CN112280491A - 一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带及其制备方法 - Google Patents

一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池安全保护技术领域，尤其是一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带及其制备方法，极耳胶带由外而内依次为无机纳米粒子溶胶层、抗析出耐摩擦改性cpp层、耐高温高强度改性pp层和茂金属改性pp层，无机纳米粒子溶胶层的厚度为0.5μm~3μm，抗析出耐摩擦改性cpp层的厚度为10~50μm，耐高温高强度改性pp层的厚度为10~100μm，茂金属改性pp层的厚度为10~50μm；本发明中的极耳胶带通过设置耐高温高强度改性pp层以及茂金属改性pp层，增强了极耳胶带的机械性能；通过在耐高温高强度改性pp层上设置一层抗析出耐摩擦改性cpp层，增加了极耳胶的耐磨性，减少了刮擦带来的擦痕，减少极了耳胶后期复合擦痕中隐藏的污渍，延长了使用寿命，增加了电池的安全性。

Description

一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带及其制备 方法
技术领域
本发明涉及电池安全保护技术领域，尤其是一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带及其制备方法。
背景技术
软包锂电池极耳一般由金属带和对称贴于金属带两表面的极耳胶带构成，极耳胶带主要起到绝缘作用，防止金属带与铝塑膜直接接触而形成短路。极耳胶带在运输、使用过程中可能会引起摩擦，在表面形成划痕，在一定环境下，划痕易藏匿灰尘、污垢等，在极耳后期使用过程中，特别是在热封过程中，易会出现极耳胶带与金属片分层或者金属片与电池包装膜中的铝金属短路，导致电池使用安全。
现有极耳胶带具有良好的耐化学腐蚀性能，但其在使用过程中与机器或者其他引起摩擦，出现发白现象，出现擦痕，影响后期外观使用及与金属的粘结性能，为解决“磨花”现象，对其进行耐磨改性；
现有极耳胶带一般采用热塑性弹性体改性的pp材料，虽然增加了极耳胶带的韧性，但同时降低了其拉伸强度，为解决极耳胶带的使用强度，对其进行强度改性。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带，所述极耳胶带由外而内依次为无机纳米粒子溶胶层、抗析出耐摩擦改性cpp层、耐高温高强度改性pp层和茂金属改性pp层。
进一步的，所述无机纳米粒子溶胶层为由仲丁醇铝、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、对甲苯磺酸、乙醇搅拌形成的二氧化硅-氧化铝混合凝胶层，
所述正硅酸乙酯和仲丁醇质量比为(20:80)～(80:20)，硅烷偶联剂的添加量为主体质量的10～30％，对甲苯磺酸的添加量为主体质量的为1～5％，乙醇为稀释剂，质量为主体添加量的15～30倍。
进一步的，所述无机纳米粒子溶胶层的厚度为0.5μm～3μm，所述抗析出耐摩擦改性cpp层的厚度为10～50μm，所述耐高温高强度改性pp层的厚度为10～100μm，所述茂金属改性pp层的厚度为10～50μm。
进一步的，所述抗析出耐摩擦改性cpp层原料为酸改性pp、润滑剂以及抗氧化剂、抗粘连剂中的一种，所述酸改性pp、润滑剂和抗氧化剂或抗黏连剂的质量比为(70～90)：(5～20)：(1～10)。
酸改性pp选用三星道达尔RF402、日本住友Y101、韩国三星HJ400、中石化C1608等中的一种
进一步的，所述润滑剂选用乙撑双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、有机硅中的一种或多种。
进一步的，所述耐高温高强度改性pp层的原料为低熔指高熔点pp粒子和增强剂，低熔指高熔点pp和增强剂的质量比为(80～95)：(5～20)。
低熔指高熔点pp粒子选用燕山石化F1002、T1701、韩国三星CF330、新加坡TPC公司FS5611、日本SunAllomer公司PC480A、北欧化工HD601CF等中的一种。
