CN104485430B - 一种锂电池软包装膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池软包装膜，所述软包装膜依次设有尼龙层、聚氨酯胶粘剂层、铝箔层、防腐处理层、粘合树脂层和热封层，其特征在于，在防腐处理层和粘合树脂层之间还设有保护层，保护层中含有占保护层总重量的2%～8%的笼型倍半硅氧烷，所述笼型倍半硅氧烷由羟基笼型倍半硅氧烷和环氧基笼型倍半硅氧烷组成，羟基笼型倍半硅氧烷和环氧基笼型倍半硅氧烷之间的重量比为0.1：1～0.3：1。本发明在满足实用性能的前提下，具有更好的耐冲深性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种锂电池用软包装膜。
背景技术
锂电池即锂离子二次电池，由于重量轻、容量大、循环寿命长、无记忆效应等优良特点，被广泛应用于诸如手机、笔记本电脑、摄像机、充电宝、电动车辆、机器人、人造卫星等提供能量，也被用作能量储存用蓄电池，如充电宝、太阳能电站储能等。目前锂电池正处于性能不断提高、成本不断降低、应用领域快速扩大、市场份额急剧增长的阶段。
锂电池软包装膜作为电池芯的外壳，需要满足以下基本要求：极好的热封性、内层材料不与电解液起反应且整体耐电解液的性能、极高的阻水阻氧性能、极好的耐冲深性能。通常，锂电池软包装膜至少包括三层结构：尼龙层、中间铝箔阻隔层和内层热封层。三层间经胶粘剂或粘合树脂粘合，通过干法或挤出复合的方法制备完成。
在铝箔阻隔层的至少一面需进行防腐处理，特别是在铝箔阻隔层内部必须设置防腐处理层，以提高对六氟磷酸锂等电解液的抗腐蚀能力。相对于粘合树脂层和热封层的有机聚合物层，铝箔表面的防腐处理层较脆，在冲深过程中防腐处理层会产生针孔、裂纹等缺陷，影响了包装膜的应用。随着锂电池在动力电池领域的应用推广，急需开发最大冲深更高，成型性能更好的软包装膜。
发明内容
本发明所要解决的问题是：针对现有技术存在的不足之处，提供一种锂电池用软包装膜。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种锂电池软包装膜，依次设有尼龙层、聚氨酯胶粘剂层、铝箔层、防腐处理层、粘合树脂层和热封层，在防腐处理层和粘合树脂层之间还设有保护层，保护层中含有占保护层总重量的2％～8％的笼型倍半硅氧烷，所述笼型倍半硅氧烷由羟基笼型倍半硅氧烷和环氧基笼型倍半硅氧烷组成，羟基笼型倍半硅氧烷和环氧基笼型倍半硅氧烷之间的重量比为0.1：1～0.3：1。
上述方案中，保护层的厚度为2～5微米。
上述方案中，保护层为酚醛树脂层或丙烯酸类树脂层。
上述方案中，所述环氧基笼型倍半硅氧烷是含一个环氧基官能团的笼型倍半硅氧烷，羟基笼型倍半硅氧烷是含两个羟基官能团的笼型倍半硅氧烷。
上述方案中，所述含两个羟基官能团的笼型倍半硅氧烷的两个羟基同时在硅笼的同一个支链上。
上述方案中，所述防腐处理层使用的处理剂为含有磷化合物，至少含有磷酸、焦磷酸和多磷酸及其盐中的一种。
上述方案中，所述粘合树脂层为酸改性聚烯烃树脂、不饱和羧酸接枝聚烯烃树脂、氯化聚丙烯树脂、金属离子交联聚烯烃树脂中的一种。
上述方案中，所述粘合树脂层厚度为5～40微米，铝箔层厚度为30～50微米。
上述方案中，所述热封层为流延的聚丙烯薄膜或流延的聚乙烯-聚丙烯薄膜，热封层厚度为20～80微米。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明在防腐处理层与粘合树脂层间设置了保护层，可填充防腐处理层在成型过程中的脆化断裂产生的针孔、裂纹，保证软包装膜的性能。
