CN111171754A - 一种锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带及其制备方法 - Google Patents

一种锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带及其制备方法，锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带：包括压敏胶层和无硅离型膜层，压敏胶层包括背对设置的第一表面和第二表面，第一表面用于粘接电芯，第二表面用于粘接电池外包装材料，第二表面直接与无硅离型膜层复合；无硅离型膜层为定向聚苯乙烯膜。可选地，离型膜层为单面离型膜。压敏胶层为单层结构，制作工艺制程简单，无胶带粘接后产生的应力。作为无硅离型膜层的定向聚苯乙烯(OPS)膜能够溶解于电解液中，使用时无需考虑胶黏层初粘力，无撕开时破坏胶膜的风险，使用工艺简单。

Description

一种锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带及其制备方法
技术领域
本发明涉及胶粘带领域，具体地，涉及一种锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带及其制备方法。
背景技术
锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、自放电小、可多次循环使用，使用寿命长、环保性高等特点，广泛应用于手机、汽车、笔记本等领域。随着技术的不断革新，对锂电池的要求也越来越高，锂电池也趋向于高能量密度、轻质化、抗跌落方向发展，特别是锂电池的抗摔落性能直接影响着锂电池的安全性和稳定性。现有的解决方案有通过用双面压敏胶带来固定锂电池内芯与外包装铝塑膜的内表面，专利CN104610883采用的方法是以PET薄膜为基材，常温具有粘结性的SIS压敏胶，聚烯烃橡胶等制成胶带，胶带厚度较厚，胶层之间设有基材，裁切易产生毛刺，有刺穿隔膜的风险，对电池性能和安全性有潜在的影响。专利CN109517533采用无基材的双层热熔双面胶带体系，以氢化苯乙烯嵌段共聚物、非晶态α-烯烃共聚物、氢化石油树脂混合体系，虽在此前基础上胶膜厚度相应减薄，能提高电池能量密度，但仍然存在整体偏厚、双层工序较为复杂的问题。总的来说，上述技术方案中存在以下几个缺点：
(1)胶膜较厚，一定程度上影响电池的能量密度；
(2)胶层中的气泡难以排放，电池化成后存在鼓包的现象，从而影响胶带的粘结性能，进一步影响锂电池的安全性能；
(3)胶粘剂多层结构，工艺制程复杂；
(4)上述胶带所用的保护膜多为双面离型纸或双面离型PET膜，使用时需剥离，工序更为复杂，且胶膜有被破坏的风险；
(5)使用保护膜为双面离型纸或双面离型PET膜时，还存在胶膜非粘性面初粘力过大等问题。
锂电池市场所需粘胶将会往越来越薄的趋势发展，急需一款更薄、应力更小、工序更为简单、电池化成后外观平整，并且同时能在电解液中保持原有的粘接性能的胶带产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带及其制备方法，以提高锂电池的能量密度和抗跌落性能。
根据本发明的一个方面，提供一种锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带：包括压敏胶层和无硅离型膜层，压敏胶层包括背对设置的第一表面和第二表面，第一表面用于粘接电芯，第二表面用于粘接电池外包装材料，第二表面直接与无硅离型膜层复合；无硅离型膜层为定向聚苯乙烯膜。可选地，离型膜层为单面离型膜，压敏胶层与单面离型膜的非离型面复合。
优选地，无硅离型膜层的厚度为2μm–6μm。
优选地，按质量份数计算，用于形成压敏胶层的胶粘剂包括主体树脂40–95份、增粘树脂5–65份；主体树脂包括嵌段共聚物和/或嵌段共聚物的改性树脂，嵌段共聚物包括聚苯乙烯-聚丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-聚丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-聚异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚异丁烯、非晶态α-烯烃共聚物中的至少一种。
