CN109822990A

CN109822990A - 一种具有阻燃功能的铝塑膜及其制备锂离子电池的方法

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Publication number: CN109822990A
Application number: CN201910063257.4A
Authority: CN
Inventors: 杨大伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2019-05-31

Abstract

本发明提供一种具有阻燃功能的铝塑膜及其制备锂离子电池的方法，所述具有阻燃功能的铝塑膜从上到下依次为外层、第一粘结层、铝箔层、第二粘结层、热封层；所述外层选用由双轴拉伸聚酰胺膜制得的尼龙薄膜，所述尼龙层中含有质量分数为13‑15%的二乙基次磷酸铝；所述第一粘结层和第二粘结层包括粘结剂和阻燃剂，所述阻燃剂为磷系阻燃剂，所述磷系阻燃剂的质量分数10‑20%。在该铝塑膜进行冲坑后再进行表面镀铝处理，不仅不会破坏铝塑膜的冲击强度，还可以在锂离子电池的表面形成一层保护机构，进一步提高铝塑膜的阻燃性，增强锂离子电池的安全性。

Description

一种具有阻燃功能的铝塑膜及其制备锂离子电池的方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有阻燃功能的铝塑膜及其制备锂离子电池的方法。

背景技术

随着我国新能源汽车产业的迅猛发展，动力电池系统作为新能源汽车的核心部件，成为新能源汽车产业至关重要的关键技术。软包锂离子电池由于尺寸变化灵活、能量密度高、内阻小等优点，得到动力锂电池行业的青睐。

目前，我国锂离子电池仍处于快速发展阶段，锂离子动力电池由于设计、生产过程中本身存在较多不稳定性，常常会发生燃烧、爆炸导致发生较大安全事故；而动力锂离子电池系统由于使用环境不同、使用方法不当，引发的安全事故也屡见不鲜。目前锂离子电池通常采用在电解液中加入阻燃剂以应对燃烧等安全事故，但由于在电解液中添加的阻燃剂多为含卤阻燃剂，对锂离子电池的电化学性能会产生较大影响。

公开号为CN108155307A中国发明申请公开了一种铝塑膜中内嵌有阻燃剂微胶囊，利用该铝塑膜能够解决现有技术的铝塑膜不具备阻燃性，进而可有效防止锂离子电池因温度升高而燃烧及引起连带燃烧的技术问题，以达到阻燃的目的。由于该发明的阻燃剂仅内嵌于粘结层中，一旦锂离子电芯外部发生燃烧，该铝塑膜的防护层由于不具备阻燃功能则会引发防护层的燃烧，从而无法保护锂离子动力电池系统；该阻燃剂由于以胶囊的形式存在于粘结层，在软包电池封装时由于封装温度高于100℃，会引起电芯的局部温度过高，故会有部分阻燃剂发生溶解从而进入电芯内部，会对锂离子电池的电化学性能产生一定的影响。

发明内容

本发明的第一个目的在于克服上述不足，提供一种具有阻燃功能的铝塑膜，以解决现有技术的铝塑膜存在的不足，进而可有效控制锂离子电池因外部燃烧而导致动力电池系统损坏的技术问题。

本发明的第二个目的在于提供一种采用上述铝塑膜制备锂离子电池的方法，以提高锂离子电池的安全性。

为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有阻燃功能的铝塑膜从上到下依次为外层、第一粘结层、铝箔层、第二粘结层、热封层；所述铝箔层为常规铝箔；所述热封层为20-30μm的PP层；所述外层选用由双轴拉伸聚酰胺膜制得的20-40μm的尼龙薄膜，所述尼龙薄膜中含有二乙基次磷酸铝；所述第一粘结层和第二粘结层为2-4μm厚，粘结层包括粘结剂和阻燃剂，所述粘结剂为MPP，所述阻燃剂为磷系阻燃剂。

优选的，所述磷系阻燃剂的质量分数10-20%。

优选的，所述二乙基次磷酸铝是质量分数为13-15%。

优选的，所述MPP为不饱和酸改性聚丙烯，所述不饱和酸为选自丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、α-甲基丙烯酸、马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。

优选的，所述磷系阻燃剂为为磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐，还有磷杂环化合物及聚合物磷酸酯中的至少一种。

