CN1193442C - 聚合物电池用包装材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
包装聚合物电池的聚合物电池用包装材料至少具备有基底层61、铝箔层62、设置在铝箔层62两面的化学转化处理层64a及64b、最内层63。设置于铝箔层62两面的化学转化处理层64a及64b是通过磷酸铬酸盐处理而形成的。铝箔层62两面的化学转化处理层64a及64b通过各自的粘合剂65a及65b与基底层61及最内层63相互粘合。
Description
技术领域
本发明涉及具有防潮性、耐内容物性和成型性的,具有固体有机电解质(高分子聚合物电解质)的聚合物电池用包装材料及其制造方法。
背景技术
聚合物电池也称为2次锂电池。它具有高分子聚合物电解质,并通过锂离子移动产生电流,其正负极活性物质由含有高分子聚合物的物质所构成。
2次锂电池的组成包括正极集电材料(铝、镍)/正极活性物质层(金属氧化物、碳黑、金属硫化物、电解液、聚丙烯腈等高分子正极材料)/电解质层(碳酸丙烯酯、碳酸乙二酯、碳酸二甲酯、亚乙基甲基碳酸酯等的碳酸类锂盐所构成的无机固体电解质、胶体电解质)/负极活性物质(锂金属、合金、碳、电解液、聚丙烯腈等高分子负极材料)/负极集电材料(铜、镍、不锈钢)和将它们进行包装的外包装体。
聚合物电池可用于个人电脑,移动性的终端设备(手提电话、PDA等),摄像机,电动汽车,储能用蓄电池,自动化仪器,卫星等。
上述聚合物电池的外包装体,通常是金属冲压加工形成的圆筒型或立方型的、容器化的金属容器,或者是将由基底层/铝箔/密封层构成的层合体制成袋状的袋型外包装体。
但是,作为聚合物电池的外包装体存在着下列问题。金属容器由于容器外壁具有刚性,因此限制了电池本身的形状。所以为了使金属附件的设计与电池相适应,必然要减少了金属附件形状设计上的自由度。
目前已经开发出了将层合体制成袋状后、收存聚合物电池本体的袋型外包装体,以及将上述层合体模压成型形成凹部、该凹部内收存聚合物电池的模压型外包装体。相比于袋型外包装体,模压型外包装体可得到更为紧密的包装。不过,对任何一种型式的外包装体来说,聚合物电池的防潮性能、抗冲和耐穿刺强度及绝缘性能等都是作为聚合物电池外包装体不可或缺的性能。而对于模压型外包装体来说,所选用的层合体对模压成型的适应性则显得更为重要。
模压型聚合物电池用包装材料可具体为由尼龙、粘合层、铝箔、粘合层、浇铸型聚丙烯层所构成的层合体。其中,上述粘合层即使是选用干式层合法获得了稳定性好、粘合强度高的粘合效果,在模压成型时、或将聚合物电池收存于包装材料后进行边缘部的热封时,尼龙层与铝箔之间也有可能出现分层。而且,聚合物电池的电解质成分和水反应生成的氟化氢也可使铝箔与聚丙烯浇铸层之间出现分层。
发明内容
本发明的目的是提供具有很好的聚合物电池保护性能和成型加工性能的聚合物电池用包装材料及其制造方法。
本发明所涉及的包装聚合物电池的聚合物电池用包装材料,其特征为:至少具备基底层、铝箔、化学转化处理层及最内层,其中最内层是由单一层所构成。
本发明所涉及的包装聚合物电池的聚合物电池用包装材料,其特征为:至少具备基底层、铝箔、化学转化处理层及最内层,其中最内层由粘合树脂层与最内树脂层所构成。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔的一面进行化学转化处理的步骤;铝箔未经化学转化处理的一面与基底层间进行干式层合的步骤;铝箔化学转化处理的一面上通过挤塑法使形成最内层的树脂形成的同时,将该挤塑树脂的熔融膜贴近于铝箔一侧的表面进行臭氧处理并进行层合的步骤。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔的一面进行化学转化处理的步骤;铝箔未经化学转化处理的一面与基底层间进行干式层合的步骤;铝箔化学转化处理的一面上共挤塑出粘合树脂层与最内树脂层,并将成为熔融膜的粘合树脂层贴近于铝箔一侧的表面进行臭氧处理并进行层合的步骤。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔的一面进行化学转化处理的步骤;铝箔未经化学转化处理的一面与基底层间进行干式层合的步骤;在化学转化处理过的铝箔的一侧表面上挤塑出粘合树脂层,将最内树脂层的薄膜进行夹芯层合的同时,将粘合树脂层的熔融膜贴近于铝箔一侧的表面进行臭氧处理并进行层合的步骤。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是至少具备将基底层、铝箔、化学转化处理层及最内层依次进行层合的步骤,其中最内层为聚乙烯类树脂所构成。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔两面均进行化学转化处理的步骤;上述实施了化成处理的铝箔的其中一面与基底层进行干式层合的步骤;上述实施了化成处理的铝箔的另一侧表面上挤塑出形成最内层的树脂的同时,将该挤塑树脂的熔融膜贴近于铝箔一侧的表面进行臭氧处理并进行层合的步骤。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔两面均进行化学转化处理的步骤;上述实施了化成处理的铝箔的其中一面与基底层进行干式层合的步骤;上述实施了化成处理的铝箔的另一侧表面上共挤塑出粘合树脂层与最内树脂层;并将成为熔融膜的粘合树脂层贴近于铝箔一侧的表面进行臭氧处理并进行层合的步骤。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔两面均进行化学转化处理的步骤;上述实施了化成处理的铝箔的其中一面与基底层进行干式层合的步骤;上述实施了化成处理的铝箔的另一侧表面上挤塑出粘合树脂层,并将成为最内层的薄膜进行夹芯层合的同时,将粘合树脂层的熔融膜贴近于铝箔一侧的表面进行臭氧处理并进行层合的步骤。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔至少有一面进行化学转化处理的步骤;基底层与铝箔的一面进行干式层合的步骤;铝箔的另一经化学转化处理过的一面上共挤塑出粘合树脂层与最内树脂层,并进行制膜及形成层合体;得到的层合体通过后加热,使上述粘合树脂层加热至其软化点以上的加热步骤。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔至少有一面进行化学转化处理的步骤;基底层与铝箔的一面进行干式层合;铝箔的另一经化学转化处理的一侧表面上通过酸改性聚丙烯树脂作为粘合树脂层将聚丙烯薄膜按照夹芯层合法进行层合处理制得层合体的步骤;得到的层合体通过后加热,使上述粘合树脂层加热至其软化点以上的加热步骤。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔至少有一面进行化学转化处理的步骤;基底层与上述铝箔的一面进行干式层合的步骤;铝箔的另一经化学转化处理的一侧表面上共挤塑出聚乙烯树脂与酸改性聚乙烯树脂并制得层合体的步骤;得到的层合体通过后加热,使上述上述酸改性聚乙烯树脂加热至其软化点以上的加热步骤。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔至少有一面进行化学转化处理的步骤;基底层与上述铝箔的一面进行干式层合的步骤;铝箔的另一经化学转化处理的一侧表面上,将聚乙烯薄膜与作为粘合树脂层的酸改性聚乙烯树脂按照夹芯层合法进行层合处理并制得层合体的步骤;得到的层合体通过后加热,使上述粘合树脂层加热至其软化点以上的加热步骤。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔至少有一面进行化学转化处理的步骤;基底层与上述铝箔的一侧表面进行干式层合的步骤;铝箔的另一经化学转化处理的一侧表面上,共挤塑出酸改性聚丙烯构成的粘合树脂层与富含乙烯的无规聚丙烯构成的最内树脂层并层合制得层合体的步骤;将该层合体加热至上述酸改性聚丙烯的软化点以上的加热步骤。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔至少有一面进行化学转化处理的步骤;基底层与上述铝箔的一侧表面进行干式层合的步骤;在酸改性聚丙烯软化点温度以上加热处理另一经化学转化处理过的铝箔的一侧表面的同时,将酸改性聚丙烯构成的粘合树脂与富含乙烯的无规聚丙烯树脂构成的最内树脂进行共挤塑并层合制得层合体的步骤。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔至少有一面进行化学转化处理的步骤;基底层与上述铝箔的一侧表面进行干式层合;在铝箔另一经化学转化处理的一侧表面上,将富含乙烯的无规聚丙烯薄膜层通过作为粘合树脂层的酸改性聚丙烯树脂按照夹芯层合法进行层合并制得层合体的步骤;得到的层合体进行后加热处理使上述粘合树脂加热至其软化点以上的加热步骤。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征是包含下列步骤:铝箔至少有一面进行化学转化处理的步骤;基底层与铝箔的一侧表面进行干式层合的步骤;在酸改性聚丙烯软化点温度以上加热处理上述另一经化学转化处理的铝箔一侧表面的同时,将富含乙烯的无规聚丙烯薄膜构成的最内树脂层与酸改性聚丙烯构成的粘合树脂层按照夹芯层合法进行层合并制得层合体的步骤。
附图说明
图1显示的是本发明中有关聚合物电池用包装材料的第1种实施方案的剖面图。
图2显示的是具有模压型外包装体本体的聚合物电池的说明图。
图3显示的是有关模压型外包装体本体成型作用的说明图。
图4是说明聚合物电池用包装材料与接头组件间安装方法的立体图。
图5是说明本发明中有关聚合物电池用包装材料的第2种至第8种实施方案中层合体结构的剖面图。
图6显示的是具有袋型外包装体本体的聚合物电池的说明图。
图7显示的是具有模压型外包装体本体的聚合物电池的说明图。
图8显示的是解释模压型外包装体本体成型作用的说明图。
图9是说明制造聚合物电池用包装材料的夹芯层合法的概念图。
图10是说明制造聚合物电池用包装材料的共挤塑法的概念图。
图11是说明本发明中有关聚合物电池用包装材料的第9个至第10种实施方案的层合体结构的剖面图。
图12是说明制造聚合物电池用包装材料的共挤塑法的概念图。
实施发明的最佳方案
第1种实施方案
本发明中聚合物电池用包装材料是以形成收存聚合物电池本体的凹部为特征的模压型外包装体。下面将参考附图,对本发明进行说明。
图1显示的是本发明中聚合物电池用包装材料实施例的层结构剖面图。
图2(a)~(e)显示的是聚合物电池包装形式的说明图;图3(a)~(d)显示的是模压型成型体的说明图;此外图3(a)是其立体图,图3(c)是图3(b)的X-X部分的剖面图,图3(d)是图3(c)的Y部分的放大图。
图4(a)~(f)是粘合聚合物电池用包装材料与接头组件的粘合性薄膜的安装方法的说明图。
如图2(a)(d)所示,模压型聚合物电池1包含有:具有凹部7的外包装体本体5a,其中凹部7是通过聚合物电池用包装材料的层合体10冲压成型而得到的;外包装体本体5a的凹部7内收存的聚合物电池本体2;由聚合物电池用包装材料的层合体10所构成的,可与外包装体本体5a的周边密封部分9进行热封的外包装体盖体5t。
聚合物电池1也称为2次锂电池,是具有高分子电解质的、因锂离子移动产生电流的,并且正极负极活性物质中含有高分子聚合物的电池。
2次锂电池1的聚合物电池本体2的组成包括电解槽(蓄电部)3、接头组件(电极)4。此外,电解槽3还包括正极集电材料(铝、镍)/正极活性物质层(金属氧化物、碳黑、金属硫化物、电解液、聚丙烯腈等高分子正极材料)/电解质层(碳酸丙烯酯、碳酸乙二酯、碳酸二甲酯、亚乙基甲基碳酸酯等的碳酸类电解液、锂盐所构成的无机固体电解质、胶体电解质)/负极活性物质(锂金属、合金、碳、电解液、聚丙烯腈等高分子负极材料)/负极集电材料(铜、镍、不锈钢)。
此外,如图2(b)(c)所示,外包装体本体5a可以不用外包装盖体5t封盖。将两个外包装体本体5a互相重叠后,可以热封两者重叠的4个突出的边缘(图2(b)),或3个突出的边缘(图2(c))。
此时,如图2(e)所示,为了更紧密地收存聚合物本体2,成型的外包装体本体5a的侧壁8要尽可能地与底板相垂直。因此,上述层合体必须具备有适于冲压成型的伸展性,即合适的成型性。
如果层合体是由尼龙层/粘合层/铝箔/粘合层/浇铸型聚丙烯层所构成,并且上述粘合层是通过干式层合法形成的。在冲压成型时,上述侧壁部分的铝箔和基底层经常会由于分层而导致相互剥离;而且,收存了聚合物电池本体的外包装体的边缘热封部分也会出现分层现象。
另一方面,作为电池构成要素的电解质与水之间反应生成氢氟酸也可腐蚀铝箔的内侧表面进而导致分层。
发明人为针对于模压成型及热封时不分层的层合体,而且是耐内容物性的、可以满足作为聚合物电池用外包装体要求的包装材料进行了卓有成效的研究,最终通过将铝箔两面进行化学转化处理的包装材料,成功地解决了上述课题并完成了本发明。
如图1所示,本发明的聚合物电池用包装材料中层合体10的层体结构的特征为:至少是由基底层61、粘合层65a、化学转化处理层(追加的化学转化处理层)64a、层状的铝(铝箔)62、化学转化处理层(追加的化学转化处理层)64b、粘合层65b、热封层(最内层)63所构成,并且在铝箔两面进行了化学转化处理。
