CN109585703A

CN109585703A - 一种锂电池用镁锂合金塑料复合膜及其制备方法

Info

Publication number: CN109585703A
Application number: CN201710897095.5A
Authority: CN
Inventors: 朱锡罡
Original assignee: SUZHOU KELAIMEI HIGH POLYMER MATERIAL SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU KELAIMEI HIGH POLYMER MATERIAL SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-04-05

Abstract

本发明公开了一种锂电池用镁锂合金塑料复合膜，所述的镁锂合金塑料复合膜包括从外到内依次设置的塑料层、第一胶黏剂层、第一金属表面处理层、镁锂合金层、第二金属表面处理层、第二胶黏剂层和PP层。本发明还公开该复合膜的制备方法。本发明用镁锂合金”代替“铝合金”作为金属塑料复合膜中的金属支撑层，极大地增强电池外壳的硬度，为电池在动力领域内提供了更强的支撑；且大大减轻电池的重量，提高了电池能量密度；此外，可有效减震，提高了电池的稳定性，从而提高电池的寿命；也因优异的冷加工性能和结构刚性，适合于提高软包锂电池的单体厚度和容量100％‑200％以上，且简化了BMS系统的设计，降低电池PACK的系统成本。

Description

一种锂电池用镁锂合金塑料复合膜及其制备方法

技术领域

本发明属于锂电池外包装材料技术领域，特别涉及一种锂电池用镁锂合金塑料复合膜及其制备方法。

背景技术

软包装锂电池是一种新型的电池，由于它成本低，可塑性好等原因受到了越来越多领域的青睐。如今，软包装锂电池已经在3C、动力电池、家电领域得到了广泛应用，但是鲜有软包锂电池直接用于动力电池，主要原因有以下：

一、市场的软包锂电池几乎全部都用铝塑膜作为包装材料，但其一般适用于充放电功率较小的场合；对于功率较大的动力电池，因充放电较快，很容易产生高热量，如果用铝塑膜作为软包装电池的包装材料时，只能用气冷或间接液冷的方式进行冷却，效率较低，且容易加速电池老化；

二、铝塑膜中金属铝有良好的延展性和良好的密闭性，将其作为中间层的密封材料非常可靠，但是由于铝材在接触到水之后容易产生“氢脆”的现象，所以导致铝塑膜软包装锂电池不能在一些苛刻的条件下使用；

三、铝塑膜制成的软包装锂电池刚性不够，特别是当用在动力电池上，其在颠簸和振动条件下可靠性不足，容易造成电池漏液、电池破损等问题；

四、铝塑膜采用的是8系铝合金箔，断裂伸长率约为5-12％之间，40微米铝箔复合成152微米的铝塑膜后，在金属冲深模具(底边R角1.5毫米，侧边R角2毫米)最大冲深深度8-10毫米(铝层冲断)，实际使用中多在5毫米冲深以内(铝层60％的厚度残存率下)，因此，得到的单体锂电池电芯厚度小，无法提高单体电池的容量，不能满足动力电池后续的发展要求(铝层60％厚度残存率下，冲深12-14毫米以上)。

发明内容

为了解决铝塑膜作为动力电池软包装材料的局限性及存在的诸多技术问题，本发明提供了一种锂电池用镁锂合金塑料复合膜及其制备方法，该镁锂合金塑料复合膜用“镁锂合金”代替之前的“铝合金”作为金属塑料复合膜中的金属支撑层，镁锂合金有着超强的吸震性能、可塑性能、超强的强度、超低的密度和易加工等优良性能，因此，使得软包电池技术的可靠性大大加强，应用于汽车上的可靠性也得到了大大的提高，单体电池容量至少是目前的3倍，并极大的降低软包锂动力电池模组的成本。

本发明的技术方案如下：

一种锂电池用镁锂合金塑料复合膜，所述的镁锂合金塑料复合膜包括从外到内依次设置的塑料层、第一胶黏剂层、第一金属表面处理层、镁锂合金层、第二金属表面处理层、第二胶黏剂层和PP层。

优选为，所述的镁锂合金层中锂的质量分数为1％～50％。

优选为，所述的镁锂合金层为市场上销售的LA141、LA91、LZ91、LAZ933、LAZ931、MA18或MA21型号。

优选为，所述的镁锂合金层的厚度为10～80μm，更为优选25～60μm。

所述的镁铝合金层可以是冷轧、热轧、铸轧工艺或这几种工艺组合进行，最后经过高温退火处理，以消除内应力。

优选为，所述的塑料层为PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)、PEN(聚对萘二甲酸醇酯)、APET(酸改性PET，如邻苯二甲酸和间苯二甲酸等)、PETG(醇改性PET，如NPG新戊二醇，CHDM和异山梨醇等)、或以上聚酯的共混物或多元单体的前段共聚物；或尼龙(如PA-6，PA-66，PA1212，PA6T，PA9T类的脂肪族或芳香族尼龙)薄膜、氟塑料(如PTFE、FEP、PFA、ETFE、PVDF、PVF)薄膜、聚苯醚薄膜、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、TPU(热塑性聚氨酯)、WPU(水性聚氨酯)、聚氨酯泡棉、聚乙烯泡棉中的一种或几种。

