CN109822998A - 一种复合铝塑膜及其制备方法和电池 - Google Patents
一种复合铝塑膜及其制备方法和电池 Download PDFInfo
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Abstract
一种复合铝塑膜，包括依次粘合的尼龙层、铝箔层和热封层以及设置在热封层上的吸气层，所述吸气层由吸气材料制成。本发明通过在铝塑膜的热封层上设置吸气层，能够有效吸收化成过程中电解液分解产生的气体，一方面防止了气袋过度鼓胀造成的安全问题；另一方面能够改善正极极片、电解液、负极极片的浸润效果，改善了极片表面界面，提高容量，同时还能够减少铝塑膜气袋长度，节约铝塑膜使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池技术领域，具体为一种复合铝塑膜及其制备方法和电池。
背景技术
近年来，软包锂离子电池因其具有能量密度高、安全性能高而越来越多的被应用到动力电池领域。但是，当锂离子电池在化成过程中产气较为严重时，会造成气袋鼓胀，甚至在压力作用下造成漏液起火爆炸的危险。同时，当化成产气较为严重，未能及时排出，会造成正极极片、隔膜、负极极片接触性较差，三者之间存在气泡，在后续电池拆解过程中出现界面差的情况，最终会影响电池容量和电性能。
现有技术中，已有对铝塑膜进行改进，改善电池胀气问题的报道，如中国专利CN203481284U公开了一种电池用铝塑膜，包括依次粘合的保护层、铝箔层和热封层、以及设置在所述热封层上的电解液吸附层，所述热封层背向所述铝箔层的侧面上开设有凹槽以填充所述电解液吸附层，电解液吸附层，可吸附电池的电解液，提高电池的保液量，进而提高电池性能，但电解液吸附层只对电池内的电解液进行吸附，电池内部的气体需要抽吸，电解液吸附层可以防止抽气过程中将电解液抽出；中国专利CN206040718U公开了一种锂离子电池用耐水防胀气铝塑膜，由外到内依次有耐刮层、铝箔层、化学防护层、吸收层和阻隔层，耐刮层与铝箔层之间、化学防护层与吸收层之间和吸收层与阻隔层之间均有黏胶层，铝箔层与化学防护层形成在一起，吸收层由吸气层和吸水层构成，气体吸收层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、端羟基聚丁二烯/顺酐酯化合物吸氧剂、乙酸钴催化剂和金属—有机骨架材料类浮石咪唑基骨架材料，所述阻隔层包括力学支撑层和低温热封层。吸收层外包覆阻隔层，气体需要透过阻隔层才能被吸收，气体吸收量有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合铝塑膜及其制备方法和电池，解决背景技术中的问题。
一种复合铝塑膜，由依次粘合的尼龙层、铝箔层和热封层以及设置在热封层上的吸气层组成，所述吸气层由吸气材料制成。
进一步地，所述吸气材料选自沸石分子筛、锆铝合金粉末和活性炭中的一种或几种。
进一步地，所述吸气层的厚度为10～100μm。
进一步地，所述热封层为三层聚烯烃共聚物挤压而成的复合膜，内层为粘合树脂层，中间层为PP层，外层为热熔胶层。
进一步地，所述粘合树脂层为聚乙烯树脂层、聚乙烯与聚丙烯共聚物层、氯化聚丙烯树脂层、金属离子树脂层的一种或多种。
进一步地，所述热熔胶层的厚度为5-10μm，热熔胶层包括质量分20-30％的改性聚氨酯胶黏剂。
一种复合铝塑膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备浆料：将吸气材料、粘结剂和溶剂混合，搅拌均匀得到一种含有吸气材料的稳定浆料，所述吸气材料和粘结剂的质量比为8-9:1-2，所述浆料的固含量为6％-10％；
S2：涂覆干燥：将制得的浆料均匀涂覆在铝塑膜内层，经干燥后形成吸气层。
进一步地，所述粘接剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丙烯酸酯中一种或多种。
进一步地，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
一种电池，包括上述复合铝塑膜。
