CN112072005A - 铝塑膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝塑膜及其制备方法和应用，其中，所述铝塑膜包括：铝合金基体和聚丙烯膜，所述铝合金基体表面上形成有含有沟槽的疏水结构，所述聚丙烯膜热压形成在所述疏水结构上。该铝塑膜由于具有疏水结构的聚丙烯膜，可以降低电解液的附着量，从而减少聚丙烯膜表面电解液的残留，提升铝塑膜的密封性能，大大减少电芯漏液以及提升封装通过率，提高了生产效率，降低生产成本，保证电芯的品质，进而使得具有该铝塑膜的软包电池具有优异的循环稳定性和安全性能。
Description
技术领域
本发明属于电池领域，具体涉及一种铝塑膜及其制备方法和应用。
背景技术
锂离子电池技术是目前产业化，制造智能化以及具有很好发展前景的新能源技术，其由于无污染绿色能源、产业化程度较高、适用领域广等优点，在移动电源、电动汽车、电动工具、航天航空以及储能等领域均有广泛的运用。
市场上有三类锂离子电池分别为：方形电池，圆柱电池，软包电池。为了提高电动车续航里程以及电池安全能力，目前软包电池在这两方面具有巨大优势。但是由于软包电池的特殊结构，造成制备过程有很多难点，尤其是注液后封口工序问题。由于有电解液附着在铝塑膜上，导致以下几个问题：(1)封装强度不满足，导致漏液，合格率降低，生产成本增加；(2)导致电解液流失大，保液量低，电芯循环性能降低。
因此，现有的软包电池有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种铝塑膜及其制备方法和应用，该铝塑膜由于具有疏水结构的聚丙烯膜，可以降低电解液的附着量，从而减少聚丙烯膜表面电解液的残留，提升铝塑膜的密封性能，大大减少电芯漏液以及提升封装通过率，提高了生产效率，降低生产成本，保证电芯的品质，进而使得具有该铝塑膜的软包电池具有优异的循环稳定性和安全性能。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种铝塑膜。根据本发明的实施例，所述铝塑膜包括：
铝合金基体，所述铝合金基体表面上形成有含有沟槽的疏水结构；
聚丙烯膜，所述聚丙烯膜热压形成在所述疏水结构上。
根据本发明实施例的铝塑膜，通过在铝合金基体表面上形成含有沟槽的疏水结构，再将聚丙烯膜热压形成在疏水结构上，即在铝合金基体表面形成具有疏水结构的聚丙烯膜，该结构的聚丙烯膜可以降低电解液的附着量，从而减少聚丙烯膜表面电解液的残留，提升铝塑膜的密封性能，大大减少电芯漏液以及提升封装通过率，提高了生产效率，降低生产成本，保证电芯的品质，进而使得具有该铝塑膜的软包电池具有优异的循环稳定性和安全性能。
另外，根据本发明上述实施例的铝塑膜还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述沟槽包括曲线和直线中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述聚丙烯膜厚度为60～80μm。
在本发明的一些实施例中，所述沟槽的宽度为10～20μm，深度为20-40μm，相邻所述沟槽的间距为10～20μm。由此，可以显著提高铝塑膜的疏水性能。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备铝塑膜的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
(1)在铝合金基体表面形成碳离子层；
(2)对所述铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀，以便在所述铝合金基体表面形成含有沟槽的疏水结构；
(3)将聚丙烯膜热压形成在所述疏水结构上。
根据本发明实施例的制备铝塑膜的方法，通过在铝合金基体表面上形成碳离子层，然后对铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀，以便在铝合金基体表面形成含有沟槽的疏水结构，再将聚丙烯膜热压形成在疏水结构上，即在铝合金基体表面形成具有疏水结构的聚丙烯膜，该结构的聚丙烯膜可以降低电解液的附着量，从而减少聚丙烯膜表面电解液的残留，提升铝塑膜的密封性能，大大减少电芯漏液以及提升封装通过率，提高了生产效率，降低生产成本，保证电芯的品质，进而使得具有该铝塑膜的软包电池具有优异的循环稳定性和安全性能。
