CN117445447A - 一种阻燃散热型铝塑膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃散热型铝塑膜及其制备方法，其包括以下步骤：(1)分别对PP膜、PA膜和铝箔的表面进行电晕处理；(2)将经过电晕处理的PP膜、PA膜和铝箔进行清洗、去静电处理，表面干燥后，得到表面处理后的PP膜、PA膜和铝箔；(3)将聚乙二醇、纳米氮化铝和异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂混合，形成粘结的阻燃散热层浆料；(4)将阻燃散热层浆料分别均匀涂覆在经过处理的PP膜和PA膜一侧表面上，分别形成第一阻燃散热层和第二阻燃散热层；(5)将铝箔两侧分别与第一及第二阻燃散热层进行粘结复合，烘干，即得到铝塑膜。本发明制得的铝塑膜既具有优良散热性和阻燃性，又能确保其在长时间使用中保持稳定、不易产生脱层分离。

Description

一种阻燃散热型铝塑膜及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种阻燃散热型铝塑膜及其制备方法。
背景技术
锂离子电池已广泛地被认为是未来的能源解决方案，因为它们提供了卓越的储能密度和长寿命。锂离子电池已在许多应用中取得成功，如移动通信、移动计算和电动汽车。然而，电池的性能、安全性和寿命大都取决于其组成部件的性能和质量。
在软包装锂电池中，铝塑膜作为电芯封装的核心材料，占据着举足轻重的地位。它的主要任务是为电池内部的敏感元件提供必要的保护，使其免受外界环境的影响。对于铝塑膜，阻隔性、冷冲压成型性和耐穿刺性是其三大核心性能指标。
常规的铝塑膜结构包含三层：外层保护层、中间铝箔层和内层热封层。这种三层结构在使用中已证明是有效的，能够为锂电池提供可靠的包装保护。然而，与大多数先进材料一样，铝塑膜也面临着一系列的挑战。
首先，锂离子电池在使用过程中会产生热量，这导致铝塑膜中的各个层面发生膨胀。由于外层保护层和内层热封层使用的是高分子材料，其膨胀系数远高于中间的铝箔层。这种差异化的膨胀行为可能导致膜材料内部的热应力增加，从而引起材料的卷曲或变形。
再者，使用于内层热封层的高分子材料，如PP或CPP，虽然在封装方面有很好的效果，但它们的导热性能并不尽如人意。当电池工作时，热量很可能会在这些高分子材料中聚集，从而降低其封装性能，导致铝塑膜与铝箔之间的脱层，以及电解液中的氢氟酸对铝箔的腐蚀。
为了克服这些挑战，研发人员尝试过多种方法，如改性外部保护层、内部热封层，或者引入多层功能层。但是，这些尝试仍存在一定的局限性。尽管增加的多层功能层可以提高铝塑膜的导热性能和减少高分子材料的膨胀，但其在电解液的浸润下可能导致更为严重的脱层问题，从而影响电池的充放电性能和使用寿命。
因此，开发一种既具有优良散热性和阻燃性，又能确保其在长时间使用中保持稳定、不易产生脱层分离的铝塑膜，已经成为当下的重要研发方向和紧迫任务。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种阻燃散热型铝塑膜及其制备方法，该方法制得的铝塑膜既具有优良散热性和阻燃性，又能确保其在长时间使用中保持稳定、不易产生脱层分离。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种阻燃散热型铝塑膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别对PP膜、PA膜和铝箔的表面进行电晕处理，经电晕处理后，所述PP膜、PA膜和铝箔表面均呈现凹凸起伏状，凹坑深度为50～70nm；
(2)将经过电晕处理的PP膜、PA膜和铝箔进行清洗、去静电处理，表面干燥后，得到表面处理后的PP膜、PA膜和铝箔；
(3)将平均相对分子质量为1900-2200的聚乙二醇、纳米氮化铝和异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂按照(1～2):(2～4):(5～10)的重量比混合，并加入去离子水，形成粘结的阻燃散热层浆料；
