CN103507331A

CN103507331A - 铝塑膜

Info

Publication number: CN103507331A
Application number: CN201210212181.5A
Authority: CN
Inventors: 刘德成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2014-01-15

Abstract

本发明提供一种铝塑膜，尤指锂电池专用铝塑膜(锂电池封装材料)，由顶部至底部的顺序分别为外层、第一接着层、第一底涂层、中间层、第二底涂层、第二接着层、底层，第一接着层将外层内面与中间层作结合，底层位于中间层内面下方，第二接着层将中间层内面与底层作结合，第一底涂层与第二底涂层为功能性处理层，由于锂电池有机电解液中的盐类易与水气反应生成氟化氢极具腐蚀性，因此以功能性处理层，处理于铝塑膜内部一预定位置，作为保护中间层及阻隔的结构处理，整体结构专用于锂电池封装应用的材料。

Description

铝塑膜

【技术领域】

本发明是与多层次复合膜的层间复合(Lamination)技术及功能性处理层技术(Fundation Treatment)有关，尤指即以高阻湿和超高阻气(有机溶剂)功能的第一底涂层与第二底涂层(Fundation Coating)处理保謢中间层，并以耐高温且热固化性的特殊第一接着层(剂)与第二接着剂层(剂)(adhesive)，来隔离(阻止穿透)锂电池中电解液(六氟磷酸锂LiPF₆+有机溶剂+填加剂)，因受热或受水气干扰而释出具强烈腐蚀性的氟化氢(HF)，为一具备防腐蚀、阻湿、阻气、耐热、耐寒以及可成型的多层次复合技术，专用于锂电池(LIB)封装用的一种铝塑膜。

【背景技术】

习知，多层次复合膜多使用于食品、电子、工业、生物医疗等行业，由于该等塑料膜所包装的内容物多为静态定型的产品(不会有化学变化)，对于包装材的要求都仅止于耐油、耐冲击、阻湿(一般空气中的水份)、阻气(空气中的氧气)、洁净等复合膜所具备一般物性条件的要求，此类包材设计仅在原材料厚薄及排列组合后进行干式复合(Dry Lamination)或热押出淋膜(Extrusion Lamination)即可完成，属通用(泛用)型的包装材料(如图1所示)，具有一外层、一第一接着剂、一中间层、一第二接着剂及一底层，第一接着剂是将外层内面与一中间层作结合，第二接着剂是将底层内面与一中间层作结合；而本发明是专用于锂电池(LIB)的封装材料，与通用(泛用)型的包装材料物性要求层次不同，国内其他研发团队至今一筹莫展，包括工业技术研究院在内。

锂电池为二次电池(即可充电式)的一种，对于锂电池的构成，如图2所示，主要是以正极材料(锂合金氧化物)、负极材料(碳材)、液体有机电解液组成再使用铝塑膜封装。

此外在正负极材料之间以隔离膜将其隔开以避免短路，而液体有机电解液则存在多孔隙的塑料隔离膜中，负责离子电荷的传导工作(如图3所示)，有鉴于锂电池有机电解液(六氟磷酸锂LiPF₆+有机溶剂+填加剂)易与水(H₂O)反应产生氟化氢(HF)具强烈的腐蚀性，此后续效应会危及封装材料的稳定性及电池的性能，所以必须进行研发的项目及条件除了必须针对有机电解液的耐受性外，还有阻水性、阻气性、耐热、耐寒以及可成型性等皆为锂电池封装材料开发必须面对的范畴，一一说明如下列：(各项数据标准来自「工业技术研究院」(Industrial Technology Research Insti tute)

