CN107599576A - 一种锂离子电池软包膜内层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种锂离子电池软包膜内层材料，内层材料为流延聚丙烯薄膜，采用三层结构，从上到下分别为热封层、芯层和电晕层；热封层包括二元共聚聚丙烯、抗粘剂和爽滑剂，其质量份数比为100：(1‑3)：(0.3‑1.5)；芯层包括二元共聚聚丙烯和爽滑剂，其质量份数比为：100：(1‑3)；电晕层包括二元共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯、端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物和抗粘剂，其质量份数比为：100：(5‑20)：(1‑3)；端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物的混合方式为浸渍法，与三元共聚聚丙烯的浸渍配比浓度为0.01％‑1％。以及一种锂离子电池软包膜内层材料的制备方法。本发明高温热封强度较好、与铝箔粘接性较高、抗穿刺强度较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池软包膜内层材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池根据外型的不同可分为钢壳、铝壳、圆柱、软包装等系列。软包装的锂离子电池凭借其具有安全性能好、重量轻、容量大、内阻小、设计灵活等优势，已广泛应用于手机、电脑、DVD影碟机、便携式摄像机、电动工具等电子产品。软包装锂离子电池在结构上采用铝塑膜包装，铝塑膜大致分为三层结构，外层为保护层，多采用高熔点的聚酯或尼龙材料，有很强的机械性能，防止外力对电池的损伤，起保护电池的作用。中间层为铝箔，具有很好的水汽阻隔性能，从而能有效防止电池外部水汽的渗入，同时也能防止内部电解液的渗出。内层为粘结层，多采用聚乙烯或聚丙烯材料，起封口粘结作用，每层之间用特殊的粘合剂粘接。聚合物锂离子电池芯内包装成型材料，不仅仅是电池的包装，而且是构成电池的一个不可缺少的重要组成部分，它们是一个整体，这明显区别于传统观念上的包装材料。软包膜中内层材料的性能十分关键，必须满足以下几个要求：必须与金属Ni、Al及极耳胶块有良好的热封粘接性；具有良好的耐电解液和抗HF性能；必须有极佳的绝缘性和良好的耐戳穿性能，能防止电极与锂离子电池软包装材料之间的短路；最内层材料与其相邻层之间的复合强度要高。
虽然目前普通的流延聚丙烯薄膜能做到耐电解液和抗HF，也具有一定的抗穿刺性能，并且低温热封性能也比较优越。但是软包膜锂离子电池的使用环境比较苛刻，电极的铝箔铜箔上的毛刺很容易戳穿内层材料。另锂离子电池内部电解液在高温下易分解发生化学变化放出大量的热量，这对内层材料的高温热封强度具有严峻的考验。
发明内容
为了克服现有聚丙烯薄膜高温热封强度不够、与铝箔粘接性不高、抗穿刺强度低的不足，本发明提供一种高温热封强度较好、与铝箔粘接性较高、抗穿刺强度较高的锂离子电池软包膜内层材料及其制备方法。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：
一种锂离子电池软包膜内层材料，所述内层材料为流延聚丙烯薄膜，采用三层结构，从上到下分别为热封层、芯层和电晕层；所述热封层包括二元共聚聚丙烯、抗粘剂和爽滑剂，所述二元共聚聚丙烯、抗粘剂和爽滑剂的质量份数比为100：1-3：0.3-1.5；所述芯层包括二元共聚聚丙烯和爽滑剂，所述二元共聚聚丙烯和爽滑剂的质量份数比为：100：(1-3)；所述电晕层包括二元共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯、端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物和抗粘剂，所述二元共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯和抗粘剂的质量份数比为：100：(5-20)：(1-3)；所述端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物的混合方式为浸渍法，与所述三元共聚聚丙烯的浸渍配比浓度为0.01％-1％。
进一步，所述流延聚丙烯薄膜厚度为30-100微米。
再进一步，所述热封层、芯层和电晕层的厚度之比为(15-25)：(67-50)：(18-25)。