另外，根据本发明上述实施例的制备铝塑膜的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在所述铝合金基体表面形成碳离子层之前，预先对所述铝合金基体表面进行打磨、抛光、清洗和干燥。
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，采用金属蒸汽真空弧源离子将碳原子注入所述铝合金基体表面形成碳离子层，并且碳离子引出电压为45～55KV，所述碳原子注入量为5×1017ions/cm2～6.5×1017ions/cm2。
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，采用激光设备对所述铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀。
在本发明的第三个方面，本发明提出了一种软包电池。根据本发明的实施例，所述软包电池具有上述的铝塑膜或采用上述的方法得到的铝塑膜。由此，该软包电池采用上述具有疏水结构的铝塑膜，使得该软包电池具有优异的循环稳定性和安全性能。
在本发明的第四个方面，本发明提出了一种车辆。根据本发明的实施例，所述车辆具有上述所述的软包电池。由此，使得装载上述软包电池的车辆具有优异的续航里程和安全性能。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的铝塑膜上铝合金基体形成疏水结构的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的铝塑膜的纵截面结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例制备铝塑膜的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种铝塑膜。根据本发明的实施例，参考图1-2，该铝塑膜包括铝合金基体100和聚丙烯膜200。
根据本发明的实施例，参考图1，铝合金基体100表面上形成有含有沟槽11的疏水结构10，并且本申请对该沟槽11的形状等并不进行特别限制，只要能满足疏水效果即可，例如，沟槽11包括曲线和直线中的至少之一，优选地，沟槽的宽度为10～20μm，深度为20-40μm，相邻所述沟槽的间距为10～20μm。发明人发现，沟槽宽度以及间距过大和过小均会导致聚丙烯膜表面对电解液的接触角变小，从而使得其疏水性变差。
同时，本申请对疏水结构10的形状也不进行特别限制，只要能满足疏水效果即可，优选地，多个沟槽11相互交错形成网格形状的疏水结构10。
根据本发明的实施例，参考图2，聚丙烯膜200热压形成在疏水结构10上，即在铝合金基体100表面形成具有疏水结构的聚丙烯膜200，该结构的聚丙烯膜200可以降低电解液的附着量，从而减少聚丙烯膜200表面电解液的残留，提升铝塑膜的密封性能，大大减少电芯漏液以及提升封装通过率，提高了生产效率，降低生产成本，保证电芯的品质，进而使得具有该铝塑膜的软包电池具有优异的循环稳定性和安全性能。进一步地，上述聚丙烯隔膜200的厚度并不受特别限制，只要能热压与疏水结构10贴合即可，优选地，聚丙烯膜200的厚度为60～80μm。发明人发现，若聚丙烯膜厚度低于60μm，热封后残余聚丙烯量少导致铝塑膜封装强度偏低，而若聚丙烯膜厚度高于80μm热封强度无明显变化，提高用量造成浪费。
根据本发明实施例的铝塑膜，通过在铝合金基体表面上形成含有沟槽的疏水结构，再将聚丙烯膜热压形成在疏水结构上，即在铝合金基体表面形成具有疏水结构的聚丙烯膜，该结构的聚丙烯膜可以降低电解液的附着量，从而减少聚丙烯膜表面电解液的残留，提升铝塑膜的密封性能，大大减少电芯漏液以及提升封装通过率，提高了生产效率，降低生产成本，保证电芯的品质，进而使得具有该铝塑膜的软包电池具有优异的循环稳定性和安全性能。
在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备上述铝塑膜的方法。根据本发明的实施例，参考图3，该方法包括：
S100：在铝合金基体表面形成碳离子层
