CN114381096A - 一种动力锂电池用阻燃聚酯薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力锂电池用阻燃聚酯薄膜及其制备方法。本发明的阻燃聚酯薄膜主要有以下重量组分制备组成：70～89％的改性聚萘二甲酸乙二醇酯，5～10％的阻燃剂，1～5％抗水解剂，1～3％开口剂和4～12％的着色剂；通过改性PEN获得聚酯聚醚嵌段共聚物，通过改性PEN材料中添加聚酯和聚乙二醇对三聚氰胺‑甲醛树脂聚磷酸铵微胶囊作为阻燃剂，使得聚酯薄膜具阻燃等级达到UL94 VTM‑0等级。本发明使得聚酯薄膜具有耐高温、耐水解、较高的拉伸强度和较高的延伸率的特性，可用于对耐水解、阻燃要求较高的动力锂电池的材料包装。

Description

一种动力锂电池用阻燃聚酯薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于阻燃聚酯薄膜领域，特别涉及一种动力锂电池用阻燃聚酯薄膜及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车行业的快速发展，动力锂电池的安全性能越来越受到关注，为防止电路老化或者短路造成的安全隐患，在动力锂电池的侧板上需要使用耐水解、耐高温、绝缘、阻燃的聚酯薄膜。目前主流的含磷共聚聚酯为阻燃剂的阻燃聚酯薄膜具有耐水解性差的缺点，力学性能较低，在高温高湿的情况下使用寿命短，常规的无卤然阻燃聚酯薄膜难以应用。聚萘二甲酸乙二酯(PEN)与聚对苯二甲酸乙二醇酯PET的结构相似，PEN薄膜比PET具有更加优异的力学性能、耐热性、抗紫外性及对水蒸气、氧气和二氧化碳的阻隔性能，但是阻燃性能较差。聚磷酸铵(APP)是一种高效的无卤阻燃剂，具有较高的磷、氮比，是典型的无卤膨胀型阻燃剂，能同时发挥酸源、气源双重作用。APP在应用于聚酯薄膜阻燃时，存在与聚酯相容性不佳、易由薄膜中析出、抗水解性差等缺点，由于其存在较强的吸潮性以及与聚酯之间的相容性较差导致薄膜力学性能下降，难以应用于高温高湿环境。实现聚酯薄膜的高效无卤阻燃、耐水解、耐高温性能是急需解决的问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种动力锂电池用阻燃聚酯薄膜及其制备方法，通过改性PEN获得聚酯聚醚嵌段共聚物，使得聚酯薄膜具有耐高温、耐水解、较高的拉伸强度和较高的延伸率的特性，通过改性PEN材料中添加聚酯和聚乙二醇对三聚氰胺-甲醛树脂聚磷酸铵微胶囊作为阻燃剂，使得聚酯薄膜具阻燃等级达到UL94 VTM-0等级，适用于对耐水解、阻燃要求较高的动力锂电池材料包装。

本发明采用的技术方案是：

所述薄膜主要有以下重量组分制备组成：70～89％的改性聚萘二甲酸乙二醇酯、5～10％的阻燃剂、1～5％抗水解剂、1～3％开口剂和4～12％的着色剂；所述的改性聚萘二甲酸乙二醇酯为改性PEN。

所述的薄膜厚度为25～150μm。

所述的阻燃剂是由聚酯和聚乙二醇对三聚氰胺-甲醛树脂聚磷酸铵微胶囊进行改性获得。

所述改性PEN主要由95～98％对萘二甲酸、2～5％其他二甲酸、90～95％乙二醇和5～10％聚醚二元醇共聚而成，其他二甲酸为对苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸的一种或多种。

所述的开口剂是含有重量分数为3％微米级二氧化硅的改性PEN母料。

所述的着色剂为二氧化钛或者炭黑；所述的抗水解剂为聚合碳化二亚胺类抗水解剂。

方法包含以下步骤：

将改性PEN、阻燃剂、抗水解剂、开口剂和着色剂共混，由料仓送至双螺杆挤出机，经熔融挤出、铸片、双向拉伸和热定型并收卷得到阻燃聚酯薄膜。

挤出机熔融挤出温度为275～285℃，先纵向拉伸，再横向拉伸；纵向拉伸温度为115～125℃，纵向拉伸比例为3.3～3.8；横向拉伸温度为130～150℃，横向拉伸比例为3.5～4.5；热定型温度为225～245℃。