本发明中提到的聚合物电池用包装材料的基底层61优选由聚酯或尼龙膜构成。这里聚酯可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、共聚聚酯、聚碳酸酯等。尼龙为聚酰胺树脂,即尼龙6、尼龙66、尼龙6与尼龙66的共聚物、尼龙610、聚己二酰间亚苯基二甲胺(MXD6)等。
聚合物电池中上述基底层61由于是直接与外部金属附件相接触的部分,所以应选用具有基本上绝缘性的树脂。考虑到膜存在针孔且模压加工时也可产生针孔等问题,基底层厚度应为6μm以上,而优选厚度范围为12~25μm。
本发明中为提高基底层61的耐针孔性、及为提高外包装体与金属附件的绝缘性,基底层也可进行层合化。
基底层61进行层合化时,基底层应至少含有一个2层以上的树脂层,各层的厚度为6μm以上,优选的厚度范围是12~25μm。作为基底层层合化的例子,如下1)~7)所述(没有附图)。
1)聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/尼龙层
2)尼龙层/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层
在提高包装材料的机械适应性(在加工机械或包装机械中搬运时的稳定性)、表面保护性(耐热性,耐电解质性)的同时,为减少聚合物电池用外包装本体5a进行模压成型的2次加工过程中,模压时模具与基底层61间的摩擦阻力,基底层61可多层化,或者基底层11表面也可设置氟树脂层、丙烯酸类树脂层、硅酮树脂层等。如基底层61可按下列方式构成。
3)氟树脂层/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(氟树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
4)硅酮树脂层/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(硅酮树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
5)氟树脂层/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/尼龙层(氟树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
6)硅酮树脂层/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/尼龙层
7)丙烯酸类树脂层/尼龙层(丙烯酸类树脂为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
上述基底层61可通过干式层合法,挤塑层合法或其他任何一种合适的方法与铝箔62进行层合。
本发明的聚合物电池用包装材料中的阻隔层(铝箔)62是防止异物由外界环境进入到聚合物电池内部,尤其是防止水蒸气浸入的层。为稳定阻隔层62的针孔度及加工适应性能(如袋状化,模压成型性)、及为获得耐针孔性,阻隔层的厚度通常为15μm以上。其构成材料可为铝、镍等金属,或为一薄膜并在其表面涂有一些无机化合物,如涂布有氧化硅、氧化铝等。阻隔层62应优选20~80μm厚的铝作为其构成材料。
为了在减少发生针孔方面作进一步的改善、也为了防止模压成型的外包装体产生裂纹,发明人比较了用于阻隔层62的不含铁的铝材质与铁含量为0.3~9.0%(重量)的铝材质的性能。结果表明与不含铁的铝材质相比,铁含量在0.3-9.0%(重量),优选在0.7~2.0%(重量)范围时,铝的延展性得到了改善,并且降低了层合体弯曲时针孔形成的趋势,同时发现在模压成型时这一含铁材质也较容易形成上述外包装体的侧壁。铁含量低于0.3%(重量)时,达不到防止针孔的形成及改善模压成型性能的效果;而上述铝中铁含量高于9.0%(重量时,将有损于铝的柔韧性及使层合体的制袋性严重下降。
冷轧制造的铝材质的柔韧性,硬度、腰的强度等指标随退火条件而改变。相对于未经退火的硬质处理品,经过部分或完全退火处理的具有软质倾向的铝材质更适于为本发明所选用。
影响铝材质的柔韧性、硬度及腰的强度等指标的冷轧条件,应根据层合体的加工适应性(如袋状化,模压成型性)适宜选定。例如为防止模压成型过程中形成褶皱、针孔等,应选用与成型程度相应的退过火的,并且具有软质倾向的铝材质。
发明人将铝箔表面用磷酸盐,铬酸盐、氟化物及三嗪硫酚等化合物进行化学转化处理,并形成了耐酸性被膜(化学转化处理层)64a和64b,由此解决了本发明课题所涉及到的一系列问题。如可以防止模压成型过程中铝箔62与基底层61之间的分层;防止由聚合物电池电解质与水分反应生成的氟化氢导致的铝箔表面的溶解及腐蚀、尤其是防止存在于铝箔表面的氧化铝的溶解和腐蚀;并使铝箔62与最内层63间的粘合力更加稳定化等。
通过比较多种化学转化处理方法最终表明,上述化学转化处理中以3价磷酸铬为主要成分的磷酸铬酸盐(リ酸クロメ一ト)处理取得了显著的效果。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,具有化学转化处理层64a、64b的铝箔62是通过干式层合法与最内层63进行层合的。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,最内层63应选用最内层的彼此间具有热封性的,并且是具有耐热性、防潮性及冲压成型性等特性的浇铸型聚丙烯(CPP)作为构成材料。或者是选用抗寒性及抗冲性优异的、熔点为115℃以上的线性低密度聚乙烯,中密度聚乙烯以及高密度聚乙烯作为构成材料。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,层合体10除了包括上述基底层61、阻隔层62、最内层(CPP)63之外,在阻隔层62与最内层63之间还可设置中间层。设置中间层目的是提高聚合物电池用包装材料的强度,改善和稳定层合体的阻隔性能。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料是将基底层61,阻隔层62和作为最内层63的CPP依次层合而形成的。
在进行上述层合前,在铝箔62表面进行化学转化处理而形成化学转化处理层64a和64b。化学转化处理需要在铝箔62两侧表面分别进行。例如进行上述磷酸铬型化学转化处理的过程为:将上述物质的溶液按辊压法涂布于铝箔表面,并使铝箔表面温度达到170~200℃范围、进而形成被膜。
上述化学转化处理过的铝箔62的一面64a与基底层61层合。而铝箔的另一化学转化处理面64b与热封层63层合,进而形成本发明所提到的聚合物电池用包装材料。上述层合方法可以是挤塑层合,干式层合及热层合层等。从生产性和耐内容物性的角度考虑,选用干式层合较为适宜。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,层合体10的干式层合过程时,粘合所用的粘合剂65a和65b可选用聚酯类,聚乙烯亚胺类、聚醚类、聚醚氨酯类、聚酯氨酯类及环氧类等粘合剂。其中,应优选聚醚氨酯类、聚酯氨酯类粘合剂。
如图3(a)所示,聚合物电池用包装材料中层合体10进行加工成型并制作模压型外包装体本体5a时,可有阳模21和阴模22两种冲压成型方式。模压型也可分为单面模压型和双面模压型两种,其中单面模压型的方法需要更深程度的成型。
本发明涉及到的聚合物电池用包装材料中,层合体的最内层63应优选用CPP作为其构成材料。这是因为CPP具有彼此间热封性能好,并且具有防潮性和耐热性等作为聚合物电池用包装材料的最内层63所必须具备的保护性能,而且CPP还具有很好的层合加工性能及模压成型性,因此是适合的材料。但是由于CPP与金属无法进行热封,因此在热封聚合物电池1的接头组件4时,如图4(a)、图4(b)及图4(c)所示:在接头组件4和层合体10的最内层63之间,介入一个对金属和CPP双方都具有热封性的粘合膜6,并由此确保接头组件4的密封性。这一粘合膜6如图4(d),图4(e)和图4(f)所示,可缠绕在接头组件4的固定位置上。
具体的实施方案
下面将结合实施例,对于本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的层合体10做进一步的说明。
实施例及比较例中基底层61为25μm的尼龙层,阻隔层62为40μm的铝箔,最内层63为30μm的浇铸型聚丙烯层。
化学转化处理通常选用酚醛树脂、氟化铬化合物、磷酸水溶液作为处理液,选用辊涂法进行涂布,并在被膜温度在180℃以上的条件进行烘烤。铬的涂布量为10mg/m2(干燥重量)。
此外每个例子中,接头组件4的密封部分的粘合膜6选用了厚度为50μm的接枝有不饱和羧酸的无规聚丙烯,缠绕在接头组件4的密封部分并进行了热封。
[实施例1-1]
铝箔62的两侧表面均进行化学转化处理,一侧化学转化处理表面64a通过干式层合法与基底层61进行粘合,另一侧化学转化处理表面64b同样通过干式层合法与浇铸型聚丙烯63进行层合,最终得到实施例1-1测试样品。
<模压成型、包装>
得到的层合体测试样经模压成型,并包装了聚合物电池本体2后进行下列检测。
[参考例1-1]
参考例1-1的测试样除不进行化学转化处理外,其余处理过程及条件与实施例1-1保持一致。
<测定方法>
1)成型时的分层现象
成型工序结束后,确认基底层61与铝箔62之间是否出现分层。
2)耐内容物性
作为保存条件,各个测试样品于60℃、90%RH的恒温槽中放置7天后,确认铝箔62与浇铸型聚丙烯层63之间是否出现分层。
3)热封时的分层现象
热封工序结束后,确认基底层61与铝箔62之间是否出现分层现象。
<结果>
实施例1-1的层合体在成型或热封时基底层61与铝箔62之间均没有出现分层现象,在耐内容物性的测定过程中也没有出现分层。参考例1-1的层合体测试样在成型或热封时,每项测试的100测试样品中均有45个出现了分层现象。耐内容物测试一项中,100个测试样则全部出现了分层。
本发明的聚合物电池用包装材料由于选用了将铝箔两个面进行化学转化处理的方法,防止了模压成型及热封时可能会出现的基底层与铝箔之间的分层现象。另外,由于有效地防止了因聚合物电池的电解质与水分反应生成的氟化氢而导致的铝箔表面的腐蚀现象,在防止铝箔与贴近内容物一侧的层体之间的分层方面也取得了显著的效果。
第2种实施方案
本发明所涉及的是一种具有良好防潮性、耐内容物性及生产性的,热封层很少出现裂纹的聚合物电池用包装材料。下面将结合附图,对该包装材料的层合体的层体结构及其制造方法进行更为详细的说明。
图5是说明有关本发明中聚合物电池用包装材料的层合体的结构的剖面图。图5(a)显示的是选用挤塑层合法形成的层合体的结构;图5(b)显示的是选用夹芯层合法形成的层合体的结构;图5(c)表示的是选用共挤塑层合法形成的层合体的结构。图5(d)是图5(a)的Y1部分、图5(e)是图5(b)的Y2部分、图5(f)是图5(c)的Y3部分的各放大图。图6是说明袋型聚合物电池外包装体的立体图;图7是说明模压型聚合物电池外包装体的立体图。图8是表示模压型外包装体成型过程的说明图;图8(a)是模压型外包装体的立体图,图8(b)显示的是模压成型的外包装体本体的示意图,图8(c)是图8(b)X-X部分的剖面图,图8(d)是图8(c)的Y部分放大图。图9是说明制造聚合物电池用包装材料的夹芯层合法的概念图。图10是说明制造聚合物电池用包装材料的共挤塑层合法的概念图。
本发明人针对在模压成型及热封时不会出现分层的层合体,并且是具有耐内容物性的,可满足聚合物电池用外包装体要求的包装材料进行了卓有成效的研究。其结果是通过采取一系列措施如:铝箔的两面均进行化学转化处理;其中实施了上述化成处理的铝箔的内容物侧的一面与基底层进行干式层合;铝箔的实施上述化成处理的另一侧表面与聚乙烯构成的树脂或膜通过挤塑层合法、夹芯层合法或共挤塑层合法进行层合;与此同时,将作为热封层或粘合树脂层的熔融树脂膜贴近化学转化处理面一侧的表面进行臭氧处理并层合;得到的层合体通过相应的加热程序提高粘合强度等解决了上述课题。而且在本发明中,聚合物电池用包装材料的粘合层树脂和热封层均由聚乙烯类树脂所构成。这种聚合物电池用包装材料具有优异的加工性能,而且是利用价格相对便宜材料制得了具有所需性能聚合物电池用包装材料,进而达到了本发明的目的。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,层合体10的层体结构如图5(a)所示:至少由基底层11、粘合层16、化学转化处理层(追加的化学转化处理层)15a、铝箔层(铝层)12、化学转化处理层15b及热封层14所构成。也可如图5(b)所示:由基底层11、粘合层16、化学转化处理层15a、铝箔12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13及热封层14所构成。这里热封层14成为了最内树脂层,并可单独或与粘合树脂层13共同构成最内层。
本发明涉及到的聚合物电池用包装材料的制造方法中的第1种方法如图5(a)所示:在阻隔层(铝箔层)12的两面设置了下面将要提到的化学转化处理层15a及15b;在贴近于内容物侧的化学转化处理面15b上,直接挤塑出热封层14并进行制膜;并且将挤塑出的热封层14的熔融树脂膜贴近于铝箔一侧的表面进行臭氧处理,进而形成臭氧处理面17;最后将得到的层合体10加热升温至上述构成热封层14的树脂的软化点以上。
