CN114643186B - 一种高阻隔性柔性封装材料及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高阻隔性柔性封装材料及其制作方法，包括：聚合物层和热封层，所述聚合物层和所述热封层之间设置有石墨烯层，所述聚合物层和所述石墨烯层之间设置有混合浆料层，所述热封层和所述石墨烯层之间设置有混合浆料层；如此，一方面，使用不可渗透的石墨烯层作为核心屏障，聚合物层作为外部保护性封装，利用屏障和保护性封装之间的协同作用可显著降低氧气和湿气的渗透率；另一方面，使用混合浆料层作为聚合物层与石墨烯层之间的缓冲层大大增加了石墨烯在聚合物膜上的附着力，从而创造了非常好的阻隔能力。
Description
技术领域
本发明涉及储能器件技术领域，尤其涉及一种高阻隔性柔性封装材料及其制作方法。
背景技术
随着移动设备、可穿戴设备的快速发展，这些设备对其所使用的电池的柔性提出了更高的要求，同时对于电池的封装材料也提出了更高的要求。
目前，使用现有的电池封装材料制成开发阶段的电池，无法兼顾高机械强度和柔性，同时封装材料还需要具备高水蒸气阻隔性和氧气阻隔性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种具有优异阻隔水氧小分子的性能，同时具有反复可拉伸性的高阻隔性柔性封装材料及其制作方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种高阻隔性柔性封装材料，包括：聚合物层和热封层，所述聚合物层和所述热封层之间设置有石墨烯层，所述聚合物层和所述石墨烯层之间设置有混合浆料层，所述热封层和所述石墨烯层之间设置有混合浆料层。
其中，所述石墨烯层中石墨烯粒径为0.5-10μm，石墨烯层数为N，其中，1≤N≤6，N为正整数。
其中，所述聚合物层材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate，PET)或双向拉伸尼龙薄膜(Biaxially oriented polyamide(nylon)film，BOPA)或聚乙烯(polyethylene，PE)或邻苯基苯酚(O-phenylphenol，OPP)。
其中，所述聚合物层厚度为10-100um。
第二方面，本发明实施例提供了一种高阻隔性柔性封装材料的制作方法，所述方法包括：
将聚合物裁定成第一尺寸作为聚合物层；
将聚合物和石墨烯融入第一溶液中，得到混有所述石墨烯和所述聚合物的第一混合溶液，将所述第一混合溶液涂覆在所述聚合物层表面，得到混合浆料层；
将石墨烯融入所述第一溶液，得到混有石墨烯的第二混合溶液，将所述第二混合溶液涂覆在所述混合浆料层表面，得到石墨烯层；
将所述第一混合溶液涂覆在所述石墨烯层表面，得到混合浆料层；
在所述混合浆料层表面涂覆热熔胶膜，热封和热压得到热封层。
其中，所述在所述混合浆料层表面涂覆热熔胶膜，热封得到热封层，包括：
在所述混合浆料层表面涂覆热熔胶膜，采用层压机热压得到高阻隔性柔性封装材料，其中，热封温度为100～200℃，层压机热压压力为1000-3000磅，热压温度为80-120℃，热压时间为0.5-1h。
其中，所述第一溶液包括N-甲基吡咯烷酮(N-Methyl pyrrolidone，NMP)、DBE、DMF、水中的至少之一。
其中，所述将聚合物和石墨烯融入第一溶液中，得到混有所述石墨烯和所述聚合物的第一混合溶液，将所述第一混合溶液涂覆在所述聚合物层表面，得到混合浆料层，包括：
将所述石墨烯与所述聚合物按照比例为1:15-25，融入第一溶液中，其中，所述石墨烯与所述聚合物的总固体与所述第一溶液的比例为1:1-5，得到混有所述石墨烯和所述聚合物的第一混合溶液，将所述第一混合溶液涂覆在所述聚合物层表面，得到混合浆料层，其中，所述混合浆料层的涂覆厚度为1-20um。
