CN114196297B - 一种用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层及其制备方法，所述用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层包括如下重量份原料：20‑40份的树脂、1‑5份的交联剂、1‑5份的附着力促进剂；所述树脂分子链上包括羧基和/或酯基，室温可交联。该可印刷涂层对双面胶具有很强的粘接强度，保证了锂离子电池的可靠性；对UV油墨附着力强，不易掉墨；能够耐硅转移，在使用中不影响包裹膜的表面能和印刷效果。

Description

一种用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于涂层领域，尤其涉及一种用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层及其制备方法。
背景技术
目前将锂离子电池固定在电池仓上的固定方式主要有两种：1.通过具有粘接性能的双面胶直接将锂离子电池粘接到电子设备的电池仓内。该方式中，锂离子电池的表面与双面胶直接粘接，在锂离子电池维修和更换时，需要将锂离子电池从电池仓内拉出，如果操作不当容易使锂离子电池的表面被双面胶拉扯变形、起皱、破损等。表面破损的锂离子电池再次使用时容易出现发热鼓胀，使得锂离子电池在维修和更换后的使用的过程中出现安全隐患，甚至导致锂离子电池维修和更换后无法再进行重复使用。2.为了降低锂离子电池维修和更换时的拆卸难度和成本，避免锂离子电池的表面与双面胶直接粘接，利用包裹膜对锂离子电池进行包裹后，通过双面胶将锂离子电池固定在电池仓。
利用包裹膜将锂离子电池包裹后通过双面胶固定在电池仓中，为了保证锂离子电池可靠性，需要包裹膜与双面胶具有非常强的粘接强度，以及在进行可靠性测试(高温高湿或高低温冲击)时能够保持这种粘接强度。不作任何处理的包裹膜与双面胶粘接强度一般，起不到很好的固定效果，CN207418650U公开了一种用于包裹电池的易撕贴，该易撕贴表面未进行处理，与双面胶粘结性能差。
同时，为了方便识别，通常需要对包裹膜表面进行印刷处理。不作任何处理的包裹膜，在进行UV油墨印刷时，UV油墨对不作任何处理的包裹膜表面附着力差，容易导致掉墨。CN110834457A公开了一种动力电池用包裹膜材料，其表面未作处理，用于动力电池的标签时可能存在掉墨问题。
再者，包裹膜原材料在使用前需与含硅离型膜贴合收卷，含硅离型膜的硅转移会降低包裹膜原材料的表面能，从而影响进行UV油墨印刷时的印刷效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层，该可印刷涂层对双面胶具有很强的粘接强度，保证了锂离子电池的可靠性；对UV油墨附着力强，不易掉墨；能够耐硅转移，在使用中不影响包裹膜的表面能和印刷效果。
本发明的目的在于提供一种用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层，所述用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层包括如下重量份原料：
树脂 20-40份；
交联剂 1-5份；
附着力促进剂 1-5份；
所述树脂分子链上包括羧基和/或酯基，室温可交联。
本方案所选用的树脂可形成连续涂层。现有材料中，双面胶多为聚丙烯酸树脂，包裹膜多为PET树脂，所选用的树脂中包括羧基和/或酯基，增大树脂的极性，使树脂与双面胶和包裹膜的相容性好，所制得的涂层与双面胶的粘结强度大、与包裹膜的附着力强。此外，树脂分子链上的羧基和/或酯基活泼基团能与交联剂发生反应，增强涂层强度和硬度；且树脂室温下可交联，无需使用催化剂、引发剂或在高温高压下进行交联反应，节省了化合物原料，生产工艺简单、经济合理。所选用的交联剂可与树脂或附着力促进剂发生交联反应，增强树脂与附着力促进剂之间的相互作用力，制备得到的涂层的分子间形成的交联网络结构，能有效的防止离型膜的硅面的小分子硅油转移到涂层上，即能够耐硅转移。所选用的附着力促进剂与树脂相容性好，能与包裹膜形成化学结合，提升印刷涂层对包裹膜的表面附着力，同时能与双面胶形成化学结合，增强树脂与双面胶的粘结强度。
优选地，所述树脂选自聚酯树脂、聚丙烯酸类树脂、丙烯酸改性聚氨酯树脂中的一种或多种。本方案所先用的树脂极性大，与双面胶和包裹膜的相容性好、作用力大，使制得的可印刷涂层对双面胶具有很强的粘接强度，与锂离子电池表面之间的附着力强，包裹效果佳，对UV油墨附着力强，不易掉墨。