该挤塑树脂可选用中密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯作为构成材料。
本发明涉及到的聚合物电池用包装材料的制造方法中第2种方法如图5(b)所示:在阻隔层(铝箔)12的两面设置了下面将要提到的化学转化处理层15a及15b;在贴近内容物侧的化学转化处理面上,将已预制成膜的热封层14的薄膜与粘合树脂层13挤出按照夹芯层合法进行层合;将上述粘合树脂层13的熔融树脂模贴近铝箔一侧的表面进行臭氧处理并形成臭氧处理面17;最后将得到的层合体10加热至上述粘合树脂层13的软化点以上。此时,粘合树脂层13可选用中密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯作为构成材料。
本发明涉及到的聚合物电池用包装材料的制造方法中第3种方法如图5(c)所示:在阻隔层12的两面设置了下面将要提到的化学转化处理层15a及15b;将热封层14预制成膜,在贴近内容物侧的化学转化处理层面15b上,将粘合树脂层13与形成热封层14的树脂进行共挤塑并形成层合体的同时,将上述粘合树脂层13贴近熔融树脂膜的铝箔一侧的表面进行臭氧处理并形成臭氧处理面17;最后将得到的层合体10加热至上述粘合树脂层的软化点以上。此时,粘合树脂层13可选用中密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯作为构成材料。
上述加热程序也可在层合过程中进行。如图5(a)所示,即前面提到的第1种制造方法时可进行如下改进:在阻隔层12的两面设置了下面将要提到的化学转化处理层15a及15b;将贴近内容物侧的化学转化处理面15b加热升温至形成热封层14的树脂的软化点以上,在该加热面上直接挤塑出形成热封层14的树脂并制成膜;将挤出的形成热封层14的熔融树脂膜贴近于铝箔一侧的表面进行臭氧处理。该挤塑树脂可选用中密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯作为构成材料。
对聚合物电池用包装材料的第2种制造方法也可进行如下改进,如图5(b)所示:在阻隔层12的两面设置了下面将要提到的化学转化处理层15a及15b;将贴近内容物一侧的化学转化处理面15b加热升温至粘合树脂的软化点温度以上,挤塑出粘合树脂层13与预制成膜的热封层14的薄膜进行夹芯层合的同时,将上述粘合树脂层13的熔融树脂膜贴近铝箔一侧的表面进行臭氧处理。此时,粘合树脂层可选用中密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯。
如图9所示,当选用上述第2种制造方法时,辊筒37a送出的由基底层11和铝箔12形成的层合体与由辊筒36送出的热封膜被挤压在冷却辊34和压辊35之间。其间,由挤塑机31及模口33供给出熔融树脂33。与此同时,由臭氧处理装置50及臭氧吹塑机头51对熔融树脂33贴近铝箔12的一侧表面进行臭氧处理。经臭氧处理过的制成的层合体被送到辊筒37。
对聚合物电池用包装材料的第3种制造方法也可进行如下改进,如图5(c)所示:在阻隔层12的两面设置了下面将要提到的化学转化处理层15a及15b;将贴近内容物一侧的化学转化处理面15b加热升温至粘合树脂的软化温度以上,将粘合树脂层13与热封层14进行共挤塑并形成层合体的同时,将上述粘合树脂层13的熔融树脂膜贴近于铝箔一侧的表面进行臭氧处理并进行层合。此时,粘合树脂可选用中密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯作为构成材料。
如图10所示,当选用上述第3种制造方法时,对于由辊筒46a送出的基底层11和铝箔12形成的层合体,由挤塑机41a、41b及模口42供给出形成粘合树脂层13和热封层14的熔融树脂43,并由臭氧处理装置50及臭氧吹塑机头51对熔融树脂43贴近铝箔的一侧表面进行臭氧处理。经臭氧处理而制成的层合体被送到辊筒46。
本发明中的臭氧处理方法是将由臭氧生成装置产生的臭氧喷射到上述要进行各种处理的熔融膜表面上。通过这种臭氧处理,挤塑树脂贴近铝箔的一侧表面极性化,而且可提高铝箔12的化学转化处理面15b与上述热封层14或粘合树脂层13之间的粘合强度。另外,加热铝箔12的同时形成熔融树脂膜、或在铝箔12上形成熔融树脂膜后进行加热的方法都可使化学转化处理面与极性化的挤塑层牢牢地粘合在一起。
臭氧生成装置应选用臭氧生成量为0.6~10g/m3、流量为2~20L/min范围的装置。在向树脂膜喷射臭氧时,臭氧气体的浓度应在400g/m3以下。
本发明涉及到的层合体10的后加热条件是形成层合体10后,将层合体加热升温至挤塑在上述化学转化处理面上的树脂的软化点温度以上。
本发明涉及到的层合体10的前加热条件是层合熔融树脂膜的同时,将面对于熔融树脂的化学转化处理层表面加热升温至熔融树脂的软化点以上温度。
聚合物电池用包装材料用于形成包装聚合物电池本体2的外包装体本体5a及外包装体盖体5t。根据外包装体的形状,外包装体可分为如图6所示的袋型;如图7(a)、图7(b)和图7(c)所示的模压型。前面提到的袋型外包装体可以是三个边热封、四个边热封及枕型的袋子。图6是枕型外包装体的图示。
前面所提到的模压型外包装体,即可以如图7(a)所示,在外包装体本体5a的一面形成凹部7;也可以如图7(b)所示,外包装体本体5a的两面形成凹部7,收存聚合物电池本体2后通过热封四个边缘进行密封并构成聚合物电池1。另外,如图7(c)所示,夹住折边部,在外包装体本体5a的两侧形成凹部7,收存聚合物电池本体2后将三个相应的边缘进行热封。
下面,将对本发明中形成聚合物电池用包装材料的层合体10的各个层的构成材料及层合方法进行说明。
本发明中提到的基底层11可由取向性的聚酯或尼龙膜构成。这里聚酯可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、共聚聚酯、聚碳酸酯等。尼龙为聚酰胺,即尼龙6、尼龙6,6、尼龙6与尼龙6,6的共聚物、尼龙6,10、聚乙二酰间亚苯基二甲胺(MXD6)等。
在聚合物电池中,上述基底层11由于直接和外侧金属附件相接触,所以一般应为具有绝缘性的树脂层。考虑到聚合物存在针孔以及加工过程中会产生针孔等因素,基底层的厚度应达到6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。
为提高耐针孔性以及作为电池外包装体时的绝缘性,本发明中的基底层11也可进行层合化。
基底层进行层合化时,基底层应至少含有一个2层以上的树脂层,各层的厚度为6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。作为基底层层合化的例子,如下1)~7)所述(没有附图)。
1)取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
2)取向性尼龙层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层
为提高包装材料的机械适应性(在加工机械或包装机械中运送的稳定性)、表面保护性(耐热性,耐电解质性)的同时,在聚合物电池用外包装体进行模压成型的二次加工过程中,为减少模具与基底层间的摩擦阻力或在附着电解液时保护基底层,基底层可多层化,而且基底层表面最好设置氟烃类树脂层、丙烯酸类树脂层、硅酮类树脂层、聚酯类树脂层等。如基底层11可按下列方式构成。
3)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(氟烃类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
4)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(硅酮类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
5)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
6)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
7)丙烯酸类树脂层/取向性尼龙层(丙烯酸类树脂为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而固化)
上述阻隔层(铝箔)12是防止由外部到聚合物电池内部的、尤其是防止水蒸气的浸入的层。为稳定阻隔层的针孔以及加工适应性(袋状化、模压成型性),并且获得耐针孔性能,阻隔层12应选用15μm以上的铝、镍等金属或涂有一些无机化合物的薄膜,如涂有氧化硅、氧化铝等的薄膜。阻隔层应优先选用厚度为20~80μm的铝箔。
为进一步改善针孔的发生,并且在选用模压型作为聚合物电池的外包装体本体的形式时,为了防止模压成型过程中的产生裂纹等,发明人比较了用于阻隔层的不含铁的铝材质与含有铁的铝材质的性能。结果表明与不含铁的铝材质相比,铁含量为0.3~9.0%(重量百分比),优选铁含量在0.7~2.0%(重量百分比)范围时,铝的伸延性得到了改善,并且降低了层合体弯曲时针孔形成的趋势,进而也发现在模压成型时这一含铁材质也较容易形成上述外包装体的侧壁。上述铝箔的铁含量低于0.3重量百分比时,达不到防止针孔的形成及改善模压成型性能的效果;而铁含量高于9.0重量百分比时,将有损于铝的柔韧性并使层合体的制袋性能严重下降。
再者,冷轧制造的铝材质的柔韧性,硬度、腰的强度等指标随退火条件而改变。相对于未经退火的硬质处理品,经过部分或完全退火处理的具有软质倾向的铝材质更适于为本发明所选用。
上述铝材质的柔韧性、硬度及腰的强度等指标,即退火条件应根据层合体的加工适应性(如袋状化,模压成型性)适宜选定。例如为防止模压成型过程中形成褶皱、针孔等,应选用与成型程度相应的退过火的,并且具有软质倾向的铝材质。
针对于本发明的课题,发明人进行了卓有成效研究,其结果是:将作为聚合物电池用包装材料的阻隔层12的铝箔内、外表面进行化学转化处理,并设置了化学转化处理层15a及15b,由此得到了满足作为包装材料要求的层合体。上述化学转化处理具体为形成磷酸盐、铬酸盐、氟化物及三嗪硫酚化合物等的耐酸性薄膜,并由此防止模压成型时铝箔与基底层之间的分层,以及由聚合物电池电解质与水分反应生成的氟化氢导致的铝箔表面的溶解及腐蚀。尤其是要防止存在于铝箔表面的氧化铝的溶解和腐蚀,进而提高铝箔表面的粘合性(润湿性),防止在模压成型时、热封时基底层与铝箔之间的分层,并获得了防止由电解质与水分反应生成的氟化氢导致的铝箔内侧表面出现分层的效果。
使用多种物质对铝箔表面进行了化学转化处理,并对其效果进行研究的结果表明:形成上述耐酸性薄膜的物质中,使用由酚醛树脂、氟化铬3价化合物及磷酸等三种成分所构成的混合物的磷酸铬酸盐处理方法获得了良好的效果。
在聚合物电池外包装体本体为袋型时,上述化学转化处理层只需在铝箔贴近最内层一侧的表面上形成即可。
聚合物外包装体本体为模压型时,在铝箔的两侧表面设置了化学转化处理层15a及15b,由此可防止模压成型时铝箔与基底层之间的分层。铝箔的两侧表面进行化学转化处理的层合体也可应用于袋型。
正如上面提到的,选用本发明的聚合物电池用包装材料的制造方法时,热封层14或层合热封层的粘合树脂层13可选用聚乙烯类树脂。
在上述化学转化处理面15b上,挤塑出作为粘合树脂13的聚乙烯树脂或酸改性聚乙烯并夹芯层合聚乙烯薄膜时,聚乙烯树脂对化学转化处理面的粘合效果表现的十分低劣,此时即使选用酸改性聚乙烯树脂也不是十分理想。针对于此,发明人曾经尝试过在上述化学转化处理面15b上,将酸改性聚乙烯的乳液按辊涂法涂布并干燥后,在170~200℃温度条件进行烘烤,随后将酸改性聚乙烯作为粘合树脂15b进行夹芯层合。结果说明,这样虽可提高粘合强度,但上述烘烤的加工速度十分迟缓并导致粘合树脂层的生产性能严重下降。
因此,本发明人对不选用酸改性聚乙烯的涂布及烘烤等工序,也可显示出稳定粘合强度的层合方法进行了卓有成效的研究。其结果是:将基底层11与两面进均行化学转化处理过的阻隔层12的一侧表面进行干式层合;对上述熔融膜进行臭氧处理并将得到的层合体10后加热处理;或者是在上述熔融膜形成时,铝箔加热与臭氧处理同时进行。通过以上一系列改进得到了具有所需粘合强度的层合体10。
上述加热的具体方法可以是热辊接触式、热风式、近或远红外线等。本发明允许选用其中任一加热方法,如上所述,只要可以将粘合树脂加热至其软化点温度以上即可。
形成聚合物电池用包装材料的热封层14的树脂可以是酸改性聚丙烯、酸改性聚乙烯等。选用本发明提到的聚合物电池用包装材料的制造方法时,可以使用内容物保护性、加工性、热封性等性能优异的聚乙烯类树脂。这里使用的聚乙烯树脂可为中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯等。上述第1种制造方法中的热封层最好选用中密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯。此外,上述第2种或第3种制造方法中的粘合树脂可以选用中密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯;热封层可选用中密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯或选用由同一树脂构成的薄膜。
