用于高温电池电极板的高导电性化合物的制作方法

本公开涉及基于聚苯硫醚(pps)的聚合物，并且特别是涉及包括至少两种碳类填料的基于pps的聚合物，其具有改进的导电性能，并且适合用于电池电极板。

背景技术：

1、自20世纪70年代末起，人们开始寻找碳-塑料电极组合物来用作溴化锌电池的电极板。例如，埃克森研究与工程(exxon research&engineering)的美国专利4,169,816号(“816专利”)描述了一种结晶聚丙烯-乙烯共聚物、导电炭黑、少量二氧化硅以及从碳纤维和碳纤维与玻璃纤维混合物中选择的纤维增强剂的均质混合物。据报道，该组合物具有优异的强度、良好的可挤压性、出色的体积电阻率(1ohm.cm)和良好的抗渗性。埃克森的专利规定，为了赋予导电性，该组合物每百份(pph)共聚物至少应含有15重量份的细分导电碳粉。该专利还规定，导电碳不应使用35pph；否则，组合物太脆，并且也不容易挤压成薄的无孔片。此外，举例而言，将碳的量增加到约35pph往往会增加由这种组合物制成的薄片对溴等液体的渗透性。优选的是细分导电炭黑的表面积大于约500m2/g，如那些以商品名ketjenblack ec制造的炭黑。

2、江森自控(johnson controls)于20世纪90年代开始研究塑料-碳电极，当时报告称埃克森开发的基于乙烯-丙烯(ep)共聚物的电极容易受到氧化侵蚀、膨胀和翘曲。他们解释说，溴化物侵蚀背后的机制是丙烯链主链中叔氢的脆弱性。为了避免这个问题，江森自控选择了hdpe均聚物，其消除了主链上大部分(如果不是全部的话)叔氢。江森自控报告了基础聚合物替代的老化研究中取得的积极结果；hdpe优于ep共聚物。

3、1992年12月，环球联合(globe-union)有限公司(江森自控的子公司)为他们的基于hdpe的碳-塑料电极获得了专利。美国专利5,173,362号(“362专利”)描述了用于电极系统的组合物，特别是那些用于锌溴电池双极电极的组合物。这些组合物优选地包括在聚合物基质中作为导电填料的炭黑，具有如玻璃纤维等增强材料。现有技术中出现的并且被认为是由于电极材料吸收溴而导致电极物理膨胀造成的锌溴电极翘曲现象在该公开中所述的组合物和制造工艺中基本上得到消除。在该专利中，材料是采用层压工艺制备的，这种工艺被称为玻璃毡增强热塑性技术，或者在不同的实施方式中，基材是采用浆料工艺制作的。与氯化不同，溴化对所用聚合物基质的化学性质具有极强的选择性，并且聚丙烯体系中的叔氢与溴反应的速度比聚乙烯中的仲氢快约2万倍。在该公开的组合物中使用了三种炭黑，但ketjenblack ec 300j级的炭黑提供了所用碳量的导电性和加工性能的最佳组合。该362号专利描述了炭黑和纤维的广泛负载量，范围分别为5-40wt％和10-70wt％，但也举例说明了一种碳负载量为18wt％(与埃克森相同)的组合物，因此江森自控专利中使用的碳和纤维负载量很可能与816号专利中公开的碳和纤维负载量接近。

4、沙特基础工业公司(sabic)的名称为“electrically conductive compositionsfor battery electrode plates(用于电池电极板的导电组合物)”的美国临时专利申请63/162,615号(“615申请”)涉及具有高导电性的热塑性组合物，特别是涉及包括石墨填料和炭黑粉末的聚乙烯基组合物，这些组合物适合用在电池电极应用中。该公开的材料展示了良好的耐化学性和导电性，但由于使用了高负载的碳填料，很难挤压成相对较薄的片。此外，由于在这些制剂中用作连续基质的聚乙烯聚合物的耐热性有限，用该公开的组合物生产的片不能在高于约60℃的温度下使用。

