CN110391358A - 软包电池的外包装材料、外包装体及其制备方法和软包电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种软包电池的外包装材料、外包装体及其制备方法和软包电池，涉及电池包装技术领域。所述外包装材料包含至少一层阻隔材料和至少一层复合塑料，所述阻隔材料和所述复合塑料交替复合；其中，所述复合塑料包括如下组分：SAN、POE、相容剂和任选的助剂。POE和SAN共混而成的聚合物使复合塑料兼具POE和SAN的性能优势，并且通过添加相容剂促进了POE和SAN共混，增强了复合塑料的韧性，使该外包装材料和其制成的外包装体具有冲击强度高和阻隔性能好的有益效果。该外包装体的制备方法工艺简单，适合规模化生产。使用上述外包装体包装的软包电池具有良好的安全性。

Description

软包电池的外包装材料、外包装体及其制备方法和软包电池
技术领域
本发明涉及电池包装技术领域，尤其是涉及一种软包电池的外包装材料、外包装体及其制备方法和软包电池。
背景技术
目前带有电解液的电池一般采用塑料作为电池的包装材料，由于塑料作为电池的包装材料比铝材作为电池的包装材料成本更低，人们更倾向使用塑料作为电池的包装材料，但是现有的使用塑料包装的电池存在很多的问题，例如在使用一段时间后容易出现漏液的问题，一般塑料包装的电池在经过两年的使用后电解液会损失5-15％，严重影响电池使用寿命，同时塑料抗冲击能力低，禁不住小小的磕磕碰碰，质量差，导致电池的安全性能降低。
由于电池对电池的包装材料具有很高的要求，例如良好的强度和耐冲击性，同时电池包装材料应具有较好的耐热性能和较低的吸水性，并且电池包装的电绝缘性和耐腐蚀性都要好。
软包电池需要有极高的阻水、阻氧性能、较高的柔韧性和机械强度，目前常用的软包装塑料是PA塑料和PP塑料，PA塑料具有较好的冲击强度，但是易吸水，只能作为软包塑模的外层。PP塑料具备一定的强度，但是其阻隔性能极差，不能有效解决电解液的泄露问题。
因此，发明一种冲击强度高并且阻隔性能好的软包电池的外包装材料显得非常必要。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种软包电池的外包装材料，缓解了现有技术中存在的缺乏一种强度高、耐冲击性好和阻隔性能好的软包电池的外包装材料的问题；本发明的第二目的在于提供了一种主要由上述外包装材料制成的软包电池的外包装体，缓解了现有技术中存在的缺乏一种强度高、耐冲击性好和阻隔性能好的软包电池的外包装体的问题；本发明的第三目的在于提供了一种上述软包电池外包装体的制备方法，缓解了现有技术中存在的缺乏一种制备复合型的软包电池外包装体的制备方法的问题；本发明的第四目的在于提供了一种使用上述外包装体包装的软包电池，缓解了现有技术中存在的软包电池安全性能低，长时间使用电解液易出现渗漏的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：
一种软包电池的外包装材料，所述外包装材料包含至少一层阻隔材料和至少一层复合塑料，所述阻隔材料和所述复合塑料交替复合；
其中，所述复合塑料包括如下组分：SAN、POE、相容剂和任选的助剂。
进一步的，所述复合塑料包括按重量份数计的如下组分：SAN 50-100 重量份、POE10-50重量份、相容剂1-10重量份和助剂0-1重量份；
优选地，所述复合塑料包括按重量份数计的如下组分：SAN 50-75重量份、POE 20-45重量份、相容剂1-5重量份和助剂0.001-0.5重量份；
优选地，所述复合塑料包括按重量份数计的如下组分：SAN 50-55重量份、POE 40-45重量份、相容剂4-5重量份和助剂0.001-0.1重量份。
进一步的，所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂；
优选地，所述马来酸酐接枝相容剂包括PP-g-MAH、POE-g-MAH或 PE-g-MAH；
