CN112563631A - 一种电池用包装复合膜 - Google Patents

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王小明
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Abstract

本发明涉及一种电池用包装复合膜，其特征在于，其包含最外侧层；最外侧层为热塑性树脂保护层，在空气氛围中，控制测试环境温度为240℃，使用DHR2对最外侧层进行动态频率扫描，固定最外侧层的扫描应变为1％，对应扫描频率为1rad/s时的复数黏度处于130～380Pa·s的范围内。利用本发明的电池用包装复合膜及其制造方法，能够制造出具有优异的加工成型性的电池用包装材料。

Description

一种电池用包装复合膜
技术领域
本发明涉及铝塑膜生产技术领域，具体的说，是一种电池用包装复合膜。
背景技术
现有技术中，已经出现了各种类型的电池，这些电池中，都需要用包装材料将电极、电解质等电池元件封装起来。目前技术大都使用金属制材料作为电池用包装。近年来，随着摄像机、电动汽车、混合动力电动汽车等的高性能化，对于电池来说，在被要求多样的形状的同时，还被要求薄型化和轻量化。然而，现有技术中使用较多的金属制的电池用包装材料难以追随形状的多样化，而且轻量化也有限度。
因此，作为容易加工成各种各样的形状、且能够实现薄型化和轻质化的电池用包装材料，近年来提出了基材层/粘接层/阻隔层/密封层依次叠层而成的膜状叠层体。在这样的膜状的电池用包装材料中，使密封层彼此相对、利用热封使外周边缘部热熔接以封装电池元件的方式形成。
然而，这样的膜状的包装材料存在比金属制的包装材料薄，在封入电池元件时，利用模具成型形成收纳电池元件的空间时，由于电池用包装膜状材料被拉伸，在模具的凸缘部中，阻隔层容易产生裂纹或针孔，从而导致电解液渗透至金属层而形成金属析出物，其结果，有可能会发生短路，因此，对膜状的电池用包装材料而言，具备在成型时不易产生裂纹或针孔等的特性、即优异的成型性是不可缺少的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电池用包装复合膜。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种电池用包装复合膜，其包含最外侧层；最外侧层为热塑性树脂保护层，在空气氛围中，控制测试环境温度为240℃，使用DHR2对最外侧层进行动态频率扫描，固定最外侧层的扫描应变为1％，对应扫描频率为1rad/s时的复数黏度处于130～380Pa·s的范围内。
DHR2为TA公司制造旋转流变仪注册商标。
具体的为：
一种电池用包装复合膜，包含至少依次具有热塑性树脂保护层，金属阻隔层，热熔合性树脂密封层的叠层体；其最外侧层为热塑性树脂保护层。
所述热塑性树脂保护层的熔融指数处于2～60g/10min的范围内，在空气氛围中，控制测试环境温度为240℃，使用DHR2对最外侧层进行动态频率扫描，固定最外侧层的扫描应变为1％，对应扫描频率为1rad/s时的复数黏度处于135～370Pa·s的范围内。
所述的最外侧层中添加有增塑剂。
所述的增塑剂为超支化聚酯HyperC100。
HyperC100为中国武汉超支化树脂科技有限公司研发的一种高分子量、无挥发、与各种塑料相容性优异的节能环保树脂。它是一种具有超支化结构，并且集增加流动、增加伸长率、提高分散、提高相容、提高填充量、节能环保六种功能为一体的塑料用增塑剂。
所述热塑性树脂保护层的材料为尼龙和增塑剂的混合物，增塑剂的含量为50～2000ppm。
热塑性树脂保护层的厚度为25微米。
所述的热熔合性树脂密封层的原料为树脂，抗氧剂和爽滑剂，树脂由选自聚烯烃、环状聚烯烃、羧酸改性聚烯烃及羧酸改性环状聚烯烃中的至少1种形成。这些树脂中，优选羧酸改性聚烯烃，进一步优选羧酸改性聚丙烯。
所述的热熔合性树脂密封层中的抗氧剂的含量为10～500ppm。
所述的热熔合性树脂密封层中的爽滑剂的含量为300～1000ppm。
所述的热熔合性树脂密封层的厚度为40微米。
所述金属阻隔层的材料为铝箔，其厚度为40微米。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
利用本发明的电池用包装复合膜及其制造方法，能够制造出具有优异的加工成型性的电池用包装材料。
