CN115871302A

CN115871302A - 一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜及制备方法

Info

Publication number: CN115871302A
Application number: CN202211446100.8A
Authority: CN
Inventors: 何庆文; 熊涛; 陈佰涛; 邹华蓉; 邓锐; 邹家武; 李辛彭
Original assignee: Hubei Hongyu New Packaging Materials Co ltd
Current assignee: Hubei Hongyu New Packaging Materials Co ltd
Priority date: 2022-11-18
Filing date: 2022-11-18
Publication date: 2023-03-31

Abstract

本发明公开了一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜及制备方法。通过将不同的聚丙烯原料熔融、过滤，并对制备过程中的设备及管道进行程序式控温，通过三层共挤技术高速流延成型，形成了由电晕层、中间层和热封层组成的流延聚丙烯复合膜。通过在电晕层中加入嵌段聚丙烯，提高了流延聚丙烯复合膜的耐冲深能力，并提高复合膜的阻隔性能以及耐酸碱性能，降低锂电池电解液的渗透效率；同时利用茂金属聚丙烯为主料制备热封层，提高了复合膜的韧性从而提高冷冲压的成型高度，最终得到了抗冲深发白、抗爽滑剂迁移的流延聚丙烯复合膜。

Description

一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜及制备方法

技术领域

本发明属于功能性复合膜生产技术领域，具体涉及一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜及制备方法。

背景技术

随着新能源电池市场的快速发展，用于将含有正极片、负极片及隔膜的电池包裹的铝塑膜也越来越受到市场关注。常见的铝塑膜由三层材料组成：起成型支撑作用的外层尼龙层；起阻隔作用的中间层铝箔层；起热封作用内层热封层，常见材质为聚丙烯。各层之间通过胶黏剂进行粘合从而形成铝塑膜。在实际应用过程中，铝塑膜先冷冲压成型，形成不同形状，接着进行电池材料及电解液的灌装及密封，从而形成一个完整的电池组件。

然而由于电池中的电解液包含多种有机溶剂和金属盐离子，有些金属盐离子遇水会迅速腐蚀聚丙烯，甚至破坏铝塑复合膜内层的粘结层和中间层铝箔，会使聚丙烯热封效果变差并与铝箔分离，造成电池胀气、漏液失效等安全问题。因此目前常采用聚丙烯复合膜最为铝塑膜的热封材料。中国专利CN114142170A公开了一种耐穿刺耐电解液流延聚丙烯复合膜、铝塑膜及其应用，其流延聚丙烯复合膜依次有热封基层、芯层和电晕层组成，其在芯层中加入纳米氮化硅，增强了复合膜的耐磨性和耐刺穿性。中国专利CN114274634A公开了一种锂电池铝塑膜用共挤流延聚丙烯复合膜及其制备方法，其采用环状聚烯烃材料或者聚偏氯乙烯材质，降低锂电池电解液渗透率，从而提高了复合膜的阻隔性、韧性和冷冲压的成型度。但在制备流延聚丙烯复合膜的过程中，使用常规的爽滑剂如芥酸酰胺、油酸酰胺等作为爽滑剂，会由于爽滑剂本身的问题造成复合膜的摩擦系数不高，导致出现爽滑剂迁移到电晕层的问题，使得对复合膜的外观与质量产生负面影响。此外聚丙烯复合膜在冲压下易产生发白现象，该现象产生后容易导致复合膜内部分子链断裂从而导致复合膜出现破裂，严重影响电池的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜及制备方法，以解决现有流延聚丙烯复合膜冲深发白，爽滑剂迁移的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜，其特征在于：所述流延聚丙烯复合膜由电晕层、中间层和热封层组成。

