CN107020778A - 钢塑膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钢塑膜及其制备方法。钢塑膜用于二次电池的封装，包括：钢箔层；第一粘结剂层，粘接于钢箔层的内侧；封装层，经由第一粘结剂层粘接于钢箔层的内侧；第二粘结剂层，粘接于钢箔层的外侧；以及保护层，经由第二粘结剂层粘接于钢箔层的外侧。其中，钢箔层的表面经过表面粗糙化处理和接枝改性处理；第一粘结剂层中的粘结剂为改性聚丙烯粘结剂。表面粗糙化处理能够增加钢箔层与第一粘结剂层的粘接触点和粘接面积，增大粘接咬合力，提高粘接强度；接枝改性处理在钢箔层表面增加极性基团，进而在钢箔层与第一粘结剂层的接触面上产生化学键，提高粘接强度；第一粘结剂层采用改性聚丙烯粘结剂，进一步提高钢箔层与第一粘结剂层的粘接强度。

Description

钢塑膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池的封装领域，尤其涉及一种钢塑膜及其制备方法。
背景技术
作为锂电池的包装材料，钢塑膜和铝塑膜基本结构相同，从内到外依次为CPP(cast polypropylene，流延聚丙烯薄膜)封装层、改性PP(改性聚丙烯)粘结层、SUS(steel use stainless，不锈钢)阻隔层或Al(铝)阻隔层、聚氨酯粘结层、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)保护层或NY(尼龙)保护层，其中CPP为封装及耐化学腐蚀层，其热熔性及密封性好，能有效阻止内部电解质和阴阳极极片与复合膜的金属阻隔层接触，避免金属层被腐蚀；SUS或Al金属层为中间阻隔层，对水蒸气和氧气有极高的阻隔率，以维持电池的内部环境处在高隔水和隔氧的状态，同时金属层的强度能有效防止外部环境对电池的损伤；PET或NY为外保护层，可提高金属箔材的抗拉强度、耐磨耐穿刺和耐酸等性能；PET(或NY)与SUS(或Al)之间采用聚氨酯粘结剂通过干式复合工艺制备；CPP与SUS(或Al)之间采用改性PP通过流延共挤复合工艺制备。
不锈钢箔具有机械强度高、水气阻隔高、耐高压、耐疲劳等优点，但不锈钢箔表面光洁度高，极性基团(例如羟基)少，粘结层与不锈钢箔之间难以实现高强度粘结，尤其是薄层粘结条件下。而CPP与SUS之间的粘接强度较小，对钢塑膜的负面影响主要有以下几个方面：一、钢塑膜冲壳成型时，易造成CPP与SUS分层；二、封装强度小，影响电池寿命；三、电解液中的有机溶剂或少量氢氟酸可能渗入CPP与SUS层间，使CPP与SUS剥离，甚至加快电化学腐蚀速度。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种钢塑膜及其制备方法，其能提高封装层与钢箔层之间的粘接强度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种钢塑膜，用于二次电池的封装，包括：钢箔层；第一粘结剂层，粘接于钢箔层的内侧；封装层，经由第一粘结剂层粘接于钢箔层的内侧；第二粘结剂层，粘接于钢箔层的外侧；以及保护层，经由第二粘结剂层粘接于钢箔层的外侧。其中，钢箔层的表面经过表面粗糙化处理和接枝改性处理；第一粘结剂层中的粘结剂为改性聚丙烯粘结剂。
根据本发明的钢塑膜的制备方法用于制备本发明第一方面所述的钢塑膜，包括步骤：提供钢箔层，钢箔层的表面经过表面粗糙化处理以及接枝改性处理；将保护层、第二粘结剂层以及钢箔层复合在一起，在熟化室熟化，以得到半成品钢塑膜；将封装层、第一粘结剂层以及半成品钢塑膜复合在一起，制得钢塑膜。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的钢塑膜中，钢箔层经过表面粗糙化处理后能够增加与第一粘结剂层的粘接触点和粘接面积，增大粘接咬合力，提高粘接强度；钢箔层经过接枝改性处理后在表面增加极性基团，进而在钢箔层与第一粘结剂层的接触面上产生化学键，提高粘接强度；第一粘结剂层采用改性聚丙烯粘结剂，进一步提高钢箔层与第一粘结剂层的粘接强度。
在根据本发明的钢塑膜的制备方法中，由于对钢箔层的表面进行的表面粗糙化处理以及接枝改性处理，所以制备出的钢塑膜的钢箔层与第一粘结剂层粘接强度大，安全性能高。
附图说明
图1为根据本发明的钢塑膜的截面图。
其中，附图标记说明如下：
1 钢箔层 4 第二粘结剂层
2 第一粘结剂层 5 保护层
3 封装层
具体实施方式
下面参照附图来详细说明本发明的钢塑膜及其制备方法。
首先说明根据本发明第一方面的钢塑膜。
参照图1，根据本发明的钢塑膜用于二次电池的封装，包括：钢箔层1；第一粘结剂层2，粘接于钢箔层1的内侧；封装层3，经由第一粘结剂层2粘接于钢箔层1的内侧；第二粘结剂层4，粘接于钢箔层1的外侧；以及保护层5，经由第二粘结剂层4粘接于钢箔层1的外侧。其中，钢箔层1的表面经过表面粗糙化处理和接枝改性处理；第一粘结剂层2中的粘结剂为改性聚丙烯粘结剂。
在根据本发明的钢塑膜中，钢箔层1经过表面粗糙化处理后能够增加与第一粘结剂层2的粘接触点和粘接面积，增大粘接咬合力，提高粘接强度；钢箔层1经过接枝改性处理后在表面增加极性基团，进而在钢箔层1与第一粘结剂层2的接触面上产生化学键，提高粘接强度；第一粘结剂层2采用改性聚丙烯粘结剂，进一步提高钢箔层1与第一粘结剂层2的粘接强度。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述钢塑膜的厚度为63μm～160μm。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，钢箔层1的厚度为20μm～50μm。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，钢箔层1的表面经过表面粗糙化处理的过程为：采用腐蚀性钝化液对钢箔层1的表面经过表面粗糙化处理，然后用去离子水清洗并烘干。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述腐蚀性钝化液以腐蚀性酸类氧化剂为主剂、添加羟基酸化合物、缓蚀剂和抑雾剂配制而成。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述腐蚀性酸类氧化剂为硫酸、硼酸、碘酸、硅酸、钒酸、锰酸、钼酸、镍酸、钛酸中的一种或几种。