进一步的，所述增强剂选用硫酸钡、滑石粉、类纤维针状结构硅灰石、有机纤维、无机纤维中的一种或者多种组成。
进一步的，所述茂金属改性pp层的原料选用埃克森美孚BL2281型号、4518pa型号、日本三井化学PN0040型号、道达尔MR2002、MR2007型号中的一种。
本发明的另一个目的是：提供一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带的制备方法，该制备方法具有工艺简单，生产效率高的特点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
无机纳米粒子溶胶制备：将仲丁醇铝和正硅酸乙酯预先混合，然后与硅烷偶联剂、对甲苯磺酸和乙醇按比例配制混合溶液，在磁力搅拌下密封搅拌60～150min，溶液温度保持在室温～40℃，搅拌速度：800～1000r/min；
制备抗析出耐摩擦改性cpp层挤出料：将酸改性pp、润滑剂以及抗氧化剂或抗粘连剂按比例常温～80℃下搅拌，搅拌30～60min，搅拌后加入挤出机料筒A中备用，搅拌速度300～60r/min；
制备耐高温高强度改性pp层挤出料：低熔指高熔点pp和增强剂按比例在常温下搅拌30～60min，搅拌后加入挤出机料筒B中备用，搅拌速度300～600r/min；
制备茂金属改性pp层挤出料：将原料加入挤出机料筒C中备用；
共挤步骤：抗析出耐摩擦改性cpp层、耐高温高强度改性pp层和茂金属改性pp层共挤形成初级极耳胶带；
涂布无机纳米粒子溶胶层：在极耳胶带抗析出耐摩擦改性cpp层表面涂布一层无机纳米粒子溶胶，得到最终极耳胶带。
进一步的，所述共挤步骤中抗析出耐摩擦改性cpp层和茂金属改性pp层的加工温度为：挤出机8段温度设定依次为180/210/220/230/230/240/240/240℃；
耐高温高强度改性pp层的加工温度为：挤出机8段温度设定依次为180/210/230/240/240/250/250/250℃；
挤出机膜头温度为240～250℃，树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根急冷冷却辊形成薄膜，温度在15～30℃，得到初级极耳胶带。
进一步的，所述无机纳米粒子溶胶层的涂布速度为30～80m/min，溶胶层厚度为0.5μm～3μm，涂布后在70～110℃条件下进行烘干。
采用本发明的技术方案的有益效果是：
1、本发明中的极耳胶带通过设置耐高温高强度改性pp层以及茂金属改性pp层，增强了极耳胶带的机械性能；
2、本发明中的极耳胶带通过在耐高温高强度改性pp层上设置一层抗析出耐摩擦改性cpp层，增加了极耳胶的耐磨性，减少了刮擦带来的擦痕，减少极了耳胶后期复合擦痕中隐藏的污渍，延长了使用寿命，增加了电池的安全性。
附图说明
图1为本发明中的抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带的层结构示意图。
图中：1无机纳米粒子溶胶层，2抗析出耐摩擦改性cpp层，3耐高温高强度改性pp层，4茂金属改性pp层。
具体实施方式
现在结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细的说明。下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但是这些实施例不是对本发明保护范围的限制。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
请参阅图1，本发明中的极耳胶带由外而内依次为无机纳米粒子溶胶层1、抗析出耐摩擦改性cpp层2、耐高温高强度改性pp层3和茂金属改性pp层。
无机纳米粒子溶胶层1的厚度为0.5μm～3μm，优选为1μm，太薄的话(低于1μm)起不到耐磨效果、太厚的话容易脱落，超过3μm，成本高，抗析出耐摩擦改性cpp层2的厚度为10～50μm，优选为30μm，耐高温高强度改性pp层3的厚度为10～100μm，优选为40μm，茂金属改性pp层4的厚度为10～50μm，优选为30μm，抗析出耐摩擦改性cpp层2和茂金属改性pp层4太薄的话，粘结性能较差，这两层太厚的话，考虑整体厚度要求，耐高温高强度改性pp层3就薄，起不到耐高温的效果。
实施例一
