Formeldesign til MCA og aluminiumhypophosphit (AHP) i separatorbelægning for flammehæmning

Formeldesign til MCA og aluminiumhypophosphit (AHP) i separatorbelægning for flammehæmning

Baseret på brugerens specifikke krav til flammehæmmende separatorbelægninger, egenskaberne vedMelamincyanurat (MCA)ogAluminiumhypophosphit (AHP)analyseres som følger:

1. Kompatibilitet med gyllesystemer

• MCA:
• Vandige systemer:Kræver overflademodifikation (f.eks. silankoblingsmidler eller overfladeaktive stoffer) for at forbedre dispergerbarheden; ellers kan der forekomme agglomerering.
• NMP-systemer:Kan udvise let hævelse i polære opløsningsmidler (anbefalet: test hævelseshastigheden efter 7 dages nedsænkning).
• AHP:
• Vandige systemer:God dispergerbarhed, men pH-værdien skal kontrolleres (sure forhold kan forårsage hydrolyse).
• NMP-systemer:Høj kemisk stabilitet med minimal risiko for hævelse.
  Konklusion:AHP viser bedre kompatibilitet, mens MCA kræver modifikation.

2. Partikelstørrelse og tilpasningsevne til belægningsproces

• MCA:
• Oprindelig D50: ~1-2 μm; kræver formaling (f.eks. sandformaling) for at reducere partikelstørrelsen, men kan beskadige dens lagstruktur, hvilket påvirker flammehæmmende effektivitet.
• Ensartetheden efter slibning skal verificeres (SEM-observation).
• AHP:
• Oprindelig D50: Typisk ≤5 μm; slibning til D50 0,5 μm/D90 1 μm er opnåelig (overdreven slibning kan forårsage viskositetsstigninger i slammet).
  Konklusion:MCA har bedre partikelstørrelsestilpasningsevne med lavere procesrisiko.

3. Vedhæftning og slidstyrke

• MCA:
• Lav polaritet fører til dårlig vedhæftning med PE/PP-separatorfilm; kræver 5-10% akrylbaserede bindemidler (f.eks. PVDF-HFP).
• Høj friktionskoefficient kan nødvendiggøre tilsætning af 0,5-1% nano-SiO₂ for at forbedre slidstyrken.
• AHP:
• Overfladehydroxylgrupper danner hydrogenbindinger med separatoren, hvilket forbedrer vedhæftningen, men 3-5% polyurethanbindemidler er stadig nødvendige.
• Højere hårdhed (Mohs ~3) kan forårsage afgivelse af mikropartikler under længerevarende friktion (kræver cyklisk testning).
  Konklusion:AHP tilbyder bedre samlet ydeevne, men kræver optimering af bindemidler.

4. Termisk stabilitet og nedbrydningsegenskaber

• MCA:
• Nedbrydningstemperatur: 260-310 °C; kan ikke generere gas ved 120-150 °C og kan potentielt ikke undertrykke termisk løb.
• AHP:
• Nedbrydningstemperatur: 280-310 °C, også utilstrækkelig til gasdannelse ved lav temperatur.
  Nøgleproblem:Begge nedbrydes over målområdet (120-150 °C).Løsninger:
• Introducer lavtemperatursynergister (f.eks. mikroindkapslet rødt fosfor, nedbrydningsområde: 150-200 °C) eller modificeret ammoniumpolyfosfat (APP, coatet for at justere nedbrydningen til 140-180 °C).
• Design etMCA/APP-komposit (forhold 6:4)at udnytte APP's lavtemperaturgasgenerering + MCA's gasfaseflammehæmning.

5. Elektrokemisk og korrosionsbestandighed

• MCA:
• Elektrokemisk inert, men resterende fri melamin (renhed ≥99,5% kræves) kan katalysere elektrolytnedbrydning.
• AHP:
• Sure urenheder (f.eks. H₃PO₂) skal minimeres (ICP-test: metalioner ≤10 ppm) for at undgå acceleration af LiPF₆-hydrolysen.
  Konklusion:Begge kræver høj renhed (≥99%), men MCA er lettere at rense.

Omfattende løsningsforslag

1. Valg af primær flammehæmmer:

• Foretrukket:AHP (balanceret dispergerbarhed/adhæsion) + lavtemperatursynergist (f.eks. 5% mikroindkapslet rødt fosfor).
• Alternativ:Modificeret MCA (carboxylpodet til vandig dispersion) + APP-synergist.

1. Procesoptimering:

• Opslæmningsformel:AHP (90%) + polyurethanbindemiddel (7%) + befugtningsmiddel (BYK-346, 0,5%) + skumdæmper (2%).
• Slibeparametre:Sandmølle med 0,3 mm ZrO₂-perler, 2000 o/min, 2 timer (mål D90 ≤1 μm).

1. Valideringstests:

• Termisk nedbrydning:TGA (vægttab <1% ved 120°C/2t; gasudgang ved 150°C/30min via GC-MS).
• Elektrokemisk stabilitet:SEM-observation efter 30 dages nedsænkning i 1M LiPF₆ EC/DMC ved 60°C.

Endelig anbefaling

Hverken MCA eller AHP alene opfylder alle krav.hybridsystemrådes til:

• AHP (matrix)+mikroindkapslet rødt fosfor (lavtemperaturgasgenerator)+nano-SiO₂(slidstyrke).
• Kombinér med en vandig harpiks med høj vedhæftning (f.eks. akryl-epoxy-kompositemulsion) og optimer overflademodifikationen for partikelstørrelse/dispersionsstabilitet.
  Yderligere testninger nødvendig for at validere termisk-elektrokemisk synergi.