CN114834119A - 一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜及其制备方法 - Google Patents
一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜及其制备方法，包括电晕层、中间层和热封层，与其它生产工艺相比，研制开发了一种锂电池铝塑膜用无卤素阻燃剂流延聚丙烯薄膜，针对锂电池铝塑膜内层CPP进行改善，通过添加无卤膨胀型阻燃剂，提高CPP的阻燃效果，通过对无卤膨胀型阻燃剂表面改性技术，解决无卤膨胀型阻燃剂与聚丙烯粒子的相容性问题，通过双螺杆造粒及流延工艺，产品外观晶点水平、力学机械性能保持可控范围内，可满足软包锂电池铝塑膜用CPP要求。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜制备工艺，更具体地说，尤其涉及一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜及其制备方法。
背景技术
流延聚丙烯薄膜，简称CPP，由于较好的耐化学性质，广泛应用在软包锂电池铝塑膜中，作为内层热封材料，直接与锂电池电极材料接触，而锂电池作为动力组件，在使用过程中需要频繁充放电，该过程会产生大量的热量，如果控制不当，则会存在安全隐患，CPP易燃烧，其氧指数为18％左右，且成炭率低，易熔滴，所以为更好提高锂电池铝塑膜安全性，需要对CPP进行阻燃改性处理。
现有的流延聚丙烯薄膜生产过程中，用于CPP的阻燃剂有卤系阻燃剂和无卤阻燃剂，卤系阻燃剂由于产品燃烧后的环境问题，而逐渐的被限制，无卤阻燃体系主要有无机物阻燃剂与无卤膨胀型阻燃剂，无机物阻燃剂主要为金属氢氧化物，由于添加量大，粒径粗，在流延工艺中易产生晶点，从而限制了其在锂电池铝塑膜中的应用，而无卤膨胀型阻燃剂粒径小，对流延工艺外观影响小，但由于聚丙烯是非极性材料，与极性较强的阻燃剂相容性很差，如何开发适合软包锂电池铝塑膜用流延聚丙烯成为关注的课题，为此，我们提出一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜及其制备方法，工艺成熟，研制开发了一种锂电池铝塑膜用无卤素阻燃剂流延聚丙烯薄膜，针对锂电池铝塑膜内层CPP进行改善，通过添加无卤膨胀型阻燃剂，提高CPP的阻燃效果，通过对无卤膨胀型阻燃剂表面改性技术，解决无卤膨胀型阻燃剂与聚丙烯粒子的相容性问题，通过双螺杆造粒及流延工艺，产品外观晶点水平、力学机械性能保持可控范围内，可满足软包锂电池铝塑膜用CPP要求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜，包括电晕层、中间层和热封层。
所述电晕层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子70～100％、丙烯-烯烃共聚物0～30％、无卤素阻燃剂聚丙烯粒子0～30％和加工助剂0.1～10％；
所述中间层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子50～80％、丙烯-烯烃共聚物10～30％和无卤素阻燃剂聚丙烯粒子10～40％；
所述热封层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子50～90％、丙烯-烯烃共聚物30～60％和加工助剂0.1～10％。
优选的，所述无卤素阻燃剂聚丙烯粒子，包括以下重量百分比的物质：聚丙烯15～50％、阻燃剂30～60％、成炭剂5～20％、抗氧剂0～2％和表面改性剂1～2％。
优选的，所述阻燃剂材质为聚磷酸铵，分子通式为(NH4)(n+2)PnO(3n+1)；三聚氰胺聚磷酸盐，分子通式为(C3H8N6)m(HPO3)n；三聚氰胺，分子通式为C3H6N6；三聚氰胺氰尿酸盐，分子通式为C6H9N9O3其中的一种或者多种。
优选的，所述成炭剂为含三嗪环结构的多元醇聚合物。