(4)将阻燃散热层浆料分别均匀涂覆在经过处理的PP膜和PA膜一侧表面上，分别形成第一阻燃散热层和第二阻燃散热层；其中，异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂分别凸出于第一阻燃散热层和第二阻燃散热层的表面；
(5)将铝箔的一侧表面与第一阻燃散热层进行粘结复合，将铝箔的另一侧表面与第二阻燃散热层进行粘结复合，烘干，即得到所述的阻燃散热型铝塑膜。
优选的，步骤(1)中，电晕处理的电压为2.0～2.2kV，电流为8A，电晕速度为40-50m/min，处理时间为8-10s。
优选的，步骤(2)中，表面处理后的PP膜和PA膜的表面润湿张力A(dyn)、表面粗糙度Ra(μm)和摩擦系数μs之间满足关系：A＝20Ra+15μs+c，其中，30≤c≤35。
优选的，步骤(3)中，所述异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂的平均粒径D1分别大于所述聚乙二醇的平均粒径D2和纳米氮化铝的平均粒径D3；且其满足以下关系式，D1/D2＝(2～10):1，D1/D3＝(2～10):1。
优选的，步骤(3)中，所述异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂的平均粒径为0.5～10μm；所述聚乙二醇和纳米氮化铝的平均粒径分别为0.05～5μm。
优选的，步骤(3)中，所述聚乙二醇为相变温度为50-54℃的固固相变材料。
优选的，步骤(3)中，在阻燃散热层浆料中加入占浆料总质量5％的玻璃纤维。
优选的，步骤(3)中，在阻燃散热层浆料中加入占浆料总质量5％的纳米碳纤维；其中，纳米碳纤维的长径比L/D满足关系式：50≤L/D≤100；纳米碳纤维的导热系数为2000-3000W/m·K。
优选的，步骤(3)中，所述阻燃散热层浆料的固含量可以为10重量％～90重量％。
优选的，步骤(4)中，进行涂布的方法没有特别限制，可以使用本领域已知的任何方法，只要能够将阻燃散热层浆料均匀涂布在基膜上即可，例如，可以采用微凹版或刮涂法涂布。
优选的，步骤(5)中，所述烘干温度为80～120℃。
优选的，所述PA膜的厚度为20～40μm；所述PP膜的厚度为30～80μm；所述第一阻燃散热层和第二阻燃散热层的厚度均为2～10μm；所述铝箔的厚度为30-60μm。
本发明还提供一种阻燃散热型铝塑膜，其由上述的阻燃散热型铝塑膜的制备方法制得。
本发明还提供一种锂离子电池，包括由正极片、负极片和隔膜形成的电芯，包裹电芯的铝塑膜以及电解液，其中该铝塑膜为上述的阻燃散热型铝塑膜。
相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明通过对PP膜、PA膜和铝箔进行电晕处理，在电晕电流作用下，电子流对PP膜、PA膜和铝箔进行强有力的冲击可以使材料表面起毛，表面张力增加，这有助于胶黏剂的附着和粘接。在高倍放大镜下观察，对处理前后的PP膜或PA膜进行比较发现，未经电晕处理的PP膜或PA膜表面最大深度不超过28nm，经电晕处理后，最大深度可达70nm，且表面呈现明显凹凸起伏状，微观真实面积增加；而阻燃散热层中凸出的异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂可以避免聚乙二醇以及纳米氮化铝颗粒的影响与铝箔形成良好的粘结效果，从而使铝塑膜层间牢固黏结，避免发生分层。
(2)本发明通过对PP膜和PA膜进行电晕处理，在高压电场作用下，产生大量臭氧，臭氧是一种强氧化剂，能使高分子材料中分子氧化，产生羰基与过氧化物等极性较强的基团，从而提高了其表面能，对胶黏剂的亲和力增加，提高基膜和涂层之间的黏结牢度。另外，由于产生了羰基，又会使分子链中产生新的α-碳原子，出现活泼氢。这种活泼氢能和异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂中的活泼性基团异氰酸根(-NCO)发生化学反应，使被黏材料和胶黏剂之间生成牢固的化学键，更增加了黏结牢度，从而避免了层间差异化膨胀和可能出现的层间分离现象，延长了阻燃散热型铝塑膜的使用寿命，从而延长了锂电池的安全性能和循环使用寿命。