(一)电解液耐受性：

要求在85℃28天的环境下或是在60℃50天的环境下，进行加速测试，封装材料不破坏或分层才符合标准。

(二)阻水性：

将本发明封装电解液以后放置于60℃90％RH的条件下测试，放置七日后取出电解液，利用卡式水份分析仪进行测量，吸水量不得超过50PPM。

(三)阻气性：

将本发明封装电解液后，放置在85℃的环境之下，每日不得有超过0.1mg的重量变化。

(四)耐热性：

一般以封口强度来判别，PE材质在温度100℃条件下要有15N/15mm以上，PP材质在温度140℃条件下要有15N/15mm以上为标准。

(五)耐寒性：

将本发明封装液体，降温到0℃(PP材质)或-40℃(PE材质)之后，由50cm的高度落下试验，检视不可有孔洞发生。

(六)具可成型性，成型所需深度为得以放置片状正、负极材料。

由本发明人厂内检验室进行通用(泛用)型包材与本发明铝塑膜电解液耐受性比较，其结果显示背景技术所制作的「通用(泛用)型包材」，充填锂电池电解液后经烘箱85℃，4h加温，因包材不耐锂电池中的有机电解液因热挥发成具腐蚀性有机气体发生铝箔(AL)氧化现象；相对本发明则因功能性处理层(Fundation Coating)高性能的阻隔功能，能将具腐蚀性有机气体有效阻挡，以确保铝箔(AL)不被侵蚀氧化，达到锂电池(LIB)封装材料适用的条件。

因此，整体而言，锂电池专用铝塑膜在艰巨的研发过程中有以下几点需要突破：

(一)功能性处理层(Fundation Treatment)的研发：

该功能性处理层为改性压克力(PMMA)，改性聚乙烯醇(PVA)涂布(Coating)层，是以聚乙烯醇、调节剂、奈米氧化硅、偶联剂、增粘剂所组成，具有高阻湿(水气)高阻气(阻止空气中的氧气O2及有机溶剂气体穿透)性能(附件一是食研所测试报告097SA02617、097SA06218有机气体透过率的比较)、(附件二是百瑞尔PVA书面数据)，因一但锂电池广泛应用于油电汽机车时，其温度高于室温或常温时，锂电池中的有机电解液含有极微量的水份会形成水气(H2O)，且有机电解液中的盐类易与其产生反应生成具腐蚀性的有机气体，必需利用功能性处理层百分的百阻隔，免于水气及有机气体穿透内层、接着层，直接侵蚀铝箔因而造成分层，破坏铝塑膜的整体结构。

经与国外厂商及台北科技大学教授庄进标先生及柏志公司多次测试后得以研发成功此具高阻湿、高阻气的功能性处理层，以做为阻隔水气(H2O)及有机气体的屏障，免于铝箔(AL)被侵蚀造成分层，而影响电池性能。(附件三是食研所测试报告100SA06949内层阻湿效果提高

50％)

(二)功能性处理层(Fundation Treatment)与铝箔(Aluminum-AL)接着的研发：

铝箔(Aluminum-AL)为极性材质，但于退火过程后会残留少量油份及杂质直接影响功能性处理层与铝箔(AL)间的接着强度，进而使功能性处理层的阻隔能力下降。为克服此技术，需于涂布机上增设在线(in-line)高周波处理机，以驱除AL表面油质及杂质，以确保接着质量。

(三)接着层的研发：

本发明与一般制造软性复合包材贴合用的有机溶剂型接着剂(SB-A)或无溶剂型接着剂(NSB-A)不同，因二者都必需是能不被氟化氢气体穿透接触而被溶解或破坏其接着强度；不被水气(H2O)穿透后因接触而降低接着强度；不因使用在油电汽机车时处在80℃高温下而软化导致分层。因此必需采用耐高温且热固化型的特殊接着剂，国内尚无生产此项产品必需购自日本。(附件四：日本AD502及无溶剂型接着剂书面资料)(四)薄膜和铝箔表面处理程度(Corona Tretment Dyne)技术的研发：