优选的，电晕层由60％-90％无规共聚聚丙烯和10％-40％嵌段聚丙烯组成；

中间层由98％-99％标准料聚丙烯和1％-2％聚丙烯爽滑母料组成；

热封层由80％-90％茂金属聚丙烯，10％-20％辅料组成。

优选的，聚丙烯爽滑料为SL5068。

优选的，辅料包括聚α烯烃和防粘爽滑母料，所述聚α烯烃和防粘爽滑母料的质量比为2.5-20:1，其中聚α烯烃为非晶态聚α烯烃；所述防粘爽滑母料为聚烯烃弹性体，型号为A4085S或ABER11。

优选的，电晕层，中间层与热封层的厚度比为1:2-4:1，三层的总厚度为30-90μm。

本发明还提供一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜的制备方法，其采用高速流延成型技术和三层共挤技术。

具体包括以下步骤：

(1)将各种原料按比例混合均匀后进行洁净计量下料；

(2)程序式控温：设置熔融挤出机、过滤器及传输管道温度为220-270℃，分配器和T型模头的温度为200-240℃；

(3)将混合后的物料通过不同的挤出机(A、B和C)螺杆熔融剪切塑化，得到熔体；

(4)将熔体通过碟片式过滤器进行二次过滤；

(5)将过滤后的溶体通过分配器按照不同比例进行分配，经过T型模头后经非镜面流延，然后冷却结晶，定型成膜，其中流延的速度为80-150m/min；

(6)进行测量并调节厚度，表面电晕处理后经牵引收卷成膜，其中复合膜收卷的速度为80-200m/min。

优选的，电晕层由挤出机B挤出，中间层由挤出机A挤出，热封层由挤出机C挤出。

本发明的有益效果为：本发明通过制备具有三层结构的流延聚丙烯复合膜，用不同的聚丙烯作为主料并加入不同的辅料分别制备电晕层、中间层和热封层，并采用三层共挤技术一体成型。在热封层中采用茂金属聚丙烯作为主料，提高了复合膜的韧性、耐刺穿性，降低了复合膜的雾度，解决了复合膜冲深发白的问题；在电晕层以无规共聚聚丙烯为主，以嵌段聚丙烯为辅，提高了耐冲深、耐酸碱等性能。同时在流延聚丙烯复合膜中采用了高频高压处理，产生低温等离子体，使塑料表面产生游离基反应而使聚合物发生交联，解决了爽滑剂迁移的问题。此外通过优化生产工艺及改变原料配方，本发明专利产品具有高速可成型性、高安全性和高阻隔性等优点，是新能源电池及电容器软包装铝塑膜的首选材料。

附图说明

图1为实施例1制备的新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜的结构示意图，图中1为电晕层，2为中间层，3为热封层。

具体实施方式

下述实施例中采用的原料分别为：

标准料聚丙烯密度为0.85-0.95g/cm³，拉伸模量700-900MPa，熔体流动速率(MFR，230℃/2.16kg)2g/10min，弯曲模量950-1000MPa，变形温度80-85℃，耐冲击性可达50-70kg/m；

聚丙烯爽滑母料型号为SL5068，其密度为0.85-0.95g/cm³；

无规共聚聚丙烯密度为0.90-0.91g/cm³，熔体流动速率(MFR，230℃/2.16kg)8g/10min，弯曲模量700-800MPa，熔融温度220-250℃，热封温度115-150℃，拉伸模量400-500MPa，光泽度>120；

嵌段聚丙烯其密度为0.85-0.95g/cm³，熔点160-165℃，熔体流动速率(MFR，230℃/2.16kg)3.5g/10min，拉伸模量600-680MPa，熔点160-165℃；

聚α烯烃为非结晶性聚α烯烃。

防粘爽滑母料为聚烯烃弹性体(Polyolefin elastomer，POE)，型号为A4085S或ABER11。

实施例1

一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜及制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将各原料进行洁净处理；