(3)本发明通过设阻燃散热层，其中，平均相对分子质量为1900-2200的聚乙二醇和纳米氮化铝分别具有足够大的潜热和较好的热导率，可以有效吸收热量和传递热量，避免出现热量向PP膜和PA膜聚集的现象，提高铝塑膜的导热性能和减少高分子材料的膨胀，避免了PP膜、PA膜和铝箔的层间脱落，从而提高了其封装性能。另外，纳米氮化铝还是良好的耐火材料，耐热温度较高，在电池内部因充放电产生过热现象时，纳米氮化铝还能保持导热好，高强度等性能，避免引发电池安全性隐患的发生。
附图说明
图1为本发明一实施例中的铝塑膜的结构示意图。
其中，1-PP膜，2-第一阻燃散热层，3-铝箔，4-第二阻燃散热层，5-PA膜。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
根据本申请的第一方面，本申请提供一种阻燃散热型铝塑膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别对PP膜、PA膜和铝箔的表面进行电晕处理，经电晕处理后，所述PP膜、PA膜和铝箔表面均呈现凹凸起伏状，凹坑深度为50～70nm；
(2)将经过电晕处理的PP膜、PA膜和铝箔进行清洗、去静电处理，表面干燥后，得到表面处理后的PP膜、PA膜和铝箔；
(3)将平均相对分子质量为1900-2200的聚乙二醇、纳米氮化铝和异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂按照(1～2):(2～4):(5～10)的重量比混合，并加入去离子水，形成粘结的阻燃散热层浆料；
(4)将阻燃散热层浆料分别均匀涂覆在经过处理的PP膜和PA膜一侧表面上，分别形成第一阻燃散热层和第二阻燃散热层；其中，异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂分别凸出于第一阻燃散热层和第二阻燃散热层的表面；
(5)将铝箔的一侧表面与第一阻燃散热层进行粘结复合，将铝箔的另一侧表面与第二阻燃散热层进行粘结复合，烘干，即得到所述的阻燃散热型铝塑膜。
在根据本申请的一实施例中，步骤(1)中，电晕处理的电压为2.0～2.2kV，电流为8A，电晕速度为40-50m/min，处理时间为8-10s。
发明人通过对阻燃散热层附着性和牢固度的检验，发现经电晕处理后的铝箔和高分子材料与阻燃散热层的附着性和牢固度明显提高，且当电晕电流达到8A时，阻燃散热层黏结铝箔和高分子材料表面的牢固度最高，当电晕电流大于8A时，阻燃散热层附着力呈急剧下降趋势。可见，电晕电流大小对材料的附着力性具有决定性作用。
对于高分子材料而言，随着电晕电流的增大，电晕放电时产生的粒子动能增大，有利于打开塑料表面长分子链的化学键，表面活性能逐渐增加，表面张力也会随之相应增加。因此，高分子材料的表面张力随着电晕电流的增加而增加，这有助于胶黏剂的附着和粘接。进一步研究发现，高分子材料表面张力的峰值出现在电晕电流为8A左右时，当电流再增加时，高分子材料表面张力反而呈下降趋势，这是因为电极与电晕辊之间的空气量已达到一种相对稳定的状态，此时空气中氧分子的含量是一定的，即使提高电极的电压和电流值，也不能激活更多氧分子，使更多含氧官能团停留在高分子材料表面，再加上由于过度电晕使得高分子材料表面结构遭到严重破坏，因此当电晕电流再提高时，高分子材料的表面张力就会呈现迅速下降的趋势。对比未经电晕处理的高分子材料，经电晕处理后的高分子材料表面多孔涂炭层牢固度明显提高。随着电晕电流强度的增大，高分子材料与胶黏剂的表面牢固度大大提高，经8A电流电晕处理后的高分子材料，表面张力达到最大。
此外，当电晕速度过快或电晕处理时间过短时，会出现电晕处理不足现象，进而会导致阻燃散热层的附着力下降；当电晕时间速度过慢或电晕处理时间过长，则容易产生电晕击穿材料的现象，进而会导致胶黏剂的反粘现象。因此，需要将电晕速度和电晕时间也控制在合适的范围内。