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述羟基酸化合物为羟基乙酸、羟基丙酸、羟基丁酸、羟基戊酸、邻羟基苯甲酸、对羟基苯甲酸中的一种或几种。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述缓蚀剂为膦酸盐、膦羧酸、2-巯基苯并噻唑、苯并三唑中的一种或几种。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述抑雾剂为咪唑啉季铵盐及其衍生物。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，烘干的温度为60℃～90℃。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述接枝改性处理是将偶联剂或交联剂中的一种配制成接枝改性溶液喷涂在钢箔层1表面，然后烘干。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述接枝改性溶液由偶联剂或交联剂、强酸、去离子水、乙醇按照0.02wt％～0.05wt％、0.01wt％～0.05wt％、1wt％～2wt％、97.9wt％～98.97wt％的比例配制而成。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述强酸为盐酸、硫酸或磷酸。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述偶联剂选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、乙烯基三(甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、γ-氯代丙基三甲氧基硅烷、γ-氯代丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、氯化(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯基)丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、二(γ-三乙氧基硅烷基丙基)四硫化物、双(三乙氧基硅基丙基)二硫化物、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、二(γ-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-N-双(β-氨乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、γ-(多亚乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷、顺丁烯二酰亚胺基丙基三乙氧基硅烷、顺丁烯酸酰胺基丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述交联剂选自2，5-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己烷、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)-3-己炔、α，α-双(叔丁过氧基)二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化乙酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、2，5-二甲基-2，5-双(过氧化苯甲酰)己烷、1，1-双(过氧化叔丁基)环己烷、1，1-双(过氧化叔丁基)-3，3，5-三甲氧基环己烷、4，4-双(过氧化叔丁基)戊酸正丁酯、二过氧化邻苯二甲酸二叔丁酯、异氰尿酸三烯丙酯、2，2-双(4，4-二叔丁过氧环己基)丙烷、过氧化丁二酸中的一种或几种。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，烘干温度为60℃～90℃。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，钢箔层1的表面在表面粗糙化处理之前还经过采用有机溶剂对钢箔层1的表面进行除油除蜡处理。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述有机溶剂为汽油、丙酮、三氯乙烯、四氯化碳、四氯乙烯、苯、二甲苯中的一种或几种。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，第一粘结剂层2的厚度为5μm～20μm。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述改性PP粘结剂通过有机酸改性制成。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述改性PP粘结剂由有机酸、乙烯单体、丙烯单体按照0.5wt％～2wt％、1wt％～4wt％、94wt％～98.5wt％的比例共聚而成。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述有机酸选自甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、辛酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、顺丁烯二酸、酒石酸、苯甲酸、苯乙酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、戊酸、己酸、癸酸、硬脂酸、软脂酸、丙烯酸中的一种或几种。优选为顺丁烯二酸。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述改性PP粘结剂通过树脂改性制成。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述改性PP粘结剂由树脂、乙烯单体、丙烯单体按照0.5wt％～2wt％、1wt％～4wt％、94wt％～98.5wt％的比例共聚而成。