该步骤中，采用金属蒸汽真空弧源离子将碳原子注入铝合金基体表面形成碳离子层，并且碳离子引出电压为45～55KV，所述碳原子注入量为5×1017ions/cm2～6.5×1017ions/cm2。由此，利于得到上述宽度、深度和间距的沟槽。具体的，由于目前直接在金属表面进行规律的刻蚀工艺比较困难，因此本申请通过先在铝合金基体表面形成碳离子层，然后对碳离子层刻蚀形成沟槽，这个方法环保、简单且高效，并且在铝合金基体表面形成碳离子层之前，预先对铝合金基体表面进行打磨和抛光，使得铝合金表面在显微镜下没有划痕，然后对其清洗和干燥。例如利用磨砂纸对铝合金基体表面进行打磨，将打磨好的铝合金基体依次浸入到无水乙醇、丙酮和去离子水中进行超声清洗10～20min，然后再对清洗过后的铝合金基体表面进行抛光处理，最后再进行清洗和干燥。
S200：对铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀
该步骤中，对铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀，以便在铝合金基体表面形成含有沟槽的疏水结构。具体的，采用激光设备对所述铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀，并且激光刻蚀操作过程的条件并不受特别限制，只要能在铝合金基体表面形成宽度为10～20μm，深度为20-40μm的沟槽，并且相邻沟槽的间距为10～20μm即可。
S300：将聚丙烯膜热压形成在疏水结构上
该步骤中，将步骤S200得到的含有疏水结构的铝合金基体表面进行加热，加热温度为165～185℃，然后将聚丙烯膜与加热后的铝合金基体表面的疏水结构进行挤压处理，使得聚丙烯膜与铝合金基体表面的疏水结构贴合，即在铝合金基体表面形成具有疏水结构的聚丙烯膜，该结构的聚丙烯膜可以降低电解液的附着量，从而减少聚丙烯膜表面电解液的残留，提升铝塑膜的密封性能，大大减少电芯漏液以及提升封装通过率，提高了生产效率，降低生产成本，保证电芯的品质，进而使得具有该铝塑膜的软包电池具有优异的循环稳定性和安全性能。
根据本发明实施例的制备铝塑膜的方法，通过在铝合金基体表面上形成碳离子层，然后对铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀，以便在铝合金基体表面形成含有沟槽的疏水结构，再将聚丙烯膜热压形成在疏水结构上，即在铝合金基体表面形成具有疏水结构的聚丙烯膜，该结构的聚丙烯膜可以降低电解液的附着量，从而减少聚丙烯膜表面电解液的残留，提升铝塑膜的密封性能，大大减少电芯漏液以及提升封装通过率，提高了生产效率，降低生产成本，保证电芯的品质，进而使得具有该铝塑膜的软包电池具有优异的循环稳定性和安全性能。需要说明的是，上述针对铝塑膜所描述的特征和优点同样适用于该制备铝塑膜的方法，此处不再赘述。
在本发明的第三个方面，本发明提出了一种软包电池。根据本发明的实施例，所述软包电池具有上述的铝塑膜或采用上述的方法得到的铝塑膜。由此，该软包电池采用上述具有疏水结构的铝塑膜，使得该软包电池具有优异的循环稳定性和安全性能。需要说明的是，上述针对铝塑膜及其制备方法所描述的特征和优点同样适用于该软包电池，此处不再赘述。
在本发明的第四个方面，本发明提出了一种车辆。根据本发明的实施例，所述车辆具有上述所述的软包电池。由此，使得装载上述软包电池的车辆具有优异的续航里程和安全性能。需要说明的是，上述针对软包电池所描述的特征和优点同样适用于该车辆，此处不再赘述。
下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，如果没有明确说明，在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。
实施例1
(1)利用磨砂纸对铝合金基体表面进行打磨，将打磨好的铝合金基体依次浸入到无水乙醇、丙酮和去离子水中进行超声清洗20min，再对清洗过后的铝合金基体表面进行抛光处理，再进行清洗和干燥，然后采用金属蒸汽真空弧源离子将碳原子注入铝合金基体表面形成碳离子层，并且碳离子引出电压为45KV，所述碳原子注入量为5×1017ions/cm2注入时间2min；
