Formuleontwerp voor MCA en aluminiumhypofosfiet (AHP) in separatorcoating voor vlamvertraging

Formuleontwerp voor MCA en aluminiumhypofosfiet (AHP) in separatorcoating voor vlamvertraging

Op basis van de specifieke eisen van de gebruiker voor vlamvertragende scheidingscoatings, worden de eigenschappen vanMelaminecyanuraat (MCA)EnAluminiumhypofosfiet (AHP)worden als volgt geanalyseerd:

1. Compatibiliteit met slibsystemen

• MCA:
• Waterige systemen:Vereist oppervlaktemodificatie (bijv. silaankoppelingsmiddelen of oppervlakteactieve stoffen) om de dispergeerbaarheid te verbeteren; anders kan er agglomeratie optreden.
• NMP-systemen:Kan lichte zwelling vertonen in polaire oplosmiddelen (aanbevolen: test de zwellingssnelheid na 7 dagen onderdompeling).
• AHP:
• Waterige systemen:Goede dispergeerbaarheid, maar de pH-waarde moet onder controle worden gehouden (zure omstandigheden kunnen hydrolyse veroorzaken).
• NMP-systemen:Hoge chemische stabiliteit met minimaal zwellingsrisico.
  Conclusie:AHP toont een betere compatibiliteit, terwijl MCA aanpassingen vereist.

2. Deeltjesgrootte en aanpasbaarheid van het coatingproces

• MCA:
• Origineel D50: ~1–2 μm; moet worden gemalen (bijvoorbeeld door zandfrezen) om de deeltjesgrootte te verkleinen, maar kan de gelaagde structuur beschadigen, wat van invloed is op de brandvertragende werking.
• De uniformiteit na het slijpen moet worden geverifieerd (SEM-observatie).
• AHP:
• Originele D50: Meestal ≤5 μm; malen tot D50 0,5 μm/D90 1 μm is haalbaar (overmatig malen kan viscositeitspieken in de slurry veroorzaken).
  Conclusie:MCA heeft een betere aanpasbaarheid van de deeltjesgrootte en daardoor een lager procesrisico.

3. Hechting en slijtvastheid

• MCA:
• Lage polariteit leidt tot slechte hechting met PE/PP-scheidingsfolies; vereist 5–10% bindmiddelen op acrylbasis (bijv. PVDF-HFP).
• Bij een hoge wrijvingscoëfficiënt kan het nodig zijn om 0,5–1% nano-SiO₂ toe te voegen om de slijtvastheid te verbeteren.
• AHP:
• Oppervlaktehydroxylgroepen vormen waterstofbruggen met de separator, waardoor de hechting verbetert, maar er zijn nog steeds 3–5% polyurethaanbindmiddelen nodig.
• Een hogere hardheid (Mohs ~3) kan ervoor zorgen dat microdeeltjes bij langdurige wrijving loskomen (cyclische testen vereist).
  Conclusie:AHP biedt betere algemene prestaties, maar vereist binderoptimalisatie.

4. Thermische stabiliteit en ontledingseigenschappen

• MCA:
• Ontledingstemperatuur: 260–310°C; kan bij 120–150°C geen gas genereren, waardoor thermische runaway mogelijk niet kan worden onderdrukt.
• AHP:
• Ontledingstemperatuur: 280–310°C, eveneens onvoldoende voor gasgeneratie bij lage temperaturen.
  Kernpunt:Beide ontbinden boven het doelbereik (120–150°C).Oplossingen:
• Voeg synergisten met een lage temperatuur toe (bijvoorbeeld micro-ingekapselde rode fosfor, ontledingstemperatuur: 150–200°C) of gemodificeerd ammoniumpolyfosfaat (APP, gecoat om de ontleding aan te passen aan 140–180°C).
• Ontwerp eenMCA/APP-composiet (verhouding 6:4)om de lagetemperatuurgasgeneratie van APP + de gasfasevlamremming van MCA te benutten.

5. Elektrochemische en corrosiebestendigheid

• MCA:
• Elektrochemisch inert, maar resterend vrij melamine (zuiverheid ≥99,5% vereist) kan de ontleding van de elektrolyt katalyseren.
• AHP:
• Zure onzuiverheden (bijv. H₃PO₂) moeten tot een minimum worden beperkt (ICP-test: metaalionen ≤10 ppm) om versnelling van de LiPF₆-hydrolyse te voorkomen.
  Conclusie:Beide vereisen een hoge zuiverheid (≥99%), maar MCA is gemakkelijker te zuiveren.

Uitgebreid oplossingsvoorstel

1. Selectie van primaire vlamvertragers:

• Voorkeur:AHP (gebalanceerde dispergeerbaarheid/adhesie) + lagetemperatuur-synergist (bijv. 5% micro-ingekapselde rode fosfor).
• Alternatief:Gemodificeerde MCA (carboxyl-geënt voor waterige dispersie) + APP-synergist.

1. Procesoptimalisatie:

• Slurryformule:AHP (90%) + polyurethaanbindmiddel (7%) + bevochtigingsmiddel (BYK-346, 0,5%) + antischuimmiddel (2%).
• Maalparameters:Zandmolen met 0,3 mm ZrO₂-korrels, 2000 tpm, 2 uur (doel D90 ≤1 μm).

1. Validatietests:

• Thermische ontleding:TGA (gewichtsverlies <1% bij 120°C/2u; gasafvoer bij 150°C/30min via GC-MS).
• Elektrochemische stabiliteit:SEM-observatie na 30 dagen onderdompeling in 1M LiPF₆ EC/DMC bij 60°C.

Eindaanbeveling

Noch MCA, noch AHP alleen voldoet aan alle vereisten. Ahybride systeemwordt geadviseerd:

• AHP (matrix)+micro-ingekapselde rode fosfor (lagetemperatuurgasgenerator)+nano-SiO₂(slijtvastheid).
• Combineer met een waterige hars met hoge hechting (bijvoorbeeld een acryl-epoxy composietemulsie) en optimaliseer de oppervlaktemodificatie voor stabiliteit van de deeltjesgrootte/dispersie.
  Verder testenis nodig om thermisch-elektrochemische synergie te valideren.