上述线性低密度聚乙烯物理性质为
软化点:70℃以上
熔点:112℃以上
密度:0.91以上
上述中密度聚乙烯的物理性质为
软化点:80℃以上
熔点:120℃以上
密度:0.92以上
热封层14或,粘合树脂层13与热封层14适宜选用的树脂或树脂组合为
单层挤塑时:
热封层14宜选用中密度聚乙烯
由粘合树脂层13形成热封层时:
(1)粘合树脂层13宜选用中密度聚乙烯/热封层14宜选用线性低密度聚乙烯
(2)粘合树脂层13宜选用中密度聚乙烯/热封层14宜选用中密度聚乙烯
上述线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯中,可以添加低结晶性乙烯-丁烯共聚物、低结晶性丙烯-丁烯共聚物、由乙烯和丁烯及丙烯3种组分的共聚物所构成的三元共聚物、石英、沸石、丙烯酸类树脂球等的防粘连剂(AB剂)、脂肪酸酰胺类的润滑剂等。
本发明涉及到的的聚合物电池用包装材料中,层合体10除了包括有上述基底层11、阻隔层12、粘合树脂层13、热封层(PE)14之外,还可在阻隔层12和热封性薄膜层14之间设置由聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯等的双轴取向膜所构成的中间层。中间层的设置可提高聚合物电池用包装材料的强度,改善和稳定阻隔性,及可防止聚合物电池外包装体热封时因接头组件和阻隔层相互接触而产生的短路等。
为提高和稳定本发明的层合体中上述各层的适宜性、制膜性、层合化加工性能、最终制品的2次加工(制袋、模压成型)的适应性,各层皆可进行电晕放电处理、喷沙处理、氧化处理、臭氧处理等表面活性化处理。此外为提高成型性,也可以2~6g/m2的涂布量涂布液体石蜡。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,基底层11与阻隔层12的化学转化处理面最好按照干式层合法进行层合。
上述,基底层11与铝箔12的磷酸铬酸盐处理面15a进行干式层合所用的干式粘合剂16可以是聚酯类、聚乙烯亚胺类、聚醚类、氰基丙烯酸酯类、氨基甲酸酯类、有机钛类、聚醚氨酯类、环氧类、聚酯氨酯类、酰亚氨类、异氰酸酯类、聚烯烃类、有机硅氧烷类等各种粘合剂。
具体的实施例
以下将结合实施例,对于本发明的聚合物电池用包装材料做进一步具体的说明。
化学转化处理通常是将由酚醛树脂、3价铬的氟化物、磷酸所构成的水溶液作为处理液按照辊涂法进行涂布,并在被膜温度达到180℃以上的条件进行烘烤。铬的涂布量为10mg/m2(干燥重量)。
以下各实施例及参考例中使用的中密度聚乙烯(MDPE)的软化点为110℃、熔点为125℃;线性低密度聚乙烯(LLDPE)的软化点为98℃、熔点为115℃。
此外,臭氧处理方法使用了狭缝状喷丝法将臭氧均匀地喷射在熔融挤塑膜的全表面。实施例及参考例中臭氧处理工序根据下列(A)、(B)两个条件进行。
(A)条件
流量:20L/mmin
生成量:10g/m3
臭氧处理时的臭氧浓度:400g/m3
(B)条件
流量:2L/mmin
生成量:0.6g/m3
臭氧处理时的臭氧浓度:5g/m3
实施例2-1~实施例2-3、参考例2-1~参考例2-3、参考例2-7~参考例2-9是袋型外包装体,均制成了长80mm、宽50mm的枕型袋子后,收存了聚合物本体2并进行密封。
此外,实施理2-4~实施例2-6、参考例2-4~参考例2-6、参考例2-10~参考例2-12均为模压型,模压成型物的凹部(模槽)的形状为30×50mm、深为3.5mm。这里也评价了模压型外包装体的成型性。
[实施例2-1](袋状)
20μm厚的铝箔的一面进行化学转化处理;未经化学转化处理的一面上通过干式层合法粘合取向性聚酯膜(16μm);随后,在化学转化处理的铝箔的一面(化学转化处理层)上形成热封层时,将MDPE作为热封层并挤塑出30μm厚的熔融树脂膜;将该熔融树脂膜的层合面进行臭氧处理的同时挤塑层合制成层合体;将该层合体加热至MDPE的软化点以上,最后得到实施例2-1的样品。
[实施例2-2](袋状)
20μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;化学转化处理的一面的化学转化处理层上通过干式层合法粘合取向性聚酯膜(12μm);随后,在化学转化处理过的铝箔另一面的化学转化处理层上形成热封层时,将MDPE作为粘合树脂层并挤塑出30μm厚的熔融树脂膜;该熔融树脂膜与铝箔层合的一面进行臭氧处理的同时,将作为热封层的LLDPE薄膜(40μm)进行夹芯层合并制成层合体;该层合体加热至MDPE的软化点以上,最后得到实施例2-2的样品。
[实施例2-3](袋状)
20μm厚的铝箔的一面进行化学转化处理,未经化学转化处理的一面通过干式层合法粘合取向性聚酯膜(16μm);随后,在化学转化处理过的铝箔一面的化学转化处理层上形成热封层时,将作为粘合树脂层的20μm厚的MDPE、作为热封层的30μm厚的LLDPE从共挤塑口模作为熔融树脂膜挤塑出;将该熔融树脂膜与铝箔层合的一面进行臭氧处理的同时进行共挤塑层合并制成层合体;该层合体加热至MDPE的软化点以上,最后得到实施例2-3的样品。
[实施例2-4](模压型)
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;经化学转化处理的一面的化学转化处理层通过干式层合法粘合25μm厚的取向性尼龙膜;随后,经化学转化处理的铝箔另一面的化学转化处理层上将MDPE作为热封层挤塑出30μm厚的熔融树脂膜;该熔融树脂膜与铝箔层合的一面进行臭氧处理的同时进行共挤塑层合制成层合体;将该层合体加热至MDPE的软化点以上,最后得到实施例2-4的样品。
[实施例2-5](模压型)
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;经化学转化处理的一面通过干式层合法与25μm厚的取向性尼龙膜进行粘合;随后,在化学转化处理的铝箔另一面上将MDPE作为粘合树脂挤塑出20μm厚的熔融树脂膜,该熔融树脂膜与铝箔层合的一面进行臭氧处理的同时,将形成热封层的LLDPE薄膜(厚度为30μm)进行夹芯层合;得到的层合体加热制MDPE的软化点以上,最终得到实施例2-5的样品。
[实施例2-6](模压型)
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;在经化学转化处理的一面的化学转化处理层上,将通过干式层合法进行粘合的、并且是作为基底层的、由12μm厚的双轴取向性聚酯膜和15μm厚的双轴取向的尼龙膜构成的层合体的尼龙一侧通过干式层合法上述化学转化处理面进行粘合;随后,经化学转化处理的铝箔另一面化学转化处理层上将20μm厚的MDPE作为粘合树脂、30μm厚的LLDPE作为热封树脂从共挤塑口模挤塑出并形成熔融树脂膜;该熔融树脂膜与铝箔层合的一面进行臭氧处理并进行层合的同时,将得到的层合体加热制MDPE的软化点以上,最终得到实施例2-6的样品。
[参考例2-1](袋型)
20μm厚的铝箔的一面进行化学转化处理;未经化学转化处理的一面上通过干式层合法粘合取向性聚酯膜(16μm);随后,在化学转化处理的铝箔一面(化学转化处理层)上形成热封层时,将MDPE作为热封层挤塑出30μm厚的熔融树脂膜并制成层合体;该层合体加热至MDPE的软化点以上,最终得到参考例2-1的样品
[参考例2-2](袋型)
20μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;化学转化处理的一面的化学转化处理层上通过干式层合法粘合取向性聚酯膜(12μm);随后,在化学转化处理的另一面化学转化处理层上形成热封层时,将MDPE作为粘合树脂层挤塑出30μm厚的熔融树脂膜,将作为热封层的LLDPE膜(40μm)进行夹芯层合并制成层合体;该层合体加热至MDPE的软化点以上,最终得到参考例2-2的样品。
[参考例2-3](袋型)
20μm厚的铝箔的一面进行化学转化处理;未经化学转化处理的一面通过干式层合法粘合取向性聚酯膜(厚度为16μm);随后,在化学转化处理的一面化学转化处理层上形成热封层时,将作为粘合树脂层的20μm厚的MDPE、作为热封树脂的30μm厚的LLDPE从共挤塑口模挤塑出熔融树脂膜进行层合并制得层合体;该层合体加热至MDPE的软化点以上,最终得到参考例2-3的样品。
[参考例2-4](模压型)
40μm厚的铝箔的一面进行化学转化处理;未经化学转化处理的一面通过干式层合法粘合取向性尼龙膜(25μm);随后,在化学转化处理的一面(化学转化处理层)上将MDPE作为热封层挤塑出30μm厚的熔融树脂膜进行层合并制得层合体;该层合体加热至MDPE的软化点以上,最终得到参考例2-4的样品。
[参考例2-5](模压型)
40μm厚的铝箔的一面进行化学转化处理;未经化学转化处理的一面通过干式层合法粘合25μm厚的取向性尼龙膜;随后,在经化学转化处理的一面上挤塑出作为粘合树脂的20μm后的MDPE并与构成热封层的LLDPE膜(30μm)进行夹芯层合;得到的层合体加热至MDPE的软化点以上,最终得到参考例2-5的样品。
[参考例2-6](模压型)
将40μm厚的铝箔的一面进行化学转化处理;未经化学转化处理的一面通过干式层合法粘合25μm厚的取向性尼龙膜;随后,经化学转化处理的一面上将20μm厚的MDPE作为粘合树脂、30μm厚的LLDPE作为热封树脂从共挤塑口模挤塑出熔融树脂膜并进行层合;得到的层合体加热至MDPE的软化点以上,最终得到参考例2-6的样品。
[参考例2-7](袋型)
除了未进行后加热之外,其余与实施例2-1完全相同的条件下制成了层合体,最终得到参考例2-7的样品。
[参考例2-8](袋型)
除了未进行后加热之外,其余与实施例2-2完全相同的条件下制成了层合体,最终得到参考例2-8的样品。
[参考例2-9](袋型)
除了未进行后加热之外,其余与实施例2-3完全相同的条件下制成了层合体,最终得到参考例2-9的样品。
[参考例2-10](袋型)
除了未进行后加热之外,其余与实施例2-4完全相同的条件下制成了层合体,最终得到参考例2-10的样品。
[参考例2-11](袋型)
除了未进行后加热之外,其余与实施例2-5完全相同条件下制成了层合体,最终得到参考例2-11的样品。
[参考例2-12](袋型)
除了未进行后加热之外,其余与实施例2-6完全相同的条件下制成了层合体,最终得到参考例2-12的样品。
<袋状化、模压成型、包装>
得到的各样品中,实施例2-1~实施例2-3、参考例2-1~参考例2-3及参考例2-7-参考例2-9为袋型并制成袋子;实施例2-4~实施例2-6、参考例2-4-参考例2-6、参考例2-9~参考例2-12进行冲压成型;以上样品分别包装了聚合物电池本体并进行下列测试,并且上述每个条件各取100样品进行测试。
<测试方法>
1)耐内容物性(chemical resistance test)
作为保存条件,将各个样品放置在60℃、90%RH的恒温槽中保存7天后,确认铝箔与层合的PE之间是否分层。
2)热封时的分层
成型或制袋时,在190℃、5秒、98N/cm2条件下热封后,90℃放置24小时后,确认铝箔与基底层之间是否分层。
<结果>
实施例2-1~实施例2-6的臭氧处理选用(A)条件或(B)条件,成型方式选用袋型或模压型,均没有出现热封时的分层或由耐内容物导致的分层。
参考例2-1~参考例2-3制袋成型时没有分层,而在耐内容物测试中则全部分层。
参考例2-4~参考例2-6热封时100个样品中有80个分层,耐内容物测试中则全部分层。
参考例2-7~参考例2-9臭氧处理选用(A)条件或(B)条件,制袋成型时均没有分层,但在耐内容物测试中则全部分层。
参考例2-10~参考例2-12臭氧处理工序(A)条件或(B)条件,热封时基底层与铝箔之间均没有分层,但在耐内容物测试中则全部分层。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,由于在铝箔两面实施了化学转化处理,有效地防止了模压成型及热封过程中基底层与铝箔之间出现的分层。并且由于可防止聚合物电池的电解质与水分反应生成的氟化氢引起的铝箔表面的腐蚀,在防止铝箔与内容物一侧层之间的分层方面也取得了显著的效果。
此外,选用挤塑层合法、夹芯层合法或共挤塑层合法形成聚合物电池用包装材料的热封层时,由于采取了将层合于化学转化处理面的熔融树脂膜的层合面进行臭氧处理并同时进行层合、得到的层合体加热至上述树脂的软化点以上等措施,形成粘合树脂层及热封层的树脂即使是聚乙烯类树脂也可被聚合物电池用包装材料所接受。而且聚乙烯类树脂与酸改性聚烯烃、金属交联聚乙烯等树脂相比较,在加工性、经济性方面也体现出了优越性。
第3种实施方案
本发明目的是稳定聚合物用包装材料的层合体的层合强度及提高其生产效率。以下,将参照附图对构成层合体的材料及层合方法进行说明。
本发明人对于模压成型及热封时不出现分层的层合体,以及满足具有耐内容物性的聚合物电池用外包装体要求的包装材料进行了卓有成效的研究,其结果为通过采取一系列措施如:铝箔两面进行化学转化处理;在铝箔贴近内容物一侧的化学转化处理面上,将接枝有不饱和羧酸的无规聚丙烯等酸改性聚丙烯(PPa)与聚丙烯通过共挤塑法挤塑法制成层合体;得到的层合体进行后加热等解决了上述课题并且完成了本发明。