优选地，所述相容剂为PE-g-MAH；
优选地，所述PE-g-MAH的接枝率为0.5-3％，优选为0.5-2.5％，更优选为1.0-1.8％。
进一步的，所述助剂包括抗氧剂。
进一步的，所述阻隔材料包括塑料、金属或合金中的至少一种；
优选地，所述塑料包括EVOH和/或PVDC；
优选地，所述金属为铝箔；
优选地，所述合金为不锈钢。
进一步的，所述复合塑料和阻隔材料的层数各自独立地为1－20层，优选为1－12层。
一种软包电池的外包装体，主要由上述外包装材料制作而成，所述外包装体的内层为所述阻隔材料。
一种上述软包电池外包装体的制备方法，所述制备方法通过胶黏剂依次将阻隔材料层和复合塑料层交替复合，干燥，制得所述包装体；或，
通过流延热压的方式依次将阻隔材料层和复合塑料层交替复合，干燥，制得所述包装体；或，
通过热熔挤出的方式制得所述包装体。
进一步的，所述制备方法包括将配方量的原料干燥后混合，然后经挤出、造粒、冷却、切粒和干燥后注塑成型，得到复合塑料。
一种使用上述外包装体包装的软包电池。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的软包电池的外包装材料，包含至少一层阻隔材料和至少一层复合塑料，所述阻隔材料和所述复合塑料交替复合；其中，所述复合塑料包括如下组分：SAN、POE、相容剂和任选的助剂。POE和SAN共混而成的聚合物使复合塑料兼具POE和SAN的性能优势，并且通过添加相容剂促进了POE和SAN共混，增强了复合塑料的韧性，使该外包装材料具有冲击强度高和阻隔性能好的有益效果。
本发明提供的由上述外包装材料制成的软包电池的外包装体，具有强度高、耐冲击性好，较好的耐热性，较低的吸水性，较好的电绝缘性和较好的耐腐蚀性等特点。该外包装体的内层为上述阻隔材料，通过采用阻隔材料与电池的电解液接触可以有效的防止电解液渗出，同时外层为复合塑料，成本低廉，安全。
本发明提供的上述软包电池的外包装体的制备方法工艺简单，并且由于各阻隔材料和复合塑料之前交替复合，因此可以通过调整复合的层数和各层材料的选择调整该软包电池外包装体的性能。并且该制备方法对设备要求低，生产效益高，非常适于工业化生产。
本发明提供的使用上述外包装体包装的软包电池，由于该电池的外包装体具有一定的强度和耐冲击性，较好的耐热性，较低的吸水性，较好的电绝缘性和较好的耐腐蚀性等特点，因此该电池具有安全性能高的特点。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种软包电池的外包装材料，所述外包装材料包含至少一层阻隔材料和至少一层复合塑料，所述阻隔材料和所述复合塑料交替复合；其中，所述复合塑料包括如下组分：SAN(苯乙烯丙烯腈)、POE(乙烯辛烯共聚物)、相容剂和任选的助剂。
共混聚合物是指两种或两种以上分子结构不同的均聚物、共聚物或均聚物和共聚物的物理混合物，共混物拥有一些原有树脂不具备的有益性能。 POE和SAN共混而成的聚合物使复合塑料兼具POE和SAN的性能优势，并且通过添加相容剂促进了POE和SAN共混，增强了复合塑料的韧性，使该外包装材料具有强度高、耐冲击性好和阻隔性能好的有益效果。
SAN树脂分子主链由苯乙烯单元和丙烯腈单元构成，SAN为颗粒状，微黄色或无色，密度在1.07g/cm3到1.10g/cm3之间，收缩率在0.002到0.005 之间，无毒，强度高、刚性大，化学稳定性好、耐油、耐热，尺寸稳定。由于SAN是苯乙烯和丙烯腈的共聚物，不仅具有丙烯腈良好的耐蚀性，在非极性溶剂中，也表现出良好的化学稳定性，具有一定的硬度，还具有苯乙烯良好的加工性能、刚性、透明度和应力承受性以及高度的软化点等。
虽然SAN树脂具有良好的加工流动性、高的模量、耐腐蚀性、高透明度等优势，却无法在冲击力大的环境中使用，因此使用乙烯辛烯共聚物 (POE)作为增韧剂与SAN共混，POE具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质等优异性能，并且具有良好的拉伸强度和撕裂强度，使用POE增强SAN 的韧性，以达到共混聚合物具有较好的冲击强度。
