CN111016315A - 一种电池用包装材料、其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池用包装材料、其制备方法和用途，所述电池用包装材料至少包括：第一爽滑层，包含硅酮母粒，用于降低所述电池用包装材料的摩擦系数；阻隔层，层叠于所述第一爽滑层；第一粘接层，层叠于所述阻隔层；金属层，层叠于所述第一粘接层；热封层，层叠于所述金属层。根据本发明提供的电池用包装材料具有低摩擦性能、冲深深度理想，品质安定。
Description
技术领域
本发明涉及材料成型技术领域，具体公开了一种电池用包装材料、其制备方法和用途。
背景技术
目前，包装材料是各种类型的电池，例如封装电极、电解质等电池元件中不可欠缺的部件。近年来，作为容易加工为多样的形状、能够实现薄型化、轻量化的电池用包装材料，提出了依次叠层有阻隔层/金属层/热封层的膜状的膜材，例如铝塑膜。然而这样的膜状的包装材料质量轻、厚度薄，在成型时存在容易产生针孔或裂纹的缺点，使得电解液浸透到金属层，形成金属析出物，导致产生短路，因此，随着动力电池向高体积、高质量密度的发展趋势，对于膜状的电池用包装材料冲坑质量的要求越来越高，不但要求更大尺寸的冲坑深度，而且要求冲深过程中对铝塑膜的损伤要非常小，即需要具有优异的成型性性能。
目前，为了提高膜状的电池用包装材料的成型性，在阻隔层涂一层芥酸酰胺或者油酸酰胺提高冲坑效果，然而其具有容器效应，这种分子在包装，运输，使用过程中会随着时间的推移或者夏季高温会从薄膜的表面向薄膜内部迁移，从而导致薄膜的摩擦系数上升，影响冲深成型。因此，研发设计出一种具有优异的成型性性能的电池用包装材料十分重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，本发明的目的之一是提供一种电池用包装材料，用于解决现有技术过程中电池用包装材料在使用过程中，摩擦系数不断上升，影响冲深成型，导致电池用包装材料损伤，出现针孔等问题。
本发明的另一目的是提供如上所述、如下详述的电池用包装材料的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种包含如上所述、如下详述的电池用包装材料的电池。
为了实现以上目的及其他目的，本发明是通过包括以下技术方案实现的：本发明提供了一种电池用包装材料，至少包括：第一爽滑层，包含硅酮母粒，用于降低所述电池用包装材料的摩擦系数；阻隔层，层叠于所述第一爽滑层；第一粘接层，层叠于所述阻隔层；金属层，层叠于所述第一粘接层；热封层，层叠于所述金属层。
在本发明的一实施方式中，所述第一爽滑层由至少是所述硅酮母粒和溶剂混合后在所述阻隔层表面涂布形成。
在本发明的一实施方式中，所述硅酮母粒包括，50～80wt％低密度聚乙烯和20～50wt％的硅酮树脂；其中所述硅酮树脂选自质均分子量在500万至2000万范围内的硅氧烷，和/或聚硅氧烷。在本发明的一实施方式中，所述阻隔层是聚酰胺树脂。
在本发明的一实施方式中，所述第一粘接层是选自丙烯酸类、聚氨酯类、环氧类、聚酯类、聚烯烃类胶黏剂的一种或上述其任意组合。
在本发明的一实施方式中，所述热封层由至少是流延等规聚丙烯与无规聚丙烯共挤而成的拉伸膜。
在本发明的一实施方式中，所述电池用包装材料还包括第二爽滑层，层叠于所述热封层。
在本发明的一实施方式中，所述电池用包装材料还包括第二粘接层，层叠于所述金属层和所述热封层之间。
本发明提供了电池用包装材料的制备方法，所述方法至少包括：提供一第一爽滑层，包含硅酮母粒，用于降低所述电池用包装材料的摩擦系数；在所述第一爽滑层上层叠一阻隔层；在所述阻隔层上层叠一第一粘接层；在所述第一粘接层上层叠一金属层；在所述金属层上层叠一热封层。
