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一种锂电池封装用铝塑膜及其制备方法

技术摘要:
本发明涉及锂电池封装软包材料技术领域,具体涉及一种锂电池封装用铝塑膜及其制备方法,从上到下包括聚氨酯纤维层、铝箔层和聚丙烯热封层,铝箔层贴合于聚丙烯热封层上,聚氨酯纤维贴合于铝箔层上,聚氨酯纤维层与铝箔层之间通过改性聚烯烃胶粘剂贴合,铝箔层与聚丙烯  全部
背景技术:
近年来,新能源行业的迅猛发展,使得软包锂电池的应用量急剧增长。使用铝塑膜 包装的软包锂电池具有形状灵活、安全性能好、能量密度高的特点,大大提高了电池设计的 灵活性和应用性,从而可以配合产品需求,做成多种形状与容量的电池,为开发商在电源解 决方案上提供了较高的设计灵活性和适应性。目前,主流数码产品和电动车辆主要使用软 包锂电池,但是,普通的铝塑膜并不能满足聚合物锂电池包装材料性能的要求,在聚合物锂 离子电池中通常要求其包装材料具有极高的阻隔性、良好的冷冲压成型性、耐穿刺性、耐电 解液稳定性及绝缘热封性能等,另外,目前采用的低温40℃恒温熟化成型工艺制得的铝塑 膜存在着铝塑膜冲壳后白线不良、溶胶性不良以及剥离力偏低的问题。
技术实现要素:
为了克服现有技术中存在的缺点和不足,本发明的目的在于提供一种锂电池封装 用铝塑膜,该铝塑膜具有优异的阻隔性能、延展性能及耐腐蚀性能,同时还具有良好的热封 溶胶性防漏铝作用。 本发明的另一目的在于提供一种锂电池封装用铝塑膜的制备方法,该方法采用高 低温熟化工艺使制得的铝塑膜克服了以往采用低温40℃恒温熟化成型制得铝塑膜冲壳后 白线不良、溶胶性不良以及剥离力偏低的问题。 本发明的目的通过下述技术方案实现:一种锂电池封装用铝塑膜,该铝塑膜从上 到下包括聚氨酯纤维层、铝箔层和聚丙烯热封层,所述铝箔层贴合于所述聚丙烯热封层的 上表面,所述聚氨酯纤维贴合于所述铝箔层的上表面,所述聚氨酯纤维层与铝箔层之间通 过改性聚烯烃胶粘剂贴合,所述铝箔层与聚丙烯热封层之间通过聚氨酯胶粘剂贴合,所述 聚氨酯胶粘剂为德国卫仕组角胶COSMOPUR  818C德国卫士聚氨酯胶粘剂;所述改性聚烯烃 胶粘剂包括如下重量份的原料: 4 CN 111572135 A 说 明 书 2/21 页 所述聚烯烃为POE  8180美国陶氏聚烯烃。 本发明中的铝塑膜是由从上到下依次贴合的聚氨酯纤维层、铝箔层和聚丙烯热封 层制得,并限定聚氨酯纤维层与铝箔层之间通过改性聚烯烃胶粘剂贴合,铝箔层与聚丙烯 热封层之间通过聚氨酯胶粘剂贴合,使制得的铝塑膜具有优异的阻隔性能、延展性能及耐 腐蚀性能,同时还具有良好的热封溶胶性防漏铝作用,以及放置冲壳后白线情况。而采用的 聚氨酯纤维层可以有效防止空气尤其是氧的渗透,维持电池内部的环境,同时可以保证包 装铝箔具备良好的形变能力;铝箔层的设置可以有效阻止空气中水分的渗透,维持电池内 部的结构,具有一定的厚度及强度,能够防止外力对电芯的损伤;而设置的聚丙烯热封层不 会被电芯内有机溶剂溶解、腐蚀及溶胀等,是电芯内部环境最直接的包装保护、绝缘、有效 阻止内部电解质与铝箔层接触,避免铝箔层被腐蚀。另外,改性聚烯烃胶粘剂中采用的α-甲 基苯乙烯二聚体以线性二聚体作分子链转移剂,可以使得到的改性聚烯烃胶粘剂具有良好 的粘接性、抗起泡性、光洁度、表面强度和易印刷性;而过氧化二苯甲酰作为胶粘剂的引发 剂是利用氧化剂和还原剂之间的电子转移所生成的自由基引发聚合反应,可以提高制备改 性聚烯烃胶粘剂的反应速率,降低能耗;而聚烯烃表面能低、结晶度高、极性弱和粘度差的 特点,因而需要采用上述原料和工艺进行改性来提升其粘结性能。 