其中，所述将石墨烯融入所述第一溶液，得到混有石墨烯的第二混合溶液，将所述第二混合溶液涂覆在所述混合浆料层表面，得到石墨烯层，包括：
将所述石墨烯与所述第一溶液按照比例1:10-50融合，得到混有石墨烯的第二混合溶液，将所述第二混合溶液涂覆在所述混合浆料层表面，得到石墨烯层，其中，所述石墨烯层的涂覆厚度为1-50um。
本发明实施例提供的一种高阻隔性柔性封装材料及其制作方法，包括：聚合物层和热封层，所述聚合物层和所述热封层之间设置有石墨烯层，所述聚合物层和所述石墨烯层之间设置有混合浆料层，所述热封层和所述石墨烯层之间设置有混合浆料层；如此，一方面，使用不可渗透的石墨烯层作为核心屏障，聚合物层作为外部保护性封装，利用屏障和保护性封装之间的协同作用可显著降低氧气和湿气的渗透率；另一方面，使用混合浆料层作为聚合物层与石墨烯层之间的缓冲层大大增加了石墨烯在聚合物膜上的附着力，从而创造了非常好的阻隔能力。
附图说明：
图1为本发明一实施例提供的高阻隔性柔性封装材料的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的高阻隔性柔性封装材料的制作方法的流程示意图；
图3为本发明一实施例提供的高阻隔性柔性封装材料的水蒸气透过率测试示意图。
图中，聚合物层1、热封层2、石墨烯层3、混合浆料层4。
具体实施方式
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参见图1，本发明实施例提供了一种高阻隔性柔性封装材料，其特征在于，包括：聚合物层1和热封层2，所述聚合物层1和所述热封层2之间设置有石墨烯层3，所述聚合物层1和所述石墨烯层3之间设置有混合浆料层4，所述热封层2和所述石墨烯层3之间设置有混合浆料层4；如此，一方面，使用不可渗透的石墨烯层3作为核心屏障，聚合物层1作为外部保护性封装，利用屏障和保护性封装之间的协同作用可显著降低氧气和湿气的渗透率；另一方面，使用混合浆料层4作为聚合物层1与石墨烯层3之间的缓冲层大大增加了石墨烯在聚合物膜上的附着力，从而创造了非常好的阻隔能力。
这里，石墨烯的种类可以是化学法石墨烯、物理法石墨烯、化学法和物理法混合石墨烯，具体不做限定。
在一实施方式中，所述石墨烯层3中石墨烯粒径为0.5-10μm，石墨烯层3数为N，其中，1≤N≤6，N为正整数。
这里，石墨烯片材尺寸越大，层数越接近单层，缺陷程度越低且阻隔性越好。
在一实施方式中，所述聚合物层1材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethyleneterephthalate，PET)或双向拉伸尼龙薄膜(Biaxially oriented polyamide(nylon)film，BOPA)或聚乙烯(polyethylene，PE)或邻苯基苯酚(O-phenylphenol，OPP)。
在一实施方式中，所述聚合物层1厚度为10-100um。
参见图2，本发明实施例提供了一种高阻隔性柔性封装材料的制作方法，所述方法包括：
步骤S101：将聚合物裁定成第一尺寸作为聚合物层；
这里，第一尺寸可以根据制作出的高隔膜柔性封装材料的需求来设定，例如是柔性电池，可以根据待封装的柔性电池的尺寸来设定。
步骤S102：将聚合物和石墨烯融入第一溶液中，得到混有所述石墨烯和所述聚合物的第一混合溶液，将所述第一混合溶液涂覆在所述聚合物层表面，得到混合浆料层；
这里，将所述第一混合溶液涂覆在所述聚合物层表面，然后进行干燥，干燥温度可以为60～120℃，干燥时间为0.5～3h。
步骤S103：将石墨烯融入所述第一溶液，得到混有石墨烯的第二混合溶液，将所述第二混合溶液涂覆在所述混合浆料层表面，得到石墨烯层；
这里，将所述第二混合溶液涂覆在所述混合浆料层表面，然后进行干燥，干燥温度可以为60～120℃，干燥时间为0.5～3h。
步骤S104：将所述第一混合溶液涂覆在所述石墨烯层表面，得到混合浆料层；