本发明还提供了一种电池，在如上所述的电池用包装材料内收容有电池元件。综上所述，本发明提供了一种电池用包装材料、其制备方法和用途。根据本发明提供的电池用包装材料，在所述阻隔层表面添加一包含硅酮母粒的爽滑层，使该电池用包装材料表面摩擦系数维持在较低水平，且不会影响电池用包装材料本身。所述硅酮母粒包含超高分子量的硅氧烷，或超高分子量聚硅氧烷，其分解点在293℃以上的，且具有耐热性，低表面能，当硅酮母粒作为爽滑层时，这些微球镶嵌在电池用包装材料的薄膜表面，而不再向薄膜的不同表面间和不同层次间迁移，且不会从薄膜进入内装物，以及不会在高温条件下失去效力。因此，这样电池用包装材料冲深深度和冲深可靠性会大大增强，具有优异的成型性，从抑制了在电池用包装材料产生针孔等，实现更好的冲深，品质安定。此外，该电池用包装材料的制备方法简单，操作简单。其他特征、益处和优势将通过本文详述的包括说明书和权利要求在内的本公开而显而易见。
附图说明
图1示出了本发明的电池用包装材料的一具体实施方式的结构示意图。
图2示出了本发明的电池用包装材料的又一具体实施方式的结构示意图。
图3示出了本发明的电池用包装材料的又一具体实施方式的结构示意图。
图4示出了包含本发明的电池用包装材料的电池的一具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
请参阅图1至图4，对本发明提供的电池用包装材料进行详细的说明，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1，本发明提供了电池用包装材料100的一具体实施方式，所述电池用包装材料100包括：第一爽滑层1、层叠于所述第一爽滑层1的阻隔层2、层叠于所述阻隔层2的第一粘接层3、层叠于所述第一粘接层3的金属层4、层叠于所述金属层4的热封层5。
需要说明的是，所述电池用包装材料100的第一爽滑层1为最外层，热封层5为最内层，即，在组装电池时，将所述电池元件与电池用包装材料100的热封层5彼此进行热熔接，密封电池元件，由此进行电池封装作业。
请接着参阅图1，第一爽滑层1位于所述阻隔层2上，所述第一爽滑层1包括硅酮母粒，用于将所述电池用包装材料100表面摩擦系数长期稳定维持在较低水平，增强冲深深度和冲深可靠性。所述硅酮母粒以低密度聚乙烯(LDPE)为载体，超高分子量聚硅氧烷分散，例如在本发明公开的一具体实施方式中，所述硅酮母粒包括：50～80wt％低密度聚乙烯和20～50wt％的硅酮树脂，例如50wt％低密度聚乙烯、50wt％的硅酮树脂，70wt％低密度聚乙烯、30wt％的硅酮树脂；其中，所述硅酮树脂选自质均分子量在500万至2000万范围内的硅氧烷，和/或聚硅氧烷，进一步地，质均分子量在800万至1400万，例如800万、1000万。本发明提供的硅酮母粒的分解点在293℃以上的，且具有耐热性，低表面能，当其作为爽滑层时，这些微球镶嵌在电池用包装材料100的薄膜表面，而不再向薄膜的不同表面间和不同层次间迁移，且不会从薄膜进入内装物，从而不影响产品的后续工序，以及不会在高温条件下失去效力，此外，使用了包含硅酮母粒的电池用包装材料的磨擦系数更低，有利于冲深成型，以及充分保证其使用性能理想。当所述电池用包装材料100的表面涂布有硅酮母粒的爽滑层时，所述第一爽滑层6与所述阻隔层2层叠接触，所述阻隔层2上，例如尼龙-6层表面的静摩擦系数和动摩擦系数在6个月内的变化值分别在0.1和0.06的范围内。
具体地，本发明的第一爽滑层1例如由至少是所述硅酮母粒和溶剂混合后在所述阻隔层1表面涂布形成，具体而言，例如，将所述硅酮母粒与所述溶剂，例如异丙醇(IPA)，和/或甲基乙基酮(MEK)进行混合后涂布而成。具体地，干塗布量为1～6g/m2，例如2.3g/m2，湿塗布量为5～20g/m2，例如10.27g/m2，固形分为15～45％，例如22.4％。本发明的第一爽滑层1的厚度，基于提高电池用包装材料100的成型性和维持在较低水平的表面摩擦系数的观点考虑，第一爽滑层1的厚度例如为2～5μm，例如3μm，当所述厚度超过5μm时，会因为硬度的增加导致冲深降低。