更优选地，所述聚酯树脂的相对分子量10000以上，玻璃化转变温度50℃以上，酸值和羟值10mgKOH/g以下。当聚酯树脂的相对分子量小于10000时，所制得的涂层硬度和强度低，且手机在充电过程中温度较高，分子量小的聚酯树脂的分子结构容易被破坏；当聚酯树脂玻璃化转变温度小于50℃时，所制得的涂层硬度低，容易软化，涂层性能差；当聚酯树脂的酸值和羟值大于10mgKOH/g，交联程度过高，所制得的涂层硬度过大，涂布在包裹膜表面所形成的产品用于包裹锂离子电池时，不易包裹。
更优选地，所述聚丙烯酸类树脂的相对分子量20000以上，玻璃化转变温度50℃以上，酸值和羟值10mgKOH/g以下。当聚丙烯酸类树脂的相对分子量小于20000时，所制得的涂层硬度和强度低，且手机在充电过程中温度较高，分子量小的聚丙烯酸类树脂的分子结构容易被破坏；当聚丙烯酸类树脂玻璃化转变温度小于50℃时，所制得的涂层硬度低，容易软化，涂层性能差；当聚丙烯酸类树脂的酸值和羟值大于10mgKOH/g，交联程度过高，所制得的涂层硬度过大，涂布在包裹膜表面所形成的产品用于包裹锂离子电池时，不易包裹。
更优选地，所述丙烯酸改性聚氨酯树脂的相对分子量10000以上，玻璃化转变温度50℃以上，酸值和羟值10mgKOH/g以下。当丙烯酸改性聚氨酯树脂的相对分子量小于10000时，所制得的涂层硬度和强度低，且手机在充电过程中温度较高，分子量小的丙烯酸改性聚氨酯树脂的分子结构容易被破坏；当丙烯酸改性聚氨酯树脂玻璃化转变温度小于50℃时，所制得的涂层硬度低，容易软化，涂层性能差；当丙烯酸改性聚氨酯树脂的酸值和羟值大于10mgKOH/g，交联程度过高，所制得的涂层硬度过大，涂布在包裹膜表面所形成的产品用于包裹锂离子电池时，不易包裹。
更优选地，所述聚丙烯酸类树脂选自BMA/MMA共聚物、MMA/EA共聚物。
优选地，所述交联剂为羟甲基树脂、多异氰酸酯、环氧树脂、金属盐类及螯合物、金属有机化合物中的一种或多种。本方案所选用的交联剂与树脂的交联反应性活性高，室温下可以与树脂发生交联反应。
优选地，所述附着力促进剂选自树脂类附着力促进剂、钛酸酯偶联剂中的一种或两种。
优选地，所述树脂类附着力促进剂选自包括羟基、羧基、氨基、酰胺基、磺酰胺基中一种或多种取代基的树脂。本方案所选用的树脂类附着力促进剂与树脂的极性相近，两者相容性好，同时树脂类附着力促进剂可以与包裹膜形成化学结合，提升印刷涂层对包裹膜的表面附着力。
更优选地，所述树脂类附着力促进剂的相对分子量小于1000。
优选地，所述钛酸酯偶联剂的通式为RnTi(OX)4-n，R为可反应基团，R为氨基、巯基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、甲基丙烯酸氧基的一种或多种。本方案所选用的钛酸酯偶联剂包括可反应的氨基、巯基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、甲基丙烯酸氧基等基团，可以与包裹膜形成化学结合，提升印刷涂层对包裹膜的表面附着力。
本发明的另一目的在于提供一种用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤S1.将溶剂和20-40重量份树脂充分混合、溶解；
步骤S2.将溶解好的树脂、1-5份交联剂、1-5份附着力促进剂混合，搅拌后形成可印刷涂层液；
步骤S3.将可印刷涂层液涂布到包裹膜上，涂布干燥后形成印刷涂层。
所述树脂分子链上包括羧基和/或酯基，室温可交联。
本方案所采用的可印刷涂层的制备方法在室温下进行反应，无需外加催化剂或引发剂，无需高温高压，反应条件温和，适用于工业生产。
优选地，步骤S1中，所述溶剂选自酯类溶剂和/或酮类溶剂。
更优选地，所述酯类溶剂选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯中的一种或多种。
更优选地，所述酮类溶剂选自丙酮、丁酮、环己酮中的一种或多种。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明所选用的树脂和附着力促进剂分子上包括极性基团，与双面胶具有结合力，对双面胶具有很强的粘接强度，使用过程中，锂离子电池不易滑移，能够保证锂离子电池的可靠性，同时进行高温高湿和高低温冲击等可靠性测试后，粘接强度无降低。
(2)本发明所选用的树脂和附着力促进剂分子上包括极性基团，与包裹膜表面和UV印刷油墨具有结合力，对包裹膜表面和UV印刷油墨具有很强的附着力，所制得的涂层具有极强的表面能，油墨印刷后不存在掉墨问题。