本发明的有益效果是：

阻燃聚酯薄膜对水、氧的阻隔性能较好，具有绝缘性，通过改性PEN获得聚酯聚醚嵌段共聚物，使得聚酯薄膜具有耐高温、耐水解性能，通过聚酯硬段和聚醚软段嵌段的方法同时实现较高的拉伸强度和较高的延伸率的特性，并且有效减少膜表面的条纹等质量问题，实现较好的加工性能。通过改性PEN材料中添加聚酯和聚乙二醇对三聚氰胺-甲醛树脂聚磷酸铵微胶囊作为阻燃剂，使得聚酯薄膜具阻燃等级达到UL94 VTM-0等级。

耐水解性的提高实现了在温度为85℃湿度为85％的条件下，测试1000小时后力学性能大于60％。薄膜厚度较薄时，为保证阻燃性能，需要使用较多的阻燃剂和抗水解剂。

由于PEN分子链具有较高的刚性，薄膜拉伸强度高、对水和氧的阻隔性高，但是延伸率低并且柔韧性较差。PEN具有较高的熔融粘度，生产时容易在挤出机模头挂料，导致薄膜表面具有较多的条纹。使用改性PEN为薄膜材料，可以提高薄膜对水、氧的阻隔性能，提高薄膜的耐水解性，通过改性PEN获得聚酯聚醚嵌段共聚物，通过聚酯硬段和聚醚软段嵌段的方法同时实现较高的拉伸强度和较高的延伸率的特性，并且降低了熔融粘度，熔融粘度降低可有效减少膜表面的条纹等质量问题，实现较好的加工性能，使得聚酯薄膜具有耐高温、耐水解性能。

开口剂为含有重量分数为3％微米级二氧化硅的改性PEN母料，微米级二氧化硅可以起到开口性能，避免薄膜表面划伤。着色剂为二氧化钛或者炭黑。抗水解剂为聚合碳化二亚胺类抗水解剂，通过添加此类抗水解剂，辅助实现了薄膜的抗水解性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明的实施例如下：

实施例1

将改性PEN、阻燃剂、抗水解剂、开口剂和着色剂共混，重量比例为：87％的改性PEN，5％的阻燃剂，3％抗水解剂，1％开口剂和4％的炭黑。改性PEN是由98％对萘二甲酸、2％对苯二甲酸与95％乙二醇和5％聚醚二元醇共聚而成。原料由料仓送至双螺杆挤出机，经熔融挤出、铸片、双向拉伸和热定型并收卷得到阻燃聚酯薄膜。

熔融挤出温度为285℃，先纵向拉伸，再横向拉伸：纵向拉伸温度为120℃，纵向拉伸比例为3.5；横向拉伸温度为145℃，横向拉伸比例为4.0；热定型温度为240℃。薄膜厚度为100μm。

实验结果：黑色阻燃聚酯薄膜

拉伸强度：纵向205MPa，横向215MPa；

断裂伸长率：纵向128％，横向110％；

耐高温性(200℃10min收缩率)：纵向1.23％，横向0.12％；

阻燃等级UL 94 VTM-0；

双85测试1000小时后力学强度>60％以上；薄膜表面条纹少。

实施例2

将改性PEN、阻燃剂、抗水解剂、开口剂和着色剂共混，重量比例为：79％的改性PEN，10％的阻燃剂，5％抗水解剂，2％开口剂和4％的炭黑。改性PEN是由98％对萘二甲酸、2％对苯二甲酸与95％乙二醇和5％聚醚二元醇共聚而成。原料由料仓送至双螺杆挤出机，经熔融挤出、铸片、双向拉伸和热定型并收卷得到阻燃聚酯薄膜。