5、这些先前的努力都没有展示使用常规挤压或模塑工艺制造电池电极板薄片所需的导电性、耐化学性和可加工性之间的平衡。

6、本公开的各个方面解决了这些和其他缺点。

技术实现思路

1、本公开的各个方面涉及热塑性组合物，其包括：从约35wt％至约65wt％的至少一种聚苯硫醚(pps)聚合物；以及至少两种碳类填料的组合，其包括第一碳类填料和第二碳类填料，第一碳类填料包括石墨，第二碳类填料包括碳粉、碳纳米管或其组合物。第一碳类填料包括用量从约30wt％到约59wt％的石墨。经astm d991测定，该组合物的体积电阻率小于约5ohm.cm。所有组分的组合重量百分比值不超过100wt％，并且所有重量百分比值均基于组合物的总重量。

2、本公开的各个方面进一步涉及用于形成组合物的方法，组合物包括从约35wt％到约65wt％的至少一种聚苯硫醚(pps)聚合物和至少两种碳类填料的组合，该方法包括：组合至少一种pps聚合物和至少两种碳类填料以形成混合物；并且挤压该混合物以形成组合物。至少两种碳类填料包括第一种碳类填料和第二种碳类填料，第一种碳类填料包括石墨，第二种碳类填料包括碳粉、碳纳米管或其组合。石墨的含量从约30wt％至约59wt％。根据astmd991测定，该组合物的体积电阻率小于约5ohm.cm。所有组分的组合重量百分比值不超过100wt％，所有重量百分比值均基于组合物的总重量。

技术特征：

1.一种热塑性组合物，其包括：

2.根据权利要求1所述的热塑性组合物，其中所述第二碳类填料包括含量从约2wt％至约8wt％的碳粉。

3.根据权利要求1或2所述的热塑性组合物，其中所述第二碳类填料包括含量从约2wt％至约6wt％的碳纳米管。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物表现出由astmd991测定的小于1ohm.cm的体积电阻率。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物具有根据iso22007-2确定的至少0.6w/mk的通面导热系数，或其中所述组合物具有根据iso 22007-2确定的至少5.4w/mk的面内导热系数。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物具有至少1.8w/mk的体导热系数。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物在从3ghz至6ghz频率下根据astm d 4935测试具有至少80分贝(db)的远场电磁波屏蔽效能(se)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物包括至少一种附加添加剂。

9.根据权利要求8所述的热塑性组合物，其中所述至少一种附加添加剂包括酸清除剂、防滴剂、抗氧化剂、抗静电剂、扩链剂、着色剂、脱模剂、流动促进剂、润滑剂、增塑剂、淬火剂、阻燃剂、uv反射添加剂、冲击改性剂、发泡剂、增强剂或其组合。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的热塑性组合物，其中所述组合物包括石墨、碳粉和碳纳米管。

11.一种包括根据权利要求1至10中任一项所述的组合物的挤压片。

12.根据权利要求11所述的挤压片，其中所述片的厚度不超过0.125英寸(in)。

13.一种用于形成组合物的方法，所述组合物包括从约35wt％至约65wt％的至少一种聚苯硫醚(pps)聚合物和至少两种碳类填料的组合，所述方法包括：

14.根据权利要求13所述的方法，其中一种或多种所述碳类填料以基于pps的母料组合物的形式提供。

15.一种包括根据权利要求1至10中任一项所述的热塑性组合物的物品，其中所述物品包括：液流电池的导电电极板；用于在两种流体之间传递热量的热交换器的导热板；或

技术总结热塑性组合物包括：从约35wt％至约65wt％的至少一种聚苯硫醚(PPS)聚合物；和至少两种碳类填料的组合，其包括第一碳类填料和第二碳类填料，第一碳类填料包括石墨，第二碳类填料包括碳粉、碳纳米管或其组合。第一碳类填料包括含量从约30wt％至约59wt％的石墨。由ASTM D991测定，该组合物表现出小于约5Ohm.cm的体积电阻率。所有组分的组合重量百分比值不超过100wt％，所有重量百分比值均基于组合物的总重量。还描述了制作该热塑性组合物的方法，其包括使用基于PPS的母料来形成组合物。技术研发人员：N·希尔维,W·汤普森受保护的技术使用者：高新特殊工程塑料全球技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2