一种高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片，按重量份计包括：100份的甲基乙烯基硅橡胶，200‑400份的氧化铝，10‑20份的氮化硼，1‑2份的硫化剂，20份的硅胶阻燃剂，3‑6份的硅烷偶联剂,3‑6份的羟基硅油和5‑20份的石墨烯。本发明专利技术还提供了一种高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片的制备方法。本发明专利技术工艺简单易行，条件温和、方法安全易操作，所需设备简易，生产成本低，易于实现批量生产。通过本方法制备的高导热低比重石墨烯复合锂电池防爆硅胶垫片绝缘性良好，且其垂直导热系数提高到1.6W/m·k以上，且其水平导热系数提高到5W/m·k以上，比重低于2.0，硬度为40SHOREA以上，抗拉强度大于250PSI，回弹率达到50％以上，阻燃等级达到UL94V0要求。

Explosion proof silicone gasket for lithium ion battery with high thermal conductivity and low specific gravity and preparation method thereof

The invention provides a high thermal conductivity and low specific gravity lithium battery explosion-proof silica gel gasket, which includes 100 portions of methyl vinyl silicone rubber, 200 aluminum oxide 400 copies, 1 boron nitride, 1 sulphide 2 copies, 20 silicone flame retardants, 3 6 copies of silane coupling agent, 3 silicon oil and 5 20 copies. Graphene. The invention also provides a preparation method of the explosion-proof silicon rubber gasket for the lithium ion battery with high heat conduction and low specific gravity. The invention has the advantages of simple and easy process, mild conditions, safe and easy operation, simple equipment and low production cost, and is easy to realize batch production. The high thermal conductivity and low specific gravity lithium battery explosion-proof silica gel gasket prepared by this method is good, and its vertical thermal conductivity is higher than 1.6W/m. K, and its horizontal thermal conductivity is higher than 5W/m. K, the specific gravity is below 2, the hardness is above 40SHOREA, the tensile strength is greater than 250PSI, and the rebound rate is over 50%. The flame retardant grade reaches the UL94V0 requirement.

【技术实现步骤摘要】
一种高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片及其制备方法
本专利技术属于硅胶垫片的制备方法，更具体涉及一种高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片的制备方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，电子元器件越来越趋近于密集化和小型化，从而对电子器件的稳定性提出了更高的要求，电子产品的可靠性及其性能在很大程度上取决于所采用的散热材料及散热方案是否合理。统计资料表明，电子元器件温度每升高2℃，其可靠性下降10％，温度降低8℃，电子元器件的寿命将增加一倍。因此，热界面材料在信息
