CN114142170A - 一种耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜、铝塑膜及其应用 - Google Patents
一种耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜、铝塑膜及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜、铝塑膜及其应用。耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，包括依次叠加分布的热封基层、芯层和电晕层，电晕层为无规共聚聚丙烯，芯层包括共聚聚丙烯和纳米氮化硅。本发明的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄，在其芯层中引入纳米氮化硅，使具有更高纳米硬度的芯层聚丙烯显示出更高的耐磨性；此外，纳米碳化硅还能作为成核剂改善聚丙烯的结晶性能以增强力学性能；另外，纳米氮化硅的添加，不影响铝塑膜热封层的热封性能及电晕层和胶水间的粘结性能，且提升CPP穿刺性能的同时仍能保有高穿刺强度的芯层和完整的电晕层结构，使其在受到电芯内部毛刺的多次穿刺磨损下，仍能保持较完整的耐电解液流延聚丙烯结构。
Description
技术领域
本发明属于铝塑膜技术领域，具体涉及一种耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜、铝塑膜及其应用。
背景技术
铝塑膜作为软包锂电池的外包装材料，主要应用于3C数码、储能和动力等领域的软包电池封装。
目前，市面通用的干法铝塑膜主要由外层保护层、中间铝箔层和内层热封层构成，且层与层之间通过粘合剂进行结合。其中，外层保护层主要保护中间铝箔层不受刮伤；中间铝箔层主要起阻隔作用，防止水分入侵并阻隔氧气；内层热封层为耐电解液层，主要防止泄露的电解液腐蚀铝箔层。然而，由于电芯的封装需多次抽真空，该过程中电芯中存在的毛刺对内层有刺穿的行为，轻则刺至内层热封层，造成热封层的缺陷，影响铝塑膜的耐电解液性能及电芯的长期耐久性；重则刺穿至铝箔层，使铝箔被电芯内部的电解液腐蚀穿而造成漏液、短路的风险，造成电池的报废。
申请号为CN201810563446.3的专利文献公开了一种锂离子电池软包装用耐穿刺性铝塑复合膜，其铝塑膜结构由上至下依次为防护层、第一粘合层、铝箔层、第二粘合层、石墨烯隔离层、第三粘合层和热封层，通过石墨烯隔离层的设计以提高铝塑复合膜的耐穿刺强度。另外，申请号为CN202022175481.3的专利文献公开了一种铝塑膜，结构由外到内依次包括：防护膜层、铝箔层、茂金属聚乙烯膜层、聚氨酯膜层及聚丙烯膜层，通过茂金属聚乙烯膜层优异的耐穿刺性和聚氨酯膜的韧性协同增强了铝塑膜的耐穿刺性。
现有技术大多通过在铝箔层和热封层间增加高强度的功能层以提升电芯封装过程中耐穿刺性能。然而，当电芯内部的毛刺的穿至热封层时，仍会引起耐电解液热封层的缺陷，进而加快电解液的渗透速率，使其在长期环境中逐步腐蚀铝塑膜并造成漏液等安全隐患。因此，在提升铝塑膜耐穿刺强度的同时提升铝塑膜的耐久性是目前亟需解决难题。
发明内容
基于现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜、铝塑膜及其应用。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，包括依次叠加分布的热封基层、芯层和电晕层，电晕层为无规共聚聚丙烯，芯层包括共聚聚丙烯和纳米氮化硅。
作为优选方案，所述芯层中的共聚聚丙烯与纳米氮化硅的重量份为70～85份：0.5～5份。
作为优选方案，所述电晕层的无规共聚聚丙烯的重量份为15～25份。
作为优选方案，所述热封基层包括以下重量份的组分：无规共聚热封性聚丙烯15～25份、爽滑剂0.2～0.8份、抗静电剂0.05～0.3份。
作为优选方案，耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，其制备工艺，包括以下步骤：
S1、分别将各层材料混合分散均匀，并将其加入三台挤出机中进行熔融塑化；其中，挤出机的加热温度控制在190～240℃；
S2、之后分别经过滤器过滤后进入三层共挤模头，并流延到冷却辊上冷却成膜；
S3、冷却后的薄膜经过退火、电晕层表面电晕处理、收卷，得到耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜。
作为优选方案，耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，厚度为30～80μm。
本发明还提供一种铝塑膜，所述铝塑膜的热封层采用如上任一项方案所述的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜。
作为优选方案，铝塑膜，包括依次叠加分布的外层保护层、外层粘结层、外防腐处理层、铝箔层、内防腐处理层、内层粘结层和热封层。
作为优选方案，所述外层保护层为双向拉伸的尼龙薄膜层，厚度为15～30μm；