其中，所述的塑料层的厚度为20～150μm，优选为35～100μm，更为优选40～80μm；所述的塑料层的厚度公差为±5.0μm，优选为±2.0μm，更为优选±0.5μm。

优选为，所述的第一胶黏剂层为双组份聚氨酯、单组份聚氨酯、湿固化聚氨酯、环氧丙烯酸酯、聚烯烃、改性聚烯烃或橡胶型胶黏剂中的一种或几种，更为优选双组份聚氨酯胶黏剂。该第一胶黏剂层的上胶方式可以是将胶黏剂用溶剂开稀后，利用各类辊上胶，也可以用热挤出的方式上胶或用SLOTDIE狭缝挤出上胶。

优选为，所述的第一金属表面处理层和所述的第二金属表面处理层均为铬酸盐磷酸盐、锡酸盐、钼酸盐、高锰酸盐、稀土转化膜、阳极氧化、等离子体氧化、电镀、气相沉积或环氧树脂-二氧化硅杂化中的一种或几种。

优选为，所述的第一金属表面处理层和所述的第二金属表面处理层的厚度均为0.05～10μm，更为优选0.1～6μm，进一步优选0.15～2μm。

优选为，所述的第二胶黏剂层为丙烯酸类、聚氨酯类、环氧类、聚酯类或聚烯烃类胶黏剂中的一种或几种，此外，还可搭配固化剂使用，所述的固化剂为异氰酸酯类、环氧树脂类、金属盐类或小分子环氧类中的一种或几种。

所述的第二胶黏剂层的干膜厚度为1～20μm，优选为2～8μm，更为优选3～5μm。所述的第二胶黏剂层的上胶方式可以是热熔、辊涂、喷淋或流延中的一种。

优选为，所述的PP层为经流延工艺制得的PP。所述的PP层的厚度为10～120μm，优选为20～100μm，更为优选30～80μm，其中，PP层为多层结构，可为1～7层结构，优选为2～5层，更为优选3～4层。

本发明还公开了一种上述的锂电池用镁锂合金塑料复合膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)选取所述的镁锂合金层，并对其上下两金属表面同时或分别进行处理以得到所述的第一金属表面处理层和所述的第二金属表面处理层；

(2)对所述的第一金属表面处理层进行上胶得到所述的第一胶黏剂层，再对所述的第二金属表面处理层进行上胶得到所述的第二胶黏剂层；

所述的第一胶黏剂层上粘结所述的塑料层，所述的第二胶黏剂层上粘结所述的PP层。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

一、在相同厚度的外包装材料下，本发明的一种锂电池用镁锂合金塑料复合膜，可极大地增强电池外壳的硬度，为电池在动力领域内提供了更强的支撑；且镁锂合金的密度为1.3～1.4g/cm³，铝的密度为2.7g/cm³，因此，本发明复合膜的密度和塑料差不多，可大大减轻电池的重量，提高了电池能量密度；此外，相比于铝合金或不锈钢，本发明的复合膜有更强的内耗系数，可有效减震，以提高电池的稳定性，从而提高电池的寿命；

二、本发明还在镁锂合金上设一层保护层，即塑料层，实现在复合膜造型冲坑的过程中有效地保护复合膜，同时，在造型完成之后，易从复合膜表面脱离；

三、本发明的一种锂电池用镁锂合金塑料复合膜，拥有优异的冷加工性能和结构刚性，同时具有低密度的特点，最大冲深可以提高1-2倍，适合于提高软包锂电池的单体厚度和容量100％-200％以上，且简化了BMS系统(电容管理系统)的设计，降低电池PACK(电池电芯)的系统成本。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为实施例1或实施例2的一种锂电池用镁锂合金塑料复合膜的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例1的一种锂电池用镁锂合金塑料复合膜，其制备方法具体包括以下步骤：

(1)选取所述的镁锂合金层4，其中，镁金属和锂金属的质量比为85:15，然后，对其上下两金属表面进行处理以得到所述的第一阳极氧化层3和所述的第二阳极氧化层5，其厚度均为3～5μm；

