CN115717038A - 一种耐高温可溶胀胶带 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐高温可溶胀胶带，包括基体层和压敏胶层，用于形成基体层的材料为邵氏硬度不低于70D热塑性聚氨酯；热塑性聚氨酯包括聚醚性热塑性聚氨酯、聚酯型热塑性聚氨酯的至少一种。本发明中所提供的耐高温可溶胀胶带在室温或较高温(不超过85℃)下可以发生溶胀，且发生溶胀后形状保持不变，降温后也形状也不会出现缺陷，因此本发明中的耐高温可溶胀胶带在常温和高温下皆可以正常工作，极大提高了对电池的保护作用，提升了电池的安全性能。
Description
技术领域
本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种耐高温可溶胀胶带。
背景技术
随着电池技术的发展，圆柱电池的尺寸变得原来越大，其能量密度也越来越高，电池的能量密度越高，对电池的安全性能要求就越高。在圆柱电池的实际应用中，由于会发生频繁的摇晃和震动，极易造成电芯与外壳体间形成出现的间隙而导致相对的移动，从而出现电极片损坏、电池短路等问题，存在较大的安全隐患，在电芯与外壳体间形成的间隙填充胶带，可以对频繁的摇晃和震动起到有效的缓冲效果，减少电芯与外壳的相对移动，起到保护电池、减少安全隐患的作用。
通常采用溶胀胶带作为间隙填充胶带，目前较多的关注在胶带的基体层或压敏层在室温下或60℃以下的溶胀性能方面，而在实际使用过程中，电池在充放电或者某些非正常工作的情况，内部的环境很容易出现70℃甚至80℃的高温，在这些情况下，会使溶胀胶带会出现一些变化，导致其降温后形状出现缺陷后而使其失效，因而对对电池起不到有效的保护效果。因此，提供一种耐高温可溶胀胶带，使其在室温和高温下也可实现溶胀并能保持形状不变，在短期高温下依然可以正常工作，对保证电池的安全性具有重大意义。
另外，在使用过程中，现有的溶胀胶带往往着重关注于剥离强度性能，而未关注胶带实际使用过程中与其他设备如卷绕设备的匹配性。当胶带粘性符合使用需求时，其往往解卷力较大，而卷绕设备能提供的拉力通常较低，卷绕设备不能满足胶带解卷力需求，导致胶带上机后易异常情况，影响生产效率。因此，提供一种同时满足粘性需求和解卷力需求的溶胀胶带，具有重大的实际意义。
发明内容
为解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供一种耐高温可溶胀胶带，以解决上述问题中的至少一个。
根据本发明的第一个方面，提供一种耐高温可溶胀胶带，其特征在于：包括基体层和压敏胶层，用于形成基体层的材料为邵氏硬度不低于70D的热塑性聚氨酯；热塑性聚氨酯包括聚醚型热塑性聚氨酯、聚酯型热塑性聚氨酯中的至少一种。
在上述耐高温可溶胀胶带中，用于形成基体层所采用的材料为热塑性聚氨酯，热塑性聚氨酯属于热塑性树脂，其大分子链为线型结构，其形变能力大，抗冲击性能比热固性聚氨酯更优异。采用为邵氏硬度不低于70D热塑性聚氨酯，可以保证热塑性聚氨酯具有较高的分子量，进而保证由热塑性聚氨酯形成的基体层在高温下具备良好的耐电解液性能，发生溶胀而形状可以保持不变，且不被溶解，使得基体层在溶胀后也能保持良好的拉伸性能，在常温和高温下皆能对电池起到良好的保护作用。此外，热塑性聚氨酯通常包括聚醚性热塑性聚氨酯和聚酯型热塑性聚氨酯，具有优异的耐磨性、硬度、强度和弹性等性能，因此以热塑性聚氨酯作为形成基体层的材料使得基体层具备更为优异的综合性能。
优选地，热塑性树脂包括聚酯型热塑性聚氨酯。相对于聚醚型热塑性聚氨酯，聚酯型热塑性聚氨酯的耐溶剂性会更强，因此其具有更优异的耐电解液持久性，从而聚酯型热塑性聚氨酯可以对电池的实现更为长久的保护。