优选的,每份所述改性环氧树脂包括如下重量份的原料: 5 CN 111572135 A 说 明 书 3/21 页 所述改性环氧树脂通过如下方法制得: S1、按照重量份,将环氧树脂、三聚氰胺和石墨烯加入搅拌装置中加热至60-80℃, 以200-300r/min的速率搅拌30-60min,得到混合物A,备用; S2、将聚氨酯预聚体和二氧化硅加入步骤S1中得到的混合物A中,加热至80-120℃ 搅拌20-40min,再将N,N-二甲基甲酰胺加入并继续以300-450r/min的速率搅拌1-3h,冷却 后得到改性环氧树脂。 本发明中采用上述原料和工艺改性后改性环氧树脂具有很好的耐磨性能、抗划伤 性能和抗拉伸性能。N,N二甲基甲酰胺作为有机溶剂可以很好与三聚氰胺一起将二氧化硅 和石墨烯溶分散到环氧树脂对环氧树脂进行填充改性;而聚氨酯预聚体可作为改性环氧树 脂中具有胶粘功能的主体成分,在改性聚烯烃胶粘剂的制备过程中辅助提升了改性聚烯烃 胶粘剂的粘接性能、延展性和阻隔性能;另外,在制备改性环氧树脂的过程中需要严格控制 步骤S1中的搅拌速率为200-300r/min,若搅拌速率过快则会导致石墨烯由于离心力过大与 环氧树脂、三聚氰胺之间的分散效果不佳,若搅拌速率过低则同样不利于石墨烯与环氧树 脂、三聚氰胺之间的分散,进而不利于石墨烯对环氧树脂的改性。 优选的,每份所述固化剂为对羟基苯磺酸、正丁酯、甲基六氢苯酐和月桂酸锡中的 至少一种;更为优选的,所述固化剂是由对羟基苯磺酸、正丁酯、甲基六氢苯酐和月桂酸锡 按照重量比为0.4-0.8:0.6-1.0:0.1-0.5:0.8-1.2组成的混合物。每份所述抗氧剂为抗氧 剂1010、抗氧剂168、抗氧剂619、抗氧剂703、抗氧剂BHT、抗氧剂2112和抗氧剂703中的至少 一种;优选的,所述抗氧剂是由抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂2112和抗氧剂703按照重量 比为0.4-0.8:0.8-1.2:0.6-1.0:0.1-0.5组成的混合物。 本发明中所述固化剂采用的对羟基苯磺酸用于改性聚烯烃胶粘剂固化的同时也 具有乳化的作用,通过协同对羟基苯磺酸、正丁酯、甲基六氢苯酐和月桂酸锡四者各自的优 势进一步提升了固化剂在制备改性聚烯烃胶粘剂过程中的固化作用,进而使制得的改性聚 烯烃胶粘剂具有很好的涂敷效果。而所采用的抗氧剂1010对改性环氧树脂和聚烯烃有卓越 的抗氧化性能,抗氧剂1010能有效地防止改性聚烯烃胶粘剂在长期老化过程中的热氧化降 解,进而延长本发明中铝塑膜的使用期限,另外可以与抗氧剂168并用有协同效应;抗氧剂 168、抗氧剂2112和抗氧剂703为抗氧剂1010的辅助抗氧剂,与主抗氧剂1010复配,有很好的 协同效应,可有效地防止改性环氧树脂和聚烯烃在基础注塑中的热降解,给改性聚烯烃胶 粘剂额外的长效保护。 优选的,每份所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、磷酸三丁酯和石蜡中的至少一种;更 为优选的,所述消泡剂是由聚二甲基硅氧烷、磷酸三丁酯和石蜡按照重量比为0.6-1 .0: 0.8-1.2:0.1-0.5组成的混合物。每份所述交联剂为三聚氰胺、聚甲基氢硅氧烷和乙烯基三 乙氧硅烷按照重量比为0.6-1.0:0.1-0.5:0.8-1.2组成的混合物。每份所述溶剂为丙酮、乙 酸丁酯、环氧乙烷和乙酸异戊酯中的至少一种;更为优选的,所述溶剂是由丙酮、乙酸丁酯、 环氧乙烷和乙酸异戊酯按照重量比为0.4-0.8:0.6-1.0:0.1-0.5:0.8-1.2组成的混合物。 本发明中所述消泡剂可以去除改性聚烯烃胶粘剂制备过程中夹带入空气形成气 泡或者因为反应产生气泡,避免影响改性聚烯烃胶粘剂在聚氨酯纤维层与铝箔层之间的粘 合效果,进而影响铝塑膜产品质量;所述交联剂采用的聚甲基氢硅氧烷分子中直接与硅原 子相连接的活性氢原子与改性环氧树脂、改性环氧树脂—聚烯烃中的乙烯基进行加成反应 6 CN 111572135 A 说 明 书 4/21 页 使生胶硫化,通常一个分子中至少有3个以上的Si-H基团,方可使硫化胶网状结构的柔顺性 和物理机械性能得到明显提高;而所采用的溶剂对上述各原料具有很好的溶解作用,便于 各原料之间的融合扩散,可以很好的提升制备改性聚烯烃胶粘剂的效率。 