2.保护层中含有占保护层总重量的2％～8％的笼型倍半硅氧烷，在保证各层间的粘接性能前提下，提高了保护层和防腐处理层的韧性，进而提高软包装膜的耐冲深性能。
3.本发明通过调整环氧基笼型倍半硅氧烷和羟基笼型倍半硅氧烷的重量比，使本发明提供的软包装膜比无保护层的软包装膜最大深度(两面)要大0.5～1.0mm。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中各标号表示为：1、尼龙层；2、聚氨酯胶粘剂层；3、铝箔层；4、防腐处理层；5、保护层；6、粘合树脂层；7、热封层。
具体实施方式
本发明的锂电池软包装膜依次为尼龙层1、聚氨酯胶粘剂层2、铝箔层3、防腐处理层4、保护层5、粘合树脂层6和热封层7。
本发明中尼龙层最佳为双向拉伸的聚酰胺类树脂薄膜(PA)。厚度为5～100微米，最佳选择15～30微米。15～30微米尼龙层具有良好的阻隔性能和优异的耐腐蚀和防紫外等性能，低于15微米，阻隔性能会变差，高于30微米，造成化工成本升高。
为使尼龙层与铝箔有良好的粘接性能，在两层之间设置粘合剂层，该层粘合剂材质优选铝/塑料粘接性较好的聚氨酯胶粘剂。聚氨酯胶粘剂层厚度3～6微米，低于3微米，在软包装膜应用过程中会产生分层的风险；高于6微米，由于胶粘剂分子内应力较大，会产生不良影响。
为提高软包装膜的阻隔性能(阻隔水汽、氧)，本发明中使用的铝箔层，为厚度10～100微米，优选20～60微米，最佳30～50微米的软质铝箔；厚度低于30微米，铝箔阻隔性能会变差，高于50微米，造成软包装膜整体厚度较厚、较重，同时化工成本上升较多。软质铝箔的选择优选铁含量在0.3～0.9％的软质铝箔，这是因为铁含量0.3～0.9％时铝铁合金具有优秀的延展性能，有利于提高软包装膜的应用性能。
为了提高铝箔的耐电解液性能，需要对铝箔内侧进行防腐处理形成防腐处理层，根据CN1491443 A专利文献的方法进行防腐处理，优选含磷化合物的防腐处理层，更优选含磷酸、多磷酸、焦磷酸及其盐处理液钝化的防腐处理层。防腐处理层厚度0.2～2微米，防腐处理层小于0.2微米，涂层过薄，达不到良好的防腐性能，厚度大于2微米，涂层过厚，表现为涂层太脆，达不到软包装膜冲深的要求。
为了进一步保护防腐处理层的延展性能，防止防腐处理层的脆化断裂，提高防腐处理层的耐冲深性能，本发明在防腐处理层与粘合树脂层间设置了保护层。所述保护层为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸类树脂中的一种。所述保护层厚度为2～5微米，低于2微米，保护层对防腐处理层的保护作用降低，高于5微米会造成成本上升。
再进一步提高防腐处理层的耐冲深性能，本发明在保护层中加入笼型倍半硅氧烷。在较高温度如120-200℃条件下，在铝箔表面磷化合物防腐处理层上涂布含笼型倍半硅氧烷的保护层，磷化合物与笼型倍半硅氧烷中的环氧基团形成结构复杂的环氧基磷酸酯，可以提高了防腐处理层的韧性，但是，如果铝箔表面环氧基磷酸酯局部密度较高，内应力会较大，不利于铝箔的延展。因此，加入少量羟基笼型倍半硅氧烷，通过羟基与磷化合物形成氢键或化学键交联，降低环氧基磷酸酯在铝箔表面的密度。羟基笼型倍半硅氧烷和环氧基笼型倍半硅氧烷的重量比为0.1：1～0.3：1，比例低于0.1：1时，铝箔表面环氧基磷酸酯局部密度较高，内应力较大，不利于铝箔保持延展性能；比例高于0.3：1时，铝箔表面环氧基磷酸酯过少，增韧性能不明显，铝箔的最大冲深性能没有明显的提高。在冲深试验中选择在保护层中加入环氧基笼型倍半硅氧烷和羟基笼型倍半硅氧烷制备的软包装膜比无保护层的软包装膜最大深度(两面)要大0.5～1.0mm。