1、塑料薄膜为复合工程需要，表面(单面)必需经过电晕处理(corona treatment)使其外表极性化(polarty)，通常以表面张力单位「达因子(dyne)」表示处理程度，该处理也会随着时间而自动退化，导致印刷工程及贴合工程产生接着强度不足甚或无法接着(一般标准是：ONY薄膜在52 dyne，PET薄膜在52 dyne，OPP、CPP薄膜在38 dyne，PE薄膜在38 dyne，VM薄膜在36 dyne以上)，所以背景技术为了解表面处理退化问题，通常于贴合机上直接装设电晕处理机(coronatreatment machine)in-line作业，虽一次作业减少二次分别工程的污染，郄大大的降低效率。

2、铝箔(AL)表面在生产制造过程中，因需退火作业导致残留微量油质，而产生表面张力必需再行in-line电晕处理，但其速度却不能满足贴合工程速度，造成效率严重下降。

3、本案发明人技术改良在于将先前in-line作业上重新电晕处理前，在机台上增置加温系统，进行材料直接预热，除能满足电晕处所须达因子外，更使贴合生产线速度提高，提升质量，减少损耗。

(五)生产机器、加工设备的增设与更新：

增购加工器具-贴合涂布版的版胴版目，及版目的结构经数十次修正，最后成功的以网目35^#的涂布量，测试取得最佳涂布量，及所要求的层间接着强度。

涂布机增设在线(In-line)高周波处理设备与加温预热系统，以提高各积材表面处理(达因dnye)达到最佳涂布品质及复合强度。

功能性处理涂布工场增设「环境湿度控制系统」，将作业环境的相对湿度控制在40RH％以下，以免功能性处理层受潮影响其接着层强度及阻隔功能。

增设「均温温度自动控制室」(Curing room)，以便能以分阶段温控方式来进行铝塑膜熟化作业。

更新在线温控系统，为稳定在线(in-line)作业温度，原为柴油燃烧加热供应系统，更新为天然气加热供应系统，达节能减碳效益，同时避免柴油燃烧带来碳渣(over heat)污染贴合材料，影响质量。

增设无溶剂接着剂供料自动控制加温系统及温度自动控制涂布槽，于贴合设备的涂布单元上。

(六)检测仪器的增设：

生产工场设置独立温度控制烘箱，以利每收卷一卷即刻取样加速测试涂布层及接着层的强度。

增设分析天平

增置检验室湿度控制机

135℃高温灭菌锅

残留溶剂检知机

随着21世纪微电子技术的发展，小型化设备日益增多，对于电源提出了很高的要求。因此绿能电池随之进入了大规模应用阶段。其中锂电池(LIB)是当今国际公认的理想绿能电源。锂电池因具备有体积小、电容量大、电压高、低污染、高节能减碳等优点，已被广泛应用在NotBook、Pad、移动电话、数字相机等3C产品，正逐步扩大于油电汽、机车、脚踏车领域也将为锂电池带来莫大的成长空间，也是未来绿能电池设计发展的趋势。

本发明人基于促进绿能产业提高国际竞争力，凭累积多年生产、制造软性复合包装材丰富的经验，积极努力开发、研究改良，终于突破上述技术完成此项发明。

锂离子电池与其他电池特性及应用领域比较：

【发明内容】

本发明是一种铝塑膜，其目的是：1、提供一「功能性处理层」第一底涂层与第二底涂层，即使内容物为液体有机电解液(六氟磷酸锂LiPF₆)因热与微量水份反应产生具强烈腐蚀性的氟化氢(HF)可予以阻绝，以维持锂池封装材料稳定及内容物锂电池(LIB)的电力性能；2、提供一「高阻湿底涂层」第一底涂层与第二底涂层，以阻隔锂电池在运作过程，大环境中少许的水蒸气(H₂O)会穿透封装材料与液体有机电解液反应生成具强腐蚀性的氟化氢(HF)，以维持锂电池封装材料稳定及内容物锂电池(LIB)的电力性能。