所扮演的角色越来越重要。如何进一步提高热界面材料的传导性及降低热阻，仍是目前电子封装与散热工面临的一个相当重要的课题。目前所使用的封灌和封装主要为合成的聚合物材料，其中以环氧树脂，聚氨酯和橡胶的应用最为广泛。硅橡胶可在很宽的温度范围内长期保持弹性、硫化时不会吸热放热，并具有优良的电气性能和化学稳定性，是电子电气组装件灌封的首选材料。硅橡胶是一种特种合成橡胶，以硅氧键为主链，而一般的橡胶是以C-C键为主链的结构。由于其结构的特殊性决定了它具有耐高低温、耐高电压、耐臭氧老化、耐辐射性、高透气性、以及对润滑油等介质表现出优异的化学惰性。此外，使用温度范围(-50-250℃)宽广，弹性好、耐漏电起痕以及电蚀性能好，尤其是在其表面积污后仍具有优良的憎水性能特点。因此，采用硅橡胶为导热基体，与高导热填料复合制成一种优异性能的弹性导热绝缘材料具有重要意义。导热填料的作用是在基底材料中形成导热通路从而提高导热硅胶的热导率，因此有效的导热通路的形成对于材料热导率的提升至关重要。提高导热填料的添加量可有助于导热通路的构建，但是随着导热填料的增加，产品成本也相应增加，机械性能也会随之下降，目前所采用的导热硅胶内部导热通道不足，造成了硅胶垫的导热性能差，限制了其应用范围。选择导热性能更加优异的导热填料，是解决这一个问题的优选方案之一。石墨烯是有碳原子构成的单层片状结构的新材料，导热系数高达530W/(m.k)，并且这样的二维结构具有超大的比表面积以及良好的化学稳定性。另一方面，面对电子元器件的轻质化这一未来的发展趋势要求，石墨烯的低密度将有助于其产品比重的明显降低。显然，这些优良的性能使石墨烯成为一种理想的新型导热填料。但是，石墨烯极易团聚，在填充基体内部会因团聚而影响导热通路的形成。本专利针对这一问题，提出了相应的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种导热系数较高、导热性能和绝缘阻燃性能较为优良的高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片的制备方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片，按重量份计包括：100份的甲基乙烯基硅橡胶，200-400份的氧化铝，10-20份的氮化硼，1-2份的硫化剂，20份的硅胶阻燃剂，3-6份的硅烷偶联剂,3-6份的羟基硅油和5-20份的石墨烯。一种高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片的制备方法，包括如下步骤：步骤一、对氮化硼及石墨烯进行表面处理：以水跟乙醇1：1～2：1的体积比例配置乙醇水溶液，分别将氮化硼和石墨烯浸渍于硅烷偶联剂水溶液内，再经均质分散、抽滤、干燥、打粉，制得氮化硼粉体及石墨烯粉体；步骤二、氧化铝加入高速搅拌机内，用硅烷偶联剂对氧化铝进行处理3-5min后，倒入氮化硼及石墨烯粉体进行高速搅拌和/或超声和/或高压均质和/或球磨和/或超临界相结合方法的混合处理，制得混合粉体；步骤三、在捏炼机内加入甲基乙烯基硅胶，首次捏炼，缓慢加入混合粉体以及阻燃剂并捏炼均匀，冷却，再次捏炼，再混入硫化剂，制得混炼胶；步骤四、将混炼胶在开炼机上返炼，制得终炼胶；步骤五、将终炼胶压片后，置于平板硫化机模具内，高温硫化，制得高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片。在一些实施方式中，所述硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或几种，所选氮化硼为六方氮化硼，粒径4-8μm，所选石墨烯粉体为机械剥离法制备的石墨烯，石墨烯层数为1～10层，尺寸大小为7-12μm。在一些实施方式中，所述氧化铝由大粒径氧化铝颗粒和的小粒径氧化铝颗粒复配而成，所述大粒径氧化铝颗粒的粒径为30-60μm，所述小粒径氧化铝颗粒的粒径为3-8μm，所述大粒径氧化铝颗粒和小粒径氧化铝颗粒的质量比为1:3-1:4。在一些实施方式中，所述步骤二中的硅烷偶联剂的用量为氧化铝的质量的1-2％。在一些实施方式中，所述氧化铝：所述氮化硼：所述石墨烯的质量比为40:3:1。在一些实施方式中，所述步骤二中加入硅烷偶联剂后的处理时间为3-5min，所述混合处理的时间为5-10min。在一些实施方式中，所述首次捏炼时间为30-50min，冷却时间为4～6h。在一些实施方式中，平板硫化机硫化温度为150-170℃，硫化压力3-10Mpa，硫化时间2-3min。