一种预防锂电池及其包装件燃烧用材料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及预防裡电池及其包装件燃烧用材料领域，具体而言是一种具有阻燃、 降溫、灭火及传热速度慢等特点的预防裡电池及其包装件燃烧用材料及制备方法。
【背景技术】
[0002] 裡电池是目前性能水平最先进、发展最迅速的民用化学能源，成为手机、笔记本电 脑、数码设备等高端产品的首选配套电源。然而，裡电池在使用及运输过程中也存在危险 性，运种危险可能是致命的，甚至导致一场灾难的产生。
[0003] 根据美国联邦航空局（FAA)的统计，在1991~2014年间，已经有144起与电池相 关的"冒烟、起火、极热或爆炸"相关的事故发生。国内在航空运输过程中也发生了多起裡 电池燃烧事故。
[0004] 裡电池燃烧的危险性主要表现为：冒烟、起火、极热或爆炸，还有可能产生少量的 有毒气体。FAA的研究表明，裡离子电池热失控产生的溫度超过590°C，裡金属电池热失控 产生的溫度超过760°C。我们将SOOOmAh的纯钻酸裡聚合物电忍充电到4. 3V再针刺模拟内 短路，电池立即产生燃烧，产生的溫度瞬间超过了 700°C。裡离子电池燃烧的危险程度与其 容量和充电的电压大小有关：容量一定时电压较低内短路时产生燃烧的可能性较小，但会 产生烟雾甚至是剧烈的浓烟，运种烟雾有剧烈的刺激性；电压越大内短路燃烧的可能性越 大，而且燃烧也越剧烈，如果是钢壳电池则可能会产生爆炸。
[000引 FAA的研究表明：飞机上使用的HALONl301灭火剂能够抑制电解质的火灾，但对裡 金属的火灾没有抑制作用，当使用哈龙灭火剂时，无论是裡金属电池还是裡离子电池，随 着电解液释放出来的未燃烧控的增加，加大了火灾和爆炸的危险性。试验表明，哈龙灭火 剂虽然能够抑制裡离子电池燃烧的火灾，但火焰焰灭后存在反复复燃的危险性，原因是哈 龙灭火剂的降溫能力有限，一旦停止使用，溫度又会迅速上升，不能抑制裡离子电池的热失 控，周围物质有被再次引燃的可能性。
[0006] 针对裡电池燃烧的危险性，FAA和国际航协（ICAO)提出了裡电池燃烧的应急处理 措施：无论是金属裡电池，还是可充电的裡离子电池及裡电池包装件，一旦裡电池产生燃烧 应首先将旅客疏散到安全的地方，再用哈龙灭火剂或哈龙灭火剂的替代品、水进行灭火，W 阻止火焰扩散到邻近的电池或材料，火焰焰灭后应立即用水或非醇液体对裡电池进行降溫 W阻止其复燃。
[0007] 上述处理措施取决于电池的个数和火的强度，由于飞机上的水有限如果电池数量 较大、火焰也较大，对火灾也可能较难控制。Ven化raAerospace开发出了对裡离子电池的 火灾灭火系统，不仅能够探测到火灾还能监测到火灾的具体位置，然后将灭火介质对准火 源处进行灭火。由于货机上裡电池包装件存放的位置有可能是重叠放置的，也有可能存放 的位置灭火剂很难达到，因此即使能够监测到火灾的产生及其具体位置，也会给裡电池燃 烧的灭火带来困难。专利号为8733465的美国专利设及一种用于制止裡电池热失控的装 置，将裡电池放在热绝缘壳里面，一种具有热/溫敏管的系统穿过热绝缘壳，当电池开始发 生热失控，溫度的升高或明火的喷发使流体输送系统内的外壳破裂，灭火液体运送到外壳 上出现故障的电池或电池组从而进行降溫。该系统存在增加了裡电池的包装装置，而且液 体的输送需要动力等问题，灭火及降溫效果还有待评估。
