和玻璃珠16-37份加入到密炼机中继续混炼；
（4）提起上顶栓，加入增塑剂2-16份，继续混炼；
（5）将混合好的物料用平板硫化机模压成型，热压后再冷压，冷压结束后，即可取出模压样品。
8.根据权利要求7所述的一种用于制造全固态碱性电池壳的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
（1）将8-25份的偶联剂与300ml乙醇溶液混合均匀，然后用0.1mol/L醋酸溶液调节pH至3.5，室温下放置1.5h。将42-83份氧化铝加入到该溶液中，搅拌，反应40min后，放入烘箱中85℃烘干；
（2）将聚苯乙烯196-227份加入到密炼机中炼胶2min；然后提起上顶栓，加入硬脂酸丁酯2-15份、羟基硅油1-11份和抗氧剂2-14份，落下上顶栓混炼 3min；
（3）将步骤（1）中处理好的氧化铝和玻璃珠16-37份加入到密炼机中继续混炼3min；
（4）提起上顶栓，加入增塑剂2-16份，落下上顶栓混炼1.5min；
（5）将混合好的物料用平板硫化机模压成型，热压温度170℃，压力为10MPa，时间为10min，随后在10MPa压力下冷压8min，冷压结束后，即可取出模压样品。
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