挤出机熔融挤出温度为285℃，先纵向拉伸，再横向拉伸：纵向拉伸温度为120℃，纵向拉伸比例为3.5；横向拉伸温度为145℃，横向拉伸比例为4.0；热定型温度为240℃。薄膜厚度为36μm。

实验结果：黑色阻燃聚酯薄膜；

拉伸强度：纵向198MPa，横向205MPa；

断裂伸长率：纵向120％，横向105％；

耐高温性(200℃10min收缩率)：纵向1.30％，横向0.17％；

阻燃等级UL 94 VTM-0；

双85测试1000小时后力学强度>60％以上；薄膜表面条纹少。

实施例3

将改性PEN、阻燃剂、抗水解剂、开口剂和着色剂共混，重量比例为：75％的改性PEN，8％的阻燃剂，4％抗水解剂，1％开口剂和12％的二氧化钛。改性PEN是由98％对萘二甲酸、2％对苯二甲酸与90％乙二醇和10％聚醚二元醇共聚而成。原料由料仓送至双螺杆挤出机，经熔融挤出、铸片、双向拉伸和热定型并收卷得到阻燃聚酯薄膜。

挤出机熔融挤出温度为280℃，先纵向拉伸，再横向拉伸：纵向拉伸温度为120℃，纵向拉伸比例为3.8；横向拉伸温度为140℃，横向拉伸比例为4.0；热定型温度为236℃。薄膜厚度为50μm。

实验结果：白色阻燃聚酯薄膜；

拉伸强度：纵向191MPa，横向198MPa；

断裂伸长率：纵向132％，横向136％；

耐高温性(200℃10min收缩率)：纵向1.42％，横向0.07％；

阻燃等级UL 94 VTM-0；

双85测试1000小时后力学强度>60％以上；薄膜表面条纹少。

实施例4

将改性PEN、阻燃剂、抗水解剂、开口剂和着色剂共混，重量比例为：88％的改性PEN，5％的阻燃剂，2％抗水解剂，1％开口剂和4％的炭黑。改性PEN是由90％对萘二甲酸、10％对苯二甲酸与90％乙二醇和10％聚醚二元醇共聚而成。原料由料仓送至双螺杆挤出机，经熔融挤出、铸片、双向拉伸和热定型并收卷得到阻燃聚酯薄膜。

挤出机熔融挤出温度为280℃，先纵向拉伸，再横向拉伸：纵向拉伸温度为125℃，纵向拉伸比例为3.5；横向拉伸温度为145℃，横向拉伸比例为4.0；热定型温度为240℃。薄膜厚度为150μm。