外层选用由双轴拉伸聚酰胺膜制得的尼龙薄膜以提高铝塑膜的耐磨性能，选用二乙基次磷酸铝作为阻燃剂不仅不会降低尼龙的冲击强度等力学性能，且能提高尼龙层的韧性。

第一粘结层和第二粘结层中的磷系阻燃剂为磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐，还有磷杂环化合物及聚合物磷酸酯中的至少一种。通过在粘结层中添加阻燃剂，可以进一步提高铝塑膜的阻燃性能，增加锂离子电池的安全性。

由于热封层中并未添加阻燃剂，在锂离子电池正常使用时，不会影响锂离子电池的电化学性能；若电池内部温度过高引起燃烧等安全事故时，由于第二粘结层中含有阻燃剂，该在电池温度过高时可以透过热封层渗入锂离子电芯内部，起到阻燃效果，提高锂离子电池的安全性。

作为本发明的另一种技术方案，将上述制备的阻燃铝塑膜制备锂离子电池的生产方法，具体步骤如下：

（1）电芯制备：选用磷酸铁锂作为正极材料，制备叠芯；

（2）冲坑：采用模具对铝塑膜进行冲压，使所述铝塑膜形成2个方形凹坑；

（3）镀铝：将步骤1中的已完成冲坑的铝塑膜固定于定制的传输设备并保持其外层承镀面朝向蒸镀室，蒸镀室内充满铝蒸气，在传输设备的带动下，使已完成冲坑的铝塑膜快速通过蒸镀室上方后在铝塑膜的外层表面上得到镀铝层；

（4）封装：将步骤1的叠芯居中放入已完成步骤3的铝塑膜的凹坑中，并将铝塑膜对折覆盖叠芯后，置于锂离子电池封装机上，完成磷酸铁锂锂离子电池的一次封装，并进行Hi-Pot测试；

（5）化成：在Hi-Pot测试合格的软包电芯内注入电解液，并经过化成、二次封装等工序，制成磷酸铁锂锂离子电芯成品。

作为前述制备锂离子电池的方法的优选技术方案：

进一步的，所述凹坑的深度为5mm。

进一步的，所述真空蒸镀室内选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，所述真空蒸镀室内真空度≤100Pa。

进一步的，所述锂离子电池封装机的设置条件为：封装温度为180℃、封装时间为25s。

进一步的，所述镀铝层厚度为10-30nm。

对铝塑膜进行冲坑后再进行表面镀铝处理，不仅不会破坏铝塑膜的冲击强度，还可以在锂离子电池的表面形成一层保护机构，进一步提高铝塑膜的阻燃性，增强锂离子电池的安全性。本方法简单易行，便于批量生产，且能大大提高电芯安全性能，产生较大的经济效益。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）铝塑膜的外层和粘结层内均含有阻燃剂，极大的提高了锂离子电池系统的抗阻燃性能；

（2）热封层中不含有阻燃剂，在电池进行封装过程中，阻燃剂不会进入电池内部，从而影响电池的电化学性能；

（3）对铝塑膜进行冲坑后再进行表面镀铝处理，不仅不会破坏铝塑膜的冲击强度，还可以在锂离子电池的表面形成一层保护机构，本方法简单易行，便于批量生产，且能大大提高电芯安全性能，产生较大的经济效益。

附图说明

图1为本发明的阻燃铝塑膜的截面图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1-3的阻燃铝塑膜均是采用如图1所示的阻燃铝塑膜结构：即所述铝塑膜从上到下依次为外层1、第一粘结层2、铝箔层3、第二粘结层4、热封层5；所述铝箔层3为常规铝箔；所述热封层5为20-30μm的PP层；所述外层1选用由双轴拉伸聚酰胺膜制得的20-40μm的尼龙薄膜，所述尼龙薄膜中含有质量分数为13-15%的二乙基次磷酸铝作为阻燃剂；所述第一粘结层2和第二粘结层4为2-4μm厚，粘结层包括粘结剂和阻燃剂，所述粘结剂为MPP，所述阻燃剂为磷系阻燃剂，所述磷系阻燃剂的质量分数10-20%。

第一粘结层2和第二粘结层4中的磷系阻燃剂为磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐、磷杂环化合物及聚合物磷酸酯中的至少一种。通过在粘结层中添加阻燃剂，可以进一步提高铝塑膜的阻燃性能，增加锂离子电池的安全性。

由于热封层5中并未添加阻燃剂，在锂离子电池正常使用时，不会影响锂离子电池的电化学性能；若电池内部温度过高引起燃烧等安全事故时，由于第二粘结层4中含有阻燃剂，该在电池温度过高时可以透过热封层渗入锂离子电芯内部，起到阻燃效果，提高锂离子电池的安全性。