其中，发明人通过对处理前后的高分子材料进行比较发现，未经电晕处理的高分子材料表面最大深度不超过28nm，经电晕处理后，最大深度可达70nm，且表面呈现明显凹凸起伏状，凸起部分的颜色较亮，经分析这些较亮部分为颗粒状物质，主要成分为低分子量的氧化物。表面微粗糙度变化以及微观真实面积的增加，真实反映了电晕处理对高分子材料结构及组成的影响。
在根据本申请的一实施例中，步骤(2)中，表面处理后的PP膜和PA膜的表面润湿张力A(dyn)、表面粗糙度Ra(μm)和摩擦系数μs之间满足关系：A＝20Ra+15μs+c，其中，30≤c≤35。该关系式表明，PP膜和PA膜的表面润湿张力A与表面粗糙度Ra和摩擦系数μs之间存在特定的线性关系。当摩擦系数μs或表面粗糙度Ra增加时，表面润湿张力A也会相应地增加，说明物体与浆料之间的摩擦力越大，表面润湿效果就越好。通过该关系式可以在实际制备过程中根据控制表面粗糙度和摩擦系数来确定所需的表面润湿张力，以便更好地涂布功能涂层浆料，从而提高耐高的附着性和性能稳定性。
在根据本申请的一实施例中，A的取值范围为38～42dyn，Ra的取值范围为0.08～0.16μm，μs的取值范围为0.4～0.7。其中，随着表面粗糙度的增加，表面接触面积增大，浆料的张力也随之增加，但当表面过于粗糙时，浆料分布不均，导致接触角度变小，表面润湿张力开始下降。因而需要将上述参数控制在合适的范围内。因此，上述关系式和参数范围可以用于在实际制备过程中控制PP膜和PA膜表面的性质，通过控制表面处理后的PP膜和PA膜的表面润湿张力、表面粗糙度和摩擦系数的关系，能够保证基膜表面有良好的润湿性和粗糙度，有利于阻燃散热层的涂覆和与基膜的粘接。
在根据本申请的一实施例中，步骤(3)中，所述异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂的平均粒径D1分别大于所述聚乙二醇的平均粒径D2和纳米氮化铝的平均粒径D3；且其满足以下关系式，D1/D2＝(2～10):1，D1/D3＝(2～10):1。通过控制异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂、聚乙二醇平均粒径来实现异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂凸出于所述阻燃散热层表面，改善了异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂与经过电晕处理的铝箔表面接触，增加了阻燃散热层与铝箔的黏结牢度。
其中，异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂还具有良好的耐气候性和光稳定性能，且异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂与羟基的反应速度比六亚甲基二异氰酸酯(HDI)与羟基的反应速度快4～5倍。
在根据本申请的一实施例中，步骤(3)中，所述异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂的平均粒径为0.5～10μm；所述聚乙二醇和纳米氮化铝的平均粒径分别为0.05～5μm。
在根据本申请的一实施例中，步骤(3)中，所述聚乙二醇为相变温度为50-54℃的固固相变材料。聚乙二醇为有机固固相变材料(固态有序的分子连接结构变成固态无序的分子连接结构)，且其相变温度会随着聚合度的增加而升高，因此，其平均相对分子量不能太高也不能过低，当达到其相变温度(50-54℃)时，会发生固-固相变，吸收热量，进一步提升阻燃散热层的散热效果。虽然常规的铝塑膜三层结构在常温下可以复合紧密,但在高温条件下两侧的高分子材料则表现出较大的热收缩,而中间的金属材料耐热性能较好，从而导致铝塑膜层间脱落、电解液中的氢氟酸对铝箔的腐蚀，导致电池漏液等引发安全隐患的现象。而本申请阻燃散热层中的相变材料有较好的导热性能，将电池内部的反应热快速散出去，避免电池内部热量团聚在铝塑膜上的现象，防止电池热失控或漏液，为电池安全提供了保障，延长了电池寿命。