在现有技术中，大都是通过在电池用膜状包装材料的密封层或者基材层的表面涂布酰胺系润滑剂，或者直接在形成材料的树脂中配合酰胺系润滑剂并使其渗出到表面来提高产品的滑动性，从而在一定程度上抑制膜材料成型时裂纹和针孔的产生。但是，通过这种方法，酰胺系润滑剂的涂布量或者添加量不易选择或控制，过少起不到抑制膜材料成型时裂纹和针孔的作用，过多会造成酰胺系润滑剂大量析出从而降低连续生产性。为了解决上述问题，本申请阐述了一种具有高成型性、并且电池的连续生产性优异的电池用包装复合膜，该电池用包装包含最外侧层，最外侧层中添加有有增塑剂(超支化聚酯HyperC100)，作为一种添加型助剂，该增塑剂与最外侧层有优异的相容性，从而减少界面能，提高材料性能的稳定性；并且，该增塑剂是由小分子聚酯构成的，其具有超支化的结构，能够渗入形成所述最外侧层的材料的内部，降低分子链之间的作用力，带动分子链的运动，从而提高其熔融指数，有效改善其柔韧性，最终达到避免产品成型时裂纹和针孔的产生、提高产品加工成型性的目的。
附图说明
图1是本发明之实施例1的电池用包装复合膜的截面结构图。
图2是本发明之实施例8的电池用包装复合膜的截面结构图。
附图中的标记为：
1：热塑性树脂保护层；
2：粘接层；
3：金属阻隔层；
4：粘接层；
5：热熔合性树脂密封层。
具体实施方式
以下提供本发明一种电池用包装复合膜的具体实施方式。
如图1和图2所示的本发明的电池用包装复合膜的结构中，热塑性树脂保护层1中添加有增塑剂(超支化聚酯HyperC100)，在空气氛围中，控制测试环境温度为240℃，使用DHR2对热塑性树脂保护层1进行动态频率扫描，固定热塑性树脂保护层1的扫描应变为1％，对应扫描频率为1rad/s时的复数黏度处于130～380Pa·s的范围内。以下，对本发明的电池用包装复合膜进行详细说明。
DHR2为TA公司制造旋转流变仪注册商标。
电池用包装复合膜的叠层结构
如图1所示，本发明的电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1、粘接层2、金属阻隔层3和热熔合性树脂密封层5的叠层体。在该结构的电池用包装复合膜中，热塑性树脂保护层1为最外侧层，热熔合性树脂密封层5为最内侧层，所述的热塑性树脂保护层1的内侧与金属阻隔层3的外侧通过粘接层2干式复合而粘接为一体。所述的热熔合性树脂密封层5共挤流延于所述金属阻隔层3内层表面热法复合而粘接为一体。在电池组装时，位于电池元件的外周边缘的热熔合性树脂密封层5彼此热熔合将电池元件密封，从而将电池元件封装。
如图2所示，本发明的电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1、粘接层2、金属阻隔层3、粘接层4和热熔合性树脂密封层5的叠层体。在该结构的电池用包装复合膜中，热塑性树脂保护层1为最外侧层，热熔合性树脂密封层5为最内侧层，所述的热塑性树脂保护层1的内侧与金属阻隔层3的外侧通过粘接层2干式复合而粘接为一体。所述的热熔合性树脂密封层5的外层与所述金属阻隔层3的内层通过粘接层4干式复合而粘接为一体。在电池组装时，位于电池元件的外周边缘的热熔合性树脂密封层5彼此热熔合将电池元件密封，从而将电池元件封装。
形成热塑性树脂保护层1的材料：
如图1和图2的本发明的电池用包装复合膜的结构中，热塑性树脂保护层1是作为最外侧的层存在的。形成热塑性树脂保护层1的材料为尼龙和增塑剂的混合物。增塑剂作为一种添加型助剂，能够有效改善热塑性树脂保护层1的柔韧性，从而提高其冲深性能和加工成型性能。
作为增塑剂，本发明选用超支化聚酯HyperC100。
HyperC100为中国武汉超支化树脂科技有限公司研发的一种高分子量、无挥发、与各种塑料相容性优异的节能环保树脂。它是一种具有超支化结构，并且集增加流动、增加伸长率、提高分散、提高相容、提高填充量、节能环保六种功能为一体的塑料用增塑剂。该增塑剂与所述热塑性树脂保护层1有良好的相容性，从而减少界面能，在优化材料性能的同时使材料具有更稳定的用途。其次，该增塑剂是由小分子聚酯构成的，其具有超支化的结构，能够渗入所述热塑性树脂保护层1的内部，降低分子链之间的作用力，带动分子链的运动，从而提高其熔融指数，有效改善其柔韧性，最终实现提高材料冲深性能和加工成型性能的目的，并且该增塑剂的添加量也会对改善本发明的电池用包装复合膜的加工成型起到积极作用。
电池用包装复合膜的用途：
本发明的电池用包装复合膜作为用于密封并收纳正极、负极、电解质等电池元件的包装材料而使用。具体而言，利用本发明的电池用包装复合膜，将至少具有正极、负极和电解质的电池元件以与上述正极和负极分别连接的金属端子向外侧突出的状态、以在电池元件的外周边缘能够形成凸缘部的方式覆盖，将上述凸缘部的热熔合性树脂密封层彼此热封而使其密封，由此形成电池。
本发明的电池用包装复合膜可用于一次电池、二次电池中的任一种，优选为二次电池。对于适用本发明的电池用包装复合膜的二次电池的种类没有特别限制，例如，可以列举锂离子电池、锂离子聚合物电池、铅蓄电池、镍·氢蓄电池等。这些二次电池中，作为本发明的电池用包装复合膜的优选适用对象，可以列举锂离子电池。