优选的，所述表面改性剂材质为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、十八烷基三氯硅烷中的一种或者几种。
优选的，所述抗氧剂材质为抗氧剂1010、抗氧剂1310、抗氧剂1076、抗氧剂168一种或者几种。
优选的，所述无卤素阻燃剂聚丙烯粒子制备过程包括如下步骤：
(1)、将表面改性剂配置为体积分数为20～40％的乙醇溶液；
(2)、按比例称取一定量的阻燃剂、成炭剂，加入配置好的表面改性剂溶液中，再高速混合搅拌20～40min，取出后用烘箱干燥；
(3)、按比例称取共聚聚丙烯粒子、抗氧剂及处理好的阻燃剂与成炭剂混合物，进行机械混合，混合后加入双螺杆挤出机中，温度在160～220℃，拉条切粒。
优选的，薄膜厚度为30～100μm，电晕层与中间层与热封层的层厚比为10～30：10～40：10～30。
优选的，薄膜制备过程包括如下步骤：
A、将树脂原料进行烘干，去除树脂水蒸气；
B、按比例称取各层树脂，分别通过挤出机，通过挤塑加压将各层树脂熔融塑化，将塑化后的树脂通过碟片式树脂过滤器进行过滤；
C、将过滤后的树脂进入分配器按照比例进行分配，通过T型模头共挤挤出，流到冷辊表面，形成锂电池铝塑膜用共挤流延聚丙烯薄膜，该聚丙烯薄膜包括依次设置的热封层、中间层、电晕层。
优选的，所述热封层熔融温度为200～280℃。
本发明的技术效果和优点：
本发明工艺成熟，研制开发了一种锂电池铝塑膜用无卤素阻燃剂流延聚丙烯薄膜，针对锂电池铝塑膜内层CPP进行改善，通过添加无卤膨胀型阻燃剂，提高CPP的阻燃效果，通过对无卤膨胀型阻燃剂表面改性技术，解决无卤膨胀型阻燃剂与聚丙烯粒子的相容性问题，通过双螺杆造粒及流延工艺，产品外观晶点水平、力学机械性能保持可控范围内，可满足软包锂电池铝塑膜用CPP要求。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜，包括电晕层、中间层和热封层。
所述电晕层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子85％、丙烯-烯烃共聚物15％、无卤素阻燃剂聚丙烯粒子15％和加工助剂5.5％；
所述中间层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子65％、丙烯-烯烃共聚物20％和无卤素阻燃剂聚丙烯粒子25％；
所述热封层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子70％、丙烯-烯烃共聚物45％和加工助剂5.5％。
优选的，所述无卤素阻燃剂聚丙烯粒子，包括以下重量百分比的物质：聚丙烯33％、阻燃剂45％、成炭剂12.5％、抗氧剂1％和表面改性剂1.5％。
优选的，所述阻燃剂材质为聚磷酸铵，分子通式为(NH4)(n+2)PnO(3n+1)；三聚氰胺聚磷酸盐，分子通式为(C3H8N6)m(HPO3)n；三聚氰胺，分子通式为C3H6N6；三聚氰胺氰尿酸盐，分子通式为C6H9N9O3其中的一种或者多种。
优选的，所述成炭剂为含三嗪环结构的多元醇聚合物。
优选的，所述表面改性剂材质为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、十八烷基三氯硅烷中的一种或者几种。
优选的，所述抗氧剂材质为抗氧剂1010、抗氧剂1310、抗氧剂1076、抗氧剂168一种或者几种。
优选的，所述无卤素阻燃剂聚丙烯粒子制备过程包括如下步骤：
(1)、将表面改性剂配置为体积分数为30％的乙醇溶液；
(2)、按比例称取一定量的阻燃剂、成炭剂，加入配置好的表面改性剂溶液中，再高速混合搅拌30min，取出后用烘箱干燥；
(3)、按比例称取共聚聚丙烯粒子、抗氧剂及处理好的阻燃剂与成炭剂混合物，进行机械混合，混合后加入双螺杆挤出机中，温度在190℃，拉条切粒。
优选的，薄膜厚度为65μm，电晕层与中间层与热封层的层厚比为20：25：20。
优选的，薄膜制备过程包括如下步骤：
A、将树脂原料进行烘干，去除树脂水蒸气；
B、按比例称取各层树脂，分别通过挤出机，通过挤塑加压将各层树脂熔融塑化，将塑化后的树脂通过碟片式树脂过滤器进行过滤；