实施例1

一种具有阻燃功能的铝塑膜结构：即所述铝塑膜从上到下依次为外层1、第一粘结层2、铝箔层3、第二粘结层4、热封层5；所述铝箔层3为35μm铝箔；所述热封层5为20μm的PP层；所述外层1选用由双轴拉伸聚酰胺膜制得的40μm的尼龙薄膜，所述尼龙薄膜中含有质量分数为13%的二乙基次磷酸铝作为阻燃剂；所述第一粘结层2和第二粘结层4为4μm厚，粘结层包括粘结剂和阻燃剂，所述粘结剂为MPP，所述阻燃剂为磷酸酯，所述阻燃剂的质量分数10%。

实施例2

一种具有阻燃功能的铝塑膜结构：即所述铝塑膜从上到下依次为外层1、第一粘结层2、铝箔层3、第二粘结层4、热封层5；所述铝箔层3为35μm铝箔；所述热封层5为30μm的PP层；所述外层1选用由双轴拉伸聚酰胺膜制得的20μm的尼龙薄膜，所述尼龙薄膜中含有质量分数为15%的二乙基次磷酸铝作为阻燃剂；所述第一粘结层2和第二粘结层4为2μm厚，粘结层包括粘结剂和阻燃剂，所述粘结剂为MPP，所述阻燃剂为磷酸酯和亚磷酸酯（质量比为2:1），所述阻燃剂的质量分数20%。

实施例3

一种具有阻燃功能的铝塑膜从上到下依次为外层1、第一粘结层2、铝箔层3、第二粘结层4、热封层5；所述铝箔层3为35μm铝箔；所述热封层5为25μm的PP层；所述外层选用由双轴拉伸聚酰胺膜制得的30μm的尼龙薄膜，所述尼龙薄膜中含有质量分数为14%的二乙基次磷酸铝作为阻燃剂；所述第一粘结层2和第二粘结层4为3μm厚，粘结层包括粘结剂和阻燃剂，所述粘结剂为MPP，所述阻燃剂为亚磷酸酯，所述阻燃剂的质量分数30%。

对比例1

一种具有阻燃功能的铝塑膜从上到下依次为外层1、第一粘结层2、铝箔层3、第二粘结层4、热封层5；所述铝箔层为35μm铝箔；所述热封层为20μm的PP层；所述外层选用由双轴拉伸聚酰胺膜制得的40μm的尼龙薄膜，所述第一粘结层和第二粘结层为4μm厚，所述粘结层采用MPP作为粘结剂。

实施例4

将上述实施例1制备的铝塑膜采用如下生产方法做成电池容量为10Ah锂离子电池，具体步骤如下：

（1）电芯制备：选用磷酸铁锂作为正极材料，制备厚度为10mm的叠芯；

（2）冲坑：采用模具对铝塑膜进行冲压，使所述铝塑膜形成2个方形凹坑，单个凹坑厚度为5mm；

（3）镀铝：将步骤1中的已完成冲坑的铝塑膜固定于定制的传输设备并保持其外层承镀面朝向蒸镀室，真空蒸镀室内选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，在真空度≤100Pa的蒸镀室内高温加热铝锭，使蒸镀室内充满铝蒸气，在传输设备的带动下，使已完成冲坑的铝塑膜快速通过蒸镀室上方后在铝塑膜的外层表面上得到10nm厚的镀铝层；

（4）封装：将步骤1的叠芯居中放入已完成步骤3的铝塑膜的凹坑中，并将铝塑膜对折覆盖叠芯后，置于锂离子电池封装机上，设置封装温度为180℃、封装时间为25s，完成磷酸铁锂锂离子电池的一次封装，并进行Hi-Pot测试；

实施例5

将上述实施例2制备的铝塑膜采用如下生产方法做成电池容量为10Ah锂离子电池，具体步骤如下：

（3）镀铝：将步骤1中的已完成冲坑的铝塑膜固定于定制的传输设备并保持其外层承镀面朝向蒸镀室，真空蒸镀室内选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，在真空度≤100Pa的蒸镀室内高温加热铝锭，使蒸镀室内充满铝蒸气，在传输设备的带动下，使已完成冲坑的铝塑膜快速通过蒸镀室上方后在铝塑膜的外层表面上得到20nm厚的镀铝层；