一种铝塑膜，其特征在于，包含有：

一外层，外层基材为无印刷或于内面或表面进行印刷图案；

一第一接着层，为一接着剂，是将外层内面与一中间层作结合；

一第一底涂层，为功能性处理层，具有阻湿、阻气的结构；

一中间层，为铝箔层，成型之用，并具有阻光、阻湿及阻气的结构；

一第二底涂层，为功能性处理层，具有阻湿、阻气的结构；

一第二接着层，为一接着剂，是将一底层内面与一中间层作结合；

一底层，位于中间层内面下方，为热封材质，具耐温度、防湿性、防有机溶剂气体及耐腐蚀性的结构；

以铝塑膜专用于锂电池封装应用的材料，由于锂电池有机电解液中的盐类易与水气反应生成氟化氢(HF)极具腐蚀性，以功能性处理层，处理于多层次复合膜内部，作为保护中间层及阻隔的结构处理。

其中，该外层为尼龙薄膜(ONY)，作为主材料，具有耐摩擦、延伸性及抗张强度，底层为聚丙烯(CPP)作为副基材。

其中，该外层为尼龙薄膜(ONY)，作为主材料，具有耐摩擦、延伸性及抗张强度，底层为聚乙烯(PE)作为副基材。

其中，该外层为聚酯薄膜(PET)复合在尼龙(ONY)薄膜上，作为主材料，具有耐摩擦、延伸性及抗张强度，底层为聚乙烯(PE)作为副基材。

其中，该外层为聚酯薄膜(PET)复合在尼龙(ONY)薄膜上，作为主材料，具有耐摩擦、延伸性及抗张强度，底层为聚丙烯(PP)作为副基材。

其中，该第一接着层及第二接着层为无溶剂型接着剂。

其中，该第一接着层及第二接着层为有机溶剂型接着剂。

其中，该第一底涂层是以改性压克力(PMMA)，及聚乙烯醇、调节剂、奈米氧化硅、偶联剂、增粘剂和水组成的，调节剂为甲醇与乙醇的混合物，偶联剂由氨基硅烷、醇钛酸脂、醇烷氧基钛酸酯组成，增粘剂为聚乙烯。

其中，该第二底涂层是以改性压克力(PMMA)，及聚乙烯醇、调节剂、奈米氧化硅、偶联剂、增粘剂和水组成的，调节剂为甲醇与乙醇的混合物，偶联剂由氨基硅烷、醇钛酸脂、醇烷氧基钛酸酯组成，增粘剂为聚乙烯。

本发明优点及功效在于：提供一「功能性处理层」第一底涂层与第二底涂层，即使内容物为液体有机电解液(六氟磷酸锂LiPF₆)因热与微量水份反应产生具强烈腐蚀性的氟化氢(HF)可予以阻绝，以维持锂池封装材料稳定及内容物锂电池(LIB)的电力性能；提供一「高阻湿底涂层」第一底涂层与第二底涂层，以阻隔锂电池在运作过程，大环境中少许的水蒸气(H₂O)会穿透封装材料与液体有机电解液反应生成具强腐蚀性的氟化氢(HF)，以维持锂电池封装材料稳定及内容物锂电池(LIB)的电力性能。

【附图说明】

图1是习知通用(泛用)型的包装材料的结构示意图。

图2是锂电池构成的示意图。

图3是锂电池内部材料的示意图。

图4是本发明第一实施例所使用基材的平面示意图。

图5是本发明第二实施例所使用基材的平面示意图。

【具体实施方式】

首先，本发明一种铝塑膜，第一实施例，如图4所示，其包含有一外层、一第一接着层、一第一底涂层、一中间层、一第二底涂层、一第二接着层及一底层，外层为尼龙薄膜(ONY)，作为主材料，厚度约为15μ至25μ，具有耐摩擦、延伸性及抗张强度，外层基材可为无印刷或于内面或表面进行印刷图案，印刷是以水性油墨-WB-Ink(Water Base Ink)印制于该外层，第一接着层为一接着剂，是将外层内面与一中间层作结合，第一接着层为无溶剂型接着剂-NSB(NON-Solvent Base)，第一接着层或可为有机溶剂型接着剂-SB(Solvent Base)，第一底涂层为功能性处理层，具有高阻湿、高阻气的结构特性，第一底涂层是以改性压克力(PMMA)。及聚乙烯醇、调节剂、奈米氧化硅、偶联剂、增粘剂和水组成的，调节剂为甲醇与乙醇的混合物，偶联剂由氨基硅烷、醇钛酸脂、醇烷氧基钛酸酯组成，增粘剂为聚乙烯；

