CN103042763B

CN103042763B - 电池软性包装材料

Info

Publication number: CN103042763B
Application number: CN201110309411.5A
Authority: CN
Inventors: 张孟浩; 李建辉
Original assignee: Asia Electronic Material Co Ltd
Current assignee: Asia Electronic Material Co Ltd
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2031-10-13
Also published as: CN103042763A

Abstract

本发明公开了一种电池软性包装材料，由聚酰亚胺膜、第一黏着层、第二黏着层、铝箔层和热塑性树脂未拉伸膜构成，主要是使用聚酰亚胺膜取代双轴延伸聚酰胺应用在铝塑复合包装材料中，其中聚酰亚胺膜具有优异的性质例如低弹性模数、高抗张强度、低热膨胀系数、低湿性及高耐热性、耐化性、耐燃性、尺寸稳定性佳等，采用具有各种优异机械性质与热性质的聚酰亚胺膜再搭配与铝箔层及热塑性树脂未拉伸膜通过黏着层进行贴合而成电池软性包装材料，同时由于使用电池安全性的考虑上，聚酰亚胺膜又具有难燃性质且低热膨胀系数、尺寸稳定性佳、耐热性等优点，在电池使用受热后热膨胀变化小而不会造成电池外观变形膨胀。

Description

电池软性包装材料

技术领域

本发明涉及一种应用于电池的软性包装材料。

背景技术

双向拉伸尼龙薄膜(BOPA)的结构是聚酰胺分子内含有极性的酰胺基(-CO-NH-)，其中的-NH-基能和-C＝O基形成氢键，氢键的形成是聚酰胺具有较高结晶性的重要因素之一，但不是所有聚酰胺中的分子都能结晶，还有一部分非结晶性的聚酰胺存在，这部分非结晶性的聚酰胺分子链中的酰胺基可以与水分子配位，即具有吸水性。双向拉伸尼龙薄膜(BOPA)，有极高的抗拉强度、抗穿刺强度、柔韧性、耐冲击性、耐磨损性等。因此，BOPA薄膜特别适用于易变质食物的包装、医疗用品、电子产品的包装等。其中电子产业中应用于电池软性包装材料中。然而电池软性包装材料被广泛应用在锂离子电池的电子产品上，例如笔记本电脑、数字相机、电动车等。锂离子电池是使用利用外壳包围电池本体周围的结构。作为此外壳用包装材料，公开知道有的特许2001-6631号公报中，内容说明使用拉伸聚酰胺膜(BOPA)构成的外层再搭配铝箔层及未拉伸聚丙烯膜(CPP)构成的内层，搭配黏合一体而成为包装材料；公开知道有的特许2002-216714号公报中，内容说明为了成型为任意的电池形状，要求具有高的深冲成型性，所采用的包装材料在外层膜的表面涂布一层含有脂肪酸酰胺系的润滑效果的成分，使其成型时材料向模具内的滑入良好的电池外壳包装材料。由于参考特许2002-216714号公报内容说明采用在外层膜的表面涂布一层含有脂肪酸胺系的润滑效果的成分的结构时，其有制成工艺繁多、生产时效性较差、且生产率低的问题存在。此外电池真空脱气时和密封加工时润滑效果之成分会蒸发；该蒸发成分会附着在加工机器设备上，因此，需要除去此成分清洗工作，亦造成生产率的降低的严重问题点。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种电池软性包装材料，主要采用聚酰亚胺膜替代传统双向拉伸聚酰胺(尼龙，BOPA)薄膜应用于电池软性包装材料中并作为包装材料的外层，有利于材料加工应用于电池，并可以解决有关冲压成型性方面的难题，使得材料在制程上更加利于加工，而且由于聚酰亚胺膜阻燃性质佳更可增加锂电池的安全性问题。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电池软性包装材料，由聚酰亚胺膜、第一黏着层、第二黏着层、铝箔层和热塑性树脂未拉伸膜构成，所述铝箔层具有相对的两个表面，所述第一黏着层和所述第二黏着层分别粘附于所述铝箔层相对的两个表面上，所述聚酰亚胺膜粘附于所述第一黏着层上，所述热塑性树脂未拉伸膜粘附于所述第二黏着层上，所述电池软性包装材料的总厚度为110至130微米。