环氧基笼型倍半硅氧烷和羟基笼型倍半硅氧烷在酚醛树脂、丙烯酸类树脂能够均匀分散，从而提高保护层的增韧性能，保证在冲深过程中保护层的冲深性能，提高最大冲深深度。而保护层与防腐处理层界面上均匀分散的环氧基笼型倍半硅氧烷与磷化合物进行反应形成环氧基磷酸酯，在高温干燥过程中因分子链的伸缩运动将纳米硅笼拉到防腐处理层表面，进一步提高防腐处理层表面的增韧性能。
保护层中笼型倍半硅氧烷占保护层总重量的2～8％，笼型倍半硅氧烷重量低于2％时，增韧效果减弱；高于8％时，防腐处理层表面环氧基磷酸酯密度较大，韧性过高，不利于进行冲深。
本发明中在保护层与热封层间设有粘合树脂层，所述粘合树脂为酸改性聚烯烃树脂、不饱和羧酸接枝聚烯烃树脂、氯化聚丙烯树脂、金属离子交联聚烯烃树脂中的一种。所述粘合树脂层厚度为5～40微米。
热封层为流延的聚丙烯薄膜或流延的聚乙烯-聚丙烯薄膜；热封层可以为单层或多层结构；所述热封层厚度为20～80微米。
本发明的锂电池软包装膜的制备方法为，在尼龙薄膜上涂布聚氨酯胶粘剂层，在聚氨酯胶粘剂层上复合铝箔，铝箔的另一面用含磷化合物进行处理，得到防腐处理层，在防腐处理层表面涂布保护层，在保护层的表面挤出粘合树脂层并复合热封层，得到得到锂电池软包装膜。
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
在15微米尼龙薄膜上涂布干厚3微米聚氨酯胶粘剂，复合去油处理后的30微米铝箔，在铝箔的另一面用磷酸处理得防腐处理层，在防腐处理层上涂布2微米的含有含重量1.8％Glycidyloxypropylcyclopentyl-POSSTM和0.2％1,2-Propanediol-Isobutyl-POSSTM(Sigma-Aldrich公司)的丙烯酸树脂层，在丙烯酸树脂层另一面再挤出40微米酸改性聚乙烯树脂并复合20微米热封层薄膜，得到锂电池软包装膜，测其性能见表1。
实施例2
在20微米尼龙薄膜上涂布干厚4微米聚氨酯胶粘剂，复合去油处理后的50微米铝箔，在铝箔的另一面用多磷酸处理得防腐处理层，在防腐处理层上涂布5微米的含有重量5％Epoxypropyl-Cyclopentyl-POSSTM和1.5％TMP Diol-Cyclo-pentyl-POSSTM(Hybrid Plastics公司)的丙烯酸类树脂层，在丙烯酸层另一面再挤出40微米金属离子交联聚烯烃树脂，得到锂电池软包装膜，测其性能见表1。
实施例3
在30微米尼龙薄膜上涂布干厚5微米聚氨酯胶粘剂，复合去油处理后的40微米铝箔，在铝箔的另一面用焦磷酸处理得防腐处理层，在防腐处理层上涂布4微米的含有重量7.2％Glycidoxypropyl-POSSTM和0.7％trans-Cyclohexanediol-Isobuty-POSSTM(Sigma-Aldrich公司)的酚醛树脂层，在酚醛树脂层另一面再挤出20微米金属离子交联聚烯烃树脂并复合40微米热封层薄膜，得到锂电池软包装膜，测其性能见表1。
实施例4
在25微米尼龙薄膜上涂布干厚6微米聚氨酯胶粘剂，复合去油处理后的35微米铝箔，在铝箔的另一面用磷酸三钠处理得防腐处理层，在防腐处理层上涂布3微米的含有重量6％Epoxycyclohexylethyl-Cyclopentyl-POSSTM和1.2％1,2-Propanediol-Isobutyl-POSSTM(Hybrid Plastics公司)的酚醛树脂层，在酚醛树脂层另一面再挤出10微米不饱和羧酸接枝聚烯烃树脂并复合60微米热封层薄膜，得到锂电池软包装膜，测其性能见表1。