请接着参阅图1，所述阻隔层2层叠于所述第一爽滑层1上，用于保护电池用包装材料100不被外力划伤。从进一步提高电池用包装材料100的成型性和耐电解液性的观点考虑，阻隔层2的材料例如可以包括聚酯树脂和聚酰胺树脂。具体地，聚酰胺树脂的具体的例子，例如可以为尼龙6、尼龙66、尼龙610以及他们的共聚物。本发明的阻隔层2的厚度，从进一步提高电池用包装材料100的成型性和耐电解液性的观点考虑，例如在5～50μm的范围内，进一步地在20～30μm的范围内。
请接着参阅图1，所述第一粘接层3层叠于所述阻隔层2上，用于使所述阻隔层2和所述金属层3牢固粘接，所述粘接的方式没有特别的限定，例如通过化学反应、溶剂挥发、热熔融、热压型中的任意一种或多种方式。第一粘接层3的材料例如可以选自丙烯酸类、聚氨酯类、环氧类、聚酯类、聚烯烃类胶黏剂的一种或上述任意其组合。在本发明公开的一具体实施方式中，所述第一粘接层3采用聚氨酯类胶黏剂，进一步地，采用聚氨酯双组份胶黏剂。在本发明公开的又一具体实施方式中，所述第一粘接层3采用丙烯酸类胶黏剂，进一步地，采用丙烯酸双组份胶黏剂。本发明的第一粘接层3的厚度没有特别的限定，例如为1μm-10μm，例如5μm，在其他的实施例中，可以根据实际需要进行选择，并不限定于此。
请接着参阅图1，所述金属层4层叠于所述第一粘接层3上，一方面用于提高包装材料的强度，另一方面用于阻挡外界的空气、水蒸气、光、紫外线等侵入电池内部而避免导致电池失效。所述金属层3例如采用铝箔，进一步地，例如具有屈服强度为55～140N/mm2的铝箔。所述金属层4的厚度，没有特别的限定，例如20～100μm，进一步地为36～44μm，例如40μm，在其他的实施例中，可以根据实际需要进行选择，并不限定于此。
需要说明的是，为了提高金属层4表面粘接的稳定化、防止溶解和腐蚀等，所述金属层4为表面处理后的层，所述表面处理例如可以通过酸性化合物，例如铬酸化合物、磷酸盐化合物，在金属层4表面进行酸蚀，形成耐酸性耐腐蚀的金属层4。
请接着参阅图1，所述热封层5层叠于所述金属层4上，在组装电池时，所述热封层5与电池元件彼此接触进行热熔接，密封电池的内装物。所述热封层5的材料没有特别的限定，任何能够进行热熔接，且不与电池元件发生反应的的材料，均应当涵盖在本发明要求保护的范围内，例如可以选自聚烯烃树脂、环状聚烯烃树脂、羧酸改性聚烯烃树脂、羧酸改性环状聚烯烃树脂中的一种或上述任意其组合。具体地，例如列举聚乙烯、均聚丙烯、聚丙烯共聚物、聚异戊二烯、聚丁二烯等，例如在本发明公开的一具体实施方式中，所述热封层1由流延等规聚丙烯和无规聚丙烯共挤而成。本发明的热封层5的厚度没有特别的限定，例如为30μm～100μm，例如40μm，在其他的实施例中，可以根据实际需要进行选择，并不限定于此。
请参阅图2，本发明提供了电池用包装材料100的又一具体实施方式，所述电池用包装材料100包括第一爽滑层1、层叠于所述第一爽滑层1的阻隔层2、层叠于所述阻隔层2的第一粘接层3、层叠于所述第一粘接层3的金属层4、层叠于所述金属层4的热封层5，以及层叠于所述热封层5的第二爽滑层6。
请接着参阅图2，所述第二爽滑层6层叠于所述热封层5上，所述第二爽滑层6是电池用包装材料100的最内层，即，在组装电池时，将所述电池元件与电池用包装材料100的第二爽滑层6彼此进行热熔接，密封电池元件，由此进行电池封装作业。
需要说明的是，在本发明提供的电池用包装材料100，具有第一爽滑层1和第二爽滑层6，且分别位于所述电池用包装材料100的最外层和最内层，所述电池用包装材料100的第二爽滑层6例如与第一爽滑层1具有相同或不同的结构。当所述电池用包装材料100的表面涂布有硅酮母粒的爽滑层时：所述第一爽滑层6与所述阻隔层2层叠接触，所述阻隔层2上，例如尼龙-6层表面的静摩擦系数和动摩擦系数在6个月内的变化值分别在0.1和0.06的范围内；所述第二爽滑层6与所述热封层5层叠接触，所述热封层5，例如聚丙烯层表面的静摩擦系数和动摩擦系数在6个月内的变化值分别在0.02和0.04的范围内。
请参阅图3，本发明提供了电池用包装材料100的又一具体实施方式，所述电池用包装材料100包括第一爽滑层1、层叠于所述第一爽滑层1的阻隔层2、层叠于所述阻隔层2的第一粘接层3、层叠于所述第一粘接层3的金属层4、层叠于所述金属层4的热封层5、层叠于所述热封层5的第二爽滑层6，以及层叠于所述金属层4和所述热封层5之间的第二粘接层7。