(3)本发明所选用的交联剂与树脂和附着力促进剂具有良好的交联性能，制备得到的涂层的分子间形成的交联网络结构，能有效的防止离型膜的硅面的小分子硅油转移到涂层上，实现耐硅转移，从而在使用中不影响包裹膜的表面能和印刷效果。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
(1)用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的组成。
Figure BDA0003403695010000061
聚酯树脂具有以下特征：相对分子量为20000，玻璃化转变温度65℃，酸值5mgKOH/g，羟值5mgKOH/g，直链构造。
树脂类附着力促进剂具有以下特征：聚酯为主链的磷酸酯。
(2)用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
步骤S1.在可控温反应釜中投入乙酸乙酯/乙酸丁酯混合溶剂150份，聚酯树脂30份，使聚酯树脂完全溶解；
步骤S2.在配胶容器中称取溶解好的聚酯树脂，加入3份交联剂氮丙啶/氨基树脂混合物，3份聚酯树脂为主连的磷酸酯附着力促进剂，搅拌形成均一的印刷涂层液；
步骤S3.可印刷涂层液通过涂布设备涂布到包裹膜上，涂布干燥后形成印刷涂层。
实施例2：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
(1)用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的组成。
Figure BDA0003403695010000071
聚丙烯酸酯树脂具有以下特征：相对分子量为30000，玻璃化转变温度78℃，酸值3.5mgKOH/g，BMA/MMA共聚物。
(2)用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
步骤S1.在可控温反应釜中投入乙酸乙酯/丁酮混合溶剂157份，聚丙烯酸酯树脂25份，使聚丙烯酸酯树脂完全溶解；
步骤S2.在配胶容器中称取溶解好的聚丙烯酸酯树脂树脂，加入2份交联剂异氰酸酯，2份异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，搅拌形成均一的印刷涂层液；
步骤S3.可印刷涂层液通过涂布设备涂布到包裹膜上，涂布干燥后形成印刷涂层。
实施例3：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
(1)用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的组成。
Figure BDA0003403695010000072
Figure BDA0003403695010000081
丙烯酸改性聚氨酯树脂具有以下特征：相对分子量为10000，玻璃化转变温度60℃，酸值5mgKOH/g，羟值5mgKOH/g，直链构造。
树脂类附着力促进剂具有以下特征：聚酯为主链的磷酸酯。
(2)用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
步骤S1.在可控温反应釜中投入丙酮溶剂150份，丙烯酸改性聚氨酯树脂树脂30份，使聚酯树脂完全溶解；
步骤S2.在配胶容器中称取溶解好的聚酯树脂，加入3份交联剂环氧树脂混，3份聚酯为主链的磷酸酯附着力促进剂，搅拌形成均一的印刷涂层液；
步骤S3.可印刷涂层液通过涂布设备涂布到包裹膜上，涂布干燥后形成印刷涂层。
实施例4：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
(1)用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的组成。
Figure BDA0003403695010000082
聚丙烯酸树脂具有以下特征：相对分子量为20000，玻璃化转变温度55℃，酸值3mgKOH/g。
树脂类附着力促进剂具有以下特征：聚酯为主链的磷酸酯。
(2)用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
步骤S1.在可控温反应釜中投入乙酸丙酯/环己酮混合溶剂157份，聚丙烯酸树脂25份，使聚丙烯酸树脂完全溶解；
步骤S2.在配胶容器中称取溶解好的聚丙烯酸树脂，加入2份交联剂金属盐类螯合物，2份聚酯为主链的磷酸酯附着力促进剂，搅拌形成均一的印刷涂层液；