实施例5
在20微米尼龙薄膜上涂布干厚4.5微米聚氨酯胶粘剂，复合去油处理后的45微米铝箔，在铝箔的另一面根据用焦磷酸钠得防腐处理层，在防腐处理层上涂布3.5微米的含有重量3％Epoxycyclohexylethyl-Isobutyl-POSSTM和0.32％trans-Cyclohexanediol-Isobutyl-POSSTM(Hybrid Plastics公司)的酚醛树脂层，在酚醛树脂层另一面再挤出30微米金属离子交联聚烯烃树脂并复合80微米热封层薄膜，得到锂电池软包装膜，测其性能见表1。
对比例
在PA薄膜上涂布干厚4微米聚氨酯胶粘剂，复合去油处理后的40微米铝箔，在铝箔的另一面有磷酸处理的的防腐处理层(依据专利CN1491443 A提供的方法制备)，在防腐处理层另一面再挤出30微米金属离子交联聚烯烃树脂并复合热封层薄膜，得到锂电池软包装膜，测其性能见表1。
表1：性能数据表
性能测试方法：
1.铝箔层与保护层、保护层与粘合树脂层、铝箔层与粘合树脂层层间剥离强度测试：依据标准GB/T 2790测试。
2.热封层与铝箔之间耐电解液性能的试验条件：在85℃(EC+DEC/LiPF6)电解液浸泡24小时。
3.热封层与铝箔之间的耐溶剂性能的试验条件：在85℃电解液(EC+DEC/LiPF6)浸泡24小时。
4.抗渗透性的试验条件：在60℃的水中浸泡14天无分层，检测重量变化。
5.最大冲深：用生产现场模具成型、用卡尺测成型深度，最大冲深为双面冲深。
Claims (9)
1.一种锂电池软包装膜，依次设有尼龙层、聚氨酯胶粘剂层、铝箔层、防腐处理层、粘合树脂层和热封层，其特征在于，在防腐处理层和粘合树脂层之间还设有保护层，保护层中含有占保护层总重量的2％～8％的笼型倍半硅氧烷，所述笼型倍半硅氧烷由羟基笼型倍半硅氧烷和环氧基笼型倍半硅氧烷组成，羟基笼型倍半硅氧烷和环氧基笼型倍半硅氧烷之间的重量比为0.1：1～0.3：1。
2.根据权利要求1所述的锂电池软包装膜，其特征在于，保护层的厚度为2～5微米。
3.根据权利要求1或2所述的锂电池软包装膜，其特征在于，保护层为酚醛树脂层或丙烯酸类树脂层。
4.根据权利要求3所述的锂电池软包装膜，其特征在于，所述环氧基笼型倍半硅氧烷是含一个环氧基官能团的笼型倍半硅氧烷，羟基笼型倍半硅氧烷是含两个羟基官能团的笼型倍半硅氧烷。
5.根据权利要求4所述的锂电池软包装膜，其特征在于，所述的含两个羟基官能团的笼型倍半硅氧烷的两个羟基同时在硅笼的同一个支链上。
6.根据权利要求5所述的锂电池软包装膜，其特征在于，所述防腐处理层使用的处理剂为含有磷化合物，所述含有磷化合物中至少含有磷酸及其盐或焦磷酸及其盐或多磷酸及其盐中的一种。
7.根据权利要求6所述的锂电池软包装膜，其特征在于，所述粘合树脂层为酸改性聚烯烃树脂、不饱和羧酸接枝聚烯烃树脂、氯化聚丙烯树脂、金属离子交联聚烯烃树脂中的一种。
8.根据权利要求7所述的锂电池软包装膜，其特征在于，所述粘合树脂层厚度为5～40微米，铝箔层厚度为30～50微米。
9.根据权利要求8所述的锂电池软包装膜，其特征在于，所述热封层为流延的聚丙烯薄膜或流延的聚乙烯-聚丙烯薄膜，热封层厚度为20～80微米。
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