优选地，热塑性聚氨酯的邵氏硬度不超过85D。若所采用的热塑性聚氨酯的硬度过高，其形成的基体层在电解液中的溶胀性能会变差，因而对电池保护效果相对较差，且硬度过高的热塑性聚氨酯在使用时加工难度较大，增加利用其制备基体层的加工难度。本方案通过将所采用的热塑性聚氨酯的硬度控制在一定范围内，既可以保证其形成的基体层在电解液浸泡后有良好的溶胀性能，且不被电解液溶解，又能保证基体层在电解液浸泡下有一定的拉伸性能，有利于对电池的持续性保护。
优选地，用于形成压敏胶层的材料包括聚丙烯酸酯压敏胶。本方案所采用的聚丙烯酸酯压敏胶在常温或高温的电解液浸泡下几乎不溶胀。
优选地，压敏胶层的解卷力和剥离强度满足以下关系式：F/P≤12且F≤45N/m，其中，F表示解卷力，P表示剥离强度。本方案中压敏胶层的解卷力参照GB/T 4850-2002测试得到；剥离强度参照GB/T 2792-2014测试得到。
优选地，压敏胶层的解卷力和剥离强度满足以下关系式：F/P≤7.5。
优选地，压敏胶层的解卷力和剥离强度满足以下关系式：F/P＝2。
压敏胶层主要赋予胶带的粘接性能，对于电池用胶带而言，胶带的粘接性能越强(可通过剥离强度判断粘接性能强弱)，对电池的粘接效果就越好，电池越不容易散开。而当粘接性能符合电池的使用需求时，往往解卷力较大，而卷绕设备的拉力往往较低，不能满足胶带所需的解绕力，导致胶带上机后易出现异常情况，影响生产效率。本方案通过选用解卷力和剥离强度相匹配的压敏胶层，使得制备得到的胶带在满足粘性的情况下，胶带的解卷力也能够被卷绕设备所满足，避免胶带上机后出现异常情况而影响生产效率。
优选地，基体层与压敏胶层以直接贴合的方式结合，胶带通过以下方法制备得到：利用热塑性聚氨酯制备基体层，在离型膜上涂布压敏胶以得到压敏胶层，将压敏胶层直接贴合到基体层的表面，制得胶带。
优选地，基体层的厚度为20μm～100μm。
优选地，压敏胶层的厚度为1μm～20μm。
在本方案中，基体层为可溶胀层，通常而言，可溶胀胶带的可溶胀层需要以基膜如离型膜为载体，在基膜上涂布或以其他方式布施形成可溶胀层的材料，随后固化形成可溶胀层，而在本方案中，制备基体层(可溶胀层)无需采用如离型膜载体，制备得到的基体层可以作为压敏胶层的载体，使压敏胶层可以直接贴合在基体层的表面，简化了可溶胀胶带的制作工序。
根据本发明的另一个方面，提供一种耐高温可溶胀胶带在电池中的应用。
优选地，电池包括电解液，电解液包括溶剂和电解质盐，溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯中的至少一种，电解质盐包括LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO4、LiAlCl4、LiCl、LiI、C4BLiO8、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)中的至少一种，其中，x和y为自然数。
综上，本方案中所提供的耐高温可溶胀胶带在室温或较高温(不超过85℃)下可以发生溶胀，且发生溶胀后形状保持不变，降温后也形状也不会出现缺陷，因此本方案中的耐高温可溶胀胶带在常温和高温下皆可以正常工作，极大提高了对电池的保护作用，提升了电池的安全性能。
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方案，下面将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的实施例，而不是全部的实施例。