这里，将所述第一混合溶液涂覆在所述石墨烯层表面，然后进行干燥，干燥温度可以为60～120℃，干燥时间为0.5～3h。
步骤S105：在所述混合浆料层表面涂覆热熔胶膜，热封和热压得到热封层。
本发明上述实施例中，使用不可渗透的石墨烯作为核心屏障，聚合物层作为外部保护性封装，利用屏障和保护性封装之间的协同作用可显著降低氧气和湿气的渗透率；使用石墨烯和聚合物混合浆料作为聚合物层与石墨烯层之间的缓冲层大大增加了石墨烯层在聚合物层上的附着力，从而创造了非常好的阻隔能力；采用的制备方法简单，环境友好，用作为柔性锂离子电池外包材料，大大降低生产成本，非常容易实现量产和商业化；本发明得到的高阻隔性柔性封装材料可适用性强，除了可用于电池的包装材料外，在食品、制药、化学及电子行业都具有非常广阔的应用前景。
在一实施方式中，所述在所述混合浆料层表面涂覆热熔胶膜，热封得到热封层，包括：
在所述混合浆料层表面涂覆热熔胶膜，采用层压机热压得到高阻隔性柔性封装材料，其中，热封温度为100～200℃，层压机热压压力为1000-3000磅，热压温度为80-120℃，热压时间为0.5-1h。
在一实施方式中，所述第一溶液包括N-甲基吡咯烷酮(N-Methyl pyrrolidone，NMP)、DBE、DMF、水中的至少之一。
在一实施方式中，所述将聚合物和石墨烯融入第一溶液中，得到混有所述石墨烯和所述聚合物的第一混合溶液，将所述第一混合溶液涂覆在所述聚合物层表面，得到混合浆料层，包括：
将所述石墨烯与所述聚合物按照比例为1:15-25，融入第一溶液中，其中，所述石墨烯与所述聚合物的总固体与所述第一溶液的比例为1:1-5，得到混有所述石墨烯和所述聚合物的第一混合溶液，将所述第一混合溶液涂覆在所述聚合物层表面，得到混合浆料层，其中，所述混合浆料层的涂覆厚度为1-20um。
在一实施方式中，所述将石墨烯融入所述第一溶液，得到混有石墨烯的第二混合溶液，将所述第二混合溶液涂覆在所述混合浆料层表面，得到石墨烯层，包括：
将所述石墨烯与所述第一溶液按照比例1:10-50融合，得到混有石墨烯的第二混合溶液，将所述第二混合溶液涂覆在所述混合浆料层表面，得到石墨烯层，其中，所述石墨烯层的涂覆厚度为1-50um。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
在本实施例中，聚合物基材为PET，聚合物基材厚度20um；石墨烯的粒径为5μm；石墨烯层数为单层；石墨烯聚合物调和液的配比为：石墨烯与聚合物比例为1:19，使用溶剂种类为：DBE，总固体和溶剂的比例为1:3；石墨烯聚合物调和液涂覆厚度为5um；薄膜的干燥温度为100℃，干燥时间为1h；所述步骤B)中石墨烯溶液的配比：使用溶剂种类为：NMP，石墨烯与溶剂比例1:19，石墨烯溶液涂覆厚度为5um；薄膜的干燥温度为100℃，干燥时间为1h；所述步骤C)中石墨烯聚合物调和液的相关参数与所述步骤A)中保持一致；所述步骤D)中热热熔胶膜材质为CPP膜，热封温度为150℃；层压机热压压力为2000磅，热压温度为100℃，热压时间为1h。
这里，检测条件(GB/T 26253-2010)为：温度：25.5℃；相对湿度：56％；载气：99.999％N2；湿度：100％；测试面积：5mm2。
参见图3可知，该高阻隔性柔性封装材料起始水蒸气阻隔率可达到1.3×10-4g/(m2·day)；透湿24h后仍能达到5×10-3g/(m2·day)。
进一步地，对该高阻隔性柔性封装材料进行柔性测试，其中，测试条件，弯折半径R＝1.5mm，弯曲拉伸张力为9.8N，结果参见表1。
| 测试条件 | 弯曲后状态 |
| 弯曲次数5000次 | 无变化 |
| 弯曲次数10000次 | 聚合物层出现折痕，但石墨烯层无裂纹 |
| 弯曲次数20000次 | 石墨烯层出现轻微裂纹 |