请接着参阅图3，所述第二粘接层7位于所述金属层4和所述热封层5之间，是为了使金属层4和所述热封层5牢固粘接而根据需要设置的层。所述电池用包装材料100的第二粘接层7例如与第一粘接层3具有相同或不同的结构，具体地，在本发明公开的一具体实施方式中，第二粘接层7采用聚氨酯类胶黏剂，进一步地，采用聚氨酯双组份胶黏剂。在本发明公开的又一具体实施方式中，第二粘接层7采用丙烯酸类胶黏剂，进一步地，采用丙烯酸双组份胶黏剂。第二粘接层7的厚度例如为1～5μm，例如3μm。
请返回参阅图1，本发明的另一个方面，也提供了电池用包装材料100的制备方法，包括但不限于以下步骤。
提供第一爽滑层1的步骤，例如，在本发明公开的一具体实施方式中，使所述硅酮母粒与，IPA100％和MEK100％的溶剂混合形成一混合液，例如粘度10-16sec(ZAN#3)。进一步地，例如10～13sec。
在第一爽滑层1上层叠阻隔层2的步骤。具体地，在所述阻隔层2上，利用凹版涂布法、网辊涂布法等方法涂布第一爽滑层1，例如，在本发明公开的一具体实施方式中，利用凹版微触逆向涂布方法将上述混合液，同时进行在线搅拌，以2～10g/m2(wet)，例如5g/m2的涂布量涂布在所述尼龙-6的阻隔层2上，并使所述第一爽滑层1干燥，例如在4-8g/㎡(wet)、50-80℃、120-200m/min的条件下，进行干燥，由此得到所述第一爽滑层1。所述凹版微触逆向涂布，例如可以采用尺寸为
例如260mm×1750mm的凹版辊轮逆向涂布。
在阻隔层2上层叠第一粘接层3的步骤。具体地，在阻隔层2上或根据需要表面经过化学法表面处理的金属层4上，利用挤出法、凹版涂布法、网辊涂布法等方法涂布第一粘接层3用的粘接剂并烘干压合，之后使该金属层4或阻隔层2叠层，第一粘接层3固化成型，从而在阻隔层2上形成第一粘接层3。例如，在本发明公开的一具体实施方式中，第一粘接层3采用丙烯酸双组份胶黏剂，经网辊涂布烘干压合在为铝箔层的金属层4上，接着将含有第一爽滑层1的阻隔层2经第一粘接层3层叠在金属层3上，并固化第一粘接层3，在阻隔层2上形成第一粘接层3。
在所述第一粘接层3上层叠金属层4的步骤。具体地，在阻隔层2上或根据需要表面经过化学法表面处理的金属层4上，利用挤出法、凹版涂布法、网辊涂布法等方法涂布第一粘接层3用的粘接剂并烘干压合，之后使该金属层4或阻隔层2叠层，第一粘接层3固化成型，从而在第一粘接层3上形成金属层4。例如，在本发明公开的一具体实施方式中，所述第一粘接层3采用丙烯酸双组份胶黏剂，经网辊涂布烘干压合在为铝箔层的金属层4上，接着将含有第一爽滑层1的阻隔层2经第一粘接层3层叠在金属层4上，并固化第一粘接层3，在第一粘接层3上形成金属层4。
在所述金属层4上层叠热封层5的步骤。具体地，通过凹版涂布法、网辊涂布法等方法，在金属层4上压合热封层5。例如，在本发明公开的一具体实施方式，采用流延等规聚丙烯与无规聚丙烯共挤而成的膜作为热封层5，利用热层压法或共挤出层压法将所述热封层5形成于所述金属层4上。
请接着参阅图2，此外，进一步地，本发明的提供的制备方法还可以包括，在所述热封层5上层叠第二爽滑层6的步骤。
请接着参阅图3，此外，进一步地，制备方法还可以包括，在层叠于所述金属层4和所述热封层5之间第二粘接层7的步骤，具体地，在金属层4上，利用挤出法、凹版涂布法、网辊涂布法等方法涂布构成第二粘接层7的粘接剂并烘干压合，之后使该金属层4与如下所述的热封层5层叠，第二粘接层7固化成型，在所述金属层4上形成第二粘接层7。例如，在本发明公开的又一具体实施方式中，第二粘接层7采用聚氨酯双组份胶黏剂，经网辊涂布烘干压合在为铝箔层的金属层4上，接着将热封层5经第二粘接层7层叠在金属层4上，并固化第二粘接层7，在所述金属层4上形成第二粘接层7。