中间层为铝箔层(AL)厚度为25μ至40μ，作为成型之用，并具有阻光、阻湿及阻气的结构特性，第二底涂层为功能性处理层，具有高阻湿、高阻气的结构特性，第二底涂层是以改性压克力(PMMA)。及聚乙烯醇、调节剂、奈米氧化硅、偶联剂、增粘剂和水组成的，调节剂为甲醇与乙醇的混合物，偶联剂由氨基硅烷、醇钛酸脂、醇烷氧基钛酸酯组成，增粘剂为聚乙烯，第二接着层为一接着剂，是将一内层内面与一中间层作结合，第二接着层为无溶剂型接着剂-NSB(NON-Solvent Base)，或可为有机溶剂型接着剂-SB(Solvent Base)，底层位于中间层内面下方，底层为聚丙烯(CPP)，可为聚乙烯(PE)，作为副基材，厚度约为40μ至80μ，为可热封材质，具耐温度、防湿性、防有机溶剂气体及耐腐蚀性的结构特性；

由上述的结构组合，本发明一种铝塑膜，应用于锂电池(LIB)，由于锂电池有机电解液中的盐类易与水气反应生成氟化氢(HF)极具腐蚀性，以铝塑膜专用于锂电池封装应用的材料，以功能性处理层，处理于多层次复合膜内部，作为保护中间层及阻隔的结构处理，主要是以一「功能性处理层」(Fundation Tearment)，即第一底涂层与第二底涂层，使内容物为液体有机电解液(六氟磷酸锂LiPF₆)因热与微量水份反应生成了具强烈腐蚀性的氟化氢(HF)可予以阻绝，以维持锂电池封装材料稳定及内容物锂电池(LIB)的电力性能，而且第一底涂层与第二底涂层具有「高阻湿高阻气功能」，以阻隔锂电池在运作过程，大环境中极微量水蒸气(H₂O)会穿透封装材料与液体有机电解液反应生成具强腐蚀性的氟化氢(HF)，以维持锂电池封装材料稳定及内容物锂电池(LIB)的电力性能；

第二实施例，如图5所示，其包含有一外层、一第一接着层、一第一底涂层、一中间层、一第二底涂层、一第二接着层及一底层，外层为聚酯薄膜(PET)12μ加尼龙(ONY)15μ，作为主材料，具有耐摩擦、延伸性及抗张强度，外层基材可为无印刷或于内面或表面进行印刷图案，印刷是以水性油墨-WB-Ink(Water Base Ink)印制于该外层，第一接着层为一接着剂，是将外层内面与一中间层作结合，第一接着层为无溶剂型接着剂-NSB(NON-Solvent Base)，或可为有机溶剂型接着剂-SB(Solvent Base)，第一底涂层为功能性处理层，具有高阻湿、高阻气的结构，第一底涂层是以改性压克力(PMMA)，及聚乙烯醇、调节剂、奈米氧化硅、偶联剂、增粘剂和水组成的，调节剂为甲醇与乙醇的混合物，偶联剂由氨基硅烷、醇钛酸脂、醇烷氧基钛酸酯组成，增粘剂为聚乙烯；