在根据本申请的一实施例中，步骤(3)中，在阻燃散热层浆料中加入占浆料总质量5％的玻璃纤维。玻璃纤维具有抗拉强度大的特点，抗拉强度在标准状态下是6.3～6.9g/d，湿润状态5.4～5.8g/d。耐热性好，温度达300℃时对强度没影响。有优良的电绝缘性，是高级的电绝缘材料，也用于绝热材料和防火屏蔽材料。在阻燃散热层添加玻璃纤维可以提高铝塑膜的抗拉伸性能，耐穿刺强度，还能配合纳米氮化铝改善铝塑膜的阻燃性能，防止铝塑膜破裂、燃烧，为电池安全提供了保障。
在根据本申请的一实施例中，步骤(3)中，在阻燃散热层浆料中加入占浆料总质量5％的纳米碳纤维；其中，纳米碳纤维的长径比L/D满足关系式：50≤L/D≤100；纳米碳纤维的导热系数为2000-3000W/m·K。通过在阻燃散热层中添加上述的纳米碳纤维，可以有效提高铝塑膜的导热性和耐穿刺强度。其中，当长径比较高时，碳纤维在材料中可以形成更好的网络结构，有助于提高材料的导热性和强度。但是，过高的长径比(例如大于100)也会使碳纤维在混合和涂层过程中更容易聚集和缠绕，这会影响材料的均匀性和最终性能。碳纤维的长径比在上述的范围内，可以在保持良好强度和导热性的同时，避免加工过程中的聚集和断裂问题。
在根据本申请的一实施例中，步骤(4)中，进行涂布的方法没有特别限制，可以使用本领域已知的任何方法，只要能够将阻燃散热层浆料均匀涂布在PA膜或PP膜上即可，例如，可以采用微凹版或刮涂法涂布。
在根据本申请的一实施例中，步骤(5)中，所述烘干温度为80～120℃。
在根据本申请的一实施例中，所述PP膜的厚度为30～80μm；所述PA膜的厚度为20～40μm；所述第一阻燃散热层和第二阻燃散热层的厚度均为2～10μm；所述铝箔的厚度为30-60μm。通过控制各功能层的厚度，可以在合理成本下，将多层结构的优势发挥到最大，进一步优化铝塑膜的阻燃和散热效果。控制厚度也可以将阻燃散热层的粘结性发挥发到最好，更好匹配各功能层厚度，增强阻燃散热层与其他功能层之间的复合粘粘强度，避免了功能层之间的分层脱落，延长电池寿命。
根据本申请的第二方面，本申请还提供一种阻燃散热型铝塑膜，其由上述的阻燃散热型铝塑膜的制备方法制得。
根据本申请的第三方面，本申请还提供一种二次电池，包括由正极片、负极片和隔膜形成的电芯，包裹电芯的铝塑膜以及电解液，其中该铝塑膜为上述阻燃散热型铝塑膜。
本发明的锂离子电池的制备方法为本领域的技术人员所公知的，一般来说，该电池的制备方法包括将电芯置入铝塑膜中，加入电解液，然后封装，得到电池。其中，封装的方法、电芯和电解液的组成及用量为本领域技术人员所公知。
下面将结合具体实施例对本申请作进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的一种阻燃散热型铝塑膜包括以下功能层，由内到外(由上至下)依次为PP膜1、第一阻燃散热层2，铝箔3、第二阻燃散热层4以及PA膜5。
铝塑膜的制备：
本实施例提供一种阻燃散热型铝塑膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别对PP膜1、PA膜5和铝箔3的表面进行电晕处理，经电晕处理后，所述PP膜1、PA膜5和铝箔3表面均呈现凹凸起伏状，凹坑深度为55～70nm；其中PP膜1、PA膜5和铝箔3的厚度分别为45μm、25μm、55μm；
(2)将经过电晕处理的PP膜、PA膜和铝箔进行清洗、去静电处理，表面干燥后，得到表面处理后的PP膜、PA膜和铝箔；
(3)将平均相对分子质量为2000的聚乙二醇、纳米氮化铝和异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂按照2:2:10的重量比混合，并加入去离子水，形成粘结的阻燃散热层浆料；其中，异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂的平均粒径D1＝1.8μm；分别大于所述聚乙二醇的平均粒径D2＝0.6μm和纳米氮化铝的平均粒径D3＝0.6μm；且其满足以下关系式，D1/D2＝3:1，D1/D3＝3:1；
(4)将阻燃散热层浆料分别均匀涂覆在经过处理的PP膜和PA膜一侧表面上，分别形成厚度均为5μm第一阻燃散热层和第二阻燃散热层；其中，异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂分别凸出于第一阻燃散热层和第二阻燃散热层的表面；