一种锂离子电池软包膜内层材料的制备方法，所述内层材料为流延聚丙烯薄膜，采用三层结构，从上到下分别为热封层、芯层和电晕层；所述热封层包括二元共聚聚丙烯、抗粘剂和爽滑剂，所述二元共聚聚丙烯、抗粘剂和爽滑剂的质量份数比为100：(1-3)：(0.3-1.5)；所述芯层包括二元共聚聚丙烯和爽滑剂，所述二元共聚聚丙烯和爽滑剂的质量份数比为：100：(1-3)；所述电晕层包括二元共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯、端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物和抗粘剂，所述二元共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯和抗粘剂的质量份数比为：100：(5-20)：(1-3)；所述端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物的混合方式为浸渍法，与所述三元共聚聚丙烯的浸渍配比浓度为0.01％-1％；
所述的流延聚丙烯薄膜采用三层共挤生产工艺制备。
进一步，所述三层共挤生产工艺的过程如下：
步骤1、主挤出机和共挤出机加入原料和助剂颗粒后在料筒内加热，并经螺杆旋转搅拌共混成熔融状，加热温度在190-230℃左右递增；
步骤2、熔融状料流经各挤出机过滤器后进入T型模头，过滤网5-7层，20-300目；
步骤3、料流在三层共挤平模头内被组合成电晕层，芯层、热封层，模头温度为230℃～240℃，从模唇出来的熔体的设定厚度由手动和自动调整；
步骤4、挤出后的熔体下落在旋转着的激冷辊上定型成膜，冷却温度为25-30℃；
步骤5、冷却后的薄膜在设定的牵引速度下由导辊无拉伸地前行，并经测厚仪校准厚度公差；
步骤6、进行电晕处理，处理强度为38-42达因；
步骤7、进入收卷程序，收卷速度与牵引速度相匹配。
本发明中，热封层采用的二元共聚聚丙烯原料具有超高的冲击强度，而且能适应超高温热封，提高薄膜的高温热封性；电晕层加入的浸渍液端羧基聚丁二烯液体橡胶具有优良的耐寒性和弹性，良好的粘接性、耐水性和介电性，大大提高薄膜与铝箔的粘接性；芯层采用具有高韧性的二元共聚聚丙烯，从而增强薄膜的抗穿刺性能。
本发明所述的流延聚丙烯薄膜具有高温热封性、高粘接强度以及优良的韧性和抗冲击力，适合用于软包锂离子电池的内层材料，故本发明提供了所述流延聚丙烯薄膜在软包锂离子电池内层材料中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过热封层使用具有高温热封性能的二元共聚聚丙烯材料，解决了以往流延聚丙烯薄膜高温热封强度低的问题。
(2)本发明通过电晕层中加入端羧基聚丁二烯液体橡胶，解决了聚丙烯薄膜与铝箔粘接强度低的问题。
(3)本发明通过在流延聚丙烯的中间层引入二元共聚聚丙烯材料，解决了普遍流延聚丙烯薄膜韧性不够，抗穿刺性能不良的问题。
附图说明
图1用于软包锂离子电池内层材料的结构图；
图2用于软包锂离子电池内层材料的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
参照图1和图2，一种锂离子电池软包膜内层材料，所述内层材料为流延聚丙烯薄膜，采用三层结构，从上到下分别为热封层1、芯层2和电晕层3；所述热封层1包括二元共聚聚丙烯、抗粘剂和爽滑剂，所述二元共聚聚丙烯、抗粘剂和爽滑剂的质量份数比为100：(1-3)：(0.3-1.5)；所述芯层2包括二元共聚聚丙烯和爽滑剂，所述二元共聚聚丙烯和爽滑剂的质量份数比为：100：(1-3)；所述电晕层3包括二元共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯、端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物和抗粘剂，所述二元共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯和抗粘剂的质量份数比为：100：(5-20)：(1-3)；所述端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物的混合方式为浸渍法，与所述三元共聚聚丙烯的浸渍配比浓度为0.01％-1％。
进一步，所述流延聚丙烯薄膜厚度为30-100微米。
再进一步，所述热封层1、芯层2和电晕层3的厚度之比为(15-25)：(67-50)：(18-25)。
一种锂离子电池软包膜内层材料的制备方法，所述内层材料为流延聚丙烯薄膜，采用三层结构，从上到下分别为热封层1、芯层2和电晕层3；所述热封层包括二元共聚聚丙烯、抗粘剂和爽滑剂，所述二元共聚聚丙烯、抗粘剂和爽滑剂的质量份数比为100：1-3：0.3-1.5；所述芯层包括二元共聚聚丙烯和爽滑剂，所述二元共聚聚丙烯和爽滑剂的质量份数比为：100：(1-3)；所述电晕层包括二元共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯、端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物和抗粘剂，所述二元共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯和抗粘剂的质量份数比为：100：(5-20)：(1-3)；所述端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物的混合方式为浸渍法，与所述三元共聚聚丙烯的浸渍配比浓度为0.01％-1％；