以下实施例或对比例中，形成基体层所采用的树脂的相关参数如表1所示，形成压敏胶层所采用的压敏胶的相关参数如表2所示。其中，表1中的TPU树脂表示聚氨酯树脂。利用表2中压敏胶形成压敏胶层的解卷力参照GB/T 4850-2002测试得到；剥离强度参照GB/T2792-2014。形成表2中各压敏胶时，由丙烯酸酯聚合物和二异氰酸酯组成，且丙烯酸酯聚合物按照重量份数由70份丙烯酸-2-乙基己酯、30份丙烯酸羟丙酯、5份丙烯酸组成。表2中压敏胶1#的配方为：按照重量份数计算，由100份丙烯酸酯聚合物和2份异氰酸酯组成；压敏胶2#的配方为：按照重量份数计算，由100份丙烯酸酯聚合物和1份二异氰酸酯组成；压敏胶3#的配方为：按照重量份数计算，由100份丙烯酸酯聚合物和5份二异氰酸酯组成；压敏胶4#的配方为：按照重量份数计算，由100份丙烯酸酯聚合物和3份二异氰酸酯组成；压敏胶5#的配方为：按照重量份数计算，由100份丙烯酸酯聚合物和3份三异氰酸酯组成。
表1形成基体层所采用的树脂的相关参数
表2形成压敏胶层所采用的压敏胶的相关参数
| 压敏胶型号 | 解卷力(N/m) | 剥离强度(N/m) | 压敏胶类型 |
| 压敏胶1# | 30 | 15 | 聚丙烯酸酯压敏胶 |
| 压敏胶2# | 55 | 18 | 聚丙烯酸酯压敏胶 |
| 压敏胶3# | 40 | 2 | 聚丙烯酸酯压敏胶 |
| 压敏胶4# | 45 | 4 | 聚丙烯酸酯压敏胶 |
| 压敏胶5# | 30 | 4 | 聚丙烯酸酯压敏胶 |
实施例1
基体层的制备：将TPU树脂1#进行干燥处理后投到制作流延膜的流延设备中，加工温度为220～240℃，通过调节流延设备的挤出转速以及拉伸速度，制备约40μm的薄膜作为胶带的基体层。
胶带的制备：在25μmPET单面离型膜的离型面以微凹涂布的方式涂布压敏胶1#，以形成厚度为2μm压敏胶层，将压敏胶层的另一面贴合基体层，制成胶带。本发明中的压敏胶层和基体层是直接贴合的方式复合在一起的，压敏胶层与基体层中间没有隔离膜如离型膜等。PET表示聚对苯二甲酸乙二酯。使用时，将胶带的离型膜撕掉即可。
实施例2
本实施例中基体层的制备中，形成基体层所采用的树脂为TPU树脂2#，其余与实施例1一致。
本实施例中胶带的制备与实施例1一致。
实施例3
本实施例中基体层的制备中，形成基体层所采用的树脂为TPU树脂3#，其余与实施例1一致。
本实施例中胶带的制备与实施例1一致。
实施例4
本实施例中基体层的制备中，形成基体层所采用的树脂为TPU树脂4#，其余与实施例1一致。
本实施例中胶带的制备与实施例1一致。
实施例5
本实施例中基体层的制备中，形成基体层所采用的树脂为TPU树脂5#，加工温度为230～260℃，其余与实施例1一致。
本实施例中胶带的制备与实施例1一致。
实施例6
本实施例中基体层的制备中，形成基体层所采用的树脂为TPU树脂6#，加工温度为240℃～270℃，其余与实施例6一致。
本实施例中胶带的制备与实施例6一致。
实施例7
本实施例中基体层的制备与实施例1一致。
在本实施例中胶带的制备中，形成压敏层所采用的压敏胶为压敏胶4#，其余与实施例1一致。
实施例8
本实施例中基体层的制备与实施例1一致。
在本实施例胶带的制备中，形成压敏层所采用的压敏胶为压敏胶5#，其余与实施例1一致。
实施例9
本实施例中基体层的制备与实施例1一致。
在本实施例中胶带的制备中，形成压敏胶层所采用的压敏胶为压敏胶2#，其余与实施例1一致。
实施例10
本实施例中基体层的制备与实施例1一致。
在本实施例中胶带的制备中，形成压敏胶层所采用的压敏胶为压敏胶3#，其余与实施例1一致。
对比例1