实施例1
参考附图1，一种电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1(25微米)、粘接层2(3微米)、金属阻隔层3(40微米)和热熔合性树脂密封层5(40微米)的叠层体。
所述热塑性树脂保护层1的材料为尼龙和增塑剂的混合物，增塑剂的含量为50ppm。
实施例2
一种电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1(25微米)、粘接层2(3微米)、金属阻隔层3(40微米)和热熔合性树脂密封层5(40微米)的叠层体，其结构如实施例1。
所述热塑性树脂保护层1的材料为尼龙和增塑剂的混合物，增塑剂的含量为100ppm。
实施例3
一种电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1(25微米)、粘接层2(3微米)、金属阻隔层3(40微米)和热熔合性树脂密封层5(40微米)的叠层体，其结构如实施例1。
所述热塑性树脂保护层1的材料为尼龙和增塑剂的混合物，增塑剂的含量为500ppm。
实施例4
一种电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1(25微米)、粘接层2(3微米)、金属阻隔层3(40微米)和热熔合性树脂密封层5(40微米)的叠层体，其结构如实施例1。
所述热塑性树脂保护层1的材料为尼龙和增塑剂的混合物，增塑剂的含量为750ppm。
实施例5
一种电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1(25微米)、粘接层2(3微米)、金属阻隔层3(40微米)和热熔合性树脂密封层5(40微米)的叠层体，其结构如实施例1。
所述热塑性树脂保护层1的材料为尼龙和增塑剂的混合物，增塑剂的含量为1000ppm。
实施例6
一种电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1(25微米)、粘接层2(3微米)、金属阻隔层3(40微米)和热熔合性树脂密封层5(40微米)的叠层体，其结构如实施例1。
所述热塑性树脂保护层1的材料为尼龙和增塑剂的混合物，增塑剂的含量为2000ppm。
实施例7
一种电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1(25微米)、粘接层2(3微米)、金属阻隔层3(40微米)和热熔合性树脂密封层5(40微米)的叠层体，其结构如实施例1。
所述热塑性树脂保护层1的材料为尼龙和增塑剂的混合物，增塑剂的含量为2400ppm。
实施例8
参考附图2，一种电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1(25微米)、粘接层2(3微米)、金属阻隔层3(40微米)、粘接层4(5微米)和热熔合性树脂密封层5(40微米)的叠层体。
所述热塑性树脂保护层1的材料为尼龙和增塑剂的混合物，增塑剂的含量为1000ppm。
实施例9
一种电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1(25微米)、粘接层2(3微米)、金属阻隔层3(40微米)、粘接层4(5微米)和热熔合性树脂密封层5(40微米)的叠层体，其结构如实施例8。
所述热塑性树脂保护层1的材料为尼龙和增塑剂的混合物，增塑剂的含量为2400ppm。
对比例1
一种电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1(25微米)、粘接层2(3微米)、金属阻隔层3(40微米)和热熔合性树脂密封层5(40微米)的叠层体，其结构如实施例1。
所述热塑性树脂保护层1的材料为尼龙。
对比例2
一种电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1(25微米)、粘接层2(3微米)、金属阻隔层3(40微米)和热熔合性树脂密封层5(40微米)的叠层体，其结构如实施例1。
所述热塑性树脂保护层1的材料为尼龙和增塑剂的混合物，增塑剂的含量为20ppm。
对比例3
一种电池用包装复合膜包括依次具有热塑性树脂保护层1(25微米)、粘接层2(3微米)、金属阻隔层3(40微米)和热熔合性树脂密封层5(40微米)的叠层体，其结构如实施例1。
所述热塑性树脂保护层1的材料为尼龙和增塑剂的混合物，增塑剂的含量为3000ppm。
使用DHR2对热塑性树脂保护层1进行的复数黏度的测定