外层粘结层的厚度为3～5μm；
外防腐处理层和内防腐处理层为铝箔层的外、内表面经过三价铬钝化剂处理形成的防腐层；
内层粘结层的厚度为3～5μm；
铝箔层的厚度为30～60μm。
本发明还提供如上任一项方案所述的铝塑膜的应用，用于锂电池的封装。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄，在其芯层中引入了具有高强度和优异耐磨性的纳米氮化硅材料，使具有更高纳米硬度的芯层聚丙烯显示出更高的耐磨性；此外，纳米碳化硅还能作为成核剂改善聚丙烯的结晶性能以增强力学性能；而且，在芯层引入了纳米氮化硅，一方面其不影响铝塑膜热封层的热封性能及电晕层和胶水间的粘结性能，另一方面其在提升CPP穿刺性能的同时仍能保有高穿刺强度的芯层和完整的电晕层结构，使其在受到电芯内部毛刺的多次穿刺磨损下，仍能保持较完整的耐电解液流延聚丙烯结构，从而可以使制备的得到的铝塑膜在提升穿刺性能的同时仍具有良好的耐电解液持久性能。
附图说明
图1是本发明实施例1的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜的结构示意图；
图2是本发明实施例1的铝塑膜的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例1：
如图1所示，本实施例的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，包括依次叠加分布的热封基层A、芯层B和电晕层C。
其中，热封基层A包括20质量份的无规共聚热封性聚丙烯、0.5质量份的爽滑剂和0.1质量份的抗静电剂；
芯层B包括80质量份的共聚聚丙烯和0.5质量份的纳米氮化硅；
电晕层C包括20质量份的无规共聚聚丙烯。
另外，本实施例的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜的制备工艺，包括：
将各层材料分别用高速混合机混合使其分散均匀，并将其加入三台挤出机中进行熔融塑化，其中，挤出机的加热温度控制在220℃；之后将热封层、芯层和电晕层分别经过滤器过滤后进入三层共挤模头，并流延到表面光洁的冷却辊上迅速冷却成膜；冷却后的薄膜经过退火、电晕层表面电晕处理、收卷得到耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜。
如图2所示，本实施例的铝塑膜，包括依次叠加分布的外层保护层1、外层粘结层2、外防腐处理层3、铝箔层4、内防腐处理层5、内层粘结层6和热封层7；其中，外层保护层1为双向拉伸的尼龙薄膜层，厚度为25μm；外层粘结层2为市售的双组份铝塑膜复合用聚氨酯胶黏剂，涂布厚度为3μm；外防腐处理层3为三价铬钝化剂处理的防腐层；铝箔层4为O态8021铝箔，厚度为40μm；内防腐处理层5为三价铬钝化剂处理的防腐层；内层粘结层6为市售的双组份铝塑膜复合用改性聚烯烃树脂和异氰酸酯固化剂类胶黏剂，厚度为3μm；热封层7为本实施例的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜层，厚度为80μm。
本实施例的铝塑膜，用于锂电池的封装。
实施例2：
本实施例的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜与实施例1的不同之处在于：
芯层包括80质量份的共聚聚丙烯和2质量份的纳米氮化硅；
其他组分以及工艺同实施例1；
本实施例的铝塑膜的热封层采用本实施例的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，其他结构同实施例1。
实施例3：
本实施例的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜与实施例1的不同之处在于：
芯层包括80质量份的共聚聚丙烯和5质量份的纳米氮化硅；
其他组分以及工艺同实施例1；
本实施例的铝塑膜的热封层采用本实施例的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，其他结构同实施例1。
对比例1：
本对比例的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜与实施例1的不同之处在于：
芯层包括80质量份的共聚聚丙烯，即未添加纳米氮化硅；
其他组分以及工艺同实施例1；
本实施例的铝塑膜的热封层采用本对比例的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，其他结构同实施例1。
以下对实施例1-3以及对比例1的制得的铝塑膜进行性能测试：
(1)铝塑膜的耐穿刺强度
按GB/T 10004-2008中“6.6.13穿刺强度”的规定进行。使用1mm针头，将穿刺针头由热封层一侧开始刺入，读取针头穿透铝塑膜的最大负荷。
(2)铝塑膜的冲深极限
采用模具型号为104050，R角为1.5°，在0.6MPa的压力下进行冲压，检查样品的外观，并用精度为0.01mm的量具测量冲压深度，每隔0.5mm冲深测试铝塑膜的冲深极限。