本发明为了解决其技术问题，还进一步采用了下述技术方案：

为了使冲压成形及减少热膨胀等赖性问题的产生以及同时具有阻燃效果与增加安全性方面考虑，本发明的电池软性包装材料通过调整第一黏着层和第二黏着层的材质与厚度来实现，所述第一黏着层和所述第二黏着层的材质为环氧树脂、聚氨酯系树脂、胺基甲酸酯系树脂、聚对环二甲苯系树脂、聚酯多元醇树脂、硅橡胶系树脂、丙烯酸系树脂、氨基甲酸乙酯系树脂、双马来酰亚胺系树脂及聚酰亚胺树脂中的至少一种，其中，又以环氧树脂与选自于双马来酰亚胺树脂、丙烯酸系树脂或热可塑性聚酰亚胺所组合使用的混合型黏着层为较佳；所述第一黏着层的厚度为3至10微米，所述第二黏着层的厚度为3至10微米，因此，能于有效控制制造成本的条件下提供性能优异的电池软性包装材料。此外为了提高本发明电池软性包装材料的耐热性，所述第一黏着层和第二黏着层以具有大于170℃的玻璃转移温度为佳。

所述铝箔层的组成成分含有Mn、Cu、Mg、Si、Fe、Zn、Zr和Cr等含量不同的合金成分。另外铝箔亦可搭配其他不同合金成分。所述铝箔层的厚度为18至60微米。

所述热塑性树脂未拉伸膜的材质为烯烃系聚合物中的至少一种，且所述烯烃系聚合物是指一种烯烃的聚合物和若干种烯烃的共聚物。例如未拉伸聚丙烯薄膜(CPP)、聚乙烯薄膜等。所述热塑性树脂未拉伸膜的厚度为30至60微米。

所述聚酰亚胺膜的厚度为15至50微米。所使用的聚酰亚胺材质并无特别限制，较佳是使用不含卤素的聚酰亚胺材料。可以采用共聚合聚酰亚胺，该共聚合聚酰亚胺是指由下述制法制成的共聚合聚酰亚胺：

①、共聚合：采用两种二胺单体和两种二酸酐单体以适当的比例在适当温度条件下溶解于有机溶剂中进行共聚合反应，共聚合反应合成芳香族共聚合聚酰胺酸溶液；

步骤①中所述两种二胺单体是指：一号二胺单体和二号二胺单体；

步骤①中所述两种二酸酐单体是指：一号二酸酐单体和二号二酸酐单体；

步骤①中所述适当的比例是指：一号二胺单体∶二号二胺单体∶一号二酸酐单体∶二号二酸酐单体＝0～100∶0～100∶0～100∶0～100(摩尔比)；

步骤①中所述适当温度条件是指：在有机溶剂中进行共聚合反应的温度不高于70℃；

步骤①中所述有机溶剂为N，N二甲基乙酰胺、N，N二乙基乙酰胺、二甲基亚砜二甲基磺基和N-甲基-2-吡咯啶酮中的至少一种；

步骤①制得的共聚合聚酰胺酸溶液固含量为15％～35％；

②、脱水环化：将步骤①合成的共聚合聚酰胺酸溶液进行环化反应，制得芳香族共聚合聚酰亚胺；

步骤②中所述环化反应为化学环化法反应和热环化法反应中的一种，且环化反应温度为180～450℃。

所述二胺单体选自下述十八种化合物：

所述二酸酐单体选自下述八种化合物：

所述化学环化法反应使用酸酐和三级胺触媒。

所述酸酐为脂肪羧酸酐；所述三级胺触媒为吡啶、2-甲吡啶、3-甲吡啶、4-甲吡啶和二甲基吡啶中的至少一种。

将步骤①合成的共聚合聚酰胺酸溶液进行涂布并拉伸成膜，然后进入烘箱，并以梯度升温方式自180℃至450℃的范围梯度加热而使共聚合聚酰胺酸脱水环化成共聚合聚酰亚胺膜。

将步骤①合成的共聚合聚酰胺酸溶液再加入酸酐和三级胺触媒混合，并搅拌均匀，待静置脱泡后再进行涂布。

可以使用单轴延伸设备生产共聚合聚酰亚胺膜。

本发明的有益效果是：本发明主要是使用聚酰亚胺膜(PolyimideFilm)取代双轴延伸聚酰胺(BOPA)应用在铝塑复合包装材料中，其中聚酰亚胺膜具有优异的性质例如低弹性模数、高抗张强度、低热膨胀系数、低湿性及高耐热性、耐化性、耐燃性、尺寸稳定性佳等，采用具有各种优异机械性质与热性质的聚酰亚胺膜再搭配与铝箔层及热塑性树脂未拉伸膜通过黏着层进行贴合而成电池软性包装材料，同时由于使用电池安全性的考虑上，聚酰亚胺膜又具有难燃性质且低热膨胀系数、尺寸稳定性佳、耐热性等优点，在电池使用受热后热膨胀变化小而不会造成电池外观变形膨胀。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