本对比例中基体层的制备中，形成基体层所采用的树脂为TPU树脂7#，加工温度为200～230℃，其余与实施例1一致。
本对比例中胶带的制备与实施例1一致。
对比例2
本对比例中基体层的制备中，形成基体层所采用的树脂为TPU树脂8#，加工温度为200～230℃，其余与实施例1一致。
本对比例中胶带的制备与实施例1一致。
对比例3
本对比例中基体层的制备中，形成基体层所采用的树脂为TPU树脂9#，加工温度为200～230℃，其余与实施例1一致。
本对比例中胶带的制备与实施例1一致。
测试例
1.实验构建方式
(1)基体层溶胀及形状保持能力测试
将实施例1～实施例10、对比例1～3中制备所得到的基体层裁剪成长50mm，宽20mm的测试样品，每个实施例和每个对比例分别裁剪两块尺寸一致的测试样品，并将每个实施例和每个对比例的两个测试样品分别置于室温(23℃)及85℃的电解液中浸泡4h，观察其溶胀效果及形状保持能力，计算其溶胀后的溶胀倍率。
对于发生明显溶胀且形状保持较好的测试样品，按照以下公式计算其溶胀倍率：
长度方向溶胀倍率＝(浸泡电解液后的基体层长度/50)×100％
宽度方向溶胀倍率＝(浸泡电解液后的基体层宽度/20)×100％
(2)胶带卷绕测试
将实施例1～实施例10、对比例1～3制备所得的胶带裁剪成宽58mm的卷材，在电芯制造卷绕工序上机使用，对胶带卷绕后电池散开进行记录，并按照以下公式计算其散开率：
散开率＝(散开电池个数/总卷绕电池个数)×100％
(3)胶带力学性能测试
将实施例1～实施例10、对比例1～3制备所得的胶带分别裁切成25mm×150mm的测试样品，每个实施例和每个对比例分别裁剪两块尺寸一致的测试样品，并将每个实施例和每个对比例的两个测试样品分别置于室温(23℃)及85℃的电解液中浸泡4h，取出后无需晾干，对于发生明显溶胀且形状保持较好的测试样品参考GBT30776-2014进行拉伸强度测定。
2.实验结果
(1)对实施例1～实施例10、对比例1～3中制备所得到的基体层进行溶胀及形状保持能力测试的结果如表3所示。
表3实施例1～实施例10、对比例1～3中制备所得到的基体层的溶胀及形状保持能力测试结果
在实施例1～实施例10中，形成基体层所采用的TPU树脂的邵氏硬度皆在70D以上(大于或等于70D)，由表3可以看出，实施例1～实施例10中的基体层皆可以在常温(23℃)或高温(85℃)的电解液浸泡下实现溶胀，且发生溶胀后形状保持良好，具有优异的溶胀性能，因此其可在常温或高温下工作。但在实施例6中，因所采用的热塑性聚氨酯的硬度为88D，具有过高的硬度，因而利用其形成的基体层在电解液的浸泡后其溶胀倍率较低，在23℃下浸泡电解液4h后的溶胀倍率仅为110％×105％，溶胀倍率较低使得基体层对电池的保护效果相对于实施例1～实施例5、实施例7～实施例10较差。而在对比例1～对比例3中，形成基体层所采用的TPU树脂的邵氏硬度皆在70D以下(小于70D)，导致制备所得的基体层在常温(23℃)电解液的浸泡下出现部分溶解、形状破坏的现象，在高温(85℃)电解液的浸泡下出现大部分溶解、无形状的现象。以上结果表明，选用一定硬度范围的TPU树脂制备得到的基体层在常温或高温的电解液浸泡下既能实现良好的溶胀效果，又能保持良好的形状，且溶胀后具有一定的拉伸性能(参考表4)，满足了基体层材料所需求的功能性，保证了其在电池中使用的安全性。
(2)对实施例1～实施例10、对比例1～3中制备所得到的胶带进行卷绕测试和力学性能测试的结果如表4所示。
表4实施例1～实施例10、对比例1～3中制备所得到的胶带卷绕测试和力学性能的测试结果