C、将过滤后的树脂进入分配器按照比例进行分配，通过T型模头共挤挤出，流到冷辊表面，形成锂电池铝塑膜用共挤流延聚丙烯薄膜，该聚丙烯薄膜包括依次设置的热封层、中间层、电晕层。
优选的，所述热封层熔融温度为240℃。
实施例2
一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜，包括电晕层、中间层和热封层。
所述电晕层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子70％、丙烯-烯烃共聚物0％、无卤素阻燃剂聚丙烯粒子0％和加工助剂0.1％；
所述中间层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子50％、丙烯-烯烃共聚物10％和无卤素阻燃剂聚丙烯粒子10％；
所述热封层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子50％、丙烯-烯烃共聚物30％和加工助剂0.1％。
优选的，所述无卤素阻燃剂聚丙烯粒子，包括以下重量百分比的物质：聚丙烯15％、阻燃剂30％、成炭剂5％、抗氧剂0％和表面改性剂1％。
优选的，所述阻燃剂材质为聚磷酸铵，分子通式为(NH4)(n+2)PnO(3n+1)；三聚氰胺聚磷酸盐，分子通式为(C3H8N6)m(HPO3)n；三聚氰胺，分子通式为C3H6N6；三聚氰胺氰尿酸盐，分子通式为C6H9N9O3其中的一种或者多种。
优选的，所述成炭剂为含三嗪环结构的多元醇聚合物。
优选的，所述表面改性剂材质为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、十八烷基三氯硅烷中的一种或者几种。
优选的，所述抗氧剂材质为抗氧剂1010、抗氧剂1310、抗氧剂1076、抗氧剂168一种或者几种。
优选的，所述无卤素阻燃剂聚丙烯粒子制备过程包括如下步骤：
(1)、将表面改性剂配置为体积分数为20％的乙醇溶液；
(2)、按比例称取一定量的阻燃剂、成炭剂，加入配置好的表面改性剂溶液中，再高速混合搅拌20min，取出后用烘箱干燥；
(3)、按比例称取共聚聚丙烯粒子、抗氧剂及处理好的阻燃剂与成炭剂混合物，进行机械混合，混合后加入双螺杆挤出机中，温度在160℃，拉条切粒。
优选的，薄膜厚度为30μm，电晕层与中间层与热封层的层厚比为10：10：10。
优选的，薄膜制备过程包括如下步骤：
A、将树脂原料进行烘干，去除树脂水蒸气；
B、按比例称取各层树脂，分别通过挤出机，通过挤塑加压将各层树脂熔融塑化，将塑化后的树脂通过碟片式树脂过滤器进行过滤；
C、将过滤后的树脂进入分配器按照比例进行分配，通过T型模头共挤挤出，流到冷辊表面，形成锂电池铝塑膜用共挤流延聚丙烯薄膜，该聚丙烯薄膜包括依次设置的热封层、中间层、电晕层。
优选的，所述热封层熔融温度为200℃。
实施例3
一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜，包括电晕层、中间层和热封层。
所述电晕层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子100％、丙烯-烯烃共聚物30％、无卤素阻燃剂聚丙烯粒子30％和加工助剂10％；
所述中间层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子80％、丙烯-烯烃共聚物30％和无卤素阻燃剂聚丙烯粒子40％；
所述热封层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子90％、丙烯-烯烃共聚物60％和加工助剂10％。
优选的，所述无卤素阻燃剂聚丙烯粒子，包括以下重量百分比的物质：聚丙烯50％、阻燃剂60％、成炭剂20％、抗氧剂2％和表面改性剂2％。
优选的，所述阻燃剂材质为聚磷酸铵，分子通式为(NH4)(n+2)PnO(3n+1)；三聚氰胺聚磷酸盐，分子通式为(C3H8N6)m(HPO3)n；三聚氰胺，分子通式为C3H6N6；三聚氰胺氰尿酸盐，分子通式为C6H9N9O3其中的一种或者多种。