实施例1：一种电池软性包装材料，由聚酰亚胺膜1、第一黏着层2、第二黏着层3、铝箔层4和热塑性树脂未拉伸膜5构成，所述铝箔层具有相对的两个表面，所述第一黏着层和所述第二黏着层分别粘附于所述铝箔层相对的两个表面上，所述聚酰亚胺膜粘附于所述第一黏着层上，所述热塑性树脂未拉伸膜粘附于所述第二黏着层上，所述电池软性包装材料的总厚度为110至130微米。

本实施例所使用的聚酰亚胺膜主要是由二酸酐单体3，3′，4，4′-联苯四甲酸二酐(3，3′，4，4′-Biphenyltetracarboxylicdianhydride；BTDA)(0.7kmol)与4，4′-邻苯氧基二甲酸酐(4，4′-Oxydiphthalicanhydride；ODPA)(0.3kmol)与二胺单体1，3′-双(3-氨基苯氧基)苯(1，3′-Bis(3-aminophenoxy)benzene；APB-133)与3，4′-二氨基二苯甲酮(3，4′-Diaminobenzophenone)(0.15kmol)共聚合成的共聚合聚酰亚胺膜；其厚度为15微米、密度为1438kg/m³；再将此共聚合聚酰亚胺膜应用在电池软性包装材料上。

本发明的聚酰亚胺的密度测试方法是依照JISK7112-1999D法(密度梯度管法)，使用密度计仪器测试密度。将通过聚酰亚胺膜的试片(3mm×3mm)丢入密度梯度管，在二十四小时后读取标准浮子的重心的高度位置，进而求得的密度。

本发明的电池软性包装材料的结构，可通过下列制程步骤完成：使用涂布/压合法制作本发明的电池软性包装材料，首先，提供一厚度为18～60微米的铝箔(8011-O材料)，并于该铝箔的任一表面涂布黏着剂再压合聚酰亚胺膜，并加以烘烤形成一单面铝箔基板，接着再以涂布或转印法将黏着层形成于铝箔的另一表面上，并使黏着层介于B-stage(半聚合半硬化)状态，再取厚度为30至60微米的热塑性树脂未拉伸膜(如未拉伸聚丙烯薄膜)，使该热塑性树脂未拉伸膜贴合于前揭单面铝箔基板之黏着层上，并予以压合使其紧密黏接，以形成电池软性包装材料；最后再烘烤该电池软性包装材料，以完成本实例的电池软性包装材料的成品。

实施例2：本实施例电池软性包装材料的结构同实施例1。

本实施例所使用的聚酰亚胺膜主要是由二酸酐单体BTDA(0.7kmol)与ODPA(0.3kmol)与二胺单体APB-133(0.8kmol)与3，4′-Diaminobenzophenone(0.2kmol)共聚合成的共聚合聚酰亚胺膜；其厚度为20微米、密度为1443kg/m³；再将此共聚合聚酰亚胺膜应用在电池软性包装材料上。

本实施例的电池软性包装材料的制程步骤同实施例1制程步骤。

实施例3：本实施例电池软性包装材料的结构同实施例1。

本实施例所使用的聚酰亚胺膜主要是由二酸酐单体BTDA(0.7kmol)与ODPA(0.3kmol)与二胺单体APB-133(0.75kmol)与3，4′-Diaminobenzophenone(0.25kmol)共聚合成的共聚合聚酰亚胺膜；其厚度为25微米、密度为1447kg/m³；再将此共聚合聚酰亚胺膜应用在电池软性包装材料上。

实施例4：本实施例电池软性包装材料的结构同实施例1。

本实施例所使用的聚酰亚胺膜主要是由二酸酐单体4，4′-双酚A二酐(4，4′-BisphenolAdianhydride；BPADA)(0.6kmol)与ODPA(0.4kmol)与二胺单体APB-133(0.75kmol)与4，4′-二氨基二苯甲酮(4，4′-Diaminobenzophenone)(0.25kmol)共聚合成的共聚合聚酰亚胺膜；其厚度为25微米、密度为1455kg/m³；再将此共聚合聚酰亚胺膜应用在电池软性包装材料上。

实施例5：本实施例电池软性包装材料的结构同实施例1。

本实施例所使用的聚酰亚胺膜主要是由二酸酐单体BPADA(0.8kmol)与ODPA(0.2kmol)与二胺单体APB-133(0.8kmol)与1，3-双(4-氨基苯氧基)苯(1，3-Bis(4-aminophenoxy)benzene；TPE-R)(0.2kmol)共聚合成的共聚合聚酰亚胺膜；其厚度为20微米、密度为1445kg/m³；再将此共聚合聚酰亚胺膜应用在电池软性包装材料上。

实施例6：本实施例电池软性包装材料的结构同实施例1。

本实施例所使用的聚酰亚胺膜主要是由二酸酐单体BPADA(0.75kmol)与ODPA(0.25kmol)与二胺单体APB-133(0.7kmol)与TPE-R(0.3kmol)共聚合成的共聚合聚酰亚胺膜；其厚度为25微米、密度为1456kg/m³；再将此共聚合聚酰亚胺膜应用在电池软性包装材料上。