本实施例中的极耳胶带由外而内依次为无机纳米粒子溶胶层1、抗析出耐摩擦改性cpp层2、耐高温高强度改性pp层3和茂金属改性pp层4；抗析出耐摩擦改性cpp层2、耐高温高强度改性pp层3和茂金属改性pp层4厚度分别为10/80/10μm
其制备方法包括以下步骤：
S1制备抗析出耐摩擦改性cpp层挤出料：酸改性pp三星道达尔RF402：润滑剂乙撑双硬脂酰胺：其他添加剂(抗粘连剂)按照85：10：5质量比，常温下搅拌时间30min，搅拌速度300r/min，搅拌后加入挤出机料筒A中备用，
S2制备耐高温高强度改性pp层挤出料：低熔指高熔点pp日本SunAllomer公司PC480A：增强剂类纤维针状结构硅灰石按照95：5质量比，常温下搅拌30min，搅拌速度为300r/min，搅拌后加入挤出机料筒B中备用；
S3制备茂金属改性pp层挤出料：将日本三井化学PN0040型号加入挤出机料筒C中备用；
S4共挤步骤：设置A、C台挤出机温度180/210/220/230/230/240/240/240℃，B台挤出机温度180/210/230/240/240/250/250/250℃，挤出机膜头温度为250℃，树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根急冷冷却辊形成薄膜得到初步极耳胶带，冷却辊的温度为20℃；
S5无机纳米粒子溶胶制备：将仲丁醇铝和正硅酸乙酯预先混合，然后与硅烷偶联剂、对甲苯磺酸和乙醇按比例配制混合溶液，正硅酸乙酯：仲丁醇质量比80：20，硅烷偶联剂添加质量比比例在10％，对甲苯磺酸添加质量比比例在1％，乙醇为稀释剂，质量为主体添加量的20倍。溶液配制好，在磁力搅拌下密封搅拌100min，搅拌速度1000r/min，溶液温度保持为室温；
S6涂布无机纳米粒子溶胶层1：在抗析出耐摩擦改性cpp层2表面涂布一层无机纳米粒子溶胶，涂布速度在40m/min，溶胶层厚度在1μm，在80℃条件下进行烘干，得到最终极耳胶带。
实施例二
本实施例中的极耳胶带由外而内依次为无机纳米粒子溶胶层1、抗析出耐摩擦改性cpp层2、耐高温高强度改性pp层3和茂金属改性pp层4；抗析出耐摩擦改性cpp层2、耐高温高强度改性pp层3和茂金属改性pp层4厚度分别为20/60/20μm。
上述极耳胶带的制备方包括以下步骤：
S1制备抗析出耐摩擦改性cpp层挤出料：酸改性pp三星道达尔RF402：润滑剂乙撑双硬脂酰胺：抗粘连剂按照80：10：10质量比，常温～80℃下搅拌30min，，搅拌速度为300～1000r/min，搅拌后加入挤出机料筒A中备用；
S2制备耐高温高强度改性pp层挤出料：低熔指高熔点pp日本SunAllomer公司PC480A：增强剂类纤维针状结构硅灰石按照90：10质量比，常温下搅拌30min，搅拌速度为300～1000r/min，搅拌后加入挤出机料筒B中备用；
S3制备茂金属改性pp层挤出料：将日本三井化学PN0040型号加入挤出机料筒C中备用；
S4共挤步骤：设置A、C台挤出机温度180/210/220/230/230/240/240/240℃，B台挤出机温度180/210/230/240/240/250/250/250℃，挤出机膜头温度为250℃，树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根急冷冷却辊形成薄膜，得到初步极耳胶带，冷却辊温度为20℃；
S5无机纳米粒子溶胶制备：将仲丁醇铝和正硅酸乙酯预先混合，然后与硅烷偶联剂、对甲苯磺酸和乙醇按比例配制混合溶液，正硅酸乙酯：仲丁醇质量比55：45，硅烷偶联剂添加质量比比例在20％，对甲苯磺酸添加质量比比例在2％，乙醇为稀释剂，质量为主体添加量的20倍。溶液配制好，在磁力搅拌下密封搅拌100min，搅拌速度1000r/min，溶液温度保持在室温。
S6涂布无机纳米粒子溶胶层1：在抗析出耐摩擦改性cpp层2表面涂布一层无机纳米粒子溶胶，涂布速度在40m/min，溶胶层厚度在1μm，在80℃条件下进行烘干，得到最终极耳胶带。
实施例三
本实施例中的极耳胶带由外而内依次为无机纳米粒子溶胶层1、抗析出耐摩擦改性cpp层2、耐高温高强度改性pp层3和茂金属改性pp层4；抗析出耐摩擦改性cpp层2、耐高温高强度改性pp层3和茂金属改性pp层4厚度分别为40/20/40μm。
上述极耳胶带的制备方包括以下步骤：