(5)将铝箔的一侧表面与第一阻燃散热层进行粘结复合，将铝箔的另一侧表面与第二阻燃散热层进行粘结复合，烘干，即得到所述的阻燃散热型铝塑膜。
锂电池的制备：
将负极片、隔膜、正极片卷绕成电芯；再将电芯、电解液及铝塑膜按常规工艺制作成锂离子电池；其中，所用隔膜为PP膜；负极片采用的活性材料为人造石墨，正极片采用的活性材料为镍钴锰酸锂，电解液的锂盐为1M LiPF6，溶剂为EC:DEC:DMC 3:4:3。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例中PP膜1的厚度为50μm，第一阻燃散热层2和第二阻燃散热层4的厚度均为8μm，铝箔3的厚度为40μm，PA膜5的厚度为20μm；
其他同实施例1，这里不再赘述。
实施例3
与实施例1不同的是，铝塑膜的制备步骤(3)中，聚乙二醇、纳米氮化铝和异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂按照3:4:8的重量比混合。
其他同实施例1，这里不再赘述。
实施例4
与实施例1不同的是，铝塑膜的制备步骤(1)中，表面处理后的PP膜1的表面润湿张力A为45dyn、表面粗糙度Ra为0.2μm和摩擦系数μs为0.5；其中，以上满足关系：A＝20Ra+15μs+c，且30≤c≤35。
其他同实施例1，这里不再赘述。
实施例5
与实施例1不同的是，本实施例中异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂的平均粒径D1＝5μm分别大于聚乙二醇的平均粒径D2＝1μm和纳米氮化铝的平均粒径D3＝1μm；且其满足以下关系式，D1/D2＝5:1，D1/D3＝5:1。
其他同实施例1，这里不再赘述。
实施例6
与实施例1不同的是，铝塑膜的制备步骤(3)中，在阻燃散热层浆料中加入占浆料总质量5％的玻璃纤维。
其他同实施例1，这里不再赘述。
实施例7
与实施例1不同的是，铝塑膜的制备步骤(3)中，在阻燃散热层浆料中加入占浆料总质量5％的纳米碳纤维；其中，纳米碳纤维的长径比L/D满足关系式：L/D＝90；纳米碳纤维的导热系数为3000W/m·K。
其他同实施例1，这里不再赘述。
对比例1
与实施例1不同的是，本对比例的铝塑膜的制备方法为：取厚度为45μmPP膜1、厚度为25μmPA膜5和厚度为55μm铝箔3，不进行电晕处理，直接在PP膜1和PA膜5上涂覆阻燃散热层浆料。
其他同实施例1，这里不再赘述。
对比例2
与实施例1不同的是，本对比例的铝塑膜的制备方法为：步骤(1)中，分别对PP膜1和PA膜5的表面进行电晕处理，其中，电晕处理电压为2.0kV，电流为10A，电晕速度为40m/min，处理时间为8s。
其他同实施例1，这里不再赘述。
对比例3
与实施例1不同的是，本对比例的铝塑膜的制备方法为：步骤(1)中，分别对PP膜1和PA膜5的表面进行电晕处理，其中，电晕处理电压为2.0kV，电流为6A，电晕速度为40m/min，处理时间为8s。
其他同实施例1，这里不再赘述。
对比例4
与实施例1不同的是，本对比例的铝塑膜的制备方法为：步骤(3)中，聚乙二醇、纳米氮化铝和聚丙烯酸酯胶黏剂按照2:2:10的重量比混合。
其他同实施例1，这里不再赘述。
对比例5
与实施例1不同的是，本对比例的铝塑膜的制备方法为：步骤(3)中，异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂的平均粒径D1、聚乙二醇的平均粒径D2和纳米氮化铝的平均粒径D3；满足以下关系式，D1＝D2＝D3。
其他同实施例1，这里不再赘述。
对比例6
与实施例1不同的是，本对比例的铝塑膜的制备方法为：步骤(3)中，纳米氮化铝和异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂按照2:10的重量比混合，并加入去离子水，形成粘结的复合层浆料。
其他同实施例1，这里不再赘述。