| 弯曲次数50000次 | 聚合物层出现裂痕，石墨烯层部分脱离 |
表1
通过上述实施例可知，本发明提供的高阻隔性柔性封装材料，一方面，使用不可渗透的石墨烯层作为核心屏障，聚合物层作为外部保护性封装，利用屏障和保护性封装之间的协同作用可显著降低氧气和湿气的渗透率；另一方面，使用混合浆料层作为聚合物层与石墨烯层之间的缓冲层大大增加了石墨烯在聚合物膜上的附着力，从而创造了非常好的阻隔能力，同时具有很强的弯折能力。
下面以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高阻隔性柔性封装材料的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
将聚合物裁定成第一尺寸作为聚合物层；
将聚合物和石墨烯融入第一溶液中，得到混有所述石墨烯和所述聚合物的第一混合溶液，将所述第一混合溶液涂覆在所述聚合物层表面，得到混合浆料层；
将石墨烯融入所述第一溶液，得到混有石墨烯的第二混合溶液，将所述第二混合溶液涂覆在所述混合浆料层表面，得到石墨烯层；
将所述第一混合溶液涂覆在所述石墨烯层表面，得到混合浆料层；
在所述混合浆料层表面涂覆热熔胶膜，热封和热压得到热封层；
所述第一溶液包括N-甲基吡咯烷酮（N-Methyl pyrrolidone，NMP）、DBE、DMF、水中的至少之一；
所述将聚合物和石墨烯融入第一溶液中，得到混有所述石墨烯和所述聚合物的第一混合溶液，将所述第一混合溶液涂覆在所述聚合物层表面，得到混合浆料层，包括：
将所述石墨烯与所述聚合物按照比例为1:15-25，融入第一溶液中，其中，所述石墨烯与所述聚合物的总固体与所述第一溶液的比例为1:1-5，得到混有所述石墨烯和所述聚合物的第一混合溶液，将所述第一混合溶液涂覆在所述聚合物层表面，得到混合浆料层，其中，所述混合浆料层的涂覆厚度为1-20 µm。
2.如权利要求1所述高阻隔性柔性封装材料的制作方法，其特征在于，所述在所述混合浆料层表面涂覆热熔胶膜，热封得到热封层，包括：
在所述混合浆料层表面涂覆热熔胶膜，采用层压机热压得到高阻隔性柔性封装材料，其中，热封温度为100~200 ℃，层压机热压压力为1000-3000磅，热压温度为80-120 ℃，热压时间为0.5-1 h。
3.如权利要求1所述高阻隔性柔性封装材料的制作方法，其特征在于，所述将石墨烯融入所述第一溶液，得到混有石墨烯的第二混合溶液，将所述第二混合溶液涂覆在所述混合浆料层表面，得到石墨烯层，包括：
将所述石墨烯与所述第一溶液按照比例1:10-50融合，得到混有石墨烯的第二混合溶液，将所述第二混合溶液涂覆在所述混合浆料层表面，得到石墨烯层，其中，所述石墨烯层的涂覆厚度为1-50 µm。
4.如权利要求1-3任一种高阻隔性柔性封装材料的制作方法制作得到的高阻隔性柔性封装材料，其特征在于，包括：聚合物层和热封层，所述聚合物层和所述热封层之间设置有石墨烯层，所述聚合物层和所述石墨烯层之间设置有混合浆料层，所述热封层和所述石墨烯层之间设置有混合浆料层。
5.如权利要求4所述高阻隔性柔性封装材料，其特征在于，所述石墨烯层中石墨烯粒径为0.5 -10 µm，石墨烯层数为N，其中，1≤N≤6，N为正整数。
6.如权利要求4所述高阻隔性柔性封装材料，其特征在于，所述聚合物层材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate，PET）或双向拉伸尼龙薄膜（Biaxiallyoriented polyamide (nylon) film，BOPA）或聚乙烯（polyethylene，PE）或邻苯基苯酚（O-phenylphenol，OPP）。
7.如权利要求4所述高阻隔性柔性封装材料，其特征在于，所述聚合物层厚度为10 -100µm。
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