(3)封装耐电解液性能
将铝塑膜热封成100mm*200mm的电池包(热封厚度控制在热熔20-30％)，注入3g电解液(含水量1000ppm)，并将其放入60℃，90％RH恒温恒湿箱中，观测0天及28天后电池包有无漏液、分层现象并测试其封装强度。
表1实施例1-3以及对比例1的铝塑膜的性能测试结果
由表1可知，本发明在热封层的芯层中引入了具有高强度和优异耐磨性的纳米氮化硅材料，在提升铝塑复合膜穿刺强度的同时仍保持较好的冲深成型性能。此外，观测铝塑膜的封装耐电解液性能，少量纳米氮化硅的引入可以改善聚丙烯的结晶性能以增强CPP的封装强度；同时，在芯层引入了纳米氮化硅材料，其长期的封装耐电解液强度仍保持在同等水平。因此，本发明制得的铝塑膜可以在提升穿刺性能的同时仍具有良好的耐电解液持久性能。
在上述实施例及其替代方案中，耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜的芯层中的共聚聚丙烯的质量份还可以为70份、75份、85份等，纳米氮化硅的重量份还可以为1份、1.5份、2.5份、3份、4份等；热封基层中的无规共聚热封性聚丙烯的质量份还可以为15份、18份、25份等，爽滑剂的质量份还可以为0.2份、0.6份、0.8份等，抗静电剂的质量份还可以为0.05份、0.2份、0.3份等；电晕层的无规共聚聚丙烯的质量份还可以为15份、18份、25份等。
在上述实施例及其替代方案中，挤出机的加热温度还可以在控制在190℃、200℃、210℃、230℃、240℃等。
在上述实施例及其替代方案中，耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜的厚度可以在30～80μm内根据实际应用需求进行设计。
在上述实施例及其替代方案中，外层保护层的厚度还可以在15～30μm内根据实际应用需求进行设计，外层粘结层的厚度还可以在3～5μm内根据实际应用需求进行设计，内层粘结层的厚度还可以在3～5μm内根据实际应用需求进行设计，铝箔层的厚度还可以在30～60μm内根据实际应用需求进行设计。
由于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1-3作为代表说明本发明的优异之处。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，其特征在于，包括依次叠加分布的热封基层、芯层和电晕层，电晕层为无规共聚聚丙烯，芯层包括共聚聚丙烯和纳米氮化硅。
2.根据权利要求1所述的一种耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，其特征在于，所述芯层中的共聚聚丙烯与纳米氮化硅的重量份为70～85份：0.5～5份。
3.根据权利要求2所述的一种耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，其特征在于，所述电晕层的无规共聚聚丙烯的重量份为15～25份。
4.根据权利要求3所述的一种耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，其特征在于，所述热封基层包括以下重量份的组分：无规共聚热封性聚丙烯15～25份、爽滑剂0.2～0.8份、抗静电剂0.05～0.3份。
5.根据权利要求4所述的一种耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，其特征在于，其制备工艺，包括以下步骤：
S1、分别将各层材料混合分散均匀，并将其加入三台挤出机中进行熔融塑化；其中，挤出机的加热温度控制在190～240℃；
S2、之后分别经过滤器过滤后进入三层共挤模头，并流延到冷却辊上冷却成膜；
S3、冷却后的薄膜经过退火、电晕层表面电晕处理、收卷，得到耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜。
6.根据权利要求4所述的一种耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜，其特征在于，厚度为30～80μm。
7.一种铝塑膜，其特征在于，所述铝塑膜的热封层采用如权利要求1-6任一项所述的耐穿刺耐电解液流延聚丙烯薄膜。
8.根据权利要求7所述的铝塑膜，其特征在于，包括依次叠加分布的外层保护层、外层粘结层、外防腐处理层、铝箔层、内防腐处理层、内层粘结层和热封层。
9.根据权利要求8所述的铝塑膜，其特征在于，所述外层保护层为双向拉伸的尼龙薄膜层，厚度为15～30μm；
外层粘结层的厚度为3～5μm；
外防腐处理层和内防腐处理层为铝箔层的外、内表面经过三价铬钝化剂处理形成的防腐层；
内层粘结层的厚度为3～5μm；
铝箔层的厚度为30～60μm。
10.如权利要求7-9任一项所述的铝塑膜的应用，其特征在于，用于锂电池的封装。
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