一種預防鋰電池及其包裝件燃燒用材料及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及預防裡電池及其包裝件燃燒用材料領域，具體而言是一種具有阻燃、 降溫、滅火及傳熱速度慢等特點的預防裡電池及其包裝件燃燒用材料及制備方法。
【背景技術】
[0002] 裡電池是目前性能水平最先進、發展最迅速的民用化學能源，成為手機、筆記本電 腦、數碼設備等高端產品的首選配套電源。然而，裡電池在使用及運輸過程中也存在危險 性，運種危險可能是致命的，甚至導致一場災難的產生。
[0003] 根據美國聯邦航空局（FAA)的統計，在1991~2014年間，已經有144起與電池相 關的"冒煙、起火、極熱或爆炸"相關的事故發生。國內在航空運輸過程中也發生了多起裡 電池燃燒事故。
[0004] 裡電池燃燒的危險性主要表現為：冒煙、起火、極熱或爆炸，還有可能產生少量的 有毒氣體。FAA的研究表明，裡離子電池熱失控產生的溫度超過590°C，裡金屬電池熱失控 產生的溫度超過760°C。我們將SOOOmAh的純鉆酸裡聚合物電忍充電到4. 3V再針刺模擬內 短路，電池立即產生燃燒，產生的溫度瞬間超過了 700°C。裡離子電池燃燒的危險程度與其 容量和充電的電壓大小有關：容量一定時電壓較低內短路時產生燃燒的可能性較小，但會 產生煙霧甚至是劇烈的濃煙，運種煙霧有劇烈的刺激性；電壓越大內短路燃燒的可能性越 大，而且燃燒也越劇烈，如果是鋼殼電池則可能會產生爆炸。
[000引 FAA的研究表明：飛機上使用的HALONl301滅火劑能夠抑制電解質的火災，但對裡 金屬的火災沒有抑制作用，當使用哈龍滅火劑時，無論是裡金屬電池還是裡離子電池，隨 著電解液釋放出來的未燃燒控的增加，加大了火災和爆炸的危險性。試驗表明，哈龍滅火 劑雖然能夠抑制裡離子電池燃燒的火災，但火焰焰滅后存在反復復燃的危險性，原因是哈 龍滅火劑的降溫能力有限，一旦停止使用，溫度又會迅速上升，不能抑制裡離子電池的熱失 控，周圍物質有被再次引燃的可能性。
[0006] 針對裡電池燃燒的危險性，FAA和國際航協（ICAO)提出了裡電池燃燒的應急處理 措施：無論是金屬裡電池，還是可充電的裡離子電池及裡電池包裝件，一旦裡電池產生燃燒 應首先將旅客疏散到安全的地方，再用哈龍滅火劑或哈龍滅火劑的替代品、水進行滅火，W 阻止火焰擴散到鄰近的電池或材料，火焰焰滅后應立即用水或非醇液體對裡電池進行降溫 W阻止其復燃。
[0007] 上述處理措施取決于電池的個數和火的強度，由于飛機上的水有限如果電池數量 較大、火焰也較大，對火災也可能較難控制。Ven化raAerospace開發出了對裡離子電池的 火災滅火系統，不僅能夠探測到火災還能監測到火災的具體位置，然后將滅火介質對準火 源處進行滅火。由于貨機上裡電池包裝件存放的位置有可能是重疊放置的，也有可能存放 的位置滅火劑很難達到，因此即使能夠監測到火災的產生及其具體位置，也會給裡電池燃 燒的滅火帶來困難。專利號為8733465的美國專利設及一種用于制止裡電池熱失控的裝 置，將裡電池放在熱絕緣殼里面，一種具有熱/溫敏管的系統穿過熱絕緣殼，當電池開始發 生熱失控，溫度的升高或明火的噴發使流體輸送系統內的外殼破裂，滅火液體運送到外殼 上出現故障的電池或電池組從而進行降溫。該系統存在增加了裡電池的包裝裝置，而且液 體的輸送需要動力等問題，滅火及降溫效果還有待評估。
