CN113745717A - 一种散热性能优异的电池软包装材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种散热性能优异的电池包装材料，从外至内依次包括导热胶层、不锈钢箔层、粘结剂层和最内层。本发明利用不锈钢箔替代铝塑膜中的铝箔，同时省去了外粘结层以及用散热能力优异的导热胶层来替代尼龙层，极大的优化了传统软包装电池装散热性能差的问题，从而降低了电池发生热失控的风险，避免电池发生爆炸的可能；提高了电池软包装产品安全性能。
Description
技术领域
本发明属于电池软包装材料领域，具体涉及一种散热性优异的电池软包装材料。
背景技术
通过层压不同的片材得到各种不同类型的叠层构造体，再对其加工得到各种包装袋体，这些袋体主要被用作包装材料。作为电池用包装袋，大多使用金属制的包装材料，但是近年来，伴随着电动汽车、笔记本电脑、手机、相机等的高性能化，对电池要求各种各样的形状，并且要求重量轻、体积薄。然而，在之前大多使用的金属制电池用包装材料中，难以保证形状的多样化、轻型化和薄型化。
因此，具有形状多样化、轻型化和薄型化的锂电池软包装材料应运而生。铝塑膜是软包电池的关键组成部分，占据其成本的18％左右。铝塑膜通常由尼龙层、铝箔层、PP层以及粘结剂层构成。而铝箔层较软，使得整个软包装材料硬度不够，对电池膨胀和内部产生气体时无法施加一定的压力，容易加剧电池极化和老化。
从未来的发展趋势来看，电池的安全性能越来越受到大家的关注，可以说安全性是电池最重要的一个标准。电池的安全性往往是因为电池内部热失控，导致温度过高而引起爆炸。传统的软包电池最外层一般是尼龙层构成，但是尼龙层自身导热系数低，散热性能不好；所以对于软包电池来说，其内部的散热性能依然有待改善。
本发明要解决的是现有电池包装材料用的铝箔为金属箔层较软易变形，对电池膨胀和内部产生气体时无法施加一定的压力，易加剧电池极化和老化，以及电池包装材料受外层尼龙材料限制散热性能能差的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的如电池包装材料用的金属箔层多为铝箔，铝箔较软容易变形，对电池膨胀和内部产生气体时无法施加一定的压力，易加剧电池极化和老化，以及电池包装材料受外层尼龙材料限制散热不足之处，提供一种散热性能优异的电池软包装材料及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案之一在于提供一种散热性能优异的电池软包装材料，从外至内依次包括导热胶层、不锈钢箔层、粘结剂层和热封性材料组成的最内层。
在本发明一较佳实施例中，所述导热胶层厚度为5～50μm；所述导热胶为环氧树脂导热胶、有机硅导热胶、聚氨酯导热胶中的一种。
在本发明一较佳实施例中，所述不锈钢箔层厚度为20～40μm。
在本发明一较佳实施例中，所述粘结剂层采用聚烯烃树脂为粘接剂，粘结剂层的厚度为1～5μm。
在本发明一较佳实施例中，所述最内层的热封性材料为酸改性聚烯烃树脂、聚丙烯树脂、乙烯与丙烯酸衍生物的共聚物和乙烯与甲基丙烯酸衍生物的共聚物中的一种。
在本发明一较佳实施例中，所述最内层的热封性材料厚度40～80μm。
本发明采用的技术方案之二在于提供一种散热性能优异的电池软包装材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)不锈钢箔层预处理：将不锈钢箔层经过碱洗除油、水洗、酸洗中和和水洗，得到表面洁净的不锈钢箔层；
(2)导热胶层的制备：在表面洁净的不锈钢箔层外表面辊涂导热胶，经过高温固化得到厚度为5～50μm的导热胶层；