对比例7
与实施例7不同的是，本对比例的铝塑膜的制备步骤(3)中，在阻燃散热层浆料中加入占浆料总质量5％的纳米碳纤维；其中，纳米碳纤维的长径比L/D满足关系式：L/D＝120；纳米碳纤维的导热系数为1500W/m·K。
其他同实施例7，这里不再赘述。
分别对实施例1～7及对比例1～7制得的铝塑膜及锂离子电池按国标进行性能测试，测试结果如表1所示：
表1
从实施例1及对比例1的测试结果可以看出，实施例1的铝塑膜的层间粘结力更优，表明通过对PP膜、PA膜和铝箔表面进行电晕处理，能有效增加铝塑膜的层间黏结牢度。
从实施例1及对比例2的测试结果可以看出，实施例1的铝塑膜的层间粘结力明显优于对比例2，进一步说明步骤(1)中电晕处理的最佳电流为8A，当电晕电流大于8A时，PP膜1和PA膜5表面张力呈下降趋势，导致功能涂层的附着力急剧下降。可见，电晕电流大小对PP膜1和PA膜5表面的附着力性具有决定性作用。
从实施例1及对比例3的测试结果可以看出，实施例1的铝塑膜的层间粘结力明显优于对比例3，进一步说明步骤(1)中电晕处理的最佳电流为8A，随着电晕电流的增大，电晕放电时产生的粒子动能增大，有利于打开PP膜1和PA膜5表面长分子链的化学键，表面活性能逐渐增加，表面张力也会随之相应增加。
从实施例1及对比例4的测试结果可以看出，实施例1的铝塑膜的层间粘结力明显优于对比例4，进一步证明了实施例1的粘结力是由异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂中的活泼性基团异氰酸根(-NCO)与PP膜1和PA膜5在电晕处理时产生的活泼氢发生化学反应，生成牢固的化学键，增加了PP膜1和PA膜5和阻燃散热层的黏结牢度，从而有效避免出现层间分离现象。在高压电场作用下塑料分子产生的羰基等极性较强的基团，使分子链中产生新的α-碳原子，出现活泼氢。
从实施例1及对比例5的测试结果可以看出，实施例1的铝塑膜的层间粘结力明显优于对比例5，进一步证明了通过控制异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂、聚乙二醇平均粒径来实现异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂凸出于所述阻燃散热层表面，可以改善异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂与经过电晕处理的铝箔表面接触，增加了阻燃散热层与铝箔层间的黏结牢度。
从实施例1及对比例6的测试结果可以看出，实施例1的电池的高温循环性能明显优于对比例6，进一步证明了在阻燃散热层中加入聚乙二醇可以提升阻燃散热层的导热散热效果。这是因为聚乙二醇为有机固固相变材料(固态有序的分子连接结构变成固态无序的分子连接结构)，当达到其相变温度(50-54℃)时，会发生固-固相变，吸收热量，改善电芯的导热散热效果。
从实施例1及实施例4的测试结果可以看出，实施例4的铝塑膜的粘结力明显提高，当说明当表面润湿张力A、表面粗糙度Ra和摩擦系数μs满足特定关系时，有助于提高铝塑膜的层间粘结力。
从实施例1及实施例6的测试结果可以看出，实施例6的铝塑膜的耐穿刺效果更佳，表明在阻燃散热层中添加5％的玻璃纤维，可以提高铝塑膜的抗拉伸性能和耐穿刺强度，还能配合纳米氮化铝改善铝塑膜的阻燃性能，防止铝塑膜破裂、燃烧，为电池安全提供了保障。玻璃纤维具有抗拉强度大的特点，抗拉强度在标准状态下是6.3～6.9g/d，湿润状态5.4～5.8g/d。耐热性好，温度达300℃时对强度没影响，有优良的电绝缘性，是高级的电绝缘材料，也用于绝热材料和防火屏蔽材料。
从实施例1及实施例7的测试结果可以看出，实施例7的铝塑膜的耐穿刺效果和高温循环性能更佳，表明在阻燃散热层浆料中加入占浆料总质量5％的纳米碳纤维，并采用特定长径比和导热系数的纳米碳纤维；可以进一步提高铝塑膜的导热性和耐穿刺强度。
