CN112037961B - 复合材料及由复合材料制成的高分子正温度系数热敏电阻 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合材料及由该复合材料制成的高分子正温度系数热敏电阻，复合材料包括高分子结晶性聚合物、导电填料及相容剂；高分子结晶性聚合物占据复合材料重量百分比5～15wt％，导电填料占据复合材料重量百分比70～95wt％，相容剂占据复合材料重量百分比0.5～2wt％；导电填料为碳化物与金属钨的混合物，金属钨占据导电填料重量百分比2～6wt％；相容剂为乙烯‑乙烯醇共聚物，热敏电阻包括两层导电层和一层复合材料层，复合材料层置于两层导电层之间，复合材料层由复合材料制成，热敏电阻具有初始电阻低的特性，同时在多次高低温度循环后，仍能保持低电阻特性，满足锂电池稳定性。

Description

复合材料及由复合材料制成的高分子正温度系数热敏电阻
技术领域
本发明涉及一种电子元器件所使用的复合材料及由该复合材料制成的高分子正温度系数热敏电阻。
背景技术
高分子正温度系数热敏电阻在正常温度下可维持极低的电阻值，且具有对温度变化反应敏锐的特性，即当电路中发生过电流或过高温现象时，其电阻会瞬间增加到一高阻值，使电路处于断路状态，以达到保护电路组件的目的。因此可以把具有电阻正温度系数的导电复合材料连接到电路中，作为电流传感组件的材料，此类导电复合材料已被广泛应用于电子线路保护元器件上。
然而，随着电动机车、电动汽车的普及，此类高分子聚合物保护组件非常适合应用于电动车锂电池，当锂电池有异常状况时，锂电池势必会发热，高分子聚合物将能迅速感测到这样的热，进而阻断电流，而这样的高分子聚合物保护组件，也将直接连接到装置的主板或控制板上，使其在控制回路上快速反应，以便顺利发挥保护装置的保护效果。
目前，市面上现有的高分子正温度系数热敏电阻应用于锂电池时，因经历多次的高低温度循环后发生升阻而产生误动作保护，使电动车瞬间熄火，故锂电池应用急需高稳定性的高分子热敏电阻，以提高客户的使用安全性。
为了使得高分子正温度系数热敏电阻能在多次的高低温度循环后还具有优异的阻值再现性，现有技术采用偶联剂或采用马来酸酐接枝聚乙烯，以增加高分子与导电粒子的接口结合性，但是，如果采用偶联剂，偶联剂在使用过程中会存在析出问题。如果采用马来酸酐接枝聚乙烯，因马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率较低，一般仅为0.4％～2％，因此要想达到目的，需要的马来酸酐等接枝聚合物用量较大，会影响阻值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种复合材料及由复合材料制成的高分子正温度系数热敏电阻，该高分子正温度系数热敏电阻具有初始电阻低的特性，同时在多次高低温度循环后，仍能够保持低电阻特性，满足锂电池的稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合材料，包括高分子结晶性聚合物、导电填料以及兼容剂；其中，高分子结晶性聚合物占据复合材料的重量百分比为5wt％～15wt％，导电填料占据复合材料的重量百分比为70wt％～95wt％，相容剂占据复合材料的重量百分比为0.5wt％～2wt％；导电填料为碳化物与金属钨的混合物，金属钨占据导电填料的重量百分比为2wt％～6wt％；相容剂为乙烯-乙烯醇共聚物。
进一步具体地说，上述技术方案中，当导电填料为金属碳化物与金属钨的混合物时，所述金属碳化物为碳化钛和碳化钨中的一种或两种的组合。
进一步具体地说，上述技术方案中，当导电填料为非金属碳化物与金属钨的混合物时，所述非金属碳化物为石墨烯和碳纤维中的一种或两种的组合。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述金属碳化物为碳化钨，所述金属钨与碳化钨的重量比值为0.02～0.05。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述高分子结晶性聚合物为一种聚合物或两种以上聚合物的共聚物。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述高分子结晶性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物和乙烯-丙烯酸甲酯共聚物中的一种或两种以上的组合。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述乙烯占据乙烯-乙烯醇共聚物的重量百分比为30wt％～70wt％。
进一步具体地说，上述技术方案中，该复合材料经-40℃～85℃高低温循环20次后，体积电阻值为1mΩ～13mΩ。进一步的体积电阻值为9mΩ～13mΩ。
一种由复合材料制成的高分子正温度系数热敏电阻，包括两层导电层和一层复合材料层，所述复合材料层置于两层导电层之间，该复合材料层由所述复合材料制成。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种复合材料及由复合材料制成的高分子正温度系数热敏电阻，相容剂选用乙烯-乙烯醇共聚物，乙烯-乙烯醇共聚物使导电粒子于高分子结晶性聚合物受热膨胀时，导电粒子能附着于高分子结晶性聚合物，从而限制导电粒子的移动；导电填料选用碳化物与金属钨的混合物，金属钨的热膨胀系数4.5*10-6/K与碳化钨的热膨胀系数6*10-6/K相比，由于金属钨的热膨胀系数更匹配于高分子结晶性聚合物中聚乙烯的热膨胀系数1.5*10-6/K，掺入金属钨可降低高分子结晶性聚合物在与导电填料接口间因热涨冷缩所产生的应力，因此复合材料所制备出的高分子正温度系数热敏电阻组件具有优异的室温低电阻率以及经过20次的高低温度循环后，仍能够保持低电阻特性，满足锂电池的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明高分子正温度系数热敏电阻的结构示意图。