[0008] 裡電池燃燒的危險性主要包括燃燒速度快、火焰大、產生高溫高熱及較高的壓力。
[0009] 裡電池在燃燒前可能會產生大量的煙霧，運種煙霧的濃度較大，而且帶有劇烈的 刺激性氣味，導致能見度低和人的呼吸困難給應急處理帶來非常大的困難。
[0010] 如果大量的裡電池產生了燃燒尤其是在飛機貨艙中產生了燃燒，除非有大量的有 效滅火介質而且人員防護措施較好的情況下，有可能將火災控制住，否則面對火災可能無 所能力。因此對飛機上裡電池特別是裡電池包裝件燃燒的最好方法是預防，裡電池包裝件 內的裡電池雖然產生了燃燒，但運種燃燒只限于包裝件內，不會導致包裝件周圍的易燃物 質產生燃燒。
[0011] 飛機貨艙中大量的裡電池燃燒，起因應該是少量的裡電池產生了燃燒，燃燒產生 的火焰及高溫高熱傳遞給臨近的裡電池導致大量的裡電池燃燒，因此控制裡電池火災的有 效辦法應是遏制最初燃燒的裡電池，將其"隔離"開來，讓其不產生明火，產生的高熱能夠在 其內部消耗掉，外部仍然是低溫，不導致周圍的裡電池產生熱失控從而避免裡電池熱失控 的連鎖反應。"滅煙"是裡電池燃燒應急處理的另一個關鍵因素，只有將煙霧控制住并且迅 速讓其"消失掉"，后續的處理措施才能有效的進行，在一個看不見、無法呼吸的地方任何有 效的滅火處理措施都無法執行。
【發明內容】
[0012] 裡電池燃燒的危險性主要包括燃燒速度快、火焰大、產生高溫高熱及較高的壓力。 裡電池在燃燒前可能會產生大量的煙霧，運種煙霧的濃度較大，而且帶有劇烈的刺激性氣 味，導致能見度低和人的呼吸困難給應急處理帶來非常大的困難。
[0013] 如果大量的裡電池產生了燃燒尤其是在飛機貨艙中產生了燃燒，除非有大量的有 效滅火介質而且人員防護措施較好的情況下，有可能將火災控制住，否則面對火災可能無 所能力。因此對飛機上裡電池特別是裡電池包裝件燃燒的最好方法是預防，裡電池包裝件 內的裡電池雖然產生了燃燒，但運種燃燒只限于包裝件內，不會導致包裝件周圍的易燃物 質產生燃燒。
[0014] 為克服上述問題，本發明的技術方案如下： 一種預防裡電池及其包裝件燃燒用材料，其特征在于：所述材料為一種復合膜，所述復 合膜包括兩層高分子膜和位于兩層膜之間的一層水凝膠。所述高分子膜應有良好的抗撕裂 強度、耐沖擊性、加工成型性及良好的氣密性，保證膜在正常運輸條件下因受到擠壓、碰撞、 摩擦而不會被損壞，也不應因加工成型時而造成膜的損壞。
[0015] 所述高分子涂覆膜包括高分子膜，所述高分子膜的內側涂覆有一層阻水涂層，所 述高分子膜的外層依次涂覆粘接劑涂層和阻燃涂層；所述高分子膜的兩側分別經過阻水涂 層、粘接劑涂層和阻燃涂層的涂覆形成高分子涂覆膜，所述阻水涂層、粘接劑涂層和阻燃涂 層統稱為涂覆層。
[0016] 所述高分子膜包括但不局限于下述塑料膜：聚酷亞胺膜、聚氣乙締膜、聚酸 酸酬膜、聚醋膜、聚乙締膜、聚丙締膜、聚偏二氯乙締中的一種，所述高分子膜的厚度為 10-200um〇
[0017] 所述粘接劑涂層為聚酷胺、聚氨醋、EVA、EV0H或丙締酸醋粘接劑，所述阻燃涂層為 聚酷胺涂層、聚氨醋涂層或聚丙締酸醋涂層。
[0018] 阻水涂層具體為PVDC(聚偏二氯乙締）。