从实施例7及对比例7的测试结果可以看出，实施例7的铝塑膜的耐穿刺效果和高温循环性能更佳，表明当纳米碳纤维的长径比过大和导热系数过低时，会降低铝塑膜的耐穿刺强度和导热性，因此，纳米碳纤维需要控制合适的长径比和导热系数，更有助于提高铝塑膜的耐穿刺强度和导热性能。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种阻燃散热型铝塑膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)分别对PP膜、PA膜和铝箔的表面进行电晕处理，经电晕处理后，所述PP膜、PA膜和铝箔表面均呈现凹凸起伏状，凹坑深度为50～70nm；
(2)将经过电晕处理的PP膜、PA膜和铝箔进行清洗、去静电处理，表面干燥后，得到表面处理后的PP膜、PA膜和铝箔；
(3)将平均相对分子质量为1900-2200的聚乙二醇、纳米氮化铝和异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂按照(1～2):(2～4):(5～10)的重量比混合，并加入去离子水，形成粘结的阻燃散热层浆料；
(4)将阻燃散热层浆料分别均匀涂覆在经过处理的PP膜和PA膜一侧表面上，分别形成第一阻燃散热层和第二阻燃散热层；其中，异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂分别凸出于第一阻燃散热层和第二阻燃散热层的表面；
(5)将铝箔的一侧表面与第一阻燃散热层进行粘结复合，将铝箔的另一侧表面与第二阻燃散热层进行粘结复合，烘干，即得到所述的阻燃散热型铝塑膜。
2.根据权利要求1所述的阻燃散热型铝塑膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，电晕处理的电压为2.0～2.2kV，电流为8A，电晕速度为40-50m/min，处理时间为8-10s。
3.根据权利要求1所述的阻燃散热型铝塑膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，表面处理后的PP膜和PA膜的表面润湿张力A(dyn)、表面粗糙度Ra(μm)和摩擦系数μs之间满足关系：A＝20Ra+15μs+c，其中，30≤c≤35。
4.根据权利要求1中所述的阻燃散热型铝塑膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂的平均粒径D1分别大于所述聚乙二醇的平均粒径D2和纳米氮化铝的平均粒径D3；且其满足以下关系式，D1/D2＝(2～10):1，D1/D3＝(2～10):1。
5.根据权利要求1或4所述的阻燃散热型铝塑膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述异氟尔酮二异氰酸酯胶黏剂的平均粒径为0.5～10μm；所述聚乙二醇和纳米氮化铝的平均粒径分别为0.05～5μm。
6.根据权利要求1中所述的阻燃散热型铝塑膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述聚乙二醇为相变温度为50-54℃的固固相变材料。
7.根据权利要求1所述的阻燃散热型铝塑膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，在阻燃散热层浆料中加入占浆料总质量5％的玻璃纤维。
8.根据权利要求1所述的阻燃散热型铝塑膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，在阻燃散热层浆料中加入占浆料总质量5％的纳米碳纤维；其中，纳米碳纤维的长径比L/D满足关系式：50≤L/D≤100；纳米碳纤维的导热系数为2000-3000W/m·K。
9.根据权利要求1～8任一项所述的阻燃散热型铝塑膜的制备方法，其特征在于，所述PA膜的厚度为20～40μm；所述PP膜的厚度为30～80μm；所述第一阻燃散热层和第二阻燃散热层的厚度均为2～10μm；所述铝箔的厚度为30-60μm。
10.一种阻燃散热型铝塑膜，其特征在于：由权利要求1-9任一项所述的阻燃散热型铝塑膜的制备方法制得。
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