如图5(b)(c)所示,本发明涉及的聚合物电池用包装材料的层体构成至少是由基底层11、粘合层16、化学转化处理层15a、铝箔12、化学转化处理层15b、挤塑树脂层13、最内树脂层14等构成的层合体10所构成。其中,前述挤塑树脂层13与最内树脂层14是通过共挤塑而形成的。
本发明如图5(b)(c)所示,在阻隔层12(铝箔)的两面设置了化学转化处理层15a、15b,在阻隔层12的内表面上将粘合树脂层13与最内树脂层14通过共挤塑层合法进行挤塑层合。而且,所形成的层合体通过后加热工序加热至粘合树脂的软化点以上。这里最内层是由粘合树脂层13与最内树脂层14所构成。
本发明中上述基底层11通常是由取向性聚酯或尼龙膜所构成。此时聚酯树脂可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、共聚聚酯、聚碳酸酯等。尼龙为聚酰胺,即尼龙6、尼龙6,6、尼龙6与尼龙6,6的共聚物、尼龙6,10、聚己二酰间亚苯基二甲胺(MXD6)等。
聚合物电池中上述基底层11由于是直接和外侧金属附件相接触的部分,所以一般应为具有绝缘性的树脂层。考虑到聚合物存在针孔以及加工过程中会产生针孔等因素,基底层11的厚度应达到6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。
为提高耐针孔性以及作为电池外包装体时的绝缘性,本发明中的基底层11也可进行层合化。
基底层11进行层合体化时,基底层11应至少含有一个2层以上的树脂层,各层的厚度为6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。作为基底层层合化的例子,如下1)~7)所述。(没有附图)
1)取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
2)取向性尼龙层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层
在提高包装材料的机械适应性(在加工机械或包装机械中搬运时的稳定性)、表面保护性(耐热性,耐电解质性)的同时,为减少聚合物电池用外包装体进行模压成型的二次加工过程中模具与基底层间的摩擦阻力,基底层可多层化,而且基底层表面最好设置氟烃类树脂层、丙烯酸类树脂层、硅酮类树脂层等。如基底层11可按下列方式构成。
3)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(氟烃类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
4)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(硅酮类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
5)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
6)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
7)丙烯酸类树脂层/取向性尼龙层(丙烯酸类树脂为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥进而使之固化)
上述基底层可通过干式层合法、挤塑层合法等与阻隔层相互粘合。
上述阻隔层12是防止由外部到聚合物电池内部的、尤其是防止水蒸气的浸入的层。为稳定阻隔层的针孔以及加工适应性(袋状化、模压成型性),并且获得耐针孔性能,阻隔层12应选用厚15μm以上的铝、镍等金属,或选用涂有一些无机化合物的薄膜,如蒸镀有氧化硅、氧化铝等的薄膜。一般情况下,阻隔层应优先选用厚度为20~80μm的铝箔。
为了在减少针孔的发生方面做进一步改善,并且在选择模压型作为聚合物电池的外包装体本体的形式时,为了防止在模压成型部的产生裂纹等,发明人比较了用于阻隔层的不含铁的铝材质与含有铁的铝材质的性能。结果表明与不含铁的铝材质相比,铁含量为0.3~9.0%(重量百分比),优选铁含量在0.7~2.0%(重量百分比)范围时,铝的伸延性得到了改善,并且降低了层合体弯曲时针孔形成的趋势,进而也发现在模压成型时这一含铁材质也较容易形成上述外包装体的侧壁。上述铝箔的铁含量低于0.3重量百分比时,达不到防止针孔的形成及改善模压成型性能的效果;而铁含量高于9.0重量百分比时,将有损于铝的柔韧性并使层合体的制袋性能严重下降。
再者,冷轧制造的铝材质的柔韧性,硬度、腰的强度等指标随退火条件而改变。相对于未经退火的硬质处理品,经过适当退火处理的具有软质倾向的铝材质更适于为本发明所选用。
上述铝材质的柔韧性、硬度及腰的强度等指标,即退火条件应根据层合体的加工适应性(如袋状化,模压成型性)适宜选定。例如为防止模压成型过程中形成褶皱、针孔等,相对于未经退火的硬质处理品,应选用部分或完全退过火的、并且具有软质倾向的铝材质。
进而,本发明人针对于防止聚合物电池的电解质与水份之间反应生成的氟化氢(HF)导致的铝箔贴近聚合物电池本体两侧表面的溶解和腐蚀,特别是防止存在于表面的氧化铝的溶解和腐蚀,此外提高铝箔两面的粘合性(润湿性)、及形成层合体时稳定铝箔与粘合树脂层之间的粘合力等亟需解决的课题,采取了在铝箔两面形成耐酸性被膜、提高粘合力等处理措施并在解决上述课题方面取得了显著的效果。
本发明涉及的聚合物电池用包装材料中,贴近于阻隔层12内侧的一层是通过共挤塑法而形成的,即在铝箔的化学转化处理面上将粘合树脂13与最内树脂14通过共挤塑进行制膜并粘合。此外,最内树脂层14最好选用彼此间具有热封性的、并且具有耐热性、防潮性及冲压成型性等特性浇铸型聚丙烯(CPP)。此外在层合体的制造方法上,是通过在铝箔的化学转化处理面上共挤塑出粘合性能好的酸改性PP及CPP,将酸改性PP层贴近铝箔一面而制得层合体。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,层合体10除了上述基底层11、阻隔层12、粘合树脂13、最内树脂层(CPP)14之外,还可在阻隔层12与粘合树脂层13之间设置一中间层。中间层的设置可提高聚合物电池用包装材料的强度及可稳定和改善防渗性能。
针对于本发明的课题,发明人进行了卓有成效的研究,其结果如图5(b)(c)所示:将聚合物电池用包装材料中阻隔层12的铝箔内、外表面进行化学转化处理,并设置了化学转化处理层15a及15b,由此得到了满足作为包装材料要求的层合体。上述化学转化处理层具体为形成磷酸盐、铬酸盐、氟化物及三嗪硫酚化合物等的耐酸性薄膜,并由形成此类膜来防止模压成型时铝箔层与基底层之间的分层,以及防止由聚合物电池电解质与水分之间反应生成的氟化氢导致的铝箔表面的溶解及腐蚀,尤其是要防止存在于铝箔表面的氧化铝的溶解和腐蚀。此外,上述化学转化处理提高了铝箔表面的粘合性(润湿性),进而得以防止热封时基底层与铝箔之间的分层,并且获得了防止模压型外包装体在冲压成型过程中基底层与铝箔之间的分层的效果。
使用多种物质对铝箔表面进行了化学转化处理,并对其效果进行研究的结果表明:形成上述耐酸性薄膜的物质中,将由酚醛树脂、氟化铬3价化合物及磷酸等三种成分所构成的水溶液涂布于铝箔表面,并进行烘烤干燥的处理方式获得了良好的效果。涂布量以干燥重量计算为10mg/m2左右。
在聚合物电池外包装体为袋型时,上述化学转化处理只需在铝箔12贴近最内层的一侧表面上进行即可。
聚合物外包装体为模压型时,在铝箔的两侧表面进行化学转化处理,由此可防止模压成型时铝箔12与基底层11之间的分层。铝箔12的两侧表面进行化学转化处理的层合体也可应用于袋型外包装体。
本发明涉及的聚合物电池用外包装体的制造过程为:将作为阻隔层12的铝箔的两面进行化学转化处理后,其中一面通过干式层合法与基底层相互粘合,而在实施了化成处理的另一面上按共挤塑法将粘合树脂13与最内树脂14进行挤塑制膜并由此得到层合体。
在铝箔的化学转化处理面上,将作为粘合树脂层13的酸改性PP和作为最内树脂层14的CPP进行共挤塑时,层合加工的生产性能虽优异,但其粘合强度却达不到作为聚合物电池用包装材料所需的必要强度。本发明人对于提高上述的粘合强度的方法,进行了卓有成效的研究。其解决方案为通过将得到的层合体进行加热,提高了化学转化层与粘合树脂层之间的粘合强度。
上述加热的具体方法可以是热辊接触式、热风式、近或远红外线等。本发明允许选用其中任一加热方法,只要可以将粘合树脂加热至其软化点温度以上即可。
本发明涉及的聚合物电池用包装材料中层合体的最内树脂层14最好应选用CPP。之所以选用CPP是因为CPP彼此间热封性好,并且具有作为聚合物电池用包装材料所必须的防潮性、耐热性等特性,此外还具有良好的层合加工及模压成型性能。
上述CPP可以是(1)熔点为150℃以上的均聚物、(2)熔点为130℃以上乙烯-丙烯共聚体(无规共聚型)、(3)熔点为110℃以上的乙烯-丁烯-丙烯共聚物(三元共聚物)或共混物所构成的单层或多层物。
此外,上述CPP中可加入密度在900kg/m3以下的低结晶性乙烯-丁烯共聚物、低结晶性丙烯-丁烯共聚物或非结晶性乙烯-丙烯共聚物、非结晶性丙烯-乙烯共聚物等并使其含量达到5%以上,以提高柔韧性、耐弯曲性及可防止成型时裂纹的生成。
本发明中,基底层11与阻隔层12按干式层合法进行层合时,所用的粘合剂16可以是聚酯类、聚乙烯亚胺类、聚醚类、氰基丙烯酸酯类、氨基甲酸酯类、有机钛类、聚醚氨酯类、环氧类、聚酯氨酯类、酰亚氨类、异氰酸酯类、聚烯烃类、有机硅氧烷类粘合剂。
具体的实施例
下面将结合实施例对本发明的聚合物电池用包装材料作进一步地说明。
化学转化处理通常是将含有酚醛树脂、3价的氟化铬化合物、磷酸的水溶液作为处理液按照辊涂法进行涂布,并在被膜温度达到180℃以上的条件进行烘烤。铬的涂布量为10mg/m2(干燥重量)。
实施例3-1及参考例3-1和参考例3-3是袋状外包装体,均制成了长80mm、宽50mm的枕型袋子后,收存聚合物本体2并密封。
另外,实施理3-2、参考例3-2及参考例3-4为模压型外包装体,并且均为单面模压型。模压成型物的凹部(模槽)的形状为30×50mm、深为3.5mm。这里也评价了模压型外包装体的成型性。
此外,在每个例子里的聚合物电池接头组件的密封部分,将20μm厚的、由接枝不饱和羧酸的无规聚丙烯所构成薄膜作为粘合膜缠绕在接头组件的密封部分并进行了热封。
[实施例3-1](袋型)
将20μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与取向性聚酯膜进行粘合;随后在实施化成处理的另一面上,将软化点为120℃的20μm厚的酸改性PP和30μm厚的PP树脂按共挤塑法、并使上述酸改性PP贴近铝箔一侧而进行层合。将得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到实施例3-1的样品。
[实施例3-2](模压型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙相互粘合;随后在实施化成处理的另一面上,将软化点为120℃的20μm厚的酸改性PP和30μm厚的PP树脂以按挤塑法、并使上述酸改性PP贴近铝箔一侧而进行层合。将得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到实施例3-2的样品。
[参考例3-1](袋型)
将20μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与取向性聚酯膜相互粘合;随后在实施化成处理的另一面上,将软化点为120℃的20μm厚的酸改性PP和30μm厚的PP树脂按共挤塑法、并使上述酸改性PP贴近铝箔一侧而进行层合;得到的层合体为参考例3-1的样品。
[参考例3-2](模压型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙相互粘合;随后实施化成处理的另一面上,将软化点为120℃的20μm厚的酸改性PP和30μm厚的PP树脂以共挤塑法、并使上述酸改性PP贴近铝箔一侧而进行层合;得到的层合体为参考例3-2的样品。
[参考例3-3](袋型)
将20μm厚的铝箔一面通过干式层合法与取向性聚酯膜相互粘合;随后实施化成处理的另一面上,将软化点为120℃的20μm厚的酸改性PP和30μm厚的PP树脂按共挤塑法、并使上述酸改性PP贴近铝箔一侧而进行层合;得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例3-3的样品。
[参考例3-4](模压型)
将40μm厚的铝箔一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙相互粘合;随后另一面上,将软化点为120℃的20μm厚的酸改性PP和30μm厚的PP树脂按共挤塑法、并使上述酸改性PP贴近铝箔一侧而进行层合;得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例3-4的样品。
<模压成型、包装>