优选的，所述成炭剂为含三嗪环结构的多元醇聚合物。
优选的，所述表面改性剂材质为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、十八烷基三氯硅烷中的一种或者几种。
优选的，所述抗氧剂材质为抗氧剂1010、抗氧剂1310、抗氧剂1076、抗氧剂168一种或者几种。
优选的，所述无卤素阻燃剂聚丙烯粒子制备过程包括如下步骤：
(1)、将表面改性剂配置为体积分数为40％的乙醇溶液；
(2)、按比例称取一定量的阻燃剂、成炭剂，加入配置好的表面改性剂溶液中，再高速混合搅拌40min，取出后用烘箱干燥；
(3)、按比例称取共聚聚丙烯粒子、抗氧剂及处理好的阻燃剂与成炭剂混合物，进行机械混合，混合后加入双螺杆挤出机中，温度在220℃，拉条切粒。
优选的，薄膜厚度为100μm，电晕层与中间层与热封层的层厚比为30：40：30。
优选的，薄膜制备过程包括如下步骤：
A、将树脂原料进行烘干，去除树脂水蒸气；
B、按比例称取各层树脂，分别通过挤出机，通过挤塑加压将各层树脂熔融塑化，将塑化后的树脂通过碟片式树脂过滤器进行过滤；
C、将过滤后的树脂进入分配器按照比例进行分配，通过T型模头共挤挤出，流到冷辊表面，形成锂电池铝塑膜用共挤流延聚丙烯薄膜，该聚丙烯薄膜包括依次设置的热封层、中间层、电晕层。
优选的，所述热封层熔融温度为280℃。
对比例
一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜，包括电晕层、中间层和热封层。
所述电晕层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子85％、丙烯-烯烃共聚物15％和加工助剂5.5％；
所述中间层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子65％和丙烯-烯烃共聚物20％；
所述热封层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子70％、丙烯-烯烃共聚物45％和加工助剂5.5％。
优选的，薄膜厚度为65μm，电晕层与中间层与热封层的层厚比为20：25：20。
优选的，薄膜制备过程包括如下步骤：
A、将树脂原料进行烘干，去除树脂水蒸气；
B、按比例称取各层树脂，分别通过挤出机，通过挤塑加压将各层树脂熔融塑化，将塑化后的树脂通过碟片式树脂过滤器进行过滤；
C、将过滤后的树脂进入分配器按照比例进行分配，通过T型模头共挤挤出，流到冷辊表面，形成锂电池铝塑膜用共挤流延聚丙烯薄膜，该聚丙烯薄膜包括依次设置的热封层、中间层、电晕层。
优选的，所述热封层熔融温度为240℃。
本文案所用部分物质具体成分组成如下：
所述共聚聚丙烯粒子为TPC cosmoplene系列，JPP wintec系列，JPP WFX4M等，熔融指数为7；所述丙烯-烯烃共聚物为TAFMER系列，SK Suprene系列；所述无卤素阻燃剂聚丙烯粒子为自我改性材质。
实施例与对比例对比测试数据：
| 对比例 | 实施例1 | 实施例2 | |
| 氧指数％ | 18 | 31 | 33 |
| UL-94(2mm) | - | V-1 | V-0 |
综上所述：本发明提供的一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜及其制备方法，与其它生产工艺相比，具备以下优点：工艺成熟，研制开发了一种锂电池铝塑膜用无卤素阻燃剂流延聚丙烯薄膜，针对锂电池铝塑膜内层CPP进行改善，通过添加无卤膨胀型阻燃剂，提高CPP的阻燃效果，通过对无卤膨胀型阻燃剂表面改性技术，解决无卤膨胀型阻燃剂与聚丙烯粒子的相容性问题，通过双螺杆造粒及流延工艺，产品外观晶点水平、力学机械性能保持可控范围内，可满足软包锂电池铝塑膜用CPP要求。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜，其特征在于：包括电晕层、中间层和热封层。