实验结果：黑色阻燃聚酯薄膜；

拉伸强度：纵向216MPa，横向225MPa；

断裂伸长率：纵向122％，横向129％；

耐高温性(200℃10min收缩率)：纵向1.25％，横向0.07％；

阻燃等级UL 94 VTM-0；

双85测试1000小时后力学强度>60％以上；薄膜表面条纹少。

比较例1

与实施例1实施方法相同，只是基体材料由改性PEN改为普通PEN。

实验结果：黑色阻燃聚酯薄膜；

拉伸强度：纵向236MPa，横向245MPa；

断裂伸长率：纵向68％，横向75％；

耐高温性(200℃10min收缩率)：纵向0.98％，横向0.14％；

阻燃等级UL 94 VTM-0；

双85测试1000小时后力学强度>50％以上；薄膜表面明显条纹。

比较例2

与实施例1实施方法相同，只是基体材料由改性PEN是由98％对萘二甲酸、2％对苯二甲酸与100％乙二醇共聚而成。

实验结果：黑色阻燃聚酯薄膜；

拉伸强度：纵向226MPa，横向235MPa；

断裂伸长率：纵向70％，横向82％；

耐高温性(200℃10min收缩率)：纵向1.10％，横向0.23％；

阻燃等级UL 94 VTM-0；

双85测试1000小时后力学强度>50％以上；薄膜表面明显条纹。

比较例3

与实施例1实施方法相同，只是阻燃剂为未做任何处理的聚磷酸铵。

实验结果：黑色阻燃聚酯薄膜；

拉伸强度：纵向156MPa，横向162MPa；

断裂伸长率：纵向70％，横向82％；

耐高温性(200℃10min收缩率)：纵向1.34％，横向0.23％；

阻燃等级UL 94 VTM-2；

双85测试1000小时后薄膜脆断；薄膜表面条纹较少。

比较例4

与实施例1实施方法相同，只是阻燃剂为三聚氰胺-甲醛树脂聚磷酸铵微胶囊。

实验结果：黑色阻燃聚酯薄膜；

拉伸强度：纵向167MPa，横向182MPa；

断裂伸长率：纵向70％，横向82％；

耐高温性(200℃10min收缩率)：纵向1.41％，横向0.22％；

阻燃等级UL 94 VTM-2；

双85测试1000小时后力学强度>60％以上；薄膜表面条纹较少。

上述实施结果可见，本发明制成的薄膜在同时具有较高的拉伸强度和较高的延伸率的特性，阻燃等级达到UL94 VTM-0等级，薄膜表面条纹较少，耐水解性好。

通过对比四个比较例，可以看出：使用普通PEN或者使用不含聚醚软段的改性PEN，薄膜的拉伸强度高，但是薄膜断裂伸长率低，薄膜柔韧性差，薄膜表面条纹明显，具有明显的质量问题；使用聚磷酸铵或者三聚氰胺-甲醛树脂聚磷酸铵微胶囊作为阻燃剂，未经聚酯和聚乙二醇改性，阻燃剂在改性PEN基体中分散性不均匀，对薄膜的力学性能、阻燃性能、耐水解性具有较大影响。

从以上数据可以看到，按实施例方法制备的薄膜具有较高的力学性能、阻燃性、耐水解性、耐高温性，其技术效果显著突出。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效变换，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种动力锂电池用阻燃聚酯薄膜及其制备方法，其特征在于：

所述薄膜主要有以下重量组分制备组成：70～89％的改性聚萘二甲酸乙二醇酯、5～10％的阻燃剂、1～5％抗水解剂、1～3％开口剂和4～12％的着色剂；所述的改性聚萘二甲酸乙二醇酯为改性PEN。

2.根据权利要求1所述的一种动力锂电池用阻燃聚酯薄膜及其制备方法，其特征在于：

所述的薄膜厚度为25～150μm。

3.根据权利要求1所述的一种动力锂电池用阻燃聚酯薄膜及其制备方法，其特征在于：

所述的阻燃剂是由聚酯和聚乙二醇对三聚氰胺-甲醛树脂聚磷酸铵微胶囊进行改性获得。

4.根据权利要求1所述的一种动力锂电池用阻燃聚酯薄膜及其制备方法，其特征在于：

所述改性PEN主要由95～98％对萘二甲酸、2～5％其他二甲酸、90～95％乙二醇和5～10％聚醚二元醇共聚而成，其他二甲酸为对苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种动力锂电池用阻燃聚酯薄膜及其制备方法，其特征在于：

所述的开口剂是含有重量分数为3％微米级二氧化硅的改性PEN母料。

6.根据权利要求1所述的一种动力锂电池用阻燃聚酯薄膜及其制备方法，其特征在于：

所述的着色剂为二氧化钛或者炭黑；所述的抗水解剂为聚合碳化二亚胺类抗水解剂。

7.一种动力锂电池用阻燃聚酯薄膜及其制备方法，其特征在于：方法包含以下步骤：

将改性PEN、阻燃剂、抗水解剂、开口剂和着色剂共混，由料仓送至双螺杆挤出机，经熔融挤出、铸片、双向拉伸和热定型并收卷得到阻燃聚酯薄膜。

8.根据权利要求7所述的一种动力锂电池用阻燃聚酯薄膜及其制备方法，其特征在于：

挤出机熔融挤出温度为275～285℃，先纵向拉伸，再横向拉伸；纵向拉伸温度为115～125℃，纵向拉伸比例为3.3～3.8；横向拉伸温度为130～150℃，横向拉伸比例为3.5～4.5；热定型温度为225～245℃。