(2)对所述的第一阳极氧化层3进行上胶得到双组份聚氨酯胶黏剂层2，具体利用网辊上胶的方式进行涂胶，其中，双组份聚氨酯胶黏剂层2包括聚酯多元醇和芳香族固化剂，按照100:7的质量比进行混合，然后用乙酸乙酯开稀至15％的固含量进行上胶；再对所述的第二阳极氧化层5进行上胶得到粘接PP用胶黏剂层6，具体利用网辊上胶的方法进行上胶，网辊的目数为110目，粘接PP用胶黏剂层6为马来酸酐改性的聚烯烃，用烷烃类和酮类溶剂开稀至10％的固含量，然后加入酸酐改性聚烯烃质量含量5％的固化剂，其中，固化剂选用TMP改性的芳香族异氰酸酯固化剂；

(3)所述的双组份聚氨酯胶黏剂层2上粘结20μm的尼龙层1，所述的粘接PP用胶黏剂层6上粘结流延的PP层7，厚度为80μm。

实施例2

如图1所示，本实施例2的一种锂电池用镁锂合金塑料复合膜，其制备方法具体包括以下步骤：

(1)选取所述的镁锂合金层4，其厚度为40μm，然后对其上下两金属表面进行处理以得到所述的第一稀土金属的磷酸盐做的钝化层3和所述的第二稀土金属的磷酸盐做的钝化层5，具体利用辊涂的方式对镁锂合金箔进行涂布，烘道烘干，其干膜厚度为0.3～0.6μm；

(2)对所述的第一稀土金属的磷酸盐做的钝化层3进行上胶得到双组份聚氨酯胶黏剂层2，再对所述的第二稀土金属的磷酸盐做的钝化层5进行上胶得到改性聚烯烃胶黏剂层6，上胶后干膜厚度为10μm；

(3)所述的双组份聚氨酯胶黏剂层2上粘结PET聚酯塑料薄膜1，其厚度为20μm，改性聚烯烃胶黏剂层6上粘结流延PP层7，其厚度为60±2μm。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种锂电池用镁锂合金塑料复合膜，其特征在于，所述的镁锂合金塑料复合膜包括从外到内依次设置的塑料层、第一胶黏剂层、第一金属表面处理层、镁锂合金层、第二金属表面处理层、第二胶黏剂层和PP层。

2.根据权利要求1所述的锂电池用镁锂合金塑料复合膜，其特征在于，所述的镁锂合金层中锂的质量分数为1％～50％。

3.根据权利要求2所述的锂电池用镁锂合金塑料复合膜，其特征在于，所述的镁锂合金层为市场上销售的LA141、LA91、LZ91、LAZ933、LAZ931、MA18或MA21型号。

4.根据权利要求2所述的锂电池用镁锂合金塑料复合膜，其特征在于，所述的镁锂合金层的厚度为10～80μm。

5.根据权利要求1所述的锂电池用镁锂合金塑料复合膜，其特征在于，所述的塑料层为PBT、PET、PTT、PEN、APET、PETG、或以上聚酯的共混物或多元单体的前段共聚物；或尼龙薄膜、氟塑料薄膜、聚苯醚薄膜、PE、PP、TPU、WPU、聚氨酯泡棉、聚乙烯泡棉中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的锂电池用镁锂合金塑料复合膜，其特征在于，所述的第一胶黏剂层为双组份聚氨酯、单组份聚氨酯、湿固化聚氨酯、环氧丙烯酸酯、聚烯烃、改性聚烯烃或橡胶型胶黏剂中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的锂电池用镁锂合金塑料复合膜，其特征在于，所述的第一金属表面处理层和所述的第二金属表面处理层均为铬酸盐磷酸盐、锡酸盐、钼酸盐、高锰酸盐、稀土转化膜、阳极氧化、等离子体氧化、电镀、气相沉积或环氧树脂-二氧化硅杂化中的一种或几种。

8.根据权利要求7所述的锂电池用镁锂合金塑料复合膜，其特征在于，所述的第一金属表面处理层和所述的第二金属表面处理层的厚度均为0.05～10μm。

9.根据权利要求1所述的锂电池用镁锂合金塑料复合膜，其特征在于，所述的第二胶黏剂层为丙烯酸类、聚氨酯类、环氧类、聚酯类或聚烯烃类胶黏剂中的一种或几种。

10.一种根据权利要求1～9任一项所述的锂电池用镁锂合金塑料复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)对所述的第一金属表面处理层进行上胶得到所述的第一胶黏剂层；再对所述的第二金属表面处理层进行上胶得到所述的第二胶黏剂层；

(3)所述的第一胶黏剂层上粘结所述的塑料层；所述的第二胶黏剂层上粘结所述的PP层。