优选地，聚苯乙烯-聚丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的苯乙烯含量为20–40％；氢化苯乙烯-聚丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的苯乙烯含量为13–32％；苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物的苯乙烯含量为15–44％；氢化苯乙烯-聚异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物的苯乙烯为含量20–37％；聚异丁烯的分子量为4.5万–45万；非晶态α-烯烃共聚物的分子量为0.5万–5万。
优选地，改性树脂由嵌段共聚物经过改性官能团的接枝改性制得，改性官能团选自马来酸酐、羟基、羧基、环氧基中的至少一种。可选地，改性官能团包括马来酸酐，马来酸酐的接枝率为1–3％。
优选地，增粘树脂选自氢化石油树脂、氢化松香树脂或氢化萜烯树脂中的至少一种。可选地，增粘树脂的软化点为50℃–140℃。
优选地，压敏胶层的厚度为2μm–15μm。
优选地，压敏胶层由连续的胶膜组成；或，压敏胶层由若干粘胶单元组成，粘胶单元呈非连续性的间隔状排列。可选地，每个粘胶单元呈线状或点状。
根据本发明的另一个方面，提供一种上述锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带的制备方法，包括以下步骤：将用于形成压敏胶层的胶粘剂通过微凹涂布法或网点涂布法涂覆在离型膜层，使胶粘剂在无硅离型膜层的表面形成压敏胶层，烘干形成压敏胶层中的溶剂，收卷得成品。
优选地，在进行涂布操作之前，采用溶剂将胶粘剂溶解至固含量为20wt％–30wt％的胶粘剂溶液。
在本发明提供的锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带中，压敏胶层为单层结构，并且其与双面离型膜层直接复合，两层层状结构之间不设有任何基材。基于上述结构，本发明的锂电池用无基材双面压敏胶带具有以下优点：
(1)压敏胶层为单层结构，工艺制程简单，总厚度为2–15μm，最低可实现2μm厚度，可提高锂电池的能量密度，另外，单层胶膜结构，无胶带粘接后产生的应力，不会因为胶层间应力不均而出现胶层剥离的情况；
(2)胶层间不设有任何基材，不会产生基材模切后产生的毛刺，无刺穿隔膜风险，极大提高了电池的抗跌落性能；
(3)作为无硅离型膜层的定向聚苯乙烯(OPS)膜能够溶解于电解液中，因此在使用时无需撕去无硅离型膜层，无需考虑胶黏层初粘力，无撕开时破坏胶膜的风险，使用工艺简单，并且，OPS膜溶解于电解液后并不会折损锂电池应有的电学性能，溶有OPS的电解液依然能够正常地参与锂电池的电池反应。
本发明对用于制备压敏胶层的胶粘剂的组成成分进行进一步的限定，压敏胶层能够产生很强的粘结性，并且该材料具有很好的耐电解液性能。
此外，针对传统的锂电池用片状热熔双面胶(中国发明专利CN109517533、中国发明专利CN109517533)存在胶层容易起泡并且难以排放起泡的缺点，本发明将组成压敏胶层的粘胶单元设置成非连续性的间隔状排列，能够有效地改善压敏胶层的排泡性能，减少电池化成后的鼓包现象，从而优化了压敏胶层的粘结性能，进一步提高了锂电池的安全性能。
附图说明
图1为具有呈连续性片状的压敏胶层的锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带的层状结构示意图；
图2为具有呈非连续性点状的压敏胶层的锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带的层状结构示意图；
图3为具有呈非连续性线状的压敏胶层的锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带的层状结构示意图。
附图中的各个部件与编号的对应关系如下：1.压敏胶层，2.无硅单面离型OPS膜层。
具体实施例方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。