(2)将处理后各原料投入计量料斗按比例混合，然后分别进入相应的挤出机进行加压熔融塑化，得到熔体，其中控制挤出机的温度为220℃；

(3)将塑化后的熔体通过碟片式过滤器进行过滤，其中过滤器的温度为220℃；

(4)将过滤后熔体通过分配器按照比例进行分配，通过T型模头三层共挤挤出，高速流延，冷却结晶成膜；其中分配器和T型模头的温度为200℃，流延速度为80m/min；

(5)对步骤(5)得到的复合膜进行厚度测量，然后表面电晕处理后经牵引收卷成膜，膜的收卷速度为80m/min。

具体比例为：电晕层(挤出机B)：60％无规共聚聚丙烯树脂+40％嵌段聚丙烯；

中间层(挤出机A)：97％标准料聚丙烯+3％聚丙烯爽滑母料；

热封层(挤出机C)：80％为茂金属聚丙烯+15％非结晶性聚α-烯烃+5％防粘爽滑母料A4085S。

热封层厚度：中间层厚度：电晕层厚度＝1:2:1，总厚度30μm。

实施例2

方法、步骤同实施例1，将熔融挤出机和过滤器的温度调整为230℃，分配器和T型模头的温度改为220℃，流延速度改为120m/min，膜的收卷速度调整为150m/min，三层的原料具体比例改为：

电晕层(挤出机B)：70％无规共聚聚丙烯树脂+30％嵌段聚丙烯；

中间层(挤出机A)：98％标准料聚丙烯+2％聚丙烯爽滑母料；

热封层(挤出机C)：85％为茂金属聚丙烯+12％低结晶性聚α-烯烃+3％防粘爽滑母料ABER11。

热封层厚度：中间层厚度：电晕层厚度＝1:2:1，总厚度40μm。

实施例3

方法、步骤同实施例1，将熔融挤出机和过滤器的温度调整为240℃，分配器和T型模头的温度改为230℃，流延速度改为150m/min，膜的收卷速度调整为160m/min，三层的原料具体比例改为：

电晕层(挤出机B)：80％无规共聚聚丙烯树脂+20％嵌段聚丙烯；

中间层(挤出机A)：99％标准料聚丙烯+1％聚丙烯爽滑母料；

热封层(挤出机C)：90％为茂金属聚丙烯+8％非结晶性聚α-烯烃+2％防粘爽滑母料ABER11。

热封层厚度：中间层厚度：电晕层厚度＝1:2:1，总厚度50μm。

实施例4

方法、步骤同实施例1，将熔融挤出机和过滤器的温度调整为240℃，分配器和T型模头的温度改为220℃，流延速度改为100m/min，膜的收卷速度调整为170m/min，三层的原料具体比例改为：

电晕层(挤出机B)：90％无规共聚聚丙烯树脂+10％嵌段聚丙烯；

中间层(挤出机A)：98％标准料聚丙烯+2％聚丙烯爽滑母料；

热封层(挤出机C)：82％为茂金属聚丙烯+15％低结晶性聚α-烯烃+3％及防粘爽滑母料ABER11。

热封层厚度：中间层厚度：电晕层厚度＝1:3:1，总厚度60μm。

实施例5

方法、步骤同实施例1，将熔融挤出机和过滤器的温度调整为260℃，分配器和T型模头的温度改为230℃，流延速度改为130m/min，膜的收卷速度调整为180m/min，三层的原料具体比例改为：

电晕层(挤出机B)：75％无规共聚聚丙烯树脂+25％嵌段聚丙烯；

中间层(挤出机A)：99％标准料聚丙烯+1％聚丙烯爽滑母料；

热封层(挤出机C)：84％为茂金属聚丙烯+14.5％低结晶性聚α-烯烃+1.5％防粘爽滑母料ABER11。

热封层厚度：中间层厚度：电晕层厚度＝1:3:1，总厚度70μm。

实施例6

方法、步骤同实施例1，将熔融挤出机和过滤器的温度调整为270℃，分配器和T型模头的温度改为240℃，流延速度改为90m/min，膜的收卷速度调整为190m/min，三层的原料具体比例改为：

电晕层(挤出机B)：85％无规共聚聚丙烯树脂+15％嵌段聚丙烯；

中间层(挤出机A)：98％标准料聚丙烯+2％聚丙烯爽滑母料；

热封层(挤出机C)：88％为茂金属聚丙烯+11.5％低结晶性聚α-烯烃+0.5％防粘爽滑母料ABER11。

热封层厚度：中间层厚度：电晕层厚度＝1:4:1，总厚度80μm。

实施例7

方法、步骤同实施例1，将熔融挤出机和过滤器的温度调整为250℃，分配器和T型模头的温度改为220℃，流延速度改为110m/min，膜的收卷速度调整为200m/min，三层的原料具体比例改为：

中间层(挤出机A)：98％标准料聚丙烯+2％聚丙烯爽滑母料；

热封层(挤出机C)：90％为茂金属聚丙烯+7.5％低结晶性聚α-烯烃+2.5％防粘爽滑母料ABER11。

热封层厚度：中间层厚度：电晕层厚度＝1:4:1，总厚度90μm。

表1实施例制备得到的流延聚丙烯复合膜的测试结果

结果分析，将上述实施例和对比例制备得到的流延聚丙烯复合膜根据行业标准T/CIAPS0005-2018进行测试，结果如下：

从表1数据中可以看出，通过改变流延聚丙烯复合膜的生产工艺和配方后，提高了铝塑膜用流延聚丙烯的力学性能，增加了承印物表面的附着能力，稳定的摩擦系数表明解决了爽滑剂迁移问题。同时，在高速成型条件下保证了材料的韧性，提高冲压的成型强度。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，而不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求记载的内容为准。本领域技术人员在不做出创造性劳动的前提下进行等同替换所得到的技术方案均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜，其特征在于：所述流延聚丙烯复合膜由电晕层、中间层和热封层组成。

2.根据权利要求1所述的一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜，其特征在于：所述电晕层由60%-90%无规共聚聚丙烯和10%-40%嵌段聚丙烯组成；

中间层由98%-99%标准料聚丙烯和1%-2%聚丙烯爽滑母料及辅料组成；

热封层由80%-90%茂金属聚丙烯，10%-20%辅料组成。

3.根据权利要求2所述的一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜，其特征在于：所述聚丙烯爽滑料为SL5068。

4.根据权利要求2所述的一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜，其特征在于：所述辅料为由聚α烯烃和防粘爽滑母料组成，所述聚α烯烃和防粘爽滑母料的质量比为2.5-20:1，其中聚α烯烃为非晶态聚α烯烃；所述防粘爽滑母料为聚烯烃弹性体。

5.根据权利要求2所述的一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜，其特征在于：所述电晕层，中间层与热封层的厚度比为1:2-4:1，三层的总厚度为30-90μm。

6.一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法采用高速流延成型技术和三层共挤技术。

7.根据权利要求6所述的一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将各种原料混合均匀后进行洁净计量下料；

（2）程序式控温：设置熔融挤出机、过滤器、传输管道、分配器以及T型模头的温度；

（3）将混合物料通过挤出机螺杆熔融剪切塑化，得到熔体；

（4）将熔体通过碟片式过滤器进行二次过滤；

（5）将过滤后的熔体进入通过分配器按照不同比例进行分配，经过T型模头后流延，然后冷却结晶，定型成膜；

（6）测量并调整厚度，表面电晕处理后经牵引收卷成膜。

8.根据权利要求7所述的一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的温度为220-270℃。

9.根据权利要求7所述的一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的分配器和T型模头的温度为200-240℃；所述的流延的速度为80-150 m/min。

10.根据权利要求7所述的一种新能源电池铝塑膜用的流延聚丙烯复合膜的制备方法，其特征在于：步骤（6）所述的复合膜收卷的速度为80-200 m/min。