使用TA公司制造的DHR2旋转流变仪，对热塑性树脂保护层1进行动态频率扫描测试其复数黏度，具体测试条件为：在空气氛围中，控制测试环境温度为240℃，使用DHR2对所述的热塑性树脂保护层进行动态频率扫描，为了保证测试区间处于其线性粘弹性区域内，固定扫描应变为1％，对应扫描频率为1rad/s时的复数黏度测试结果如表1显示；
成型性能评价：
将上述得到的各电池用包装复合膜裁切成80mm×120mm的四边形，制作样品。使用30mm×50mm的矩形状的由阳模和与该阳模间隙为0.5mm的阴模构成的直模，以热熔合性树脂密封层侧位于阳模侧的方式在阴模上载置上述试验样品，首次以成型深度5mm(若样品无缺陷，依次增加0.5mm)的方式将上述试验样品以0.5MPa的挤压压力按压，进行冷成型。确认成型后的各试验样品有无产生针孔及裂纹，不产生折皱且铝箔不产生针孔、裂纹的最深的成型深度作为该样品的极限成型深度。根据该极限成型深度评价电池用包装材料的成型性，将结果示于表1。
表1
Figure BDA0002213056310000121
表1注释：NY:尼龙；MFR:熔体体积流动速率。
从表1结果显示可以看出，在实施例5和实施例8中的电池用包装复合膜中，热塑性树脂保护层中添加增塑剂(超支化聚酯HyperC100)的含量达到1000ppm时，其能够渗入所述热塑性树脂保护层的内部，并且其超支化的结构能够与构成热塑性树脂保护层的材料充分相容，降低分子链之间的作用力，带动分子链的运动，从而改善其柔韧性，因此，电池用包装复合膜的成型性更佳。
在对比例2中的电池用包装复合膜中，热塑性树脂保护层中添加增塑剂的含量为20ppm时，虽然能够在一定程度上降低材料的熔体体积流动速率及复数黏度，但是，由于增塑剂的含量过少，其效果不足以呈现出来，对于本发明的电池用包装复合膜的成型性而言，没有达到量的变化。
另外，当增塑剂含量较多时，在对比例3中的电池用包装复合膜中，热塑性树脂保护层中添加增塑剂的含量达到3000ppm时，此时，增塑剂含量过多，在构成热塑性树脂保护层的材料中存在分散不均匀的情况，并且有可能破坏其分子链的连续性，从而对其性质造成负面影响，造成电池用包装复合膜的成型性能的劣化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种电池用包装复合膜，其特征在于，其包含最外侧层；最外侧层为热塑性树脂保护层，在空气氛围中，控制测试环境温度为240℃，使用DHR2对最外侧层进行动态频率扫描，固定最外侧层的扫描应变为1％，对应扫描频率为1rad/s时的复数黏度处于130～380Pa·s的范围内。
2.如权利要求1所述的一种电池用包装复合膜，其特征在于，所述热塑性树脂保护层的材料为尼龙和增塑剂的混合物，增塑剂的含量为50～2000ppm。
3.如权利要求2所述的一种电池用包装复合膜，其特征在于，所述的增塑剂为超支化聚酯HyperC100。
4.如权利要求1所述的一种电池用包装复合膜，其特征在于，热塑性树脂保护层的厚度为25微米。
5.如权利要求1所述的一种电池用包装复合膜，其特征在于，所述的电池用包装复合膜，包含至少依次具有热塑性树脂保护层，金属阻隔层，热熔合性树脂密封层的叠层体；其最外侧层为热塑性树脂保护层。
所述热塑性树脂保护层的熔融指数处于2～60g/10min的范围内，在空气氛围中，控制测试环境温度为240℃，使用DHR2对最外侧层进行动态频率扫描，固定最外侧层的扫描应变为1％，对应扫描频率为1rad/s时的复数黏度处于135～370Pa·s的范围内。
6.如权利要求5所述的一种电池用包装复合膜，其特征在于，所述的热熔合性树脂密封层的原料为树脂，抗氧剂和爽滑剂，树脂由选自聚烯烃、环状聚烯烃、羧酸改性聚烯烃及羧酸改性环状聚烯烃中的至少一种形成。
7.如权利要求6所述的一种电池用包装复合膜，其特征在于，所述的树脂为羧酸改性聚烯烃。
8.如权利要求6所述的一种电池用包装复合膜，其特征在于，所述的树脂为羧酸改性聚丙烯。
9.如权利要求6所述的一种电池用包装复合膜，其特征在于，所述的热熔合性树脂密封层中的抗氧剂的含量为10～500ppm。
10.如权利要求6所述的一种电池用包装复合膜，其特征在于，所述的热熔合性树脂密封层中的爽滑剂的含量为300～1000ppm。
11.如权利要求5所述的一种电池用包装复合膜，其特征在于，所述的热熔合性树脂密封层的厚度为40微米。
12.如权利要求5所述的一种电池用包装复合膜，其特征在于，所述的金属阻隔层的材料为铝箔。
13.如权利要求5所述的一种电池用包装复合膜，其特征在于，所述的金属阻隔层的厚度为40微米。
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