本发明提供的锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带中包含两层结构，第一层为能够在常温下产生较大粘结力的压敏胶层1，用于粘结锂电池内芯的外表面和铝塑膜的内表面，粘结材料可以为金属或塑料；第二层为无硅离型膜层，其材质为OPS膜，充当压敏胶层1涂布时的载体，用来保护和承载所述第一层压敏胶层1的收卷与放卷，使用时可溶解于电解液内，溶解后由第一层粘结锂电池内芯外表面与外包装铝塑膜的内表面。
在实施例1–4中，主要通过以下方法制得具有上述的压敏胶层1与OPS膜直接复合的双层结构的压敏胶带：
方法一：利用胶粘剂配制成固含量为20wt％–30wt％的胶粘剂溶液，将胶粘剂溶液加入转移式涂布机中，同时将单面离型的OPS膜放置于转移式涂布机的放卷单元，利用刮刀涂布头在OPS膜的非离型面上涂布胶粘剂，进入烘干装置，除去胶粘剂中的溶剂，收卷得成品。由此形成的压敏胶带的层状结构如图1所示，其中的压敏胶层1呈连续片状。
方法二：利用胶粘剂配制成固含量为20wt％–30wt％的胶粘剂溶液，将胶粘剂溶液加入到转移式涂布机中，调节好涂布所用网纹辊表面印网点模具参数，同时将单面离型的OPS膜放入转移式涂布机的放卷单元，利用网纹辊在OPS膜的非离型面上涂布形成具有相应形状的压敏胶层1，进入烘干装置，除去压敏胶层1中的溶剂，收卷得成品。由此，可以制得压敏胶层1呈非连续性点状排布(如图2所示)的压敏胶带，也可以制得压敏胶层1呈非连续性线状排布(如图3所示)的压敏胶带。
方法三：利用胶粘剂配制成固含量为20wt％–30wt％的胶粘剂溶液，将胶粘剂溶液加入到转移式涂布机中，调节好涂布所用微凹辊表面印网点模具参数，同时将单面离型的OPS膜放入转移式涂布机的放卷单元，利用微凹辊在离型膜的非离型面上涂布形成具有相应形状的压敏胶层1，进入烘干装置，除去胶粘剂中的溶剂，收卷得成品。由此，可以制得压敏胶层1呈非连续性点状排布(如图2所示)的压敏胶带，也可以制得压敏胶层1呈非连续性线状排布(如图3所示)的压敏胶带。
以下实施例中，各英文缩写对应的具体含义如下：SBS，聚苯乙烯-聚丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；SEBS，氢化苯乙烯-聚丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；SIS，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物；SEPS，氢化苯乙烯-聚异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物；PIB，聚异丁烯；APAO，非晶态α-烯烃共聚物。
实施例1
本实施例采用的胶粘剂的具体组成如表1所示，采用的无硅离型膜层为厚度为4μm的单面离型OPS膜层2。分别采用上述方法一、方法二、方法三制备三种锂电池用无基材双面压敏胶带，制得的成品依次与方法一、方法二、方法三一一对应地编号标记为胶带1-1、胶带1-2、胶带1-3。本实施例制得的三种胶带都包括自上而下依次排列的压敏胶层1和无硅单面离型OPS膜层2，其中，压敏胶层1的厚度均为15μm，压敏胶层1在常温下有粘性。胶带1-1的压敏胶层1呈连续片状的层状结构，如图1所示。胶带1-2的压敏胶层1呈非连续性点状的层状结构，如图2所示。胶带1-3的压敏胶层1呈非连续性线状的层状结构，如图3所示。
表1实施例1采用的胶粘剂的具体组成
Figure BDA0002395354120000051
实施例2
本实施例采用的胶粘剂的具体组成如表2所示，采用的无硅离型膜层为厚度为4μm的单面离型OPS膜层2。分别采用上述方法一、方法二、方法三制备三种锂电池用无基材双面压敏胶带，制得的成品依次与方法一、方法二、方法三一一对应地编号标记为胶带2-1、胶带2-2、胶带2-3。本实施例制得的三种胶带都包括自上而下依次排列的压敏胶层1和无硅单面离型OPS膜层2，其中，压敏胶层1的厚度均为10μm，压敏胶层1在常温下有粘性。胶带2-1的压敏胶层1呈连续片状的层状结构，如图1所示。胶带2-2的压敏胶层1呈非连续性点状的层状结构，如图2所示。胶带2-3的压敏胶层1呈非连续性线状的层状结构，如图3所示。