(3)粘结剂层的形成：将粘结剂均匀的涂在经步骤(2)处理过的不锈钢箔层内表面，形成粘结剂层，粘结剂层的厚度为1～5μm；
(4)不锈钢箔复合材料的制备：将热封性材料复合于步骤(3)中形成的粘结剂层表面，得到最内层，从而制得半成品的锂电池钢塑膜；再将半成品于50～100℃老化加热2～5天，由此得到不锈钢箔复合材料。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(2)中高温固化的温度是150～400℃，固化时间是12～48h。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(4)中用到的复合方法是干式层压法或挤出成型的方法。
本发明技术方案与背景技术相比，具有如下有益效果：
1.本发明提供的散热性能优异的不锈钢箔复合材料，在不锈钢箔外表面增加了导热胶层，导热胶具有优异的导热性能；固化后的导热胶不锈钢箔复合材料改善了传统锂电池软包装散热性能差的问题，降低了电池发生热失控的风险，能够避免电池发生爆炸的可能。
2.本发明提供的散热性能能优异的不锈钢箔复合材料，省去了传统锂离子电池软包装材料的外粘结层和保护层，传统的保护层通常由尼龙层构成，其导热性能差，散热性能欠佳。
3.本发明用不锈钢箔替代了铝箔；不锈钢箔不易变形且有一定的硬度，对电池膨胀和内部产生气体时能够施加一定的压力，避免了用铝箔易加剧电池极化和老化的情况。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例中池用不锈钢箔复合材料的结构示意图。
其中：1-导热胶层；2-不锈钢箔层；3-粘结剂层；4-最内层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将通过实施例对本发明的内容进行更详细地描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
本发明涉及一种散热性能优异的电池软包装材料，从外至内依次包括导热胶层、不锈钢箔层、粘结剂层和热封性材料组成的最内层。
1.导热胶层：导热胶主要由树脂基体(环氧树脂、有机硅和聚氨酯等)和导热填料组成。其具有优良的导热系数(1～12W/(m·℃))和优越的耐老化、防震性，此外导热胶具有良好的粘结强度，同时具有优异的密封性和固化速度快、易于挤出和优异的耐高低温性能等优点。常用的导热胶有环氧树脂导热胶、有机硅导热胶、聚氨酯导热导电胶等；环氧树脂导热胶因为粘结性能好、无毒、易加工成型、收缩率低、机械性能优异等特点，成为应用最为广泛的聚合物材料。
2.粘接剂层：粘结剂层：本发明的电池用包装材料中，粘结剂层是为了使不锈钢箔层2和最内层4牢固粘接而在它们之间根据需要设置的层
。作为粘结剂层中所使用的粘接剂成分，优选列举聚烯烃树脂、进一步优选列举羧酸改性聚烯烃、特别优选列举羧酸改性聚丙烯。
关于粘接剂层的厚度，只要能够发挥作为粘接层的功能即可，没有特别限制，从钢塑膜的薄膜化、轻质化的观点考虑，上述粘接剂层的厚度可以优选列举1～5μm左右。
3.不锈钢箔层：在电池用包装材料中，不锈钢箔层2是提高电池用包装材料的强度、并且作为用于防止水蒸气、氧、光等侵入电池内部的阻隔层。
不锈钢箔层2的厚度只要能够发挥作为水蒸气等的阻隔层的功能即可，没有特别限制，例如可以为20～40μm。
另外，为了粘接的稳定化、防止溶解或腐蚀等，优选对不锈钢箔层2的至少一个表面或两个表面实施化学法表面处理。化学表面处理是指在不锈钢箔层的表面形成耐腐蚀性膜的处理。作为化学表面处理，例如可以列举：使用硝酸铬、氟化铬、硫酸铬、乙酸铬、草酸铬、磷酸二氢铬、铬酸乙酰乙酸酯、氯化铬、硫酸钾铬等铬酸盐处理；优选硝酸铬、氟化铬。