所述的流延聚丙烯薄膜采用三层共挤生产工艺制备，过程如下：
步骤1、主挤出机和共挤出机(见附图2中的1.2)加入特定的原料和助剂颗粒后在料筒内加热，并经螺杆旋转搅拌共混成熔融状。加热温度在190-230℃左右递增。
步骤2、熔融状料流经各挤出机过滤器后进入T型模头。过滤网5-7层，20-300目。
步骤3、料流在三层共挤平模头内被组合成电晕层(共挤1)，芯层(主挤)、热封层(共挤2)。模头温度为230℃～240℃，优选为235℃，从模唇出来的熔体的设定厚度已经由手动+自动调整。
步骤4、挤出后的熔体下落在旋转着的激冷辊上定型成膜，冷却温度一般在25-30℃；
步骤5、冷却后的薄膜在设定的牵引速度下由导辊无拉伸地前行，并经测厚仪校准厚度公差。(牵引速度视薄膜厚度而定，一般薄膜快速，厚膜慢速)
步骤6、薄膜因印刷或复合需要，必须进行电晕处理，处理强度为38-42达因。
步骤7、当生产线上的薄膜在必须经过的各道工序完成后即可进入收卷程序，收卷速度与牵引速度相匹配。
所述的抗粘剂为康斯坦普的AB6018PP、AB6089PP、AB6019PP中的一种。
所述爽滑剂为康斯坦普的GL5035PP、GL5080PP中的一种。
所述的二元共聚聚丙烯为韩国三星公司的CF330、RF402，RF401，北欧化工的RD239，上海石化F800E和F800EDF。
本发明所述流延聚丙烯薄膜的制备，采用三层共挤生产工艺，设备生产速度60～80m/min。以生产50微米厚度的流延聚丙烯薄膜(三层厚度比为2:6:2)为例，其生产工艺流程如图2所示：
实例1：一种锂离子电池软包膜内层材料，所述内层材料为膜流延聚丙烯薄膜1#，其中，
热封层采用二元共聚聚丙烯CF330 100份，抗粘剂1份，爽滑剂0.35份。
芯层采用二元共聚聚丙烯F800E 100份，爽滑剂1份。
电晕层采用二元共聚聚丙烯(RF401)100份，三元共聚聚丙烯(FL7540)5份，抗粘剂(康斯坦普的AB6018CPP)1份；所述端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物的混合方式为浸渍法，与所述三元共聚聚丙烯的浸渍配比浓度为0.01％。
本实施例采用三层共挤生产工艺，工艺参数为：电晕：25kw，流延辊温度：38℃，恒温辊温度：35℃，设备生产速度60m/min。
实例2：一种锂离子电池软包膜内层材料，所述内层材料为流延聚丙烯薄膜2#，其中，
热封层采用二元共聚聚丙烯(RF402)100份，抗粘剂2份，爽滑剂1份。
芯层采用二元共聚聚丙烯(RF402)100份，爽滑剂2份。
电晕层采用二元共聚聚丙烯(RF401)100份，三元共聚聚丙烯(FL7540)10份，抗粘剂(康斯坦普的AB6018CPP)2份；所述端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物的混合方式为浸渍法，与所述三元共聚聚丙烯的浸渍配比浓度为0.1％。
本实施例采用三层共挤生产工艺，工艺参数为：电晕：25kw，流延辊温度：38℃，恒温辊温度：35℃，设备生产速度70m/min。
实例3：一种锂离子电池软包膜内层材料，所述内层材料为流延聚丙烯薄膜3#，其中，
热封层采用二元共聚聚丙烯(F800E)100份，抗粘剂2.5份，爽滑剂1.2份。
芯层采用二元共聚聚丙烯(F800E)100份，爽滑剂2.2份。
电晕层采用二元共聚聚丙烯(F800EDF)100份，三元共聚聚丙烯(FL7540)15份，抗粘剂(康斯坦普的AB6018CPP)2.8份；所述端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物的混合方式为浸渍法，与所述三元共聚聚丙烯的浸渍配比浓度为0.5％。
本实施例采用三层共挤生产工艺，工艺参数为：电晕：25kw，流延辊温度：38℃，恒温辊温度：35℃，设备生产速度75m/min。
实例4：一种锂离子电池软包膜内层材料，所述内层材料为流延聚丙烯薄膜4#，其中，
热封层采用二元共聚聚丙烯CF330 100份，抗粘剂3份，爽滑剂1.5份。
芯层采用二元共聚聚丙烯F800E 100份，爽滑剂3份。
电晕层采用二元共聚聚丙烯(RF401)100份，三元共聚聚丙烯(FL7540)20，抗粘剂(康斯坦普的AB6018CPP)3份；所述端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物的混合方式为浸渍法，与所述三元共聚聚丙烯的浸渍配比浓度为1％。