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，所述树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、氨基树脂中的一种或几种。优选为有机硅树脂。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，封装层3为流延聚丙烯(castpolypropylene,CPP)薄膜。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，封装层3的厚度为30μm～70μm。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，封装层3经过电晕和等离子气体处理。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，电晕和等离子气体处理的环境条件为空气洁净度为万级且无静电。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，第二粘结剂层4的粘结剂为双组份聚氨酯粘结剂。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，第二粘结剂层4的厚度为3μm～5μm。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，保护层5为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或尼龙。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，保护层5的厚度为5μm～15μm。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，保护层5经过电晕和等离子气体处理。
在根据本发明的钢塑膜中，在一实施例中，电晕和等离子气体处理的环境条件为空气洁净度为1-10万级且无静电。
其次说明根据本发明第二方面的钢塑膜的制备方法。
参照图1，根据本发明的钢塑膜的制备方法用于制备本发明第一方面所述的钢塑膜，包括步骤：提供钢箔层1，钢箔层1的表面经过表面粗糙化处理以及接枝改性处理；将保护层5、第二粘结剂层4以及钢箔层1复合在一起，在熟化室熟化，以得到半成品钢塑膜；将封装层3、第一粘结剂层2以及半成品钢塑膜复合在一起，制得钢塑膜。
在根据本发明的钢塑膜的制备方法中，由于对钢箔层1的表面进行的表面粗糙化处理以及接枝改性处理，所以制备出的钢塑膜的钢箔层1与第一粘结剂层2粘接强度大，安全性能高。
在根据本发明的钢塑膜的制备方法中，熟化室中熟化的作用主要有两方面：1、第二粘结剂层4在一定的时间内充分反应，使保护层5与钢箔层1达到最佳复合强度；二、去除低沸点的残留溶剂。
在根据本发明的钢塑膜的制备方法中，在一实施例中，采用干式复合技术将保护层5、第二粘结剂层4以及钢箔层1复合在一起。
在根据本发明的钢塑膜的制备方法中，在一实施例中，熟化室的温度为20℃～150℃，熟化的时间为24h～168h。
在根据本发明的钢塑膜的制备方法中，在一实施例中，采用流延复合技术将封装层3、第一粘结剂层2以及半成品钢塑膜复合在一起。

Claims (10)

1.一种钢塑膜，用于二次电池的封装，包括：
钢箔层(1)；
第一粘结剂层(2)，粘接于钢箔层(1)的内侧；
封装层(3)，经由第一粘结剂层(2)粘接于钢箔层(1)的内侧；
第二粘结剂层(4)，粘接于钢箔层(1)的外侧；以及
保护层(5)，经由第二粘结剂层(4)粘接于钢箔层(1)的外侧；
其特征在于，
钢箔层(1)的表面经过表面粗糙化处理和接枝改性处理；
第一粘结剂层(2)中的粘结剂为改性聚丙烯粘结剂。
2.根据权利要求1所述的钢塑膜，其特征在于，
钢箔层(1)的表面经过表面粗糙化处理的过程为：采用腐蚀性钝化液对钢箔层(1)的表面经过表面粗糙化处理，然后用去离子水清洗并烘干；
所述接枝改性处理是将偶联剂或交联剂中的一种配制成接枝改性溶液喷涂在钢箔层(1)表面，然后烘干。
3.根据权利要求1所述的钢塑膜，其特征在于，所述改性聚丙烯粘结剂通过有机酸改性或树脂改性制成。
4.根据权利要求3所述的钢塑膜，其特征在于，
所述有机酸选自甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、辛酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、顺丁烯二酸、酒石酸、苯甲酸、苯乙酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、戊酸、己酸、癸酸、硬脂酸、软脂酸、丙烯酸中的一种或几种，优选为顺丁烯二酸；
所述树脂选自环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、氨基树脂中的一种或几种，优选为有机硅树脂。
5.根据权利要求1所述的钢塑膜，其特征在于，封装层(3)为流延聚丙烯薄膜。
6.根据权利要求1所述的钢塑膜，其特征在于，第二粘结剂层(4)的粘结剂为双组份聚氨酯粘结剂。
7.根据权利要求1所述的钢塑膜，其特征在于，保护层(5)为聚对苯二甲酸乙二醇酯或尼龙。
8.一种钢塑膜的制备方法，用于制备权利要求1-7中任一项所述的钢塑膜，其特征在于，包括步骤：
提供钢箔层(1)，钢箔层(1)的表面经过表面粗糙化处理以及接枝改性处理；
将保护层(5)、第二粘结剂层(4)以及钢箔层(1)复合在一起，在熟化室熟化，以得到半成品钢塑膜；
将封装层(3)、第一粘结剂层(2)以及半成品钢塑膜复合在一起，制得钢塑膜。
9.根据权利要求8所述的钢塑膜的制备方法，其特征在于，采用干式复合技术将保护层(5)、第二粘结剂层(4)以及钢箔层(1)复合在一起。
10.根据权利要求8所述的钢塑膜的制备方法，其特征在于，采用流延复合技术将封装层(3)、第一粘结剂层(2)以及半成品钢塑膜复合在一起。
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