S1制备抗析出耐摩擦改性cpp层挤出料：酸改性pp三星道达尔RF402：润滑剂乙撑双硬脂酰胺：抗粘连剂按照75：20：5质量比，常温～80℃下搅拌30min，搅拌速度为300～1000r/min，搅拌后加入挤出机料筒A中备用；
S2制备耐高温高强度改性pp层挤出料：低熔指高熔点pp日本SunAllomer公司PC480A：增强剂类纤维针状结构硅灰石按照80：20质量比，常温下搅拌30min，搅拌速度为300～1000r/min，搅拌后加入挤出机料筒B中备用；
S3制备茂金属改性pp层挤出料：日本三井化学PN0040型号加入挤出机料筒C中备用；
S4共挤步骤：设置A、C台挤出机温度180/210/220/230/230/240/240/240℃，B台挤出机温度180/210/230/240/240/250/250/250℃，挤出机膜头温度为250℃，树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根急冷冷却辊形成薄膜，得到初步极耳胶带，冷却辊的温度为20℃；
S5无机纳米粒子溶胶制备：将仲丁醇铝和正硅酸乙酯预先混合，然后与硅烷偶联剂、对甲苯磺酸和乙醇按比例配制混合溶液，正硅酸乙酯：仲丁醇质量比20：80，硅烷偶联剂添加质量比比例在30％，对甲苯磺酸添加质量比比例在3％，乙醇为稀释剂，质量为主体添加量的20倍。溶液配制好，在磁力搅拌下密封搅拌100min，搅拌速度为1000r/min，溶液温度保持为室温；
S6涂布无机纳米粒子溶胶层1：在抗析出耐摩擦改性cpp层2表面涂布一层无机纳米粒子溶胶，涂布速度在40m/min，溶胶层厚度在1μm，在80℃条件下进行烘干，得到最终极耳胶带。
对比例
(1)酸改性pp三星道达尔RF402加入挤出机料筒A中，
(2)低熔指高熔点pp日本SunAllomer公司PC480A加入挤出机料筒B中，
(3)茂金属改性pp日本三井化学PN0040型号加入挤出机料筒C中，
(4)设置A、C台挤出机温度180/210/220/230/230/240/240/240℃，B台挤出机温度180/210/230/240/240/250/250/250℃，挤出机膜头温度为250℃，
(5)树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根急冷冷却辊(温度在20℃)形成薄膜，得到极耳胶带。
抗析出耐摩擦改性cpp层2、茂金属改性pp层4、第二耐高温高强度改性pp层厚度分别为20/20/60μm。
对实施例1-3以及对比例中极耳胶带的摩擦系数、磨损量、拉伸强度和断裂伸长率进行检测，塑料薄膜和薄片摩擦系数测定方法GB/T 10006，塑料拉伸性能的测定GB/T1040.3-2006，塑料滑动摩擦磨损试验方法GB T 3960-2016。具体检测结果见表1。
表1
摩擦系数 磨损量 拉伸强度 断裂伸长率
对比例 0.5 2.44％ 30MPa 500％
实施例一 0.2 0.88％ 45MPa 800％
实施例二 0.2 0.78％ 50MPa 900％
实施例三 0.2 0.80％ 46MPa 850％
由表中的数据可以得出的结论是：
在抗析出耐摩擦改性cpp层中加入润滑剂和其他添加剂后，可以降低极耳胶带的摩擦系数以及磨损量。
在耐高温高强度改性pp层中加入增强剂可以显著提高极耳胶带的拉伸强度和断裂伸长率。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (11)

1.一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带，其特征在于：所述极耳胶带由外而内依次为无机纳米粒子溶胶层、抗析出耐摩擦改性cpp层、耐高温高强度改性pp层和茂金属改性pp层。
2.根据权利要求1所述的一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带，其特征在于：所述无机纳米粒子溶胶层为由仲丁醇铝、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、对甲苯磺酸、乙醇搅拌形成的二氧化硅-氧化铝混合凝胶层，
所述正硅酸乙酯和仲丁醇质量比为（20:80）~（80:20），硅烷偶联剂的添加量为主体质量的10~30%，对甲苯磺酸的添加量为主体质量的为1~5%，乙醇为稀释剂，质量为主体添加量的15~30倍。
