[发明专利]一种聚合物基正温度系数热敏电阻复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种聚合物基正温度系数热敏电阻复合材料及其制备方法和应用，所述材料包括聚合物基体和导电剂，所述聚合物基体和导电剂的质量为1:40～1:1。通过调节所述复合材料中单体的含量，实现调控PPTC安全电极作用起始温度。并提供了一种基于PPTC安全电极的锂离子电池，此锂离子电池可以完全通过安全测试。可以实现按照实际需求调节PPTC材料起始作用温度，示例性地，PVDF一般情况下熔点温度为160℃左右，按照本发明方法，可以将PVDF基PPTC材料起始作用温度调节到110℃～150℃之间。

技术领域

本发明属于聚合物正温度系数热敏电阻材料(PPTC材料，Polymer PositiveTemperature Coefficient Material)技术领域，具体涉及一种聚合物基正温度系数热敏电阻复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)材料是指电阻会随温度的升高而增加的一种材料。聚合物正温度系数热敏材料(PPTC)是指一类以高分子为基体的PTC材料。

PPTC常被制造为PTC器件，用来保护过流电路或者用在延时启动、传感器等方面。在电化学储能装置领域，外置的PPTC保护器件，无法及时响应电池内部的温度变化而丧失作用。因此，研究者将PPTC材料引入电池内部，如作为集流体涂层、电极浆料添加剂或包覆在电极材料表面，制备出具有温度敏感特性的电极。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物基正温度系数热敏电阻复合材料及其制备方法，并将聚合物基正温度系数热敏电阻复合材料应用到电化学储能保护领域中。利用聚合物基正温度系数热敏电阻材料作为涂层或者填料应用到改善电化学储能装置中已经有相关研究。但是现有的聚合物基正温度系数热敏电阻材料作用起始温度接近160℃，电化学储能装置热失控时，还未起到相关作用。而本发明所述的聚合物基正温度系数热敏电阻复合材料，有效的降低了起始作用温度，提前了材料作用时间。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种聚合物基正温度系数热敏电阻复合材料，所述材料包括聚合物基体和导电剂，所述聚合物基体和导电剂的质量为1:40～1:1。

根据本发明，所述聚合物基体材料为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚砜、聚酰胺、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酐、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂中的至少一种；所述聚合物基体材料可以是选自光引发交联的聚合物、或者是选自热引发交联的聚合物。

根据本发明，为了达到调节PPTC材料起始作用温度的目的，所述的聚合物基体还可以是上述聚合物基体材料和其它单体的共聚物。

所述其它单体可以是含氟烯烃、三氟氯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、马来酸酯、碳酸亚乙烯酯、醋酸乙烯酯、柠康酸酯、全氟甲基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚以及其它能与上述聚合物基体共聚的单体中的至少一种；

其中，所述含氟烯烃可以是三氟乙烯、四氟乙烯、四氟丙烯、五氟丙烯、六氟丙烯中的至少一种。

所述的其它单体在整个聚合物中的质量比为0.1％～60％。

根据本发明还提供了一种基于PVDF的PTC材料，并应用于锂离子电池领域。

所述PVDF分子链上共聚了其它单体后，PVDF分子链的规整度被破坏，PVDF的结晶下降，同时其它单体上还存在有其他基团，由于位阻效应，分子链的运动和折叠受到阻碍，最终导致结晶度和晶粒尺寸下降，最终导致PVDF的熔融温度下降。通过添加不同比例的其它单体，可以实现调控PTC电极作用的起始温度。

根据本发明，所述导电剂选自Super-P、乙炔黑、科琴黑、单壁或者多壁碳纳米管、石墨烯、富勒烯等中的至少一种。