表2实施例2采用的胶粘剂的具体组成
Figure BDA0002395354120000061
实施例3
本实施例采用的胶粘剂的具体组成如表3所示，采用的无硅离型膜层为厚度为4μm的单面离型OPS膜层2。分别采用上述方法一、方法二、方法三制备三种锂电池用无基材双面压敏胶带，制得的成品依次与方法一、方法二、方法三一一对应地编号标记为胶带3-1、胶带3-2、胶带3-3。本实施例制得的三种胶带都包括自上而下依次排列的压敏胶层1和无硅单面离型OPS膜层2，其中，压敏胶层1的厚度均为5μm，压敏胶层1在常温下有粘性。胶带3-1的压敏胶层1呈连续片状的层状结构，如图1所示。胶带3-2的压敏胶层1呈非连续性点状的层状结构，如图2所示。胶带3-3的压敏胶层1呈非连续性线状的层状结构，如图3所示。
表3实施例3采用的胶粘剂的具体组成
Figure BDA0002395354120000071
实施例4
本实施例采用的胶粘剂的具体组成如表4所示，采用的无硅离型膜层为厚度为4μm的单面离型OPS膜层2。分别采用上述方法一、方法二、方法三制备三种锂电池用无基材双面压敏胶带，制得的成品依次与方法一、方法二、方法三一一对应地编号标记为胶带4-1、胶带4-2、胶带4-3。本实施例制得的三种胶带都包括自上而下依次排列的压敏胶层1和无硅单面离型OPS膜层2，其中，压敏胶层1的厚度均为2μm，压敏胶层1在常温下有粘性。胶带4-1的压敏胶层1呈连续片状的层状结构，如图1所示。胶带4-2的压敏胶层1呈非连续性点状的层状结构，如图2所示。胶带4-3的压敏胶层1呈非连续性线状的层状结构，如图3所示。
表4实施例4采用的胶粘剂的具体组成
Figure BDA0002395354120000072
对比实施例1
以中国发明专利CN109517533中的产品作为对比例，自上而下依次排列的第一压敏胶层1、第二胶黏剂层和第三双面离型膜；第一压敏胶层1厚度为15μm，包括以下质量百分比的原料：氢化苯乙烯嵌段共聚物SEBS G1654(Kraton)45份，非晶态α-烯烃共聚物Vestoplast 408(Evonik)5份，氢化石油树脂ARKON P90(Arakawa)49份，抗氧剂Irganox1010 1份；第二胶黏剂层厚度为10μm，包括以下质量百分比的原料：氢化苯乙烯嵌段共聚物SEBS G1654(Kraton)40份，非晶态α-烯烃共聚物Vestoplast408(Evonik)40份，氢化石油树脂ARKON P125(Arakawa)19份，抗氧剂Irganox1010 1份。
测试例
参试对象：实施例1制备的胶带1-2，实施例2制备的胶带2-2，实施例3制备的胶带3-2，实施例4制备的胶带4-2，对比实施例1制备的胶带。
(1)热压后剥离强度测试
对实施例1–4提供的参试胶带的压敏胶层1，胶层一面粘结铝箔，一面粘结铝塑膜中流延聚丙烯(cast polypropylene)，简称CPP层；而对比例则为第一压敏胶层1粘接铝箔、第二胶黏剂层粘接铝塑膜中CPP层；用0.5MPa压力，80℃热压60min，冷却到常温后按照国家标准GB/T 2792-2014所述方法进行剥离强度测试；
(2)泡电解液后热压剥离强度测试
电解液质量配比如下：EC/PC/DEC/EP＝30/10/30/30，1M LiPF6锂盐质量比按12.5％计算，粘性面粘接铝箔，将实施例1–4和对比实施例1提供的参试胶带放置在电解液中，在60℃下浸泡10h(胶带和电解液质量比例1:50)，取出并撕除残余的离型膜层，另一面粘接CPP，用0.5MPa压力，80℃热压60min，冷却到常温后按照国家标准GB/T 2792-2014所述方法进行剥离强度测试；
(3)电解液浸泡颜色测试
将实施例1–4和对比实施例1提供的参试胶带放置在电解液中，在85℃下浸泡6h，(胶带和电解液质量比例1:50)观察电解液颜色变化。
(4)实验结果
经过电解液的浸泡之后，实施例1–4的参试胶带的单面离型OPS膜层2溶解于电解液中，而对比实施1的参试胶带的离型层没有溶解。从表5所示的结果可以看出，相对于对比实施例制备的胶带，实施例1–4采用可溶解的单面离型OPS膜制成的胶带更为轻薄，在单面离型OPS膜层2溶解后，依然能够达到较高的剥离强度，对铝和CPP具有较好的粘接性能。
表5热熔胶带各项性能测试数据
Figure BDA0002395354120000091