优选的,所述改性聚烯烃胶粘剂通过如下方法制得: E1、按照重量份,将改性环氧树脂、聚烯烃和过氧化二苯甲酰分散到溶剂中并加入 反应装置中,加热至80-100℃,并以350-450r/min搅拌20-40min,得到混合物A,备用; E2、将α-甲基苯乙烯二聚体、交联剂和抗氧剂混合,加热至40-60℃并搅拌均匀,得 到混合物B,备用; E3、将步骤E2中得到的混合物B和消泡剂加入步骤E1中得到的混合物A中混合加热 至80-100℃,以250-350r/min搅拌60-90min,再将固化剂加入,并继续搅拌40-60min,之后 冷却至常温过滤得到的滤液即为该改性聚烯烃胶粘剂。 本发明中所述改性聚烯烃胶粘剂通过采用上述方法制得,利用上述方法制得的改 性聚烯烃胶粘剂具有很好的粘接性、光洁度、表面强度、耐溶剂和耐酸的特性,通过将本发 明提供的改性聚烯烃胶粘剂涂布在聚丙烯热封层表面上,形成内层改性聚烯烃胶粘剂层, 再将带有内层改性聚烯烃胶粘剂层聚丙烯热封层与铝箔层进行干式复合,增加了铝塑膜的 耐电解液性能。而在制备改性聚烯烃胶粘剂时需要严格控制步骤E1的加热温度为80-100 ℃,若温度过高则会导致过氧化二苯甲酰的引发作用受限,不利于后续改性环氧树脂和烯 烃与其他助剂之间的反应,若温度过低则会导致体系的布朗运动下降,不利于各原料之间 的分散复合;另外还需要控制步骤E3中的搅拌速率为250-350r/min,若搅拌速率过快则会 导致体系内部夹杂更多气泡,不利于后续消泡,进而影响制得改性聚烯烃胶粘剂的品质,最 终影响到制得的铝塑膜的品质,若搅拌速率过低则不利于消泡剂与混合体系之间的扩散, 进而不利于对最终制得改性聚烯烃胶粘剂进行消泡处理。 本发明还提供了一种锂电池封装用铝塑膜的制备方法,包括如下步骤: 1)取聚丙烯热封层,在聚丙烯热封层的上表面贴敷一层聚氨酯胶粘剂再将铝箔层 贴合于聚氨酯胶粘剂层上; 2)在铝箔层上表面贴敷一层改性聚烯烃胶粘剂再将聚氨酯纤维层贴合于改性聚 烯烃胶粘剂层上,得到铝塑膜初品; 3)将铝塑膜初品放置在烘箱内加热至60-70℃进行熟化成型4.5-5.5h; 4)再将步骤3)中烘箱的温度加至80-90℃进行高温熟化成型71-73h; 5)再将步骤4)中烘箱的温度降至60-70℃进行低温成型64-66h后得到铝塑膜成 品。 本发明中的所述铝塑膜通过上述方法制得,利用上述方法制得的铝塑膜具有优异 的阻隔性能、热封性能、延展性能及耐腐蚀性能;该方法采用高低温熟化工艺使制得的铝塑 膜克服了以往采用低温40℃恒温熟化成型制得铝塑膜冲壳后白线不良、溶胶性不良以及剥 离力偏低的问题;而在上述方法中需要养控制步骤3)、步骤4)和步骤5)中的加热温度,使其 形成高低温熟化工艺。 本发明的有益效果在于:本发明的铝塑膜具有优异的阻隔性能、热封性能、延展性 能及耐腐蚀性能。通过改性聚烯烃胶粘剂涂布在聚丙烯热封层表面上,形成内层改性聚烯 烃胶粘剂层,再将带有内层改性聚烯烃胶粘剂层聚丙烯热封层与铝箔层进行干式复合,增 7 CN 111572135 A 说 明 书 5/21 页 加了铝塑膜的耐电解液性能。而采用的聚氨酯纤维层可以有效防止空气尤其是氧的渗透, 维持电池内部的环境,同时可以保证包装铝箔具备良好的形变能力;铝箔层的设置可以有 效阻止空气中水分的渗透,维持电池内部的结构,具有一定的厚度及强度,能够防止外力对 电芯的损伤;而设置的聚丙烯热封层不会被电芯内有机溶剂溶解、腐蚀及溶胀等,是电芯内 部环境最直接的包装保护、绝缘、有效阻止内部电解质与铝箔层接触,避免铝箔层被腐蚀。 本发明一种锂电池封装用铝塑膜的制备方法简单高效,操作控制方便,生产的产 品质量高,利于工业化生产。
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