[0008] 裡电池燃烧的危险性主要包括燃烧速度快、火焰大、产生高溫高热及较高的压力。
[0009] 裡电池在燃烧前可能会产生大量的烟雾，运种烟雾的浓度较大，而且带有剧烈的 刺激性气味，导致能见度低和人的呼吸困难给应急处理带来非常大的困难。
[0010] 如果大量的裡电池产生了燃烧尤其是在飞机货舱中产生了燃烧，除非有大量的有 效灭火介质而且人员防护措施较好的情况下，有可能将火灾控制住，否则面对火灾可能无 所能力。因此对飞机上裡电池特别是裡电池包装件燃烧的最好方法是预防，裡电池包装件 内的裡电池虽然产生了燃烧，但运种燃烧只限于包装件内，不会导致包装件周围的易燃物 质产生燃烧。
[0011] 飞机货舱中大量的裡电池燃烧，起因应该是少量的裡电池产生了燃烧，燃烧产生 的火焰及高溫高热传递给临近的裡电池导致大量的裡电池燃烧，因此控制裡电池火灾的有 效办法应是遏制最初燃烧的裡电池，将其"隔离"开来，让其不产生明火，产生的高热能够在 其内部消耗掉，外部仍然是低溫，不导致周围的裡电池产生热失控从而避免裡电池热失控 的连锁反应。"灭烟"是裡电池燃烧应急处理的另一个关键因素，只有将烟雾控制住并且迅 速让其"消失掉"，后续的处理措施才能有效的进行，在一个看不见、无法呼吸的地方任何有 效的灭火处理措施都无法执行。
【发明内容】
[0012] 裡电池燃烧的危险性主要包括燃烧速度快、火焰大、产生高溫高热及较高的压力。 裡电池在燃烧前可能会产生大量的烟雾，运种烟雾的浓度较大，而且带有剧烈的刺激性气 味，导致能见度低和人的呼吸困难给应急处理带来非常大的困难。
[0013] 如果大量的裡电池产生了燃烧尤其是在飞机货舱中产生了燃烧，除非有大量的有 效灭火介质而且人员防护措施较好的情况下，有可能将火灾控制住，否则面对火灾可能无 所能力。因此对飞机上裡电池特别是裡电池包装件燃烧的最好方法是预防，裡电池包装件 内的裡电池虽然产生了燃烧，但运种燃烧只限于包装件内，不会导致包装件周围的易燃物 质产生燃烧。
[0014] 为克服上述问题，本发明的技术方案如下： 一种预防裡电池及其包装件燃烧用材料，其特征在于：所述材料为一种复合膜，所述复 合膜包括两层高分子膜和位于两层膜之间的一层水凝胶。所述高分子膜应有良好的抗撕裂 强度、耐冲击性、加工成型性及良好的气密性，保证膜在正常运输条件下因受到挤压、碰撞、 摩擦而不会被损坏，也不应因加工成型时而造成膜的损坏。
[0015] 所述高分子涂覆膜包括高分子膜，所述高分子膜的内侧涂覆有一层阻水涂层，所 述高分子膜的外层依次涂覆粘接剂涂层和阻燃涂层；所述高分子膜的两侧分别经过阻水涂 层、粘接剂涂层和阻燃涂层的涂覆形成高分子涂覆膜，所述阻水涂层、粘接剂涂层和阻燃涂 层统称为涂覆层。
[0016] 所述高分子膜包括但不局限于下述塑料膜：聚酷亚胺膜、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种，所述高分子膜的厚度为 10-200um〇
[0017] 所述粘接剂涂层为聚酷胺、聚氨醋、EVA、EV0H或丙締酸醋粘接剂，所述阻燃涂层为 聚酷胺涂层、聚氨醋涂层或聚丙締酸醋涂层。
[0018] 阻水涂层具体为PVDC(聚偏二氯乙締）。
