CN114552137A - 一种软包锂电池极耳及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂电池领域，公开了一种软包锂电池极耳及其制备方法。本发明包括金属导体，金属导体包括导体区和贴胶区，贴胶区粘接金属粘接剂层，金属粘接剂层粘接极耳胶层；所述极耳胶层为双层结构。通过对贴胶区的刻蚀、制备双层极耳胶、粘接金属粘接剂、压合极耳胶等步骤制备本发明所述的软包锂电池极耳，可以有效降低极耳生产过程中金属导体和极耳胶之间热复合的难度，提高两者粘接均匀性和粘接强度；降低热压贴合时对温度的要求，提高热压贴合时的均匀性，提高粘接力。

Description

一种软包锂电池极耳及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种软包锂电池极耳及其制备方法。
背景技术
在极耳生产制程中，一般需要对极耳金属导体进行清洗处理，以便金属导体与极耳胶更好进行粘接。动力软包锂电池的极耳其金属导体比较宽比较厚，在与极耳胶热复合时需要足够时间吸收大量热能，当表面温度超过极耳胶的溶点后才能与极耳胶粘合紧密，一般需要170～200℃，同时由于极耳胶很难均匀受热，因此容易出现局部虚粘的情况；
现有的极耳在长期使用后使用后由于金属导体条不能很稳固的与极耳胶材料对应连接，导致容易出现极耳胶脱落、绝缘性能下降，防腐蚀性能不佳等问题，影响电池的正常使用。
授权号CN108134042B，公开了一种高密封防漏液的锂离子电池极耳的生产工艺，该生产工艺通过步骤A-H，将基体金属材料进行光亮轧制和无光轧制，并进行电化学抛光和钝化，对其进行清洗和烘干，再将轧成带状的金属导体切成段状，对其进行超声波清洗并烘干，并用去离子水对其进行处理并烘干，最后将条状的高分子绝缘膜贴于段状的金属导体上。
公开号CN112768844A，公开了一种长耐久极耳的制备方法以及应用，长耐久极耳包括极耳本体、交联聚乙烯层、极耳胶层，所述的交联聚乙烯层粘接于极耳本体的表面，所述的极耳胶层粘接于交联聚乙烯层的表面。
上述发明始终没有完全解决极耳胶难以均匀受热，容易出现局部虚粘的情况。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种软包锂电池极耳及其制备方法。在金属导体和极耳胶之间引入金属粘接剂，可以有效降低极耳生产过程中金属导体和极耳胶之间热复合的难度，提高两者粘接均匀性和粘接强度；双层结构极耳胶因内层极耳胶熔融温度低因此热压贴合时对温度的要求降低，可以提高热压贴合时的均匀性，从而起到提高粘接力的效果。
本发明的具体技术方案为：一种软包锂电池极耳，包括金属导体，金属导体包括导体区和贴胶区，贴胶区粘接金属粘接剂层，金属粘接剂层粘接极耳胶层；所述极耳胶层为双层结构。
本发明在金属导体和极耳胶之间引入金属粘接剂，同时使用双层极耳胶等措施，降低极耳生产过程中金属导体和极耳胶之间热复合的难度，提高两者粘接均匀性和粘接强度，同时有利于提高长期使用情况下的抗腐蚀能力和减少极耳胶脱落的可能性。
作为优选，所述双层结构极耳胶包括低熔点改性PP层和常规PP层；所述低熔点改性PP层紧贴金属粘接剂层；所述贴胶区表面做刻蚀处理，刻蚀孔径≤20μm，刻蚀深度≤30μm。
为了降低热复合难度，本发明采用了低熔点改性PP层做为与金属粘接剂的复合层；在贴胶区表面做刻蚀处里是为了增加金顺粘接层与贴胶区的粘附力，刻蚀孔径≤20μm能够保障微孔分布的均匀性，刻蚀深度≤30μm能够使金属粘接剂层涂覆时充分进入到刻蚀孔中，防止刻蚀孔过深，空内气体残留过多导致金属粘接剂层的脱落。
作为优选，用于所述金属粘接剂层的金属粘接剂包括环氧粘接剂、聚氨酯粘接剂、橡胶粘接剂和丙烯酸酯粘接剂中的一种或几种；所述的金属粘接剂层的厚度为1～5μm。