得到的各样品中,实施例3-1、参考例3-1及参考例3-3为袋型并制成袋子;实施例3-2、参考例3-2及参考例3-4进行模压成型;以上样品分别包装了聚合物电池本体并进行下列测试。
<测试方法>
1)成型时的分层
成型工序结束后,确认铝箔与基底层之间是否分层。
2)耐内容物性(chemical resistance test)
作为保存条件,将各个样品放置在60℃、90%RH的恒温槽中保存7天后,确认铝箔与浇铸型聚丙烯之间是否分层。
3)热封时的分层
热封工序结束后,确认铝箔与最内树脂层之间是否分层。
<结果>
实施例3-1与实施例3-2在模压成型时及热封时均没有出现分层,也没有出现由耐内容物测试引起的分层现象。
参考例3-1及参考例3-2在热封时均没有出现分层,参考例3-2在模压成型是也没有出现分层。但是,参考例3-1及参考例3-2进行耐内容物测试一项的100个测试样品中,所有的样品均在内容物一侧出现了分层。不过,这种内容物一侧的分层并不是由于铝箔表面的腐蚀导致的,而是由化学转化处理面与酸改性PP层之间的界面剥离导致的。
参考例3-3及参考例3-4在热封测试时,各自的100测试样品时分别有40及46个样品出现了分层。参考例3-4在进行模压成型测试时,100个测试样品中有22个出现了分层;而进行耐内容物测试一项的100个测试样品中,所有的样品的内容物一侧均出现了分层。而这种内容物一侧的分层的是铝箔表面的腐蚀导致的。
本发明涉及的聚合物电池用包装材料中由于在铝箔两面实施了化学转化处理,有效地防止了模压成型及热封过程中基底层与铝箔之间出现的分层。并且,由于可防止聚合物电池的电解质与水分反应生成的氟化氢引起的铝箔表面的腐蚀,在防止铝箔与内容物一侧层之间的分层方面也取得了显著的效果。
此外,由于最内树脂层的制膜与层合是同时进行的,因此生产性能得以大大提高。而且经后加热处理后,增强了聚合物电池用包装材料的粘合强度,进而使其适于被聚合物电池的外包装体所利用。
第4种实施方案
本发明涉及的是具有良好防潮性、耐内容物性及生产性的包装材料。这种材料以其层合体中的阻隔层两面进行化学转化处理,热封性薄膜层通过夹芯层合法进行层合,随后通过加热以提高粘合强度等为特征。
本发明人对于模压成型及热封时不会出现分层的层合体,以及满足具有耐内容物性能的聚合物电池用外包装体要求的包装材料进行了卓有成效的研究,通过采取一系列措施如:铝箔两面进行化学转化处理;在铝箔贴近内容物一侧的化学转化处理面上,挤塑出作为粘合树脂的接枝不饱和羧酸的无规聚丙烯等酸改性聚丙烯(PPa),并通过夹芯层合法层合聚丙烯薄膜;得到的层合体进行后加热等解决了上述课题并且完成了本发明。
如图5(b)(c)所示,本发明的聚合物电池用包装材料的层构成至少是由基底层11、粘合层16、化学转化处理层15a、铝箔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13、作为最内树脂层的热封层(聚丙烯薄膜)14等构成的层合体10所构成。并借助粘合树脂层13夹芯层合聚丙烯薄膜14。而且,通过下列所述的后加热工序以提高粘合强度。这里最内层由粘合树脂层13与热封层14所构成。
如图5(b)(c)所示,本发明在阻隔层(铝箔层)12的两面设置了化学转化处理层15a、15b。将聚丙烯薄膜14贴近于阻隔层12的内面一侧,挤塑出粘合树脂层13并进行夹芯层合。而且,所形成的层合体10通过后加热工序加热至粘合树脂的软化点以上。
如图5(b)(c)所示,本发明的聚合物电池用包装材料的层构成至少是由基底层11、化学转化处理层15a、阻隔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13及热封层14等构成的层合体10所构成。其中,上述热封性薄膜14是通过夹芯层合法而进行层合的;上述热封性薄膜14是由非取向性聚丙烯(CPP)所构成。此外,选用如图2所示的模压型外包装体本体5a时,就需要在包装聚合物电池本体2的收存部、即凹部7的形成方面成型性优异的层合体。以下,将对层合体各层的构成材料及粘合方法进行说明。
本发明中上述基底层11通常是由取向性聚酯或尼龙膜所构成。此时聚酯树脂可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、共聚聚酯、聚碳酸酯等。尼龙为聚酰胺树脂,即尼龙6、尼龙6,6、尼龙6与尼龙6,6的共聚物、尼龙6,10、聚己二酰间亚苯基二甲胺(MXD6)等。
聚合物电池中上述基底层11由于是直接和外部金属附件部分相接触的部位,所以应该是具有绝缘性的树脂层。考虑到聚合物存在针孔以及加工过程中会产生针孔等因素,基底层的厚度应达到6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。
为提高耐针孔性以及作为电池外包装体时的绝缘性,本发明中的基底层11也可进行层合化。
基底层11进行层合体化时,基底层应至少含有一个2层以上的树脂层,各层的厚度为6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。作为基底层层合化的例子,如下1)~7)所述。(没有附图)
1)取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
2)取向性尼龙层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层
在提高包装材料的机械适应性(在加工机械或包装机械中搬运时的稳定性)、表面保护性(耐热性,耐电解质性)的同时,为减少聚合物电池用外包装体进行模压成型的2次加工过程中模具与基底层间的摩擦阻力,基底层可多层化,而且基底层表面最好设置氟烃类树脂层、丙烯酸类树脂层、硅酮类树脂层等。如基底层11可按下列方式构成。
3)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(氟烃类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
4)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(硅酮类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
5)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
6)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
7)丙烯酸类树脂层/取向性尼龙层(丙烯酸类树脂为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥进而使之固化)
上述阻隔层12是防止由外部到聚合物电池内部的、尤其是防止水蒸气的浸入的层。为稳定阻隔层的针孔以及加工适应性(袋状化、模压成型性),并且获得耐针孔性能,阻隔层12应选用15μm以上的铝、镍等金属,或选用涂有一些无机化合物的薄膜,如蒸镀有氧化硅、氧化铝等的薄膜。一般情况下,阻隔层应优先选用厚度为20~80μm的铝箔。
为了在减少针孔的发生方面做进一步改善,并且在选用模压型作为聚合物电池的外包装体本体的形式时,为了防止模压成型过程中的产生裂纹等,发明人比较了用于阻隔层的不含铁的铝材质与含有铁的铝材质的性能。结果表明与不含铁的铝材质相比,铁含量为0.3~9.0%(重量百分比),优选铁含量在0.7~2.0%(重量百分比)范围时,铝的伸延性得到了改善,并且降低了层合体弯曲时针孔形成的趋势,进而也发现在模压成型时这一含铁材质也较容易形成上述外包装体的侧壁。上述铝箔的铁含量低于0.3重量百分比时,达不到防止针孔的形成及改善模压成型性能的效果;而铁含量高于9.0重量百分比时,将有损于铝的柔韧性并使层合体的制袋性能严重下降。
再者,冷轧制造的铝材质的柔韧性,硬度、腰的强度等指标随退火条件而改变。相对于未经退火的硬质处理品,经过适当退火处理的具有软质倾向的铝材质更适于为本发明所选用。
上述铝材质的柔韧性、硬度及腰的强度等指标,即退火条件应根据层合体的加工适应性(如袋状化,模压成型性)适宜选定。例如为防止模压成型过程中形成褶皱、针孔等,可选用与成型程度相应的、退火过的软质铝材质。
针对于本发明的课题,发明人进行了卓有成效的研究,其结果为:将作为聚合物电池用包装材料的阻隔层12的铝箔内、外表面进行化学转化处理,并由此得到了满足上述包装材料要求的层合体。上述化学转化处理层具体为形成磷酸盐、铬酸盐、氟化物及三嗪硫酚化合物等的耐酸性薄膜,并由形成此类膜来防止模压成型时铝箔层与基底层之间的分层,以及防止由聚合物电池电解质与水分反应生成的氟化氢导致的铝箔表面的溶解及腐蚀,尤其是要防止存在于铝箔表面的氧化铝的溶解和腐蚀;此外,上述化学转化处理提高了铝箔表面的粘合性(润湿性),进而得以防止模压成型时、热封时基底层与铝箔之间的分层,并且获得了防止电解质与水分反应生成的氟化氢导致的铝箔内侧表面出现分层的效果。
使用多种物质对铝箔表面进行了化学转化处理,并对其效果进行研究的结果表明:形成上述耐酸性被膜的物质中,使用由酚醛树脂、氟化铬3价化合物及磷酸等三种成分所构成的混合物的磷酸铬酸盐处理方法获得了良好的效果。
在聚合物电池外包装体本体为袋型时,上述化学转化处理只需在铝箔贴近最内层的一侧表面上进行即可。
聚合物外包装体本体为模压型时,在铝箔12的两面进行化学转化处理,由此可防止模压成型时铝箔12与基底层11之间的分层。铝箔的两面进行化学转化处理的层合体也可应用于袋型外包装体本体。
在上述化学表转化处理面上,将酸改性PP作为粘合树脂13进行挤塑并与作为热封层14的CPP进行夹芯层合时,酸改性PP树脂对化学转化处理面的粘合性很差。针对于此,发明人在上述化学转化处理面15a、15b上,将酸改性PP的乳液按辊涂法进行涂布并干燥后,在170~200℃温度条件进行了烘烤,随后将酸改性PP作为粘合树脂进行了夹芯层合。这样虽提高了粘合强度,但出现的问题是上述烘烤的加工速度十分迟缓,而且生产性能也十分低劣。
因此,本发明人针对于酸改性PP即使不进行涂布及烘烤等工序,也可显示出稳定的粘合强度的层合方法进行了卓有成效的研究,其结果是:将基底层11与两面均进行过化学转化处理过的阻隔层12的一面进行干式层合;阻隔层12的另一面借助酸改性PP的粘合树脂,与作为热封层的聚丙烯薄膜进行夹芯层合并制成层合体10;得到的层合体10通过加热上述粘合树脂层至其软化点以上,最终制得了具有所需的粘合强度的层合体。
上述加热的具体方法可以是热辊接触式、热风式、近或远红外线等。本发明允许选用其中任一加热方法,只要可以将粘合树脂加热至其软化点温度以上即可。
另外一个方法是在上述夹芯层合时,通过加热使铝箔12贴近热封层14一侧的表面温度达到作为粘合树脂层13的酸改性PP树脂的软化点,也可得到粘合强度稳定的层合体。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的层合体中除了上述基底层11、阻隔层12、粘合树脂13、热封层(CPP)14之外,还可在阻隔层12与热封层14之间设置一中间层。中间层的设置可提高聚合物电池用包装材料的强度、及可稳定和改善防渗性能。
为提高和稳定本发明的层合体中上述各层的适宜性、制膜性、层合化加工性能、最终制品的2次加工(制袋、模压成型)的适应性,各层皆可进行电晕放电处理、喷沙处理、臭氧处理等表面活性化处理。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中层合体的最内树脂层14最好应选用CPP。之所以选用CPP是因为CPP彼此间热封性好,并且具有作为聚合物电池用包装材料所必须的防潮性、耐热性等特性,此外还具有良好的层合加工及模压成型性能。
上述CPP可以是(1)熔点为150℃以上的均聚物、(2)熔点为130℃以上乙烯-丙烯共聚物(无规共聚型)、(3)熔点为110℃以上的乙烯-丁烯-丙烯共聚物(三元共聚物)或共混物所构成的单层或多层物。
此外,上述CPP中可加入密度在900kg/m3以下的低结晶性乙烯-丁烯共聚物、低结晶性丙烯-丁烯共聚物或非结晶性乙烯-丙烯共聚物、非结晶性丙烯-乙烯共聚物等并使其含量达到5%以上,以提高柔韧性、耐弯曲性及可防止成型时裂纹的生成。
本发明的聚合物电池用包装材料中基底层11与阻隔层12的化学转化处理面15a之间最好是通过干式层合法进行粘合。
本发明中,基底层11与铝箔层12的磷酸铬酸盐处理面按干式层合法进行层合时,所用的粘合剂16可以是聚酯类、聚乙烯亚胺类、聚醚类、氰基丙烯酸酯类、氨基甲酸酯类、有机钛类、聚醚氨酯类、环氧类、聚酯氨酯类、酰亚氨类、异氰酸酯类、聚烯烃类、有机硅氧烷类粘合剂。
具体的实施例
以下将结合实施例,对于本发明的聚合物电池用包装材料做进一步具体的说明。
化学转化处理通常是将含有酚醛树脂、3价铬的氟化物、磷酸的水溶液作为处理液按照辊涂法进行涂布,并在被膜温度达到180℃以上的条件进行烘烤。铬的涂布量为10mg/m2(干燥重量)。
实施例4-1、参考例4-1及参考例4-3是袋型外包装体,均制成了长80mm、宽50mm的枕型袋子后,收存聚合物本体并密封。
另外,实施例4-2、参考例4-2及参考例4-4为模压型外包装体,并且均为单面模压型。模压成型物的凹部(模槽)的形状为30×50mm、深为3.5mm。冲压成型后,评价了模压型外包装体的成型性。