[0019] 所述涂覆层中阻水涂层厚度为3-lOg/m2、粘接剂涂层厚度为0. 5-5g/m2、阻燃涂层 厚度为5-20g/m2。
[0020] 所述水凝胶包括0. 5-40份的水凝胶物质、至少50份的水、5-40份的冰点降低剂、 0. 1-1份的杀菌剂及0. 5-5份的缓蚀剂，所述水凝胶物质包括有机高分子水凝胶或无机水 凝胶，或者是两者的复配使用。
[0021] 进一步的，所述有机高分子水凝胶含有0. 5-25份的至少一种高分子水凝胶聚合 物、60份W上的水，5-40份的冰点降低剂、0. 1-1份的杀菌剂及0. 5-5份的缓蚀剂；高分子 水凝胶聚合物的含量优选为0. 5-15份，更优选为0. 5-10份，甚至0. 5-5份。所述有机高分 子水凝胶包括聚丙締酷胺、聚丙締酸钟、聚乙締醇、径甲基纤维素、径乙基纤维素、径丙基纤 维素、丙締酸共聚物、径丙基甲基纤维素、簇甲基径乙基纤维素、黄原胶、瓜尔胶及海藻酸钢 中的一种或多种。
[0022] 进一步的，所述无机水凝胶含有10-40份的至少一种无机水凝胶物质、50份W上 的水，5-40份的冰点降低剂、0. 1-1份的杀菌剂及0. 5-5份的缓蚀剂；无机水凝胶物质的含 量优选为10-30份，更优选为10-25份，甚至10-15份。所述无机水凝胶物质包括膨润±、 娃藻±、水玻璃、气相二氧化娃、娃酸儀侣、娃酸儀裡等中的一种或多种。
[0023] 进一步的，所述机高分子水凝胶和无机水凝胶复配的水凝胶含有0. 1-15份的至 少一种高分子水凝胶聚合物、1-25份的至少一种无机水凝胶物质及50份W上的水，5-40份 的冰点降低剂、0. 1-1份的杀菌剂及0. 5-5份的缓蚀剂；还可W是含有0. 1-10份的至少一 种高分子水凝胶聚合物、1-15份的至少一种无机水凝胶物质及50份W上的水。
[0024] 所述高分子水凝胶聚合物包括聚丙締酷胺、聚丙締酸钟、聚乙締醇、径甲基纤维 素、径乙基纤维素、径丙基纤维素、丙締酸共聚物、径丙基甲基纤维素、簇甲基径乙基纤维 素、黄原胶、瓜尔胶及海藻酸钢中的一种或多种； 所述无机水凝胶物质包括膨润上、娃藻上、水玻璃、气相二氧化娃、娃酸儀侣、娃酸儀裡 等中的一种或多种。
[00巧]所述冰点降低剂为醇、盐或醇和盐的组合物； 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、丙二醇中的一种或多种，所述醇的含量为5-35份； 所述盐为碳酸巧、巧樣酸巧、醋酸巧、醋酸钟、乳酸钟、乳酸钢、醋酸钢、碳酸钟、碳酸氨 钟、碳酸钢、碳酸氨钢中的一种或多种，所述盐的含量为5-25份； 所述醇和盐的组合物中，醇的含量5-25份，盐的含量5-15份。
[0026] 所述水凝胶的黏度在15°C时采用化ookfieldviscometerLV4所测黏度的范围 为 100000 ~500000CP，优选为 150000 ~500000CP，更优选为 250000 ~500000CP所述水 凝胶的冰点为〇°C~-45°c。
[0027] 所述水凝胶的用量为0.5-3kg/m2。
[0028] 一种预防裡电池及其包装件燃烧用材料的制备方法包括：先将水凝胶均匀涂覆于 一张高分子膜(高分子涂覆膜）表面，再将另一张高分子膜(或高分子涂覆膜）覆盖在已涂好 的