极耳胶设计成双层结构，并且内层极耳胶熔融温度低，因此能够降低热压贴合时对温度的要求，可以提高热压贴合时的均匀性，从而起到提高粘接力的效果。金属粘接剂层本质是一层过渡层，不宜过厚，因此设计厚度为1～5μm。为了金属粘接剂更好地附着，本发明通过刻蚀的表面处理方法增加了贴胶区表面粗糙度，为金属粘接剂与金属贴胶区贴合提供更多的附着点。
本发明还提供了一种软包锂电池极耳的制备方法，包括以下步骤：
(1)对金属导体的贴胶区进行刻蚀，清洗并烘干后待用；
(2)制备双层结构极耳胶；
(3)在步骤(1)所得烘干后的金属导体的贴胶区表面涂覆金属粘接剂形成金属粘接剂层，再将双层极耳胶中低熔点改性PP层粘接金属粘接剂层；
(4)通过高频成型极耳机进行加热压合。
为了增加贴胶区表面粗糙度，为金属粘接剂贴合贴胶区提供更多的附着点，本发明首先对金属导体的贴胶区进行刻蚀，刻蚀完成后的金属导体需要经过去离子水和乙醇的交替冲洗，最后烘干待用；其次，制备双层极耳胶，双层极耳胶均为PP材质，不同之处在于，一层为改性定熔点PP；随后将金属粘接剂涂敷于金属导体的贴胶区表面，金属粘接剂的作用是为了使极耳胶更加牢固的附着，涂覆完成后粘接上制备得到的极耳胶中的低熔点PP层粘，最后进行热压成型。
作为优选，所述步骤(1)的刻蚀过程包括：
(A)用2000-3000目砂纸打磨金属导体的贴胶区；
(B)用醋酸纤维素的丙酮溶液均匀涂覆金属导体的导体区，静置直至涂覆层干燥；
(C)将步骤(B)涂覆后的金属导体作为阳极浸入pH值为2-3的电解液中，同时接通阴极和电源开始刻蚀反应，刻蚀温度为25-30℃；所述刻蚀反应的电流密度为0.3-0.5A/cm2，反应时间为3-5min，随后取出，并清洗、吹干；所述电解液包括螯合剂、表面活性剂、弱酸和强酸；所述弱酸为柠檬酸，醋酸和磷酸中的一种或多种，所述强酸为硫酸或盐酸中的一种或多种，弱酸与强酸的摩尔比为1-2:2-5；螯合剂和表面活性剂占电解液质量均<1％；螯合剂和表面活性剂占电解液质量均<1％；
(D)剥去步骤(A)包覆的醋酸纤维素，清洗、吹干。
本发明优选采用电化学刻蚀方法，通过调控电流密度大小、电解液浓度、刻蚀时间等调控表面刻蚀孔的大小与深度，从而实现刻蚀孔径≤20μm，刻蚀深度≤30μm的目标。步骤(A)是为了消除金属导体表面氧化层以及油污，采用2000-3000目砂纸打磨是为了使金属表面的蚀孔获得更好的均匀性，同时防止划痕过深，导致刻蚀均匀性变差。采用醋酸纤维素包覆是为了保护导体区，防止导体区在电化学刻蚀过程中受到刻蚀，且金属导体贴胶区均处于电解液的液面以下。电解液中包含弱酸，能够保护起到保护刻蚀区某些晶面的作用，表面活性剂能够促进蚀孔的均匀性，螯合剂能够与阳极电解产生的金属离子生成螯合物，并且能够减少微孔中的金属离子。电流密度为0.3-0.5A/cm2，较大的电流密度能够更好地保障表面电流分布的均匀性，同时，极耳的棱边处会有较大的电流集中，反应较快，能起到倒边的作用，促进了金属粘接剂的粘接。最后需要剥除贴胶区包覆的醋酸纤维素，并清洗吹干待用。
作为优选，步骤(B)所述醋酸纤维素的丙酮溶液的粘度>65cP；步骤(C)所述清洗方法为去离子水冲洗；步骤(D)所述清洗方法为先在丙酮中超声清洗，后用去离子水清洗。
涂覆的醋酸纤维素的丙酮溶液粘度不宜过低，否则涂覆层可能会在干燥时由于应力作用撕裂，因此优选醋酸纤维素的丙酮溶液的粘度>65cP。
作为优选，所述步骤(2)采用共挤出法制备双层结构极耳胶。
作为优选，步骤(3)所述金属粘接剂涂覆时，金属导体的温度为150-160℃；步骤(4)所述加热压合温度为140-150℃，压力为0.25-0.35MPa。
