Formeldesign for MCA og aluminiumhypofosfitt (AHP) i separatorbelegg for flammehemming

Formeldesign for MCA og aluminiumhypofosfitt (AHP) i separatorbelegg for flammehemming

Basert på brukerens spesifikke krav til flammehemmende separatorbelegg, egenskapene tilMelamincyanurat (MCA)ogAluminiumhypofosfitt (AHP)analyseres som følger:

1. Kompatibilitet med slamsystemer

• MCA:
• Vannholdige systemer:Krever overflatemodifisering (f.eks. silankoblingsmidler eller overflateaktive stoffer) for å forbedre dispergerbarheten; ellers kan det oppstå agglomerering.
• NMP-systemer:Kan vise lett hevelse i polare løsemidler (anbefalt: test hevelseshastigheten etter 7 dagers nedsenking).
• AHP:
• Vannholdige systemer:God dispergerbarhet, men pH-verdien må kontrolleres (sure forhold kan forårsake hydrolyse).
• NMP-systemer:Høy kjemisk stabilitet med minimal risiko for hevelse.
  Konklusjon:AHP viser bedre kompatibilitet, mens MCA krever modifikasjon.

2. Partikkelstørrelse og tilpasningsevne til beleggprosessen

• MCA:
• Opprinnelig D50: ~1–2 μm; krever sliping (f.eks. sandmaling) for å redusere partikkelstørrelsen, men kan skade den lagdelte strukturen, noe som påvirker flammehemmende effektivitet.
• Jevnheten etter sliping må verifiseres (SEM-observasjon).
• AHP:
• Original D50: Typisk ≤5 μm; sliping til D50 0,5 μm/D90 1 μm er oppnåelig (overdreven sliping kan forårsake viskositetstopper i slammet).
  Konklusjon:MCA har bedre tilpasningsevne til partikkelstørrelse med lavere prosessrisiko.

3. Vedheft og slitestyrke

• MCA:
• Lav polaritet fører til dårlig vedheft med PE/PP-separatorfilmer; krever 5–10 % akrylbaserte bindemidler (f.eks. PVDF-HFP).
• Høy friksjonskoeffisient kan nødvendiggjøre tilsetning av 0,5–1 % nano-SiO₂ for å forbedre slitestyrken.
• AHP:
• Overflatehydroksylgrupper danner hydrogenbindinger med separatoren, noe som forbedrer adhesjonen, men 3–5 % polyuretanbindemidler er fortsatt nødvendig.
• Høyere hardhet (Mohs ~3) kan forårsake avgivelse av mikropartikler under langvarig friksjon (krever syklisk testing).
  Konklusjon:AHP tilbyr bedre totalytelse, men krever optimalisering av bindemidler.

4. Termisk stabilitet og nedbrytningsegenskaper

• MCA:
• Nedbrytningstemperatur: 260–310 °C; kan ikke generere gass ved 120–150 °C, og klarer potensielt ikke å undertrykke termisk runaway.
• AHP:
• Nedbrytningstemperatur: 280–310 °C, også utilstrekkelig for gassproduksjon ved lav temperatur.
  Hovedproblem:Begge brytes ned over målområdet (120–150 °C).Løsninger:
• Introduser lavtemperatursynergister (f.eks. mikroinnkapslet rødt fosfor, nedbrytningsområde: 150–200 °C) eller modifisert ammoniumpolyfosfat (APP, belagt for å justere nedbrytningen til 140–180 °C).
• Design enMCA/APP-kompositt (forhold 6:4)å utnytte APPs lavtemperaturgassgenerering + MCAs gassfaseflammehemming.

5. Elektrokjemisk og korrosjonsbestandighet

• MCA:
• Elektrokjemisk inert, men gjenværende fritt melamin (renhet ≥99,5 % kreves) kan katalysere nedbrytning av elektrolytt.
• AHP:
• Sure urenheter (f.eks. H₃PO₂) må minimeres (ICP-test: metallioner ≤10 ppm) for å unngå akselerert LiPF₆-hydrolyse.
  Konklusjon:Begge krever høy renhet (≥99 %), men MCA er lettere å rense.

Omfattende løsningsforslag

1. Valg av primær flammehemmer:

• Foretrukket:AHP (balansert dispergerbarhet/adhesjon) + lavtemperatursynergist (f.eks. 5 % mikroinnkapslet rødt fosfor).
• Alternativ:Modifisert MCA (karboksylpodet for vandig dispersjon) + APP-synergist.

1. Prosessoptimalisering:

• Slurryformel:AHP (90 %) + polyuretanbindemiddel (7 %) + fuktemiddel (BYK-346, 0,5 %) + skumdemper (2 %).
• Slipeparametere:Sandmølle med 0,3 mm ZrO₂-kuler, 2000 o/min, 2 timer (mål D90 ≤1 μm).

1. Valideringstester:

• Termisk nedbrytning:TGA (vekttap <1 % ved 120 °C/2 t; gassutgang ved 150 °C/30 min via GC-MS).
• Elektrokjemisk stabilitet:SEM-observasjon etter 30 dagers nedsenking i 1M LiPF₆ EC/DMC ved 60 °C.

Endelig anbefaling

Verken MCA eller AHP alene oppfyller alle kravene.hybridsystemanbefales:

• AHP (matrise)+mikroinnkapslet rødt fosfor (lavtemperaturgassgenerator)+nano-SiO₂(slitasjemotstand).
• Kombiner med en vandig harpiks med høy heftevne (f.eks. akryl-epoksy-komposittemulsjon) og optimaliser overflatemodifiseringen for partikkelstørrelse/dispersjonsstabilitet.
  Videre testinger nødvendig for å validere termisk-elektrokjemisk synergi.