4.最内层：最内层的作用是使得针对电池中使用的腐蚀性强的电解液等具备优异的耐化学药品性，并且赋予钢塑膜热封性。
最内层使用的树脂成分，没有特别限制，可以列举例如聚烯烃、环状聚烯烃、酸改性聚烯烃、酸改性环状聚烯烃。即最内层可以包含聚烯烃骨架，且优选包含聚烯烃骨架。如可以利用傅立叶红外光谱法、气相色谱-质谱法等进行分析，分析方法没有特别限定。例如在利用傅立叶红外光谱法测定马来酸酐改性聚烯烃时，在波数1760cm-1附近和波数1780cm-1附近检测出来自马来酸酐的峰。其中，在酸改性度低时，峰减小，有时检测不出来。此时，可以利用核磁共振光谱法进行分析。
作为上述聚烯烃，具体可以列举：低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯等聚乙烯；均聚丙烯、聚丙烯的嵌段共聚物(例如丙烯与乙烯的嵌段共聚物)、聚丙烯的无规共聚物(例如丙烯与乙烯的无规共聚物)等聚丙烯；乙烯－丁烯－丙烯的三元聚合物等。这些聚烯烃之中，优选列举聚乙烯和聚丙烯。
上述环状聚烯烃为烯烃与环状单体的共聚物，作为上述环状聚烯烃的构成单体的烯烃，可以列举例如乙烯、丙烯、4－甲基－1－戊烯、丁二烯、异戊二烯等。另外，作为上述环状聚烯烃的构成单体的环状单体，可以列举例如降冰片烯等环状烯，具体可以列举环戊二烯、二环戊二烯、环己二烯、降冰片二烯等环状二烯等。这些聚烯烃中，优选列举环状烯，进一步优选列举降冰片烯。
上述酸改性聚烯烃是通过利用羧酸等酸成分将上述聚烯烃嵌段聚合或接枝聚合而改性得到的聚合物。作为改性所使用的酸成分，可以列举例如马来酸、丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、马来酸酐、衣康酸酐等的羧酸或其酸酐。
上述酸改性环状聚烯烃是通过将构成环状聚烯烃的单体的一部分替换成α,β－不饱和羧酸或其酸酐进行共聚、或者通过使α,β－不饱和羧酸或其酸酐与环状聚烯烃嵌段聚合或接枝聚合而得到的聚合物。被羧酸改性的环状聚烯烃同上。另外，作为改性所使用的羧酸，与上述聚烯烃的改性所使用的酸成分同样。
这些树脂成分中，优选列举聚丙烯等聚烯烃、羧酸改性聚烯烃，进一步优选列举聚丙烯、酸改性聚丙烯。
最内层可以单独由1种树脂成分形成，还可以由将2种以上的树脂成分组合而成的掺混聚合物形成。另外，热封层可以仅由1层形成，还可以利用相同或不同的树脂成分由2层以上形成。
最内层的厚度，没有特别限制，从使电池用钢塑膜薄型化、并且发挥优异的成型性的观点出发，减少树脂使用量，实现成本的降低，最内层的厚度列举40-80μm左右。
5.制备方法：
首先对不锈钢箔层进行预处理，将不锈钢箔层经过碱洗除油、水洗、酸洗中和和水洗，得到表面洁净的不锈钢箔层；然后在表面洁净的不锈钢箔层内表面辊涂导热胶，经过150～400℃高温固化12～48h，从而得到厚度为5～50μm的导热胶层；然后将热封性材料通过干式层压法或挤出成型的方法复合于步骤(3)形成的粘结剂层表面，从而得到最内层，制得半成品的锂电池钢塑膜；最后将半成品于50～100℃老化加热2～5天由此得到到图1所示结构的不锈钢箔复合材料，包括由外至内依次层叠的导热胶层1、不锈钢箔2、粘结剂层3和最内层4的层叠体而形成的电池用不锈钢箔复合材料。
实施例1
一种散热性能优异的新型电池包装材料，从外至内依次包括导热胶层、不锈钢箔层、粘结剂层和最内层；导热胶层厚度为5μm，不锈钢箔层厚度为20μm，粘结剂层厚度为3μm，最内层为聚丙烯树脂PP层，厚度为40μm。