步骤S3.可印刷涂层液通过涂布设备涂布到包裹膜上，涂布干燥后形成印刷涂层。
实施例5：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
(1)用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的组成。
Figure BDA0003403695010000091
聚丙烯酸酯树脂具有以下特征：相对分子量为30000，玻璃化转变温度78℃，酸值3.5mgKOH/g，BMA/MMA共聚物。
(2)用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
步骤S1.在可控温反应釜中投入乙酸乙酯/丁酮混合溶剂162份，聚丙烯酸酯树脂20份，使聚丙烯酸酯树脂完全溶解；
步骤S2.在配胶容器中称取溶解好的聚丙烯酸酯树脂树脂，加入2份交联剂异氰酸酯，2份异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，搅拌形成均一的印刷涂层液；
步骤S3.可印刷涂层液通过涂布设备涂布到包裹膜上，涂布干燥后形成印刷涂层。
实施例6：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
(1)用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的组成。
Figure BDA0003403695010000101
聚丙烯酸酯树脂具有以下特征：相对分子量为30000，玻璃化转变温度78℃，酸值3.5mgKOH/g，BMA/MMA共聚物。
(2)用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
步骤S1.在可控温反应釜中投入乙酸乙酯/丁酮混合溶剂142份，聚丙烯酸酯树脂40份，使聚丙烯酸酯树脂完全溶解；
步骤S2.在配胶容器中称取溶解好的聚丙烯酸酯树脂树脂，加入2份交联剂异氰酸酯，2份异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，搅拌形成均一的印刷涂层液；
步骤S3.可印刷涂层液通过涂布设备涂布到包裹膜上，涂布干燥后形成印刷涂层。
实施例7：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
将实施例1中的聚酯树脂的相对分子量20000替换成9000，其余步骤不变。
实施例8：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
将实施例1中的聚酯树脂的玻璃化转变温度65℃替换成45℃，其余步骤不变。
实施例9：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
将实施例1中聚酯树脂的酸值5mgKOH/g，羟值5mgKOH/g替换成酸值15mgKOH/g，羟值15mgKOH/g。
实施例10：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
将实施例2中的聚酯树脂的相对分子量30000替换成15000，其余步骤不变。
实施例11：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
将实施例2中的聚酯树脂的玻璃化转变温度78℃替换成45℃，其余步骤不变。
实施例12：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
将实施例2中聚酯树脂的酸值3.5mgKOH/g替换成酸值15mgKOH/g，羟值12mgKOH/g，其余步骤不变。
实施例13：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
将实施例3中的聚酯树脂的相对分子量10000替换成8000，其余步骤不变。
实施例14：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
将实施例3中的聚酯树脂的玻璃化转变温度60℃替换成55℃，其余步骤不变。
实施例15：用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备。
将实施例3中聚酯树脂的酸值5mgKOH/g，羟值替换成酸值15mgKOH/g，羟值12mgKOH/g，其余步骤不变。
对比例1
将实施例1的聚酯树脂替换成聚酯为主链的磷酸酯，其余步骤不变。