本实施例采用三层共挤生产工艺，工艺参数为：电晕：25kw，流延辊温度：38℃，恒温辊温度：35℃，设备生产速度60m/min。
实例5：一种锂离子电池软包膜内层材料，所述内层材料为流延聚丙烯薄膜5#，其中，
热封层采用二元共聚聚丙烯CF330 100份，抗粘剂3份，爽滑剂1.5份。
芯层采用二元共聚聚丙烯F800E 100份，爽滑剂3份。
电晕层采用二元共聚聚丙烯(RF401)100份，三元共聚聚丙烯(FL7540)20，抗粘剂(康斯坦普的AB6018CPP)3份。
本实施例采用三层共挤生产工艺，工艺参数为：电晕：25kw，流延辊温度：38℃，恒温辊温度：35℃，设备生产速度60m/min。
二元共聚聚丙烯为韩国三星公司的CF330、RF402或上海石化F800E，三种不同二元共聚聚丙烯材料的冲击强度和热变形温度见表1：
表1
由上述配方及工艺生产的软包锂离子电池内层材料流延聚丙烯薄膜的穿刺强度、热封强度和剥离强度(CPP与铝箔)的数据比较见下表2，热封条件：130℃，30N，1秒。
表2。
Claims (5)
1.一种锂离子电池软包膜内层材料，其特征在于：所述内层材料为流延聚丙烯薄膜，采用三层结构，从上到下分别为热封层、芯层和电晕层；所述热封层包括二元共聚聚丙烯、抗粘剂和爽滑剂，所述二元共聚聚丙烯、抗粘剂和爽滑剂的质量份数比为100：(1-3)：(0.3-1.5)；所述芯层包括二元共聚聚丙烯和爽滑剂，所述二元共聚聚丙烯和爽滑剂的质量份数比为：100：(1-3)；所述电晕层包括二元共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯、端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物和抗粘剂，所述二元共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯和抗粘剂的质量份数比为：100：(5-20)：(1-3)；所述端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物的混合方式为浸渍法，与所述三元共聚聚丙烯的浸渍配比浓度为0.01％-1％。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池软包膜内层材料，其特征在于：所述流延聚丙烯薄膜厚度为30-100微米。
3.如权利要求1或2所述的一种锂离子电池软包膜内层材料，其特征在于：所述热封层、芯层和电晕层的厚度之比为(15-25)：(67-50)：(18-25)。
4.一种如权利要求1所述的锂离子电池软包膜内层材料的制备方法，其特征在于：所述内层材料为流延聚丙烯薄膜，采用三层结构，从上到下分别为热封层、芯层和电晕层；所述热封层包括二元共聚聚丙烯、抗粘剂和爽滑剂，所述二元共聚聚丙烯、抗粘剂和爽滑剂的质量份数比为100：1-3：0.3-1.5；所述芯层包括二元共聚聚丙烯和爽滑剂，所述二元共聚聚丙烯和爽滑剂的质量份数比为：100：(1-3)；所述电晕层包括二元共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯、端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物和抗粘剂，所述二元共聚聚丙烯、三元共聚聚丙烯和抗粘剂的质量份数比为：100：(5-20)：(1-3)；所述端羧基聚丁二烯液体橡胶的混合物的混合方式为浸渍法，与所述三元共聚聚丙烯的浸渍配比浓度为0.01％-1％；
所述的流延聚丙烯薄膜采用三层共挤生产工艺制备。
5.如权利要求4所述的锂离子电池软包膜内层材料的制备方法，其特征在于：所述三层共挤生产工艺的过程如下：
步骤1、主挤出机和共挤出机加入原料和助剂颗粒后在料筒内加热，并经螺杆旋转搅拌共混成熔融状，加热温度在190-230℃左右递增；
步骤2、熔融状料流经各挤出机过滤器后进入T型模头，过滤网5-7层，20-300目；
步骤3、料流在三层共挤平模头内被组合成电晕层，芯层、热封层，模头温度为230℃～240℃，从模唇出来的熔体的设定厚度由手动+自动调整；
步骤4、挤出后的熔体下落在旋转着的激冷辊上定型成膜，冷却温度为25-30℃；
步骤5、冷却后的薄膜在设定的牵引速度下由导辊无拉伸地前行，并经测厚仪校准厚度公差；
步骤6、进行电晕处理，处理强度为38-42达因；
步骤7、进入收卷程序，收卷速度与牵引速度相匹配。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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