具体制备步骤如下：
将厚度为20μm的不锈钢箔经过碱洗除油，水洗，酸洗中和，水洗，得到干净的不锈钢箔层；然后在不锈钢箔层外表面辊涂环氧树脂导热胶，经过400℃高温固化24h，从而得到厚度为5μm的导热胶层；接着将聚烯烃树脂粘结剂匀的涂在不锈钢箔层内表面，粘结剂在不锈钢箔层内表面形成粘结剂层，控制粘结剂的用量，使粘结剂层厚度为3μm，并将厚度为40μm的聚丙烯树脂PP层(即最内层)干式层压复合于粘结层表面，得到最内层，从而形成半成品的锂电池钢塑膜；最后将半成品于75℃老化加热4天，由此得到图1所示结构的电池用不锈钢箔复合材料，包括由外至内依次层叠的导热胶层1、不锈钢箔层2、粘接剂层3和最内层4。
实施例2
一种散热性能优异的新型电池包装材料，从外至内依次包括导热胶层、不锈钢箔层、粘结剂层和最内层；导热胶层厚度为25μm，不锈钢箔层厚度为20μm，粘结剂层厚度为3μm，最内层为聚丙烯树脂PP层，厚度为80μm。
具体制备步骤如下：
将厚度为20μm的不锈钢箔经过碱洗除油，水洗，酸洗中和，水洗，得到干净的不锈钢箔层；然后在不锈钢箔层外表面辊涂环氧树脂导热胶，经过400℃高温固化24h，从而得到厚度为25μm的导热胶层；接着将聚烯烃树脂粘结剂匀的涂在不锈钢箔层内表面，粘结剂在不锈钢箔层内表面形成粘结剂层，控制粘结剂的用量，使粘结剂层厚度为3μm，并将厚度为80μm的聚丙烯树脂PP层(即最内层)干式层压复合于粘结剂层表面，得到最内层，从而形成半成品的锂电池钢塑膜；最后将半成品于75℃老化加热4天，由此得到图1所示结构的电池用不锈钢箔复合材料，包括由外至内依次层叠的导热胶层1、不锈钢箔层2、粘接剂层3和最内层4。
实施例3
一种散热性能优异的新型电池包装材料，从外至内依次包括导热胶层、不锈钢箔层、粘结剂层和最内层；导热胶层厚度为5μm，不锈钢箔层厚度为40μm，粘结剂层厚度为3μm，最内层为聚丙烯树脂PP层，厚度为40μm。
具体制备步骤如下：
将厚度为40μm的不锈钢箔经过碱洗除油，水洗，酸洗中和，水洗，得到干净的不锈钢箔层；然后在不锈钢箔层外表面辊涂环氧树脂导热胶，经过400℃高温固化36h，从而得到厚度为5μm的导热胶层；接着将聚烯烃树脂粘结剂匀的涂在不锈钢箔层内表面，粘结剂在不锈钢箔层内表面形成粘结剂层，控制粘结剂的用量，使粘结剂层厚度为3μm，并将厚度为40μm的聚丙烯树脂PP层(即最内层)干式层压复合于粘结剂层表面，得到最内层，从而形成半成品的锂电池钢塑膜；最后将半成品于75℃老化加热4天，由此得到图1所示结构的电池用不锈钢箔复合材料，包括由外至内依次层叠的导热胶层1、不锈钢箔层2、粘接剂层3和最内层4。
实施例4
一种散热性能优异的新型电池包装材料，从外至内依次包括导热胶层、不锈钢箔层、粘结剂层和最内层；导热胶层厚度为25μm，不锈钢箔层厚度为40μm，粘结剂层厚度为3μm，最内层为聚丙烯树脂PP层，厚度为80μm。
具体制备步骤如下：
将厚度为40μm的不锈钢箔经过碱洗除油，水洗，酸洗中和，水洗，得到干净的不锈钢箔层；然后在不锈钢箔层外表面辊涂环氧树脂导热胶，经过400℃高温固化36h，从而得到厚度为25μm的导热胶层；接着将聚烯烃树脂粘结剂匀的涂在不锈钢箔层内表面，粘结剂在不锈钢箔层内表面形成粘结剂层，控制粘结剂的用量，使粘结剂层厚度为3μm，并将厚度为80μm的聚丙烯树脂PP层(即最内层)干式层压复合于粘结剂层表面，形成半成品的锂电池钢塑膜；最后将半成品于75℃老化加热4天，由此得到图1所示结构的电池用不锈钢箔复合材料，包括由外至内依次层叠的导热胶层1、不锈钢箔层2、粘接剂层3和最内层4。