3.根据权利要求1所述的一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带，其特征在于：所述无机纳米粒子溶胶层的厚度为0.5μm~3μm，所述抗析出耐摩擦改性cpp层的厚度为10~50μm，所述耐高温高强度改性pp层的厚度为10~100μm，所述茂金属改性pp层的厚度为10~50μm。
4.根据权利要求1所述的一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带，其特征在于：所述抗析出耐摩擦改性cpp层原料为酸改性pp、润滑剂以及抗氧化剂、抗粘连剂中的一种，所述酸改性pp、润滑剂和抗氧化剂或抗黏连剂的质量比为（70~90）：（5~20）：（1~10）。
5.根据权利要求4所述的一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带，其特征在于：所述润滑剂选用乙撑双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、有机硅中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带，其特征在于：所述耐高温高强度改性pp层的原料为低熔指高熔点pp粒子和增强剂，低熔指高熔点pp和增强剂的质量比为（80~95）：（5~20）。
7.根据权利要求5所述的一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带，其特征在于：所述增强剂选用硫酸钡、滑石粉、类纤维针状结构硅灰石、有机纤维、无机纤维中的一种或者多种组成。
8.根据权利要求1所述的一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带，其特征在于：所述茂金属改性pp层的原料选用埃克森美孚BL2281型号、4518pa型号、日本三井化学PN0040型号、道达尔MR2002、MR2007型号中的一种。
9.如权利要求1-6中任一项所述的一种抗析出耐摩擦高强度软包电池极耳用极耳胶带的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
无机纳米粒子溶胶制备：将仲丁醇铝与正硅酸乙酯预先混合，然后与硅烷偶联剂、对甲苯磺酸和乙醇按比例配制混合溶液，在磁力搅拌下密封搅拌60~150min，溶液温度保持在室温~40℃；
制备抗析出耐摩擦改性cpp层挤出料：将酸改性pp、润滑剂以及抗氧化剂或抗粘连剂按比例常温~80℃下搅拌，搅拌30~60min，搅拌后加入挤出机料筒A中备用；
制备耐高温高强度改性pp层挤出料：低熔指高熔点pp和增强剂按比例在常温下搅拌30~60min，搅拌后加入挤出机料筒B中备用；
制备茂金属改性pp层挤出料：将原料加入挤出机料筒C中备用；
共挤步骤：抗析出耐摩擦改性cpp层、耐高温高强度改性pp层和茂金属改性pp层共挤形成初级极耳胶带；
涂布无机纳米粒子溶胶层：在极耳胶带抗析出耐摩擦改性cpp层表面涂布一层无机纳米粒子溶胶，得到最终极耳胶带。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述共挤步骤中抗析出耐摩擦改性cpp层和茂金属改性pp层的加工温度为：挤出机8段温度设定依次为180/210/220/230/230/240/240/240℃；
耐高温高强度改性pp层的加工温度为：挤出机8段温度设定依次为180/210/230/240/240/250/250/250℃；
挤出机膜头温度为240~250℃，树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根急冷冷却辊形成薄膜，得到初级极耳胶带。
11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述无机纳米粒子溶胶层的涂布速度为30~80m/min，溶胶层厚度为0.5μm~3μm，涂布后在70~110℃条件下进行烘干。
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