[0019] 所述涂覆層中阻水涂層厚度為3-lOg/m2、粘接劑涂層厚度為0. 5-5g/m2、阻燃涂層 厚度為5-20g/m2。
[0020] 所述水凝膠包括0. 5-40份的水凝膠物質、至少50份的水、5-40份的冰點降低劑、 0. 1-1份的殺菌劑及0. 5-5份的緩蝕劑，所述水凝膠物質包括有機高分子水凝膠或無機水 凝膠，或者是兩者的復配使用。
[0021] 進一步的，所述有機高分子水凝膠含有0. 5-25份的至少一種高分子水凝膠聚合 物、60份W上的水，5-40份的冰點降低劑、0. 1-1份的殺菌劑及0. 5-5份的緩蝕劑；高分子 水凝膠聚合物的含量優選為0. 5-15份，更優選為0. 5-10份，甚至0. 5-5份。所述有機高分 子水凝膠包括聚丙締酷胺、聚丙締酸鐘、聚乙締醇、徑甲基纖維素、徑乙基纖維素、徑丙基纖 維素、丙締酸共聚物、徑丙基甲基纖維素、簇甲基徑乙基纖維素、黃原膠、瓜爾膠及海藻酸鋼 中的一種或多種。
[0022] 進一步的，所述無機水凝膠含有10-40份的至少一種無機水凝膠物質、50份W上 的水，5-40份的冰點降低劑、0. 1-1份的殺菌劑及0. 5-5份的緩蝕劑；無機水凝膠物質的含 量優選為10-30份，更優選為10-25份，甚至10-15份。所述無機水凝膠物質包括膨潤±、 娃藻±、水玻璃、氣相二氧化娃、娃酸儀侶、娃酸儀裡等中的一種或多種。
[0023] 進一步的，所述機高分子水凝膠和無機水凝膠復配的水凝膠含有0. 1-15份的至 少一種高分子水凝膠聚合物、1-25份的至少一種無機水凝膠物質及50份W上的水，5-40份 的冰點降低劑、0. 1-1份的殺菌劑及0. 5-5份的緩蝕劑；還可W是含有0. 1-10份的至少一 種高分子水凝膠聚合物、1-15份的至少一種無機水凝膠物質及50份W上的水。
[0024] 所述高分子水凝膠聚合物包括聚丙締酷胺、聚丙締酸鐘、聚乙締醇、徑甲基纖維 素、徑乙基纖維素、徑丙基纖維素、丙締酸共聚物、徑丙基甲基纖維素、簇甲基徑乙基纖維 素、黃原膠、瓜爾膠及海藻酸鋼中的一種或多種； 所述無機水凝膠物質包括膨潤上、娃藻上、水玻璃、氣相二氧化娃、娃酸儀侶、娃酸儀裡 等中的一種或多種。
[00巧]所述冰點降低劑為醇、鹽或醇和鹽的組合物； 所述醇包括葡萄糖醇、木糖醇、山梨糖醇、甘露醇、乙二醇、丙二醇、丙=醇及生物基乙 二醇、丙二醇中的一種或多種，所述醇的含量為5-35份； 所述鹽為碳酸巧、巧樣酸巧、醋酸巧、醋酸鐘、乳酸鐘、乳酸鋼、醋酸鋼、碳酸鐘、碳酸氨 鐘、碳酸鋼、碳酸氨鋼中的一種或多種，所述鹽的含量為5-25份； 所述醇和鹽的組合物中，醇的含量5-25份，鹽的含量5-15份。
[0026] 所述水凝膠的黏度在15°C時采用化ookfieldviscometerLV4所測黏度的范圍 為 100000 ~500000CP，優選為 150000 ~500000CP，更優選為 250000 ~500000CP所述水 凝膠的冰點為〇°C~-45°c。
[0027] 所述水凝膠的用量為0.5-3kg/m2。
[0028] 一種預防裡電池及其包裝件燃燒用材料的制備方法包括：先將水凝膠均勻涂覆于 一張高分子膜(高分子涂覆膜）表面，再將另一張高分子膜(或高分子涂覆膜）覆蓋在已涂好 的