(2)激光设备对铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀，在铝合金基体表面形成含有沟槽的疏水结构，其中，沟槽的宽度为20μm，深度为20μm，并且相邻沟槽的间距为20μm，疏水结构形成网格状；
(3)将步骤(2)得到的含有疏水结构的铝合金基体表面进行加热，加热温度为180℃，然后将厚度为80μm的聚丙烯膜与加热后的铝合金基体表面的疏水结构进行挤压处理，使得聚丙烯膜与铝合金基体表面的疏水结构贴合，得到铝塑膜。
实施例2
(1)利用磨砂纸对铝合金基体表面进行打磨，将打磨好的铝合金基体依次浸入到无水乙醇、丙酮和去离子水中进行超声清洗20min，再对清洗过后的铝合金基体表面进行抛光处理，再进行清洗和干燥，然后采用金属蒸汽真空弧源离子将碳原子注入铝合金基体表面形成碳离子层，并且碳离子引出电压为45KV，所述碳原子注入量为6×1017ions/cm2注入时间2min；
(2)激光设备对铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀，在铝合金基体表面形成含有沟槽的疏水结构，其中，沟槽的宽度为10μm，深度为20μm，并且相邻沟槽的间距为15μm，疏水结构形成网格状；
(3)将步骤(2)得到的含有疏水结构的铝合金基体表面进行加热，加热温度为180℃，然后将厚度为80μm的聚丙烯膜与加热后的铝合金基体表面的疏水结构进行挤压处理，使得聚丙烯膜与铝合金基体表面的疏水结构贴合，得到铝塑膜。
实施例3
(1)利用磨砂纸对铝合金基体表面进行打磨，将打磨好的铝合金基体依次浸入到无水乙醇、丙酮和去离子水中进行超声清洗20min，再对清洗过后的铝合金基体表面进行抛光处理，再进行清洗和干燥，然后采用金属蒸汽真空弧源离子将碳原子注入铝合金基体表面形成碳离子层，并且碳离子引出电压为55KV，所述碳原子注入量为5×1017ions/cm2注入时间2min；
(2)激光设备对铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀，在铝合金基体表面形成含有沟槽的疏水结构，其中，沟槽的宽度为15μm，深度为20μm，并且相邻沟槽的间距为15μm，疏水结构形成网格状；
(3)将步骤(2)得到的含有疏水结构的铝合金基体表面进行加热，加热温度为180℃，然后将厚度为80μm的聚丙烯膜与加热后的铝合金基体表面的疏水结构进行挤压处理，使得聚丙烯膜与铝合金基体表面的疏水结构贴合，得到铝塑膜。
实施例4
(1)利用磨砂纸对铝合金基体表面进行打磨，将打磨好的铝合金基体依次浸入到无水乙醇、丙酮和去离子水中进行超声清洗20min，再对清洗过后的铝合金基体表面进行抛光处理，再进行清洗和干燥，然后采用金属蒸汽真空弧源离子将碳原子注入铝合金基体表面形成碳离子层，并且碳离子引出电压为45KV，所述碳原子注入量为6.5×1017ions/cm2注入时间2min；
(2)激光设备对铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀，在铝合金基体表面形成含有沟槽的疏水结构，其中，沟槽的宽度为10μm，深度为20μm，并且相邻沟槽的间距为10μm，疏水结构形成网格状；
(3)将步骤(2)得到的含有疏水结构的铝合金基体表面进行加热，加热温度为180℃，然后将厚度为80μm的聚丙烯膜与加热后的铝合金基体表面的疏水结构进行挤压处理，使得聚丙烯膜与铝合金基体表面的疏水结构贴合，得到铝塑膜。
实施例5
(1)利用磨砂纸对铝合金基体表面进行打磨，将打磨好的铝合金基体依次浸入到无水乙醇、丙酮和去离子水中进行超声清洗20min，再对清洗过后的铝合金基体表面进行抛光处理，再进行清洗和干燥，然后采用金属蒸汽真空弧源离子将碳原子注入铝合金基体表面形成碳离子层，并且碳离子引出电压为45KV，所述碳原子注入量为6.5×1017ions/cm2，注入时间1min；
(2)激光设备对铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀，在铝合金基体表面形成含有沟槽的疏水结构，其中，沟槽的宽度为10μm，深度为10μm，并且相邻沟槽的间距为10μm，疏水结构形成网格状；
(3)将步骤(2)得到的含有疏水结构的铝合金基体表面进行加热，加热温度为180℃，然后将厚度为80μm的聚丙烯膜与加热后的铝合金基体表面的疏水结构进行挤压处理，使得聚丙烯膜与铝合金基体表面的疏水结构贴合，得到铝塑膜。