高分子混合物的各个组分之间具有良好的相容性可使整个混合物具有良好的稳定性，并且具有优良的机械性能以及物理性。当所形成的混合物为单一的一相时稳定性最好。因此应该增加各个组分之间的相容性，使其具有良好的稳定性，提高材料的各种机械性能，通常的方法为在聚合物中加入相容剂。
在本发明的一些实施方式中，所述复合塑料按重量份数计包括SAN 50-100重量份，例如可以为但不限于为50、60、70、80、90或者100重量份，优选为50-55重量份；POE 10-50重量份，例如可以为但不限于为10、 20、30、40或者50重量份，优选为40-45重量份；相容剂1-10重量份，例如可以为但不限于为1、2、3、4、6、7、8、9或者10重量份，优选为4-5重量份；助剂0-1重量份，例如可以为但不限于为0.001、0.005、0.01、 0.05或者1份，优选为0.001-0.1重量份。通过优化调整各原料的使用量可以提高复合塑料的性能。需要说明的是，本发明不限制助剂的种类，所述助剂例如可以为但不限于为抗氧剂、增强剂、填料或者抗静电剂，也可以为其他常见助剂，在本发明一些可选地实施方式中，助剂使用的是抗氧剂。
在本发明一些可选地实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂；优选地，所述马来酸酐接枝相容剂包括PP-g-MAH、POE-g-MAH或 PE-g-MAH。马来酸酐接枝相容剂通过引入强极性反应性基团，使材料具有高的极性和反应性，是一种高分子界面偶联剂、相容剂、分散促进剂。马来酸酐接枝相容剂可改善无机填料与有机树脂相容性，提高产品的拉伸、冲击强度，实现高填充，减少树脂用量，改善加工流变性，提高表面光洁度。
在本发明一些优选的实施方式中，所述相容剂为PE-g-MAH，所述 PE-g-MAH的接枝率为0.5-3％，例如可以为但不限于为0.5％、1％、1.5％、 1.8％、2％、2.5％或者3％，优选为1.0-1.8％，通过调整PE-g-MAH的接枝率可以调整复合塑料的性能。
在本发明一些可选地实施方式中，所述阻隔材料包括塑料、金属或合金中的至少一种。可选地，所述塑料包括EVOH和/或PVDC。乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)是一种高阻隔性材料，对气体、气味、香料、溶剂等呈现出优异的阻断作用；聚偏二氯乙烯(PVDC)是一种阻隔性高、韧性强以及低温热封、热收缩性和化学稳定性良好的材料，具有阻湿、阻氧、防潮、耐酸碱、耐油浸和耐多种化学溶剂等性能，因此EVOH和PVDC均具有对电解液良好的阻隔性能，可有效防止电池在长时间的使用过程中电解液渗出。可选地，所述金属为铝箔；可选地，所述合金为不锈钢。金属材料具有强度高，阻隔性能良好的优势。
在本发明一些可选的实施方式中，所述复合塑料和阻隔材料的层数各自独立地为1-20层，例如可以为但不限于为1、2、5、8、10、12、15、17 或者20层，优选为1-12层。需要说明的是，当外包装材料包含多层阻隔材料和多层复合塑料时，在本发明提供的范围内，可根据包装材料的性能选择多种阻隔材料与复合塑料交替复合；同样的，也可根据包装材料的性能选择多种复合塑料与阻隔材料交替复合。目前软包电池的包装材料通常为 3-5层，而在本发明的多种实施方式中，所述外包装材料可以包含多层阻隔材料和复合塑料，当复合层数多达10层及以上时还可以具有良好的性能。
本发明还提供了一种软包电池的外包装体，主要由上述外包装材料制作而成，所述外包装体的内层为阻隔材料。该外包装体具有一定的强度和耐冲击性，较好的耐热性，较低的吸水性，较好的电绝缘性和较好的耐腐蚀性等特点。通过采用阻隔材料与电解液接触可以有效的阻隔水，同时外层为复合塑料，成本低廉，安全。