对比例2
不添加交联剂，其余步骤与实施例1相同。
对比例3
不添加附着力促进剂，其余步骤与实施例1相同。
性能测试：
测试方法：附着力等级测试：利用百格法，使用3M610胶带测试实施例1-15、对比例1-3制备得到的可印刷涂层的附着力等级。表面能测试：Arotest达因笔和水滴角测试仪测试表面能。剥离力测试：标准温度、湿度环境下使用TESA61365测试180°剥离力。
将实施例1-15和对比例1-3制得的用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层进行性能测试，测试结果见表1。
表1.用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的性能测试结果。
Figure BDA0003403695010000121
Figure BDA0003403695010000131
由表1可知，本发明制备得到的用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层在标准温度湿度放置下的剥离强度可达34.6N/25mm，在65℃、90％湿度环境下放置30d后的剥离强度可达33.4N/25mm，在-40～80℃高、低温冲击24个循环后的剥离强度可达32.8N/25mm；UV油墨印刷前后的附着力可达5B；标准温湿度环境下测试下的达因值可达44dyn/cm，接触角可达56°；使用含硅离型膜70℃压合印刷涂层20h后下达因值可达42dyn/cm，接触角可达58°。因此，本发明制备得到的可印刷涂层对双面胶具有很强的粘接强度，保证了锂离子电池的可靠性；对UV油墨附着力强，不易掉墨；能够耐硅转移，在使用中不影响包裹膜的表面能和印刷效果。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层，其特征在于，所述用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层包括如下重量份原料：
树脂 20-40份；
交联剂 1-5份；
附着力促进剂 1-5份；
所述树脂选自聚酯树脂、聚丙烯酸类树脂、丙烯酸改性聚氨酯树脂中的一种或多种，所述树脂的分子链上包括羧基和/或酯基，室温可交联；
所述附着力促进剂选自树脂类附着力促进剂、钛酸酯偶联剂中的一种或两种，其中，所述树脂类附着力促进剂为聚酯为主链的磷酸酯，所述钛酸酯偶联剂的通式为RnTi(OX)4-n，R为异丙基。
2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层，其特征在于，所述聚酯树脂的相对分子量10000以上，玻璃化转变温度50℃以上，酸值和羟值10mgKOH/g以下。
3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层，其特征在于，所述聚丙烯酸类树脂的相对分子量20000以上，玻璃化转变温度50℃以上，酸值和羟值10mgKOH/g以下。
4.根据权利要求1所述的用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层，其特征在于，所述丙烯酸改性聚氨酯树脂的相对分子量10000以上，玻璃化转变温度50℃以上，酸值和羟值10mgKOH/g以下。
5.根据权利要求1所述的用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层，其特征在于，所述交联剂为羟甲基树脂、多异氰酸酯、环氧树脂、金属盐类及螯合物、金属有机化合物中的一种或多种。
6.一种用于锂离子电池包裹膜的可印刷涂层的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
步骤S1.将溶剂和20-40重量份树脂充分混合、溶解；
步骤S2.将溶解好的所述树脂、1-5份交联剂、1-5份附着力促进剂混合，搅拌后形成可印刷涂层液；
步骤S3.将可印刷涂层液涂布到包裹膜上，涂布干燥后形成印刷涂层；
所述树脂选自聚酯树脂、聚丙烯酸类树脂、丙烯酸改性聚氨酯树脂中的一种或多种，所述树脂的分子链上包括羧基和/或酯基，室温可交联；所述附着力促进剂选自树脂类附着力促进剂、钛酸酯偶联剂中的一种或两种，其中，所述树脂类附着力促进剂为聚酯为主链的磷酸酯，所述钛酸酯偶联剂的通式为RnTi(OX)4-n，R为异丙基。
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