将实施例1-4得到的铝塑膜上形成疏水结构的聚丙烯膜的一面进行疏水测试，其测试结果如表1所示。
表1
| 接触角(度) | |
| 实施例1 | 153 |
| 实施例2 | 155 |
| 实施例3 | 156 |
| 实施例4 | 150 |
| 实施例5 | 150 |
结论：实施例1-5铝塑膜上聚丙烯膜的接触角均不低于150度，表明其得到的铝塑膜具有优异的疏水性能，可以降低电解液的附着量，从而减少聚丙烯膜表面电解液的残留，提升铝塑膜的密封性能，大大减少电芯漏液以及提升封装通过率，提高了生产效率，降低生产成本，保证电芯的品质，进而使得具有该铝塑膜的软包电池具有优异的循环稳定性和安全性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种铝塑膜，其特征在于，包括：
铝合金基体，所述铝合金基体表面上形成有含有沟槽的疏水结构；
聚丙烯膜，所述聚丙烯膜热压形成在所述疏水结构上。
2.根据权利要求要求1所述的铝塑膜，其特征在于，所述沟槽包括曲线和直线中的至少之一。
3.根据权利要求1或2所述的铝塑膜，其特征在于，所述聚丙烯膜厚度为60～80μm。
4.根据权利要求1所述的铝塑膜，其特征在于，所述沟槽的宽度为10～20μm，深度为20-40μm，相邻所述沟槽的间距为10～20μm。
5.一种制备权利要求1-4中任一项所述的铝塑膜的方法，其特征在于，包括：
(1)在铝合金基体表面形成碳离子层；
(2)对所述铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀，以便在所述铝合金基体表面形成含有沟槽的疏水结构；
(3)将聚丙烯膜热压形成在所述疏水结构上。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述铝合金基体表面形成碳离子层之前，预先对所述铝合金基体表面进行打磨、抛光、清洗和干燥。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，采用金属蒸汽真空弧源离子将碳原子注入所述铝合金基体表面形成碳离子层，并且碳离子引出电压为45～55KV，所述碳原子注入量为5×1017ions/cm2～6.5×1017ions/cm2。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，采用激光设备对所述铝合金基体表面的碳离子层进行刻蚀。
9.一种软包电池，其特征在于，所述软包电池具有权利要求1-4中任一项所述的铝塑膜或采用权利要求5-8中任一项所述的方法得到的铝塑膜。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆具有权利要求9所述的软包电池。
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|---|---|---|---|
| CN202010886899.7A CN112072005A (zh) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 铝塑膜及其制备方法和应用 |
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| CN (1) | CN112072005A (zh) |
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|---|---|---|---|---|
| CN106423789A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-02-22 | 南京理工大学 | 一种耐久性抗冰超疏水涂层及其制备方法 |
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- 2020-08-28 CN CN202010886899.7A patent/CN112072005A/zh active Pending
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