附图中的标号为：1、高分子正温度系数热敏电阻；101、导电层；102、复合材料层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种复合材料，包括高分子结晶性聚合物、导电填料以及兼容剂。相容剂借助于分子间的键合力，促使不相容的高分子结晶性聚合物和导电填料结合在一起，进而得到稳定的共混物。导电填料在相容剂的作用下散布于高分子结晶性聚合物中。
其中，高分子结晶性聚合物占据复合材料的重量百分比为5wt％～15wt％，导电填料占据复合材料的重量百分比为70wt％～95wt％，相容剂占据复合材料的重量百分比为0.5wt％～2wt％；导电填料为碳化物与金属钨的混合物，金属钨占据导电填料的重量百分比为2wt％～6wt％；相容剂为乙烯-乙烯醇共聚物。
当导电填料为金属碳化物与金属钨的混合物时，金属碳化物为碳化钛和碳化钨中的一种或两种的组合。金属钨与碳化钨的重量比值为0.02～0.05。
当导电填料为非金属碳化物与金属钨的混合物时，非金属碳化物为石墨烯和碳纤维中的一种或两种的组合。
高分子结晶性聚合物为一种聚合物或两种以上聚合物的共聚物,高分子结晶性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物和乙烯-丙烯酸甲酯共聚物中的一种或两种以上的组合,乙烯占据乙烯-乙烯醇共聚物的重量百分比为30wt％～70wt％,该复合材料经-40℃～85℃高低温循环20次后，体积电阻值为9mΩ～13mΩ。
一种由复合材料制成的高分子正温度系数热敏电阻，包括两层导电层101和一层复合材料层102，复合材料层102置于两层导电层101之间，复合材料层102由复合材料制成。
本发明复合材料层102的成份及其重量百分比对多次高低温度循环后的电阻值影响情况，如表一所示。
【表一】
Figure GDA0003347283400000051
Figure GDA0003347283400000061
实施例1和比较例6的材料成份及重量百分比相比较，差异处在于金属钨与碳化钨的比值。金属钨与碳化钨比值为2.05％的实施例1相较于金属钨与碳化钨比值为1.39％的比较例6，其多次高低温度循环后的电阻值降低约35％。类似的情况，金属钨与碳化钨比值为2.00％的实施例2相较于金属钨与碳化钨比值为1.07％的比较例7，其多次高低温度循环后的电阻值降低约43％。
实施例3和比较例8的材料成份及重量百分比相比较，差异处在于相容剂的选择,相容剂选用乙烯-乙烯醇共聚物的实施例3相较于相容剂选用硅烷偶联剂的比较例8，其多次高低温度循环后的电阻值降低约27％,类似的情况，相容剂选用乙烯-乙烯醇共聚物的实施例6相较于相容剂选用硅烷偶联剂的比较例9，其多次高低温度循环后的电阻值降低约53％。
实施例7和比较例11的材料成份及重量百分比相比较，聚乙烯的重量百分比相同，金属钨与碳化钨比值相近，差异处在于是否选用乙烯-乙烯醇共聚物作为相容剂。选用乙烯-乙烯醇共聚物作为相容剂的实施例7相较于不选用乙烯-乙烯醇共聚物作为相容剂的比较例11，其多次高低温度循环后的电阻值降低约30％,类似的情况，选用乙烯-乙烯醇共聚物作为相容剂的实施例4相较于不选用乙烯-乙烯醇共聚物作为相容剂的比较例5，其多次高低温度循环后的电阻值降低约59％。
本发明复合材料层102的相容剂乙烯-乙烯醇共聚物中乙烯的比例对多次高低温度循环后的电阻值影响情况，如表二所示。
【表二】
Figure GDA0003347283400000071
实施例8和比较例12的材料成份及重量百分比相比较，差异处在于乙烯-乙烯醇共聚物中乙烯比例。乙烯比例为30％的实施例8相较于乙烯比例为20％的比较例12，其多次高低温度循环后的电阻值降低约40％。类似的情况，乙烯比例为50％的实施例9相较于乙烯比例为80％的比较例13，其多次高低温度循环后的电阻值降低约45％。类似的情况，乙烯比例为70％的实施例10相较于乙烯比例为80％的比较例13，其多次高低温度循环后的电阻值降低约47％。由表二可知将乙烯-乙烯醇共聚物中乙烯的重量百分比限定为30wt％～70wt％，可达到经20次高低温循环后体积电阻值8.6mΩ～9.2mΩ的功效。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合材料，其特征是，包括高分子结晶性聚合物、导电填料以及兼容剂；其中，高分子结晶性聚合物占据复合材料的重量百分比为5wt％～15wt％，导电填料占据复合材料的重量百分比为70wt％～95wt％，相容剂占据复合材料的重量百分比为0.5wt％～2wt％；导电填料为碳化物与金属钨的混合物，金属钨占据导电填料的重量百分比为2wt％～6wt％；相容剂为乙烯-乙烯醇共聚物；所述乙烯占据乙烯-乙烯醇共聚物的重量百分比为30wt％～70wt％。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征是：所述碳化物为金属碳化物，且为碳化钛和碳化钨中的一种或两种的组合。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征是：所述碳化物为非金属碳化物，且为石墨烯和碳纤维中的一种或两种的组合。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征是：所述高分子结晶性聚合物为一种聚合物或两种以上聚合物的共聚物。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征是：所述高分子结晶性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物和乙烯-丙烯酸甲酯共聚物中的一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征是：该复合材料经-40℃～85℃高低温循环20次后，体积电阻值为1mΩ～13mΩ。
7.根据权利要求6所述的复合材料，其特征是：该复合材料经-40℃～85℃高低温循环20次后，体积电阻值为9mΩ～13mΩ。
8.一种如权利要求1-7任一所述的复合材料制成的高分子正温度系数热敏电阻，其特征是：包括两层导电层和一层复合材料层，所述复合材料层置于两层导电层之间，该复合材料层由所述复合材料制成。
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