请参阅图4，本发明还提供一种电池，如上所述的电池用包装材料100和经所述电池用包装材料100收容的电池元件110。所述电池例如可以运用于所述汽车、中的锂离子电池、锂离子聚合物电池、铅蓄电池、镍/氢蓄电池、镍/镉蓄电池、镍/铁蓄电池、镍/锌蓄电池、氧化银/锌蓄电池、金属空气电池、多价阳离子电池，以及电容器等其他电池。
在进行电池组装作业时，将电池元件，包括正极、负极和电解质，在使与上述正极和负极的各自连接的金属端子向外侧突出的状态下，以能够在电池元件110的边缘处，用电池用包装材料100进行包覆，经热封层5或第二爽滑层6彼此热封，使其密封得到所述电池材料。
综上所述，本发明提供了一种电池用包装材料、其制备方法和用途。根据本发明提供的电池用包装材料，添加一包含硅酮母粒的爽滑层，使该电池用包装材料表面摩擦系数维持在较低水平，且不影响电池用包装材料本身，有效增强电池用包装材料冲深深度和冲深可靠性，具有优异的成型性，从抑制了在电池用包装材料产生针孔等，实现更好的冲深，品质安定。因此，本发明具有高度的产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种电池用包装材料，其特征在于，所述电池用包装材料至少包括：
第一爽滑层，包含硅酮母粒，用于降低所述电池用包装材料的摩擦系数；
阻隔层，层叠于所述第一爽滑层；
第一粘接层，层叠于所述阻隔层；
金属层，层叠于所述第一粘接层；
热封层，层叠于所述金属层。
2.如权利要求1所述的电池用包装材料，其特征在于，所述第一爽滑层由至少是所述硅酮母粒和溶剂混合后在所述阻隔层表面涂布形成。
3.如权利要求1所述的电池用包装材料，其特征在于，所述硅酮母粒包括：
50～80wt％低密度聚乙烯和20～50wt％的硅酮树脂；其中所述硅酮树脂选自质均分子量在500万至2000万范围内的硅氧烷，和/或聚硅氧烷。
4.如权利要求1所述的电池用包装材料，其特征在于，所述阻隔层是聚酰胺树脂。
5.如权利要求1所述的电池用包装材料，其特征在于，所述第一粘接层是选自丙烯酸类、聚氨酯类、环氧类、聚酯类、聚烯烃类胶黏剂的一种或上述其任意组合。
6.如权利要求1所述的电池用包装材料，其特征在于，所述热封层由至少是流延等规聚丙烯与无规聚丙烯共挤而成的拉伸膜。
7.如权利要求1任意一项所述的电池用包装材料，其特征在于，所述电池用包装材料还包括第二爽滑层，层叠于所述热封层。
8.如权利要求1-7任意一项所述的电池用包装材料，其特征在于，所述电池用包装材料还包括第二粘接层，层叠于所述金属层和所述热封层之间。
9.一种电池用包装材料的制备方法，其特征在于，所述
提供一第一爽滑层，包含硅酮母粒，用于降低所述电池用包装材料的摩擦系数；
在所述第一爽滑层上层叠一阻隔层；
在所述阻隔层上层叠一第一粘接层；
在所述第一粘接层上层叠一金属层；
在所述金属层上层叠一热封层。
10.一种电池，其特征在于：在权利要求1～8中任一项所述的电池用包装材料内收容有电池元件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 213000 No. 20, Changyang Road, West Taihu science and Technology Industrial Park, Changzhou, Jiangsu Province Applicant after: Xinlun new energy materials (Changzhou) Co.,Ltd. Address before: 213145 No. 20, Changyang Road, West Taihu science and Technology Industrial Park, Wujin District, Changzhou City, Jiangsu Province Applicant before: SELEN COMPOSITE MATERIAL (CHANGZHOU) CO.,LTD. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |