锂离子电池封装用阻燃材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池封装用阻燃材料及其制备方法和应用，将硝酸铁与含氮类有机配体反应得到铁基金属有机框架；将三聚氰胺聚磷酸盐和铁基金属有机框架混合，在150

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池封装用阻燃材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池封装材料
，尤其涉及一种锂离子电池封装用阻燃材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段。加快储能技术与产业发展，对于构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源产业体系，推进我国能源行业供给侧改革、推动能源生产和利用方式变革具有重要战略意义，同时还将带动从材料制备到系统集成全产业链发展，成为提升产业发展水平、推动经济社会发展的新动能。
[0003]以锂离子电池为代表的电化学储能技术由于其循环性能好、无记忆效应、比能量高等优点，成为目前电力储能领域装机容量增长最快的储能技术。锂离子电池储能装机规模跨越式发展将极大推动电网高质量发展，对未来电网的建设和发展发挥着重要作用。但目前锂离子电池仍未达到本质安全，一旦电池处于短路、过热、挤压等滥用条件下，电池可能产生大量的热，从而引发内部电解液和电极材料的链式反应，进而发生热失控，并可能发展为大规模的爆炸、火灾事故。集装箱式锂离子电池储能系统是以锂离子电池为基础的，具有发生火灾或爆炸的危险本质，特别是在密闭封闭空间，一旦某一储能单元发生火灾，将会引起相邻多台储能单元的连锁火灾反应甚至箱体爆炸，火灾荷载大、危险性高且难于扑救。
[0004]软包装锂离子电池由于在形状和尺寸方面的灵活性，往往可以满足更高的能量密度要求，以适应电池“更薄”、“更小”的发展趋势。但是，这也对锂离子电池包装过程中的工艺、封装材料的性能以及封装后的强度提出了更高的要求。三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)是一种发烟量低和阻燃效率高的新型绿色膨胀型阻燃剂。MPP受热分解会产生具有高热稳定性的(PNO)x，使得其具有较高的热稳定性，而且它还具有阻燃效率高、与其他阻燃剂配伍性好等优点。此外，研究发现MOFs中的金属能与一些含氮的物质通过氢键相连接。所以期冀MPP改性过渡金属基MOFs可以赋予易燃性环氧树脂良好的阻燃性能。有鉴于此，有必要设计一种改进的锂离子电池封装用阻燃材料及其制备方法和应用，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池封装用阻燃材料及其制备方法和应用，通过将三聚氰胺聚磷酸盐与含氮类铁基金属有机框架复合，用于聚丙烯阻燃材料的制备，将该材料粘结于铝箔上，既具有良好的粘结强度，又具有良好的吸热和阻燃性能，从而显著提高电池热失控稳定性和安全性。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种锂离子电池封装用阻燃材料，包括聚丙烯基材和三聚氰胺聚磷酸盐接枝铁基金属有机框架，所述三聚氰胺聚磷酸盐接枝铁基金属有机框架的含量为所述聚丙烯基材的20wt％～80wt％。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述三聚氰胺聚磷酸盐接枝铁基金属有机框架中三聚
氰胺聚磷酸盐和铁基金属有机框架的质量比为1：(0.5
‑
1.5)。
[0008]一种以上所述的锂离子电池封装用阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1.将硝酸铁与含氮类有机配体反应得到铁基金属有机框架；
[0010]S2.将三聚氰胺聚磷酸盐和步骤S1得到的所述铁基金属有机框架混合，在150
‑
200℃反应1
‑
10h，得到三聚氰胺聚磷酸盐接枝铁基金属有机框架；
[0011]S3.将步骤S2所述的三聚氰胺聚磷酸盐接枝铁基金属有机框架与聚丙烯熔融共混成型，得到锂离子电池封装用阻燃材料。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，含氮类有机配体为咪唑类有机配体。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述咪唑类有机配体为2
‑
甲基咪唑。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，所述三聚氰胺聚磷酸盐和铁基金属有机框架的质量比为1：(0.8
‑
1.1)。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，反应温度为160
‑
200℃。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，所述三聚氰胺聚磷酸盐接枝铁基金属有机框架与聚丙烯熔融共混温度为190
‑
240℃，优选为210
‑
220℃。
[0017]一种以上所述的锂离子电池封装用阻燃材料，或者以上任一项所述的制备方法得到的锂离子电池封装用阻燃材料的应用，所述锂离子电池封装用阻燃材料用于锂离子电池封装外壳的制备；所述锂离子电池封装外壳包括铝箔和分别粘结于所述铝箔两侧的尼龙层及阻燃聚丙烯层，所述阻燃聚丙烯层为权利要求1或2所述的锂离子电池封装用阻燃材料，或者权利要求3至8中任一项所述的制备方法得到的锂离子电池封装用阻燃材料。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述阻燃聚丙烯层厚度为30
‑
50μm，所述铝箔厚度为30
‑
50μm，所述尼龙层厚度为20
‑
30μm；所述阻燃聚丙烯层为靠近电解液一侧。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]1.本专利技术提供的锂离子电池封装用阻燃材料，首先合成了一款过渡金属基Fe
‑
MOF，将MPP接枝到过渡金属基Fe
‑
MOF上，成功制备出MPP
‑
Fe
‑
MOF，并将该MPP
‑
Fe
‑
MOF掺杂在锂离子电池封装用铝塑膜材料聚丙烯基材中，然后结合铝箔层和尼龙层，设计一种新型的锂离子电池高安全封装材料。当锂离子电池因受到外界挤压、热或者过充等引发热失控导致锂离子电池内部温度过高时，封装在铝塑膜内部的MPP
‑
Fe
‑
MOF会受热分解会产生具有高热稳定性的(PNO)x，使铝塑膜具有较高的热稳定性和高效阻燃效果，从而抑制锂离子电池热失控蔓延的发生。本专利的实施有利于提高锂离子电池大规模应用中的安全性，为推广储能系统或动力电池系统大规模应用做出安全保障。
[0021]2.本专利技术通过将三聚氰胺聚磷酸盐与过渡金属基MOF结合，制备了一种具有阻燃效率高的新型绿色膨胀型阻燃剂MPP
‑
Fe
‑
MOF；MPP
‑
Fe
‑
MOF通过熔融共混法掺杂到锂离子电池封装所使用的铝塑膜中，制备了一种应用于锂离子电池的高安全封装材料。当三聚氰胺聚磷酸盐与含氮类铁基MOF复合时，阻燃和粘结效果格外优异。
附图说明
[0022]图1为实施例1制备的Fe
‑
MOF和MPP
‑
Fe
‑
MOF的XRD图谱。
[0023]图2为MPP
‑
Fe
‑
MOF/PP复合材料的表面SEM图。
[0024]图3为采用不同封装材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池封装用阻燃材料，其特征在于，包括聚丙烯基材和三聚氰胺聚磷酸盐接枝铁基金属有机框架，所述三聚氰胺聚磷酸盐接枝铁基金属有机框架的含量为所述聚丙烯基材的20wt％～80wt％。2.根据权利要求1所述的锂离子电池封装用阻燃材料，其特征在于，所述三聚氰胺聚磷酸盐接枝铁基金属有机框架中三聚氰胺聚磷酸盐和铁基金属有机框架的质量比为1：(0.5
‑
1.5)。3.一种权利要求1或2所述的锂离子电池封装用阻燃材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将硝酸铁与含氮类有机配体反应得到铁基金属有机框架；S2.将三聚氰胺聚磷酸盐和步骤S1得到的所述铁基金属有机框架混合，在150
‑
200℃反应1
‑
10h，得到三聚氰胺聚磷酸盐接枝铁基金属有机框架；S3.将步骤S2所述的三聚氰胺聚磷酸盐接枝铁基金属有机框架与聚丙烯熔融共混成型，得到锂离子电池封装用阻燃材料。4.根据权利要求3所述的锂离子电池封装用阻燃材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，含氮类有机配体为咪唑类有机配体。5.根据权利要求4所述的锂离子电池封装用阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述咪唑类有机配体为2
‑
甲基咪唑。6.根据权利要求3所述的锂离子电池封装用阻燃材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述三聚氰胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：周开运，姚建锋，朱家立，童大中，段博涛，王勇，鲁水林，刘高明，王振华，张介，王嘉曦，丁宇涛，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司湖州供电公司，
类型：发明
国别省市：