实施例6

将上述实施例3制备的铝塑膜采用如下生产方法做成电池容量为10Ah锂离子电池，具体步骤如下：

（3）镀铝：将步骤1中的已完成冲坑的铝塑膜固定于定制的传输设备并保持其外层承镀面朝向真空蒸镀室，真空蒸镀室内选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，在真空度≤100Pa的蒸镀室内高温加热铝锭，使蒸镀室内充满铝蒸气，在传输设备的带动下，使已完成冲坑的铝塑膜快速通过蒸镀室上方后在铝塑膜的外层表面上得到30nm厚的镀铝层；

对比例2

将上述对比例1制备的铝塑膜采用如下生产方法做成电池容量为10Ah锂离子电池，具体步骤如下：

（3）封装：将步骤1的叠芯居中放入步骤2的铝塑膜的凹坑中，并将铝塑膜对折覆盖叠芯后，置于锂离子电池封装机上，设置封装温度为180℃、封装时间为25s，完成磷酸铁锂锂离子电池的一次封装，并进行Hi-Pot测试；

（4）化成：在Hi-Pot测试合格的软包电芯内注入电解液，并经过化成、二次封装等工序，制成磷酸铁锂锂离子电芯成品，注液时在电解液中加入质量分数为10%的磷酸酯作为阻燃剂。

性能测试：

将上述实施例4-6和对比例2制得的磷酸铁锂锂离子软包电池，分别按照测试标准GBT31486-2015和GBT31485-2015进行电池安全性能测试，测试项目包括：容量测试、过充电测试、针刺测试和挤压测试，每个测试项目随机选取对应实施例制成的10个电池进行测试，并将结果列于表1。记录各个电池的容量并计算电池容量的均值；观察过充电测试、针刺测试和挤压测试中，各组电池是否燃烧起火。若过充电测试、针刺测试和挤压测试中，电池发生燃烧则测试结果记为不通过，若不发生燃烧则记为通过。其中，容量测试是指在25±2℃的环境温度下测试电池容量。

表1

	实施例4	实施例5	实施例6	对比例2
					容量测试（Ah）	10.2	10.1	10.0	10.2
过充电测试(通过/测试总数)	10/10	10/10	10/10	8/10
					针刺测试(通过/测试总数)	9/10	8/10	8/10	1/10
挤压测试(通过/测试总数)	10/10	9/10	10/10	8/10

从表1 可看出，本发明制备的铝塑膜制成的锂离子电池的安全性比对比例2中直接在电解液中加阻燃剂的锂离子电池的安全性高。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种具有阻燃功能的铝塑膜从上到下依次为外层、第一粘结层、铝箔层、第二粘结层、热封层；所述铝箔层为常规铝箔；所述热封层为20-30μm的PP层；所述外层选用由双轴拉伸聚酰胺膜制得的20-40μm的尼龙薄膜，所述尼龙薄膜中含有二乙基次磷酸铝；所述第一粘结层和第二粘结层为2-4μm厚，粘结层包括粘结剂和阻燃剂，所述粘结剂为MPP，所述阻燃剂为磷系阻燃剂。

2.如权利要求1所述的阻燃铝塑膜，其特征在于，所述二乙基次磷酸铝的质量分数为13-15%。

3.如权利要求2所述的阻燃铝塑膜，其特征在于，所述MPP为不饱和酸改性聚丙烯，所述不饱和酸为选自丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、α-甲基丙烯酸、马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。

4.如权利要求1所述的一种具有阻燃功能的铝塑膜，其特征在于，所述磷系阻燃剂为磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐、磷杂环化合物及聚合物磷酸酯中的至少一种。

5.如权利要求4所述的一种具有阻燃功能的铝塑膜，其特征在于，所述磷系阻燃剂的质量分数10-20%。

6.用权利要求1至5任一所述的阻燃铝塑膜制备锂离子电池的方法，具体步骤如下：

（1）电芯制备：选用磷酸铁锂作为正极材料，制备叠芯；

7.如权利要求6所述的锂离子电池的生产方法，其特征在于，所述凹坑的深度为5mm。

8.如权利要求6所述的锂离子电池的生产方法，其特征在于，所述真空蒸镀室内选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，所述真空蒸镀室内真空度≤100Pa。

9.如权利要求6所述的锂离子电池的生产方法，其特征在于，所述锂离子电池封装机的设置条件为：封装温度为180℃、封装时间为25s。

10.如权利要求6所述的锂离子电池的生产方法，其特征在于，所述镀铝层厚度为10-30nm。