由表4可知，在实施例1～实施例10中，因形成基体层所采用的TPU树脂的邵氏硬度在70D以上(大于或等于70D)，从而利用基体层制备的胶带在常温(23℃)或高温(85℃)的电解液浸泡后依然具有一定的拉伸强度，且胶带高温(85℃)的电解液浸泡后的拉伸强度不低于2MPa，保证胶带在浸泡电解液后可以继续使用。而对比例1～3中，因形成基体层所采用的TPU树脂的邵氏硬度在70D以下(小于70D)，基体层在常温(23℃)或高温(85℃)的电解液浸泡后被部分溶解或大部分溶解，胶带失去原有的形状而导致胶带失效，因此也无法对其进行拉伸强度的测试。另外，从胶带的卷绕测试结果上看，实施例1～实施例8皆具有较好的卷绕性能，而在利用实施例9和实施例10中胶带进行卷绕测试时，电池的散开率分别为30％和50％，原因是实施例9胶带中形成压敏胶层所采用的压敏胶2#的解卷力较大，卷绕设备的拉力不足以满足压敏胶层所需求的解卷力，因此在较小的拉力下，一定时间解卷的胶带长度会减少，造成胶带对电池的粘接效果变差，因而电池易散开；而实施例10胶带中形成压敏胶层所采用的压敏胶3#的剥离强度较小，代表其粘接性能较差，因此其对电池的粘接效果也较差。上述结果表明，选择一定范围解卷力、一定范围剥离强度的胶层，能够满足卷绕上机生产，保证电池生产效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但这些修改或替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐高温可溶胀胶带，其特征在于：包括基体层和压敏胶层，用于形成所述基体层的材料为邵氏硬度不低于70D的热塑性聚氨酯；
所述热塑性聚氨酯包括聚醚型热塑性聚氨酯、聚酯型热塑性聚氨酯中的至少一种。
2.如权利要求1所述耐高温可溶胀胶带，其特征在于：所述热塑性聚氨酯树脂包括聚酯型热塑性聚氨酯。
3.如权利要求1所述耐高温可溶胀胶带，其特征在于：所述热塑性聚氨酯的邵氏硬度不超过85D。
4.如权利要求1所述耐高温可溶胀胶带，其特征在于：用于形成压敏胶层的材料包括聚丙烯酸酯压敏胶。
5.如权利要求1所述耐高温可溶胀胶带，其特征在于，所述压敏胶层的解卷力和剥离强度满足以下关系式：F/P≤12且F≤45N/m，其中，F表示解卷力，P表示剥离强度。
6.如权利要求5所述耐高温可溶胀胶带，其特征在于，所述压敏胶层的解卷力和剥离强度满足以下关系式：F/P≤7.5。
7.如权利要求6所述耐高温可溶胀胶带，其特征在于，所述压敏胶层的解卷力和剥离强度满足以下关系式：F/P＝2。
8.如权利要求1所述耐高温可溶胀胶带，其特征在于，所述基体层与所述压敏胶层以直接贴合的方式结合，胶带通过以下方法制备得到：利用所述热塑性聚氨酯制备所述基体层，在离型膜上涂布压敏胶以得到所述压敏胶层，将所述压敏胶层直接贴合到所述基体层的表面，制得所述胶带。
9.一种如权利要求1～8任一项所述耐高温可溶胀胶带在电池中的应用。
10.如权利要求9所述耐高温可溶胀胶带在电池中的应用，其特征在于，所述电池包括电解液，所述电解液包括溶剂和电解质盐，所述溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯中的至少一种，所述电解质盐包括LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO4、LiAlCl4、LiCl、LiI、C4BLiO8、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)中的至少一种，其中，x和y为自然数。
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