实施例5
一种散热性能优异的新型电池包装材料，从外至内依次包括导热胶层、不锈钢箔层、粘结剂层和最内层；导热胶层厚度为50μm，不锈钢箔层厚度为40μm，粘结剂层厚度为3μm，最内层为聚丙烯树脂PP层，厚度为40μm。
具体制备步骤如下：
将厚度为40μm的不锈钢箔经过碱洗除油，水洗，酸洗中和，水洗，得到干净的不锈钢箔层；然后在不锈钢箔层外表面辊涂环氧树脂导热胶，经过400℃高温固化36h，从而得到厚度为25μm的导热胶层；接着将聚烯烃树脂粘结剂匀的涂在不锈钢箔层内表面，粘结剂在不锈钢箔层内表面形成粘结剂层，控制粘结剂的用量，使粘结剂层厚度为3μm，并将厚度为40μm的聚丙烯树脂PP层(即最内层)干式层压复合于粘结剂层表面，得到最内层，从而形成半成品的锂电池钢塑膜；最后将半成品于75℃老化加热4天，由此得到图1所示结构的电池用不锈钢箔复合材料，包括由外至内依次层叠的导热胶层1、不锈钢箔层2、粘接剂层3和最内层4。
实施例6
一种散热性能优异的新型电池包装材料，从外至内依次包括导热胶层、不锈钢箔层、粘结剂层和最内层；导热胶层厚度为25μm，不锈钢箔层厚度为40μm，粘结剂层厚度为3μm，最内层为聚丙烯树脂PP层，厚度为80μm。
具体制备步骤如下：
将厚度为40μm的不锈钢箔经过碱洗除油，水洗，酸洗中和，水洗，得到干净的不锈钢箔层；然后在不锈钢箔层外表面辊涂环氧树脂导热胶，经过400℃高温固化36h，从而得到厚度为25μm的导热胶层；接着将聚烯烃树脂粘结剂匀的涂在不锈钢箔层内表面，粘结剂在不锈钢箔层内表面形成粘结剂层，控制粘结剂的用量，使粘结剂层厚度为3μm，并将厚度为40μm的聚丙烯树脂PP层(即最内层)干式层压复合于粘结剂层表面，得到最内层，从而形成半成品的锂电池钢塑膜；最后将半成品于75℃老化加热4天，由此得到图1所示结构的电池用不锈钢箔复合材料，包括由外至内依次层叠的导热胶层1、不锈钢箔层2、粘接剂层3和最内层4。
实施例7
一种散热性能优异的新型电池包装材料，从外至内依次包括导热胶层、不锈钢箔层、粘结剂层和最内层；导热胶层厚度为50μm，不锈钢箔层厚度为20μm，粘结剂层厚度为3μm，最内层为聚丙烯树脂PP层，厚度为80μm。
具体制备步骤如下：
将厚度为20μm的不锈钢箔经过碱洗除油，水洗，酸洗中和，水洗，得到干净的不锈钢箔层；然后在不锈钢箔层外表面辊涂环氧树脂导热胶，经过300℃高温固化36h，从而得到厚度为25μm的导热胶层；接着将聚烯烃树脂粘结剂匀的涂在不锈钢箔层内表面，粘结剂在不锈钢箔层内表面形成粘结剂层，控制粘结剂的用量，使粘结剂层厚度为3μm，并将厚度为40μm的聚丙烯树脂PP层(即最内层)干式层压复合于粘结剂层表面，得到最内层，从而形成半成品的锂电池钢塑膜；最后将半成品于75℃老化加热4天，由此得到图1所示结构的电池用不锈钢箔复合材料，包括由外至内依次层叠的导热胶层1、不锈钢箔层2、粘接剂层3和最内层4。
实施例8
一种散热性能优异的新型电池包装材料，从外至内依次包括导热胶层、不锈钢箔层、粘结剂层和最内层；导热胶层厚度为25μm，不锈钢箔层厚度为20μm，粘结剂层厚度为3μm，最内层为聚丙烯树脂PP层，厚度为40μm。
具体制备步骤如下：