实施例7：本实施例电池软性包装材料的结构同实施例1。

本实施例所使用的聚酰亚胺膜主要是由二酸酐单体BTDA(0.7kmol)与ODPA(0.3kmol)与二胺单体APB-133(0.75koml)与TPE-R(0.25kmol)共聚合成的共聚合聚酰亚胺膜；其厚度为25微米、密度为1440kg/m³；再将此共聚合聚酰亚胺膜应用在电池软性包装材料上。

实施例8：本实施例电池软性包装材料的结构同实施例1。

本实施例所使用的聚酰亚胺膜主要是由二酸酐单体BTDA(0.75kmol)与BPADA(0.25kmol)与二胺单体APB-133(0.6kmol)与3，4′-Diaminobenzophenone(0.4kmol)共聚合成的共聚合聚酰亚胺膜；其厚度为25微米、密度为1458kg/m³；再将此PI薄膜应用在电池软性包装材料上。

虽上述实施例中电池软性包装材料中的聚酰亚胺膜皆采用共聚合聚酰亚胺，但是本发明对聚酰亚胺膜的材质并无特别限制，也可采用现有技术的普通聚酰亚胺，较佳是使用不含卤素的聚酰亚胺材料。

成型性测试方法：将电池软性包装材料裁成120×200mm的尺寸大小；再使用成型高度6mm的直型模具进行深冲单段成型；再给予评价成型性。其中所使用的模具的冲头形状是长边为60mm、短边为45mm、角部R：1～2mm、冲头肩部R：1～2mm、冲模肩部R：0.5mm。成型性评估如下：当电池软性包装材料完全不会有裂纹发生则评价标准为当电池软性包装材料极小部分有裂纹，但基本上没有裂纹发生则评价标准为○；当电池软性包装材料有相当部分产生裂纹则评价标准为△；当电池软性包装材料有整个接口产生裂纹则评价标准为×。并将评价结果记录于表一。

剥离性测试评估：将电池软性包装材料经过成型性测试方法后所制成的成品放置在80℃下5小时后，观察电池软性包装材料外部层是否会产生剥离分层。并将结果记录于表一。

表一：电池软性包装材料外侧层的成型性与剥离性

由表一中可清楚看出本发明实施例电池软性包装材料其成型性优异，可进行较尖锐且成型高度深的形状的成型；且不会有剥离分层现象，其效果优于尼龙材质所制成的包装材料。

Claims

1.一种电池软性包装材料，其特征在于：由聚酰亚胺膜(1)、第一黏着层(2)、第二黏着层(3)、铝箔层(4)和热塑性树脂未拉伸膜(5)构成，所述铝箔层具有相对的两个表面，所述第一黏着层和所述第二黏着层分别粘附于所述铝箔层相对的两个表面上，所述聚酰亚胺膜粘附于所述第一黏着层上，所述热塑性树脂未拉伸膜粘附于所述第二黏着层上，所述电池软性包装材料的总厚度为110至130微米，所述第一黏着层和所述第二黏着层的材质分别为环氧树脂、聚氨酯系树脂、聚对环二甲苯系树脂、聚酯多元醇树脂、硅橡胶系树脂、丙烯酸系树脂及聚酰亚胺树脂中的至少一种，所述第一黏着层和第二黏着层具有大于170℃的玻璃转移温度，所述铝箔层的组成成分含有Mn、Cu、Mg、Si、Fe、Zn、Zr和Cr，所述铝箔层的厚度为18至60微米，所述热塑性树脂未拉伸膜的材质为烯烃系聚合物中的至少一种，且所述烯烃系聚合物是指一种烯烃的聚合物和若干种烯烃的共聚物，所述热塑性树脂未拉伸膜的厚度为30至60微米，所述聚酰亚胺膜的厚度为15至50微米；

所述聚酰亚胺膜的聚酰亚胺材质采用共聚合聚酰亚胺，该共聚合聚酰亚胺是指由下述制法制成的共聚合聚酰亚胺：

步骤①中所述适当的比例是指以下摩尔比：一号二胺单体：二号二胺单体：一号二酸酐单体：二号二酸酐单体＝0～100:0～100:0～100:0～100；

步骤①中所述有机溶剂为N,N二甲基乙酰胺、N,N二乙基乙酰胺、二甲基亚砜二甲基磺基和N-甲基-2-吡咯啶酮中的至少一种；

步骤①制得的共聚合聚酰胺酸溶液固含量为15％～35％；

2.根据权利要求1所述的电池软性包装材料，其特征在于：所述第一黏着层的厚度为3至10微米；所述第二黏着层的厚度为3至10微米。