金属粘接剂涂覆金属导体表面时，金属导体的温度为150-160℃，这是为了使金属粘接剂能够充分进入到微孔当中，并且在极耳加热压合时防止金属导体加热后贴胶区的微孔中的气体膨胀形成鼓包，降低金属导体与金属粘接剂之间的粘接力。加热压合温度略低于金属粘接涂覆温度，为140-150℃，同样是为了防止金属导体加热后贴胶区的微孔中的气体膨胀形成鼓包，压力为0.25-0.35MPa。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
1.可以有效降低极耳生产过程中金属导体和极耳胶之间热复合的难度，提高两者粘接均匀性和粘接强度；
2.降低热压贴合时对温度的要求，提高热压贴合时的均匀性，提高粘接力。
附图说明
图1是软包锂电池极耳金属导体结构示意图；
图2是软包锂电池极耳结构贴胶区剖面示意图；
图3是软包锂电池极耳贴胶区刻蚀表面示意图；
附图标记为：
1.导体区，2.贴胶区，3.金属粘接剂层，4.低熔点改性PP层，5.常规PP层
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。在本发明中所涉及的装置、连接结构和方法，若无特指，均为本领域公知的装置、连接结构和方法。
如图1所示为本发明的软包锂电池极耳金属导体结构示意图，极耳分为导体区1和贴胶区2，软包锂电池极耳结构贴胶区剖面结构如图2所示，最内层为金属导体，金属粘接剂层3粘接金属导体，低熔点改性PP层4粘接金属粘接剂层3，最外层为常规PP层5，且贴胶区2通过侵蚀作用提高表面粗糙度，侵蚀后的刻蚀表面示意图见图3。
实施例1
(1)用2000目砂纸打磨金属导体的贴胶区2，再用醋酸纤维素的丙酮溶液均匀涂覆金属导体的导体区1，静置直至涂覆层干燥，随后将金属导体作为阳极浸入pH值为2的电解液中，直至贴胶区2完全浸没，同时接通阴极和电源开始刻蚀反应，刻蚀温度为25℃，刻蚀电流密度为0.3A/cm2，反应时间为3min，随后取出，并清洗、吹干，剥去包覆于导体区1的醋酸纤维素，清洗、吹干；
(2)采用共挤出法制备双层结构极耳胶；
(3)在步骤(1)所得烘干后的金属导体的贴胶区2表面涂覆聚氨酯粘接剂形成金属粘接剂层3，涂覆时的温度为150℃，再将双层极耳胶中低熔点改性PP层4粘接金属粘接剂层3；
(4)然后通过高频成型极耳机进行加热压合，加热温度为140℃，压力为0.3MPa。
实施例2
(1)用2000目砂纸打磨金属导体的贴胶区2，再用醋酸纤维素的丙酮溶液均匀涂覆金属导体的导体区1，静置直至涂覆层干燥，随后将金属导体作为阳极浸入pH值为2的电解液中，直至贴胶区2完全浸没，同时接通阴极和电源开始刻蚀反应，刻蚀温度为25℃，刻蚀电流密度为0.3A/cm2，反应时间为3min，随后取出，并清洗、吹干，剥去包覆于导体区1的醋酸纤维素，清洗、吹干；
(2)采用共挤出法制备双层结构极耳胶；
(3)在步骤(1)所得烘干后的金属导体的贴胶区2表面涂覆橡胶粘接剂形成金属粘接剂层3，涂覆时的温度为150℃，再将双层极耳胶中低熔点改性PP层4粘接金属粘接剂层3；
(4)然后通过高频成型极耳机进行加热压合，加热温度为140℃，压力为0.3MPa。
实施例3
(1)用2000目砂纸打磨金属导体的贴胶区2，再用醋酸纤维素的丙酮溶液均匀涂覆金属导体的导体区1，静置直至涂覆层干燥，随后将金属导体浸入pH值为2的刻蚀液中刻蚀，温度为25℃，反应时间为30min，随后取出，并清洗、吹干，剥去包覆于导体区1的醋酸纤维素，清洗、吹干；
(2)采用共挤出法制备双层结构极耳胶；
(3)在步骤(1)所得烘干后的金属导体的贴胶区2表面涂覆橡胶粘接剂形成金属粘接剂层3，涂覆时的温度为150℃，再将双层极耳胶中低熔点改性PP层4粘接金属粘接剂层3；
(4)然后通过高频成型极耳机进行加热压合，加热温度为140℃，压力为0.3MPa。
对比例1
(1)用2000目砂纸打磨金属导体的贴胶区2；
(2)采用挤出法制备单层结构极耳胶；
(3)然后通过高频成型极耳机将单层结构极耳胶与贴胶区2进行加热压合，加热温度为170℃，压力为0.3MPa。