此外,在每个例子里的聚合物电池接头组件的密封部分,将接枝不饱和羧酸的无规聚丙烯所构成的20μm厚的薄膜缠作为粘合膜绕在接头组件的密封部分并进行了热封。
[实施例4-1](袋型)
将20μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与取向性聚酯膜(厚度为16μm)粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的酸改性PP作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与PP膜(厚度为30μm)进行夹芯层合。将得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到实施例4-1的样品。
[实施例4-2](模压型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜相互粘合;随后在另一面上,将软化点为120 ℃的酸改性PP作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与PP膜(厚度为30μm)进行夹芯层合。将得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到实施例4-2的样品。
[参考例4-1](袋型)
将20μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与12μm厚的取向性聚酯膜相互粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的酸改性PP作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与PP膜(厚度为30μm)进行夹芯层合;最终得到的层合体为参考例4-1的样品。
[参考例4-2](模压型)
将20μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜相互粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的酸改性PP作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与PP膜(厚度为30μm)进行夹芯层合;最终得到的层合体为参考例4-2的样品。
[参考例4-3](袋型)
将20μm厚的铝箔一面通过干式层合法与取向性聚酯膜相互粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的酸改性PP作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与PP膜(厚度为30μm)进行夹芯层合。将得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例4-3的样品。
[参考例4-4](模压型)
将40μm厚的铝箔一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜相互粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的酸改性PP作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与PP膜(厚度为30μm)进行夹芯层合。将得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例4-4的样品。
<模压成型、包装>
得到的各样品中,实施例4-1、参考例4-1及参考例4-3为袋型并制成袋子;实施例4-2、参考例4-2及参考例4-2及参考例4-4进行冲压成型;以上样品分别包装了聚合物电池本体并进行下列测试。
<测试方法>
1)成型时的分层
成型工序结束后,确认铝箔与基底层之间是否分层。
2)耐内容物性(chemical resistance test)
作为保存条件,将各个样品放置在60℃、90%RH的恒温槽中保存7天后,确认铝箔与CPP之间是否分层。
3)热封时的分层
热封工序结束后,确认铝箔与最内树脂层之间是否分层。
<结果>
实施例4-1与实施例4-2在模压成型时及热封时均没有出现分层,也没有出现由耐内容物测试引起的分层现象。
参考例4-1及参考例4-2在热封时均没有出现分层,参考例4-2在模压成型时也没有出现分层。但是,参考例4-1及参考例4-2的进行耐内容物测试一项的100个测试样品中,所有的样品在内容物一侧均出现了分层。不过,这种存在于内容物一侧的分层并不是由于铝箔表面的腐蚀导致的,而是由化学转化处理面与酸改性PP层之间的界面剥离导致的。
参考例4-3及参考例4-4在热封测试时,各自的100测试样品中分别有40及46个样品出现了分层。参考例4-4在进行模压成型测试时,100个测试样品中有22个出现了分层;而进行耐内容物测试一项的100个测试样品中,所有样品在内容物一侧均出现了分层。这种存在于内容物一侧的分层是铝箔表面的腐蚀导致的。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料由于在铝箔两面实施了化学转化处理,有效地防止了模压成型及热封过程中基底层与铝箔之间出现的分层。并且,由于可防止聚合物电池的电解质与水分之间反应生成的氟化氢引起的铝箔表面的腐蚀,在防止铝箔与内容物一侧层之间的分层方面也取得了显著的效果。
此外,由于热封层的CPP膜是以酸改性PP作为粘合树脂并按夹芯层合法进行层合的,因而使生产性能大大提高。而且经后加热处理后,增强了聚合物电池用包装材料的粘合强度,进而使其更适于作为聚合物电池的外包装体。
第5种实施方案
本发明涉及到的是具有良好防潮性、耐内容物性及生产性的包装材料。这种材料以其层合体结构中的阻隔层两面进行化学转化处理,在阻隔层贴近内容物一侧将粘合树脂层与最内树脂层选用共挤塑法进行制膜,随后通过加热以提高粘合强度等为特征。
本发明人对于模压成型及热封时不出现分层的层合体,以及满足具有耐内容物性能的聚合物电池用外包装体要求的包装材料进行了卓有成效的研究,通过采取一系列措施如:铝箔两面进行化学转化处理;铝箔贴近内容物一侧的化学转化处理面上设置了接枝有不饱和羧酸的无规聚丙烯等酸改性聚丙烯(PPa)构成粘合树脂层;将乙烯-丁烯-丙烯三种成分共聚合所构成的三元共聚物(T-PP)作为最内层等解决了上述课题并且完成了本发明。而且制造方法上采取了铝箔两面进行化学转化处理;铝箔贴近内容物一侧的化学转化处理面上将接枝有不饱和羧酸的无规聚丙烯等酸改性聚丙烯(PPa)作为粘合树脂层与三元共聚物一起按共挤塑法进行层合;将得到的层合体进行后加热等解决了上述课题并且完成了本发明。
如图5(b)(c)所示,本发明的聚合物电池用包装材料的层体构成至少是由基底层11、粘合层16、化学转化处理层15a、铝箔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13、最内树脂层(乙烯-丁烯-聚丙烯三种成分共聚合所构成的三元共聚物膜)14等构成的层合体10所构成。其中,上述粘合树脂层13与最内树脂层14按照共挤塑法进行制膜。而且,通过下面将要提到的后加热工序以期提高层合体10的粘合强度。这里最内层由粘合树脂层13与最内树脂层14所构成。
如图5(b)(c)所示,本发明在阻隔层(铝箔层)12的两面设置了化学转化处理层15a、15b;并在阻隔层12的内侧表面,将由乙烯-丁烯-聚丙烯三种成分共聚合所构成的三元共聚物膜14与粘合树脂一起进行共挤塑并层合;而且,所形成的层合体通过后加热工序加热至粘合树脂的软化点以上。
如图5(b)(c)所示,本发明的聚合物电池用包装材料的层体构成至少是由基底层11、化学转化处理层15a、阻隔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13及最内树脂层14等构成的层合体10所构成。其中,上述最内树脂层14是与粘合树脂层13一起选用共挤塑法而进行层合的;上述最内树脂层14是由非取向性乙烯-丁烯-聚丙烯三种成分共聚物构成的三元共聚物T-PP所构成。此外,选用如图2所示的模压型外包装体本体5a时,就需要在包装聚合物电池本体2的收存部、即凹部7的形成方面成型性优异的层合体。以下,将对层合体各层的构成材料及粘合方法进行说明。
本发明中上述基底层11通常是由取向性聚酯或尼龙膜所构成。此时聚酯树脂可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、共聚聚酯、聚碳酸酯等。尼龙为聚酰胺树脂,即尼龙6、尼龙6,6、尼龙6与尼龙6,6的共聚物、尼龙6,10、聚己二酰间亚苯基二甲胺(MXD6)等。
聚合物电池中上述基底层11由于是直接和外部金属附件部分相接触的部位,所以应该是具有绝缘性的树脂层。考虑到聚合物存在针孔以及加工过程中会产生针孔等因素,基底层11的厚度应达到6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。
为提高耐针孔性以及作为电池外包装体时的绝缘性,本发明中的基底层11也可进行层合化。
基底层11进行层合体化时,基底层应至少含有一个2层以上的树脂层,各层的厚度为6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。作为基底层层合化的例子,如下1)~7)所述。(没有附图)
1)取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
2)取向性尼龙层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层
在提高包装材料的机械适应性(在加工机械或包装机械中搬运时的稳定性)、表面保护性(耐热性,耐电解质性)的同时,为减少聚合物电池用外包装体进行模压成型的2次加工过程中模具与基底层11间的摩擦阻力,基底层11可多层化,而且基底层11表面最好设置氟烃类树脂层、丙烯酸类树脂层、硅酮类树脂层等。如基底层11可按下列方式构成。
3)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(氟烃类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
4)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(硅酮类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
5)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
6)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
7)丙烯酸类树脂层/取向性尼龙层(丙烯酸类树脂为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥进而使之固化)
上述阻隔层12是防止由外部到聚合物电池内部的、尤其是防止水蒸气的浸入的层。为了稳定阻隔层的针孔以及加工适应性(袋状化、模压成型性),并且获得耐针孔性能,阻隔层12应选用15μm以上的铝、镍等金属,或选用涂有一些无机化合物的薄膜,如蒸镀有氧化硅、氧化铝等的薄膜。一般情况下,阻隔层应优先选用厚度为20~80μm的铝箔。
为了在减少针孔的发生方面做进一步改善,并且在选用模压型作为聚合物电池的外包装体本体的形式时,为了防止模压成型过程中的产生裂纹等,发明人比较了用于阻隔层的不含铁的铝材质与含有铁的铝材质的性能。结果表明与不含铁的铝材质相比,铁含量为0.3~9.0%(重量百分比),优选铁含量在0.7~2.0%(重量百分比)范围时,铝的伸延性得到了改善,并且降低了层合体弯曲时针孔形成的趋势,并且也发现模压型外包装体在成型时,这一含铁材质较容易形成上述外包装体的侧壁。上述铝箔的铁含量低于0.3重量百分比时,达不到防止针孔的形成及改善模压成型性能的效果;而铁含量高于9.0重量百分比时,将有损于铝的柔韧性并使层合体的制袋性能严重下降。
再者,冷轧制造的铝材质的柔韧性,硬度、腰的强度等指标随退火条件而改变。相对于未经退火的硬质处理品,经过适当退火处理的具有软质倾向的铝材质更适于为本发明所选用。
上述铝材质的柔韧性、硬度及腰的强度等指标,即退火条件应根据层合体的加工适应性(如袋状化,模压成型性)适宜选定。例如为防止模压成型过程中形成褶皱、针孔等,可选用与成型程度相应的、退火过的软质铝材质。
针对于本发明的课题,发明人进行了卓有成效的研究,其结果为:将作为聚合物电池用包装材料的阻隔层12的铝箔内、外表面进行化学转化处理,并由此得到了满足上述包装材料要求的层合体。上述化学转化处理可具体为形成磷酸盐、铬酸盐、氟化物及三嗪硫酚化合物等的耐酸性薄膜,并由形成此类膜来防止了模压成型时铝箔层与基底层之间的分层,以及防止了由聚合物电池电解质与水分反应生成的氟化氢导致的铝箔表面的溶解及腐蚀,尤其是防止了存在于铝箔表面的氧化铝的溶解和腐蚀。此外,上述化学转化处理提高了铝箔表面的粘合性(润湿性),进而得以防止模压成型时、热封时基底层与铝箔之间的分层,同时也获得了防止由电解质与水分反应生成的氟化氢导致的铝箔内侧表面出现分层的效果。