本发明还提供了一种上述软包电池外包装体的制备方法，通过胶黏剂依次将阻隔材料层和复合塑料层交替复合，干燥，制得所述包装体；或，通过流延热压的方式依次将阻隔材料层和复合塑料层交替复合，干燥，制得所述包装体；或，通过热熔挤出的方式制得所述包装体。
该制备方法工艺简单，适合规模化生产，并且由于各阻隔材料和复合塑料之前交替复合，因此可以通过调整复合的层数和各层材料的选择调整该软包电池外包装体的性能。在本发明一些可选地实施方式中，所述复合塑料的制备方法包括将配方量的原料干燥后混合，然后经挤出、造粒、冷却、牵引、切粒和干燥后注塑成型，得到复合塑料。
本发明还提供了一种使用上述外包装体包装的软包电池。由于该电池的外包装体具有强度高、耐冲击性好，较好的耐热性，较低的吸水性，较好的电绝缘性和较好的耐腐蚀性等特点，因此该电池具有安全性能高的优点。
下面结合优选实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例中使用的原料如下表所示：
实施例1
本实施例提供了一种软包电池的外包装材料，该外包装材料包含2层阻隔材料和2层复合塑料；阻隔材料为不锈钢；该外包装材料按照如下方法制备：通过胶黏剂依次将阻隔材料层和复合塑料层交替复合，干燥，制得外包装材料。
其中复合塑料由如下原料制成：SAN、POE、相容剂和抗氧剂；相容剂为接枝率为1.0％的PE-g-MAH，SAN、POE、PE-g-MAH和抗氧剂的质量比为50:45:4:0.1。
实施例2
本实施例提供了一种软包电池的外包装材料，与实施例1的区别在于相容剂为接枝率为1.8％的PE-g-MAH。
实施例3
本实施例提供了一种软包电池的外包装材料，该外包装材料包含4层阻隔材料和4层复合塑料；阻隔材料为铝箔；该外包装材料按照如下方法制备：通过流延热压的方式依次将阻隔材料层和复合塑料层交替复合，干燥，制得外包装材料；
其中复合塑料由如下原料制成：SAN、POE、相容剂和抗氧剂；相容剂为接枝率为1.0％的PE-g-MAH，SAN、POE、PE-g-MAH和抗氧剂的质量比为50:45:4:0.1。
实施例4
本实施例提供了一种软包电池的外包装材料，与实施例3的区别在于相容剂为接枝率为1.8％的PE-g-MAH。
实施例5
本实施例提供了一种软包电池的外包装材料，该外包装材料包含3层阻隔材料和3层复合塑料；阻隔材料为EVOH；该外包装材料按照如下方法制备：通过热熔挤出的方式制得外包装材料；
其中复合塑料由如下原料制成：SAN、POE、相容剂和抗氧剂；相容剂为接枝率为1.8％的PE-g-MAH，SAN、POE、PE-g-MAH和抗氧剂的质量比为50:45:1:0.5。
实施例6
本实施例提供了一种软包电池的外包装材料，该外包装材料包含5层阻隔材料和5层复合塑料；阻隔材料为PVDC；该外包装材料按照如下方法制备：通过流延热压的方式依次将阻隔材料层和复合塑料层交替复合，干燥，制得外包装材料；
其中复合塑料由如下原料制成：SAN、POE、相容剂和抗氧剂；相容剂为接枝率为1.8％的PE-g-MAH，SAN、POE、PE-g-MAH和抗氧剂的质量比为75:20:5:0.001。
实施例7
本实施例提供了一种软包电池的外包装材料，该外包装材料包含3层阻隔材料和3层复合塑料；阻隔材料为铝箔；该外包装材料按照如下方法制备：通过胶黏剂依次将阻隔材料层和复合塑料层交替复合，干燥，制得外包装材料；
其中复合塑料由如下原料制成：SAN、POE、相容剂和抗氧剂；相容剂为接枝率为1.8％的PE-g-MAH，SAN、POE、PE-g-MAH和抗氧剂的质量比为50:50:1:1。
实施例8
本实施例提供了一种软包电池的外包装材料，与实施例2的区别在于复合塑料由如下原料制成：SAN、POE和相容剂；相容剂为接枝率为1.8％的PE-g-MAH，SAN、POE和PE-g-MAH的质量比为100:10:10。
实施例9
本实施例提供了一种软包电池的外包装材料，与实施例2的区别在于复合塑料由如下原料制成：SAN、POE、相容剂和抗氧剂；相容剂为接枝率为1.8％的PE-g-MAH，SAN、POE、PE-g-MAH和抗氧剂的质量比为 120:5:15:2。