结果测试：
极耳制备完成后，进行极耳胶与金属导体剥离强度测试，结果见表1。
序号 金属带剥离强度(N/mm)
实施例1 2.37
实施例2 2.48
实施例3 2.11
对比例1 1.55
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种软包锂电池极耳，包括金属导体，金属导体包括导体区（1）和贴胶区（2），其特征在于，贴胶区（2）粘接金属粘接剂层（3），金属粘接剂层（3）粘接极耳胶层；所述极耳胶层为双层结构。
2.如权利要求1所述的软包锂电池极耳，其特征在于，所述双层结构极耳胶包括低熔点改性PP层（4）和常规PP层（5）；所述低熔点改性PP层（4）紧贴金属粘接剂层（3）；所述贴胶区（2）表面做刻蚀处理，刻蚀孔径≤20μm，刻蚀深度≤30μm。
3.如权利要求1所述的软包锂电池极耳，其特征在于，用于所述金属粘接剂层（3）的金属粘接剂包括环氧粘接剂、聚氨酯粘接剂、橡胶粘接剂和丙烯酸酯粘接剂中的一种或几种。
4.如权利要求3所述的软包锂电池极耳，其特征在于，所述的金属粘接剂层（3）的厚度为1~5μm。
5.一种如权利要求1-4之一所述的软包锂电池极耳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对金属导体的贴胶区（2）进行刻蚀，清洗并烘干后待用；
（2）制备双层结构极耳胶；
（3）在步骤（1）所得烘干后的金属导体的贴胶区（2）表面涂覆金属粘接剂形成金属粘接剂层（3），再将双层极耳胶中低熔点改性PP层（4）粘接金属粘接剂层（3）；
（4）通过高频成型极耳机进行加热压合。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）的刻蚀过程包括：
（A）用2000-3000目砂纸打磨金属导体的贴胶区（2）；
（B）用醋酸纤维素的丙酮溶液均匀涂覆金属导体的导体区（1），静置直至涂覆层干燥；
（C）将步骤（B）涂覆后的金属导体作为阳极浸入pH值为2-3的电解液中，同时接通阴极和电源开始刻蚀反应，刻蚀温度为25-30℃；所述刻蚀反应的电流密度为0.3-0.5A/cm2，反应时间为3-5 min，随后取出，并清洗、吹干；所述电解液包括螯合剂、表面活性剂、弱酸和强酸，所述弱酸为柠檬酸，醋酸和磷酸中的一种或多种，所述强酸为硫酸或盐酸中的一种或多种，弱酸与强酸的摩尔比为1-2:2-5；螯合剂和表面活性剂占电解液质量均<1%；
（D）剥去步骤（A）包覆的醋酸纤维素，清洗、吹干。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（B）所述醋酸纤维素的丙酮溶液的粘度>65 cP；步骤（C）所述清洗方法为去离子水冲洗；步骤（D）所述清洗方法为先在丙酮中超声清洗，后用去离子水清洗。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）采用共挤出法制备双层结构极耳胶。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述金属粘接剂涂覆时，金属导体的温度为150-160℃。
10.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述加热压合温度为140-150℃，压力为0.25-0.35MPa。
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CN116141793A (zh) * 2023-02-21 2023-05-23 湖南倍德睿新材料科技有限公司 一种极耳胶结构及其制备方法
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