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带，其特征在于：
包括压敏胶层和无硅离型膜层，所述压敏胶层包括背对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面用于粘接电芯，所述第二表面用于粘接电池外包装材料，所述第二表面直接与所述无硅离型膜层复合；
所述无硅离型膜层为定向聚苯乙烯膜。
2.如权利要求1所述锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带，其特征在于：所述无硅离型膜层的厚度为2μm–6μm。
3.如权利要求2所述锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带，其特征在于：按质量份数计算，用于形成所述压敏胶层的胶粘剂包括主体树脂40–95份、增粘树脂5–65份；
所述主体树脂包括嵌段共聚物和/或所述嵌段共聚物的改性树脂，
所述嵌段共聚物包括聚苯乙烯-聚丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-聚丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-聚异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚异丁烯、非晶态α-烯烃共聚物中的至少一种。
4.如权利要求3所述锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带，其特征在于：
所述聚苯乙烯-聚丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的苯乙烯含量为20–40％；
所述氢化苯乙烯-聚丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的苯乙烯含量为13–32％；
所述苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物的苯乙烯含量为15–44％；
所述氢化苯乙烯-聚异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物的苯乙烯为含量20–37％；
所述聚异丁烯的分子量为4.5万–45万；
所述非晶态α-烯烃共聚物的分子量为0.5万–5万。
5.如权利要求4所述锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带，其特征在于：所述改性树脂由所述嵌段共聚物经过改性官能团的接枝改性制得，所述改性官能团选自马来酸酐、羟基、羧基、环氧基中的至少一种。
6.如权利要求3所述锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带，其特征在于：所述增粘树脂选自氢化石油树脂、氢化松香树脂或氢化萜烯树脂中的至少一种。
7.如权利要求3所述锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带，其特征在于：所述压敏胶层的厚度为2μm–15μm。
8.如权利要求1–7任一项所述锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带，其特征在于：
所述压敏胶层由连续的胶膜组成；
或，所述压敏胶层由若干粘胶单元组成，所述粘胶单元呈非连续性的间隔状排列。
9.如权利要求1所述锂电池用基材可溶解的双面压敏胶带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将用于形成所述压敏胶层的胶粘剂通过微凹涂布法或网点涂布法涂覆在所述无硅离型膜层，使所述胶粘剂在所述无硅离型膜层的表面形成所述压敏胶层，烘干形成所述压敏胶层中的溶剂，收卷得成品。
10.如权利要求9所述方法，其特征在于：在进行涂布操作之前，采用溶剂将所述胶粘剂溶解至固含量为20wt％–30wt％的胶粘剂溶液。
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