实施例10
本实施例提供了一种软包电池的外包装材料，与实施例2的区别在于复合塑料由如下原料制成：SAN、POE、相容剂和抗氧剂；相容剂为接枝率为1.0％的PE-g-MAH，SAN、POE、PE-g-MAH和抗氧剂的质量比为 40:60:0.5:2。
实施例11
本实施例提供了一种软包电池的外包装材料，与实施例1的区别在于相容剂为接枝率为1.2％的POE-g-MAH。
对比例1
本对比例提供了一种软包电池的外包装材料，该外包装材料为实施例2 提供的复合塑料。
对比例2
本对比例提供了一种软包电池的外包装材料，该外包装材料为铝箔和 PA塑料通过胶黏剂复合，干燥制得的外包装材料。
效果例1
检测实施例1-10提供的软包电池的外包装材料下列性能，拉伸强度和冲击强度按照GB/T1040和GB/T1043测定，耐电解液性的测试方法为：按照GB8808－88测得的样品浸85℃电解液7天后的耐电解液性。测试结果如下表所示：
由上表可以看出，本发明的电池用软包装材料具有一定的强度、良好的耐冲击性，具有较高的水蒸气阻隔性能，并能有效阻隔电解液的泄漏，保证电池的安全性，综合性能优异。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种软包电池的外包装材料，其特征在于，所述外包装材料包含至少一层阻隔材料和至少一层复合塑料，所述阻隔材料和所述复合塑料交替复合；
其中，所述复合塑料包括如下组分：SAN、POE、相容剂和任选的助剂。
2.根据权利要求1所述的外包装材料，其特征在于，所述复合塑料包括按重量份数计的如下组分：SAN 50-100重量份、POE 10-50重量份、相容剂1-10重量份和助剂0-1重量份；
优选地，所述复合塑料包括按重量份数计的如下组分：SAN 50-75重量份、POE 20-45重量份、相容剂1-5重量份和助剂0.001-0.5重量份；
优选地，所述复合塑料包括按重量份数计的如下组分：SAN 50-55重量份、POE 40-45重量份、相容剂4-5重量份和助剂0.001-0.1重量份。
3.根据权利要求1所述的外包装材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂；
优选地，所述马来酸酐接枝相容剂包括PP-g-MAH、POE-g-MAH或PE-g-MAH；
优选地，所述相容剂为PE-g-MAH；
优选地，所述PE-g-MAH的接枝率为0.5-3％，优选为0.5-2.5％，更优选为1.0-1.8％。
4.根据权利要求1所述的外包装材料，其特征在于，所述助剂包括抗氧剂。
5.根据权利要求1所述的外包装材料，其特征在于，所述阻隔材料包括塑料、金属或合金中的至少一种；
优选地，所述塑料包括EVOH和/或PVDC；
优选地，所述金属为铝箔；
优选地，所述合金为不锈钢。
6.根据权利要求1所述的外包装材料，其特征在于，所述复合塑料和阻隔材料的层数各自独立地为1－20层，优选为1－12层。
7.一种软包电池的外包装体，其特征在于，主要由权利要求1-6中任一项所述的外包装材料制作而成，所述外包装体的内层为所述阻隔材料。
8.一种权利要求7所述的软包电池外包装体的制备方法，其特征在于，通过胶黏剂依次将阻隔材料层和复合塑料层交替复合，干燥，制得所述包装体；或，
通过流延热压的方式依次将阻隔材料层和复合塑料层交替复合，干燥，制得所述包装体；或，
通过热熔挤出的方式制得所述包装体。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括将配方量的原料干燥后混合，然后经挤出、造粒、冷却、切粒和干燥后注塑成型，得到复合塑料。
10.一种使用权利要求7所述的外包装体包装的软包电池。
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