所述电晕层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子70～100％、丙烯-烯烃共聚物0～30％、无卤素阻燃剂聚丙烯粒子0～30％和加工助剂0.1～10％；
所述中间层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子50～80％、丙烯-烯烃共聚物10～30％和无卤素阻燃剂聚丙烯粒子10～40％；
所述热封层，包括以下重量百分比的物质：共聚聚丙烯粒子50～90％、丙烯-烯烃共聚物30～60％和加工助剂0.1～10％。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜，其特征在于：所述无卤素阻燃剂聚丙烯粒子，包括以下重量百分比的物质：聚丙烯15～50％、阻燃剂30～60％、成炭剂5～20％、抗氧剂0～2％和表面改性剂1～2％。
3.根据权利要求2所述的一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜，其特征在于：所述阻燃剂材质为聚磷酸铵，分子通式为(NH4)(n+2)PnO(3n+1)；三聚氰胺聚磷酸盐，分子通式为(C3H8N6)m(HPO3)n；三聚氰胺，分子通式为C3H6N6；三聚氰胺氰尿酸盐，分子通式为C6H9N9O3其中的一种或者多种。
4.根据权利要求2所述的一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜，其特征在于：所述成炭剂为含三嗪环结构的多元醇聚合物。
5.根据权利要求2所述的一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜，其特征在于：所述表面改性剂材质为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、十八烷基三氯硅烷中的一种或者几种。
6.根据权利要求2所述的一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜，其特征在于：所述抗氧剂材质为抗氧剂1010、抗氧剂1310、抗氧剂1076、抗氧剂168一种或者几种。
7.根据权利要求2所述的一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜及其制备方法，其特征在于：所述无卤素阻燃剂聚丙烯粒子制备过程包括如下步骤：
(1)、将表面改性剂配置为体积分数为20～40％的乙醇溶液；
(2)、按比例称取一定量的阻燃剂、成炭剂，加入配置好的表面改性剂溶液中，再高速混合搅拌20～40min，取出后用烘箱干燥；
(3)、按比例称取共聚聚丙烯粒子、抗氧剂及处理好的阻燃剂与成炭剂混合物，进行机械混合，混合后加入双螺杆挤出机中，温度在160～220℃，拉条切粒。
8.根据权利要求1所述的一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜及其制备方法，其特征在于：薄膜厚度为30～100μm，电晕层与中间层与热封层的层厚比为10～30：10～40：10～30。
9.根据权利要求1所述的一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜及其制备方法，其特征在于：薄膜制备过程包括如下步骤：
A、将树脂原料进行烘干，去除树脂水蒸气；
B、按比例称取各层树脂，分别通过挤出机，通过挤塑加压将各层树脂熔融塑化，将塑化后的树脂通过碟片式树脂过滤器进行过滤；
C、将过滤后的树脂进入分配器按照比例进行分配，通过T型模头共挤挤出，流到冷辊表面，形成锂电池铝塑膜用共挤流延聚丙烯薄膜，该聚丙烯薄膜包括依次设置的热封层、中间层、电晕层。
10.根据权利要求9所述的一种锂电池铝塑膜用阻燃流延聚丙烯薄膜及其制备方法，其特征在于：所述热封层熔融温度为200～280℃。
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