使用多种物质对铝箔表面进行了化学转化处理,并对其效果进行研究的结果表明:形成上述耐酸性被膜的物质中,使用由酚醛树脂、氟化铬3价化合物及磷酸等三种成分所构成的混合物的磷酸铬酸盐处理方法获得了良好的效果。
在聚合物电池外包装体本体为袋型时,上述化学转化处理只需在铝箔贴近最内层的一侧表面上进行即可。
聚合物外包装体本体为模压型时,在铝箔12的两面进行化学转化处理,由此可防止模压成型时铝箔与基底层之间的分层。铝箔的两面进行化学转化处理的层合体也可应用于袋型外包装体本体。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中阻隔层12的内面一侧是用类似于图10所示的装置按照共挤塑法挤塑形成的,即在铝箔的化学转化处理面上将粘合树脂层13与最内树脂层14进行共挤塑,并由此进行制膜及粘合工序。其中最内层14应优选具有热封性、耐热性、防潮性及冲压成型性等必要特性的乙烯-丁烯-聚丙烯三种成分共聚合构成的三元共聚物树脂。层合方式是在铝箔的化学转化处理面上将粘合性能好的酸改性PP与三元共聚物进行共挤塑,并使酸改性PP贴近铝箔一侧而制得层合体。
本发明的聚合物电池用包装材料中,铝箔靠近内容物一侧的化学转化处理面上设置的粘合树脂层13选用的材料是接枝有不饱和羧酸的无规聚丙烯等酸改性PP层(PPa)。设置酸改性PP层13防止了铝箔的腐蚀,并且获得了使最内树脂层14的三元共聚物的粘合趋于稳定化的效果。
另一方面,在铝箔12的化学转化处理面上将酸改性PP13与最内层14进行共挤塑,虽可提高层合加工的生产性能,但其粘合强度却达不到作为聚合物电池用包装材料时的必要强度。
本发明人针对具有稳定的粘合强度的层合方法进行的了卓有成效的研究,其结果为:基底层11与两面经过化学转化处理过的阻隔层12的一面进行干式层合;在阻隔层12的另外一面,将由酸改性PP所构成的粘合树脂层13与作为最内树脂层14的乙烯-丁烯-聚丙烯三种成分共聚合构成的三元共聚物树脂通过共挤塑法制得层合体10;得到的层合体10通过加热上述粘合树脂层至其软化点以上,制得具有所需的粘合强度的层合体。
上述加热的具体方法可以是热辊接触式、热风式、近或远红外线等。本发明允许选用其中任一加热方法,只要可以将粘合树脂加热至其软化点温度以上即可。
另外一种方法是在上述共挤塑层合时,通过加热使铝箔12贴近最内树脂层14一侧的表面温度达到酸改性PP树脂的软化点,得到粘合强度稳定的层合体。
上述酸改性PP可以是(1)维卡软化点115℃以上、熔点为150℃以上的均聚物、(2)维卡软化点105℃以上、熔点为130℃以上乙烯-丙烯共聚物(无规共聚型)、(3)以熔点为110℃以上的乙烯-丁烯-丙烯共聚物(三元共聚物)作为基础树脂,用不饱和羧酸进行酸改性的聚合物或共混物。
此外,上述酸改性PP中可加入密度在900kg/m3以下的低结晶性乙烯-丁烯共聚物、低结晶性丙烯-丁烯共聚物或非结晶性乙烯-丙烯共聚物、非结晶性丙烯-乙烯共聚物或乙烯-丁烯-丙烯共聚物等并使其含量达到5%以上,以提高柔韧性、耐弯曲性及可防止成型时裂纹的生成。
而且,上述酸改性PP中加入乙烯-丁烯-丙烯三种成分共聚物构成的三元共聚物并使其含量达到5%以上,可进一步的提高柔韧性、耐弯曲性及可防止成型时裂纹的生成。
本发明涉及的聚合物包装材料的层合体10中,除了上述基底层11、阻隔层12、粘合树脂层13、最内树脂层(T-PP)14之外,还可在阻隔层12与最内层14之间设置一中间层。中间层的设置可提高聚合物电池用包装材料的强度、及可稳定和改善阻隔性能。
为提高和稳定本发明的层合体中上述各层的适宜性、制膜性、层合化加工性能、最终制品的2次加工(制袋、模压成型)的适应性,各层皆可进行电晕放电处理、喷沙处理、臭氧处理等表面活性化处理。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中层合体10的最内树脂层14最好应选用T-PP。之所以选用T-PP是因为T-PP彼此间热封性好,并且具有作为聚合物电池用包装材料所必须的防潮性、耐热性等特性,同时也具有良好的层合加工及模压成型性能。
上述T-PP应选用厚度为30~100μm、熔点在120℃以上的乙烯-丁烯-丙烯三种成分共聚合构成的三元共聚物。而最适宜的是三元共聚物包括含量为5%以上的聚丙烯树脂层或至少具有一层三元共聚物含量为5%以上的聚丙烯树脂层的多层结构。多层结构的组成具体描述如下。
(1)三元共聚物
(2)三元共聚物+聚丙烯
(3)三元共聚物/LLDPE/三元共聚物
(4)三元共聚物+聚丙烯/LLDPE/三元共聚物+聚丙烯
(5)三元共聚物+聚丙烯/聚丙烯/三元共聚物+聚丙烯
(6)三元共聚物+聚丙烯/聚丙烯+LLDPE/三元共聚物+聚丙烯
(7)三元共聚物+聚丙烯/聚丙烯+三元共聚物/三元共聚物+聚丙烯
{省略号的说明:+代表共混、三元共聚物与聚丙烯共混时,三元共聚物的含量为5%以上;/代表共挤塑、聚丙烯皆为无规聚合型}
此外,上述T-PP中可加入密度在900kg/m3以下的低结晶性乙烯-丁烯共聚物、低结晶性丙烯-丁烯共聚物或非结晶性乙烯-丙烯共聚物、非结晶性丙烯-乙烯共聚物等并使其含量达到5%以上,以提高柔韧性、耐弯曲性及可防止成型时裂纹的生成。
本发明的聚合物电池用包装材料中基底层11与阻隔层12的化学转化处理面15a之间最好是通过干式层合法进行粘合。
本发明中,基底层11与铝箔层12的磷酸铬酸盐处理面按干式层合法进行层合时,所用的粘合剂16可以是聚酯类、聚乙烯亚胺类、聚醚类、氰基丙烯酸酯类、氨基甲酸酯类、有机钛类、聚醚氨酯类、环氧类、聚酯氨酯类、酰亚氨类、异氰酸酯类、聚烯烃类、有机硅氧烷类粘合剂。
具体的实施例
以下将结合实施例,对于本发明的聚合物电池用包装材料做进一步具体的说明。
化学转化处理通常是将含有酚醛树脂、铬的氟化物(■)、磷酸的水溶液作为处理液按照辊涂法进行涂布,并在被膜温度达到180℃以上的条件进行烘烤。铬的涂布量为10mg/m2(干燥重量)。
对于本发明的聚合物电池用包装材料,下面将结合实施例做进一步具体的说明。
实施例及参考例中的基底层均是由25μm厚的尼龙膜所构成,而阻隔层均是由40μm厚的铝箔所构成。
实施例中的最内树脂层为含有下面将要提到的乙烯-丁烯-丙烯共聚物的树脂层。
此外,模压型均选用单面模压型。模压成型物的凹部(模槽)的形状为30×50mm、深为3.5mm。冲压成型后,评价了模压型外包装体的成型性。
实施例中的酸改性PP选用的是以软化点为105℃、熔点为146℃的无规聚丙烯为基础树脂的不饱和羧酸改性PP。
[实施例5-1]
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将厚度为20μm的酸改性PP作为粘合树脂与厚度为30μm的、如下列(1)~(6)组合的乙烯-丁烯-丙烯共聚物的薄膜按共挤塑层合法进行层合,得到实施例5-1的样品;
(1)三元共聚物
(2)三元共聚物5%+PP95%
(3)三元共聚物50%+PP05%
(4)三元共聚物80%+PP20%
(5)三元共聚物/PP/三元共聚物
(6)三元共聚物/PP+LLDPE/三元共聚物
{省略号的说明:+代表共混、/代表共挤塑、PP代表无规聚合型聚丙烯、LLDPE代表线性低密度聚乙烯}
得到的层合体进行加热使铝箔表面温度达到140℃,最终得到实施例5-1的样品。
[实施例5-2]
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将厚度为20μm的添加有10%三元共聚物的酸改性PP的树脂与厚度为30μm的树脂共混物(三元共聚物5%+PP95%)按共挤塑层合法进行层合,得到实施例5-2的样品。
[实施例5-3]
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将厚度为20μm的添加有50%三元共聚物的酸改性PP的树脂与厚度为30μm的树脂共混物(三元共聚物5%+PP95%)按共挤塑层合法进行层合,得到实施例5-3的样品。
[参考例5-1]
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将厚度为20μm的酸改性PP与厚度为30μm的聚丙烯(均聚物、熔点为151℃)按共挤塑层合法进行层合,得到的层合体进行加热使铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例5-1的样品。
[参考例5-2]
40μm厚的铝箔的一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将厚度为20μm的、熔点为120℃的酸改性PP作为粘合树脂,与厚度为30μm的、如实施例1中(1)~(6)的含有三元共聚物的树脂层按共挤塑层合法进行层合;得到的层合体进行加热使铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例5-2的样品。
<模压成型、包装>
将得到的各样品冲压成型,并分别包装了聚合物电池本体后,进行下列测试。
<测试方法>
1)成型时的分层
成型工序结束后,确认铝箔与基底层之间是否分层。
2)耐内容物性(chemical resistance test)
作为保存条件,将各个样品放置在60℃、90%RH的恒温槽中保存7天后,确认铝箔与T-PP之间是否分层。
3)热封时的分层
热封工序结束后,确认铝箔与最内树脂层之间是否分层
<结果>
实施例5-1、实施例5-2及实施例5-3的层合体样品在成型及热封测试中均没有出现问题,即铝箔与基底层之间没有出现分层;在耐内容物测试一项中也没有出现分层现象;而且,最内层在成型及弯曲加工时均没有出现裂纹。
参考例5-1在成型及热封时均没有出现什么问题,即也没有出现铝箔与基底层之间的分层现象;进行耐内容物测试一项时也没有出现分层;但是,最内层在成型时100个样品全部出现了裂纹、弯曲加工时100个样品中有46个样品出现了裂纹。
此外,参考例5-2在成型及热封的两项测试中,100个测试样品中均有48个样品出现了分层;进行耐内容物测试时,100个测试样品中全部出现分层;而最内层在成型及弯曲加工时,100个测试样品均没有出现裂纹。
本发明涉及的聚合物电池用包装材料由于在铝箔两面实施了化学转化处理,有效地防止了模压成型及热封过程中基底层与铝箔之间出现的分层。并且,由于可防止聚合物电池的电解质与水分之间反应生成的氟化氢引起的铝箔表面的腐蚀,因此在防止铝箔与内容物一侧层之间的分层方面取得了显著的效果。
此外,由于最内层的T-PP膜是与酸改性PP构成的粘合树脂按共挤塑法进行层合的,因此使生产性能大大提高。而且经后加热处理后,增强了聚合物电池用包装材料的粘合强度,进而使其更适于作为聚合物电池的外包装体。
第6种实施方案
本发明涉及到的是具有良好防潮性、耐内容物性及生产性的包装材料。这种材料以其层合体结构中的阻隔层两面进行化学转化处理,热封性薄膜层按夹芯层合法进行层合,随后通过加热以提高粘合强度等为特征。
针对于上述课题,本发明人进行了卓有成效的研究,通过采取一系列措施如:铝箔两面进行化学转化处理;铝箔贴近内容物一侧的化学转化处理面上设置了作为粘合树脂层的接枝不饱和羧酸的无规聚丙烯等酸改性PP(PPa);将乙烯-丁烯-丙烯三种成分共聚合所构成的三元共聚物作为热封层等解决了上述课题并且完成了本发明。而且在制造方法上采取了铝箔两面进行化学转化处理;铝箔贴近内容物一侧的化学转化处理面上将接枝不饱和羧酸的无规聚丙烯等酸改性聚丙烯(PPa)作为粘合树脂层挤塑成膜,并与三元共聚物膜按夹芯层合法进行层合;将得到的层合体进行后加热等解决了上述课题并且完成了本发明。
如图5(b)(c)所示,本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的层体构成至少是由包含基底层11、粘合层16、化学转化处理层15a、铝箔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13、热封层(乙烯-丁烯-丙烯三种成分共聚物所构成的三元共聚物膜)14等的层合体10所构成;借助上述粘合树脂层13,夹芯层合乙烯-丁烯-聚丙烯三种成分共聚合所构成的三元共聚物膜14;而且,通过下面将要提到的后加热工序以提高粘合强度。这里最内层由粘合树脂层13与热封层(最内树脂层)所构成。
如图5(b)(c)所示,本发明在阻隔层(铝箔层)12的两面设置了化学转化处理层15a、15b;将乙烯-丁烯-聚丙烯三种成分共聚合所构成的三元共聚物膜14贴近于阻隔层12的内侧表面,挤塑出粘合树脂13并进行夹芯层合;而且,所形成的层合体通过后加热工序加热至粘合树脂的软化点以上。
如图5(b)(c)所示,本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的层体构成至少是由包含基底层11、化学转化处理层15a、阻隔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13及热封层14等的层合体10所构成。其中,上述热封层14是选用夹芯层合法而进行层合的。再者,上述热封性薄膜14是由非取向性乙烯-丁烯-聚丙烯三种成分共聚合构成的三