其有益效果为：本专利技术利用不同粒径氧化铝、氮化硼以及石墨烯粉体的混合，使石墨稀在橡胶中不易发生团聚、分散均匀，且不会破坏石墨烯和其他碳材料的本身架构，保持了石墨烯和其他碳材料本身的优良性能；通过对氧化铝、氮化硼、石墨烯粒子的表面预处理以及共混，插缝，实现填料粒子在硅胶基体中的合理分配和充分融合，利用石墨烯粉体优异的导热性能，最终实现了提高硅胶垫片的导热性能；粉体经过表面处理改性后，与硅胶更易结合，利用石墨烯粉体的优异导热性能，使得填料含量下降，垫片相同热导率情况下比市场上产品密度更小机械性能更佳；不同粒径、不同种类导热填料复配，减少导热填料粒子间的空隙，明显提高了导热系数。本专利技术工艺简单易行，条件温和、方法安全易操作，所需设备简易，生产成本低，易于实现批量生产。通过本方法制备的高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片绝缘性良好，且其垂直导热系数提高到1.6W/m·k以上，且其水平导热系数提高到5W/m·k以上，比重低于2.0，硬度为40SHOREA以上，抗拉强度大于250PSI，回弹率达到50％以上，阻燃等级达到UL94V0要求。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例1一种高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片，按照以下方式制备而成：(1)对氮化硼及石墨烯进行表面处理：常温下，将石墨烯加入50％乙醇水溶液内，加入石墨烯质量2％的硅烷偶联剂KH570，搅拌分散2小时后，均质机均质三遍，继续浸渍2小时，滤干，150℃下烘干24h,打粉备用，氮化硼处理方式同石墨烯。(2)150份7μm与50份40μm氧化铝加入高速搅拌机内，淋入3份A-172后，开机高速搅拌5min，然后倒入15份氮化硼及5份石墨烯粉体继续高速混合8min；(3)捏炼机内加入100份甲基乙烯基硅橡胶后，开机混炼，缓慢加入混合粉体并琳入3份羟基硅油，捏炼均匀后继续加入20份阻燃剂并捏炼均匀，停放4h冷却后，重新投入捏炼机，混入1.5份硫化剂。(4)将制得混炼胶在开炼机上返炼。(5)将终炼胶压片后，置于平板硫化机模具内，170℃、5Mpa、3min下高温硫化，即得高导热绝缘硅胶垫片。制得的高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片包括100份的甲基乙烯基硅橡胶，200份的氧化铝，15份的氮化硼，1.5份的硫化剂，20份的硅胶阻燃剂，3份的硅烷偶联剂,3份的羟基硅油和5份的石墨烯。运用标准ASTMD5470热常数分析仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片，其特征在于，按重量份计包括：100份的甲基乙烯基硅橡胶，200‑400份的氧化铝，10‑20份的氮化硼，1‑2份的硫化剂，20份的硅胶阻燃剂，3‑6份的硅烷偶联剂,3‑6份的羟基硅油和5‑20份的石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片，其特征在于，按重量份计包括：100份的甲基乙烯基硅橡胶，200-400份的氧化铝，10-20份的氮化硼，1-2份的硫化剂，20份的硅胶阻燃剂，3-6份的硅烷偶联剂,3-6份的羟基硅油和5-20份的石墨烯。2.如权利要求1所述的高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、对氮化硼及石墨烯进行表面处理：以水跟乙醇1：1～2：1的体积比例配置乙醇水溶液，分别将氮化硼和石墨烯浸渍于硅烷偶联剂水溶液内，再经均质分散、抽滤、干燥、打粉，制得氮化硼粉体及石墨烯粉体；步骤二、氧化铝加入高速搅拌机内，用硅烷偶联剂对氧化铝进行处理3-5min后，倒入氮化硼及石墨烯粉体进行高速搅拌和/或超声和/或高压均质和/或球磨和/或超临界相结合方法的混合处理，制得混合粉体；步骤三、在捏炼机内加入甲基乙烯基硅胶，首次捏炼，缓慢加入混合粉体以及阻燃剂并捏炼均匀，冷却，再次捏炼，再混入硫化剂，制得混炼胶；步骤四、将混炼胶在开炼机上返炼，制得终炼胶；步骤五、将终炼胶压片后，置于平板硫化机模具内，高温硫化，制得高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片。3.根据权利要求2所述的高导热低比重锂电池防爆硅胶垫片的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐燕，萧小月，于锦，李寿，
申请(专利权)人：青岛德通纳米技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37