本发明中，为了提高铝塑膜的阻隔性能和耐腐蚀性能，与吸气层结合的热封层为三层聚烯烃共聚物挤压而成的复合膜，内层为粘合树脂层，中间层为PP层，外层为热熔胶层，所述外层为靠近电芯的一侧，外层为热熔胶层，热熔胶层粘结吸气层，热熔胶层在加热和加压的条件下会融化，热熔胶的的熔融温度为60-85℃，融化的热胶可以将吸气层融合，使吸气层和热封层牢牢地结合；内层为粘合树脂层，内层为靠近铝塑膜内部的一侧，粘合树脂层与PP层、热熔胶层进行粘合，所述粘合树脂层选自厚度为10-20μm的聚乙烯树脂层、聚乙烯与聚丙烯共聚物层、氯化聚丙烯树脂层、金属离子树脂层。
本发明中，吸气层的厚度为10～100μm，达到吸气和黏附效果最好。
本发明中，吸气材料选自沸石分子筛、锆铝合金粉末和活性炭中的一种或几种，在吸附点解液分解产生的气体的同时，又保持化学稳定性，不与电解液发生化学反应。
有益效果：
本发明通过在铝塑膜的热封层上设置吸气层，能够有效吸收化成过程中电解液分解产生的气体，一方面防止了气袋过度鼓胀造成的安全问题；另一方面能够改善正极极片、电解液、负极极片的浸润效果。
本发明制备的复合铝塑膜，其内层覆有吸气层，吸附能力很强，能够在一定程度上减小气袋尺寸，减少铝塑膜使用量，节约成本。
附图说明
图1为本发明复合铝塑膜的结构示意图。
图中，1-尼龙层，2-铝箔层，3-热封层，4-吸气层，31-粘合树脂层，32-PP层，33-热熔胶层。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1
如图1所示，一种复合铝塑膜，由依次粘合的尼龙层1、铝箔层2和热封层3以及设置在热封层3上的吸气层4组成，所述吸气层4由沸石分子筛制成。
为了提高铝塑膜的阻隔性能和耐腐蚀性能，与吸气层结合的热封层为三层聚烯烃共聚物挤压而成的复合膜，内层为粘合树脂层31，中间层为PP层32，外层为热熔胶层33，所述外层为靠近电芯的一侧，外层为热熔胶层33，热熔胶层33粘结吸气层4，热熔胶层33在加热和加压的条件下会融化，热熔胶的的熔融温度为60-85℃，融化的热胶可以将吸气层融合，使吸气层4和热封层3牢牢地结合；内层为粘合树脂层31，内层为靠近铝塑膜内部的一侧，粘合树脂层31与PP层32、热熔胶层33进行粘合，所述粘合树脂层31选自厚度为10-20μm的聚乙烯树脂层。
所述热封层3起封口粘接作用，铝箔层2能防止外部水分进入，同时防止电解液腐蚀渗出；尼龙层1具有一定机械强度，防止电池损伤。
所述复合铝塑膜的制备方法，包括：
(1)称取重量百分比为80％的吸气材料沸石分子筛、重量百分比为20％的聚四氟乙烯。将聚四氟乙烯加入NMP溶剂中，按照固含8％的比例配成稳定性胶液，再将称取的吸气材料沸石分子筛加入胶液中快速搅拌4-5h，得到含有吸气材料沸石分子筛的稳定性浆料。
(2)将步骤1中制备的含有吸气材料沸石分子筛的稳定性浆料均匀涂覆在铝塑膜的热封层上，经干燥，即可得到含有吸气层的铝塑膜，涂层厚度为50μm。
将按照负极、隔膜、正极叠片方式叠好的裸电芯放入已冲坑铝塑膜中，留有一定长度气袋，气袋长度为10cm，得到带有气袋的电池，最后经过注液、封装、化成、二封、分容等工序，得到电芯样品，记作A。
实施例2
与实施例1不同之处在于，所述复合铝塑膜的制备方法，包括：
(3)称取重量百分比为90％的吸气材料沸石分子筛、重量百分比为10％的聚四氟乙烯。将聚四氟乙烯加入NMP溶剂中，按照固含8％的比例配成稳定性胶液，再将称取的吸气材料沸石分子筛加入胶液中快速搅拌4-5h，得到含有吸气材料沸石分子筛的稳定性浆料。
(4)将步骤1中制备的含有吸气材料沸石分子筛的稳定性浆料均匀涂覆在铝塑膜的热封层上，经干燥，即可得到含有吸气层的铝塑膜，涂层厚度为10μm。
将按照负极、隔膜、正极叠片方式叠好的裸电芯放入已冲坑铝塑膜中，留有一定长度气袋，气袋长度为10cm，得到带有气袋的电池，最后经过注液、封装、化成、二封、分容等工序，得到电芯样品，记作B。
实施例3
与实施例1不同之处在于，所述复合铝塑膜的制备方法，包括：
(5)称取重量百分比为90％的吸气材料沸石分子筛、重量百分比为10％的聚四氟乙烯。将聚四氟乙烯加入NMP溶剂中，按照固含8％的比例配成稳定性胶液，再将称取的吸气材料沸石分子筛加入胶液中快速搅拌4-5h，得到含有吸气材料沸石分子筛的稳定性浆料。
(6)将步骤1中制备的含有吸气材料沸石分子筛的稳定性浆料均匀涂覆在铝塑膜的热封层上，经干燥，即可得到含有吸气层的铝塑膜，涂层厚度为100μm。