将厚度为20μm的不锈钢箔经过碱洗除油，水洗，酸洗中和，水洗，得到干净的不锈钢箔层；然后在不锈钢箔层外表面辊涂环氧树脂导热胶，经过200℃高温固化36h，从而得到厚度为25μm的导热胶层；接着将聚烯烃树脂粘结剂匀的涂在不锈钢箔层内表面，粘结剂在不锈钢箔层内表面形成粘结剂层，控制粘结剂的用量，使粘结剂层厚度为3μm，并将厚度为40μm的聚丙烯树脂PP层(即最内层)干式层压复合于粘结剂层表面，得到最内层，从而形成半成品的锂电池钢塑膜；最后将半成品于75℃老化加热4天，由此得到图1所示结构的电池用不锈钢箔复合材料，包括由外至内依次层叠的导热胶层1、不锈钢箔层2、粘接剂层3和最内层4。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种散热性能优异的电池包装材料，其特征在于，包括：从外至内依次设置导热胶层、不锈钢箔层、粘结剂层和热封性材料组成的最内层。
2.根据权利要求1所述的一种散热性能优异的电池包装材料，其特征在于：所述导热胶层厚度为5～50μm；所述导热胶为环氧树脂导热胶、机硅导热胶、聚氨酯导热胶中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种散热性能优异的电池包装材料，其特征在于：所述不锈钢箔层厚度为20～40μm。
4.根据权利要求1所述的一种散热性能优异的电池包装材料，其特征在于：所述粘结剂层的厚度为1～5μm。
5.根据权利要求1所述的一种散热性能优异的电池包装材料，其特征在于：所述粘结剂层采用聚烯烃系为粘接剂。
6.根据权利要求1所述的一种散热性能优异的电池包装材料，其特征在于：所述最内层的热封性材料为酸改性聚烯烃树脂、聚丙烯树脂、乙烯与丙烯酸衍生物的共聚物和乙烯与甲基丙烯酸衍生物的共聚物中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种散热性能优异的电池包装材料，其特征在于：所述最内层的热封性材料厚度40～80μm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种散热性能优异的电池软包装材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)不锈钢箔层预处理：将不锈钢箔层经过碱洗除油、水洗、酸洗中和和水洗，得到表面洁净的不锈钢箔层。
(2)导热胶层的制备：在表面洁净的不锈钢箔层外表面辊涂导热胶，经过高温固化得到厚度为5～50μm的导热胶层。
(3)粘结剂层的形成：将粘结剂均匀的涂在经步骤(2)处理过的不锈钢箔层内表面，形成粘结剂层，粘结剂层的厚度为1～5μm。
(4)不锈钢箔复合材料的制备：将热封性材料复合于步骤(3)中形成的粘结剂层表面，得到最内层，制得半成品的锂电池钢塑膜；再将半成品于50～100℃老化加热2～5天，由此得到不锈钢箔复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种散热性能优异的电池包装材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中高温固化的温度是15～400℃，固化12～48h。
10.根据权利要求7所述的一种散热性能优异的电池包装材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中用到的复合方法是干式层压法或挤出成型的方法。
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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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211203 |
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