中间层为铝箔层(AL)厚度为25μ至40μ，作为成型之用，并具有阻光、阻湿及阻气的结构，第二底涂层为功能性处理层，具有高阻湿、高阻气的结构，第二底涂层是以改性压克力(PMMA)，及聚乙烯醇、调节剂、奈米氧化硅、偶联剂、增粘剂和水组成的，调节剂为甲醇与乙醇的混合物，偶联剂由氨基硅烷、醇钛酸脂、醇烷氧基钛酸酯组成，增粘剂为聚乙烯，第二接着层为一接着剂，是将一内层内面与一中间层作结合，第一接着层为无溶剂型接着剂-NSB(NON-Solvent Base)，或可为有机溶剂型接着剂-SB(Solvent Base)，底层位于中间层内面下方，底层为为聚丙烯(PP)，可为聚乙烯(PE)，作为副基材，厚度为40μ至80μ，为可热封材质，具耐高温、防湿性、防有机溶剂气体及耐腐蚀性的结构；

第二实施例与第一实施例相同，主要是以「功能性处理层」(Fundation

Treatmetn)，即第一底涂层与第二底涂层，使内容物生成强烈腐蚀性的氟化氢(HF)可予以阻绝，以维持锂电池封装材料稳定及内容物锂电池(LIB)的电力性能，而且第一底涂层与第二底涂层具有「高阻湿底涂层」，以阻隔锂电池在运作过程，大环境中极微量水蒸气(H₂O)会穿透封装材料与液体有机电解液反应生成具强腐蚀性的氟化氢(HF)，以维持锂电池封装材料稳定及内容物锂电池(LIB)的电力性能；

第二实施例与第一实施例唯一不同点是于外层另加一层聚酯(PET)薄膜复合在尼龙(ONY)上，厚度为12μ，其目的在于锂电池用在油电自行车、油电机车及油电汽车上时较暴露在外，易受外在环境影响，因此加以一层聚酯(PET)薄膜以提高其耐候性，以维持铝塑膜封装材更稳定。

附件一：食研所测试报告097SA02617、097SA06218有机气体透过率的比较。

附件二：百瑞尔PVA书面资料。

附件三：食研所测试报告100SA06949内层阻湿效果提高≈50％。

附件四：日本AD502书面资料。

附件五：无溶剂型接着剂书面资料。

附件六：经济部工业局回函。

Claims

1.一种铝塑膜，其特征在于，包含有：

一外层，外层基材为无印刷或于内面或表面进行印刷图案；

一第一底涂层，为功能性处理层，具有阻湿、阻气的结构；

一第二底涂层，为功能性处理层，具有阻湿、阻气的结构；

2.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于：该外层为尼龙薄膜(ONY)，作为主材料，具有耐摩擦、延伸性及抗张强度，底层为聚丙烯(CPP)作为副基材。

3.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于：该外层为尼龙薄膜(ONY)，作为主材料，具有耐摩擦、延伸性及抗张强度，底层为聚乙烯(PE)作为副基材。

4.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于：该外层为聚酯薄膜(PET)复合在尼龙(ONY)薄膜上，作为主材料，具有耐摩擦、延伸性及抗张强度，底层为聚乙烯(PE)作为副基材。

5.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于：该外层为聚酯薄膜(PET)复合在尼龙(ONY)薄膜上，作为主材料，具有耐摩擦、延伸性及抗张强度，底层为聚丙烯(PP)作为副基材。

6.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于：该第一接着层及第二接着层为无溶剂型接着剂。

7.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于：该第一接着层及第二接着层为有机溶剂型接着剂。

8.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于：该第一底涂层是以改性压克力(PMMA)，及聚乙烯醇、调节剂、奈米氧化硅、偶联剂、增粘剂和水组成的，调节剂为甲醇与乙醇的混合物，偶联剂由氨基硅烷、醇钛酸脂、醇烷氧基钛酸酯组成，增粘剂为聚乙烯。

9.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于：该第二底涂层是以改性压克力(PMMA)，及聚乙烯醇、调节剂、奈米氧化硅、偶联剂、增粘剂和水组成的，调节剂为甲醇与乙醇的混合物，偶联剂由氨基硅烷、醇钛酸脂、醇烷氧基钛酸酯组成，增粘剂为聚乙烯。