将按照负极、隔膜、正极叠片方式叠好的裸电芯放入已冲坑铝塑膜中，留有一定长度气袋，气袋长度为10cm，得到带有气袋的电池，最后经过注液、封装、化成、二封、分容等工序，得到电芯样品，记作C。
实施例4
与实施例1不同之处在于，所述复合铝塑膜的制备方法，包括：
(7)称取重量百分比为90％的吸气材料沸石分子筛、重量百分比为10％的聚四氟乙烯。将聚四氟乙烯加入NMP溶剂中，按照固含8％的比例配成稳定性胶液，再将称取的吸气材料沸石分子筛加入胶液中快速搅拌4-5h，得到含有吸气材料沸石分子筛的稳定性浆料。
(8)将步骤1中制备的含有吸气材料沸石分子筛的稳定性浆料均匀涂覆在铝塑膜的热封层上，经干燥，即可得到含有吸气层的铝塑膜，涂层厚度为10μm。
将按照负极、隔膜、正极叠片方式叠好的裸电芯放入已冲坑铝塑膜中，留有一定长度气袋，气袋长度为5cm，得到带有气袋的电池，最后经过注液、封装、化成、二封、分容等工序，得到电芯样品，记作D。
对比例1
电芯封装铝塑膜为常规铝塑膜，不经过涂层处理，铝塑膜从外到内依次为尼龙层、铝箔层和热封层。热封层起封口粘接作用；铝箔层能防止外部水分进入，同时防止电解液腐蚀渗出；尼龙层具有一定机械强度，防止电池损伤。
将按照负极、隔膜、正极叠片方式叠好的裸电芯放入已冲坑铝塑膜中，留有一定长度气袋，气袋长度为10cm，得到带有气袋的电池，最后经过注液、封装、化成、二封、分容等工序，得到电芯样品，记作E。
实施例1-4电池A-D和对比例1电池E均按照如下化成方式，均采用60℃高温夹具化成：
(1)静置3min；
(2)0.1C恒流充电20min，截止电压4.0V，静置2min；
(3)0.2C恒流充电40min，截止电压4.0V，静置2min；
(4)0.5C恒流充电80min，截止电压4.0V，静置2min；
(5)结束。
记录实施例1-4和对比例1高温夹具化成后气袋中气体体积和界面情况，充放电容量，如表1。
表1为记录实施例组1-4和对比例1的测试数据
由表1数据可知，在常规铝塑膜热封层上涂覆一层吸气层，可以有效吸收化成过程中电解液分解产生的气体，缓解气袋鼓胀，能够及早排出极片间存留的气体，改善了极片表面界面，提高容量，同时还能够减少铝塑膜气袋长度，节约铝塑膜使用成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种复合铝塑膜，其特征在于，由依次粘合的尼龙层、铝箔层和热封层以及设置在热封层上的吸气层组成，所述吸气层由吸气材料制成。
2.根据权利要求1所述的复合铝塑膜，其特征在于，所述吸气材料选自沸石分子筛、锆铝合金粉末和活性炭中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的复合铝塑膜，其特征在于，所述吸气层的厚度为10～100μm。
4.根据权利要求1所述的复合铝塑膜，其特征在于，所述热封层为三层聚烯烃共聚物挤压而成的复合膜，内层为粘合树脂层，中间层为PP层，外层为热熔胶层。
5.根据权利要求4所述的复合铝塑膜，其特征在于，所述粘合树脂层选自聚乙烯树脂层、聚乙烯与聚丙烯共聚物层、氯化聚丙烯树脂层、金属离子树脂层。
6.根据权利要求4所述的复合铝塑膜，其特征在于，所述热熔胶层的厚度为5-10μm，热熔胶层包括质量分20-30％的改性聚氨酯胶黏剂。
7.一种如权利要求1所述的复合铝塑膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备浆料：将吸气材料、粘结剂和溶剂混合，搅拌均匀得到一种含有吸气材料的稳定浆料，所述吸气材料和粘结剂的质量比为8-9:1-2，所述浆料的固含量为6％-10％；
S2：涂覆干燥：将制得的浆料均匀涂覆在铝塑膜内层，经干燥后形成吸气层。
8.根据权利要求5所述的复合铝塑膜的制备方法，其特征在于，所述粘接剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丙烯酸酯中一种或多种。
9.根据权利要求5所述的复合铝塑膜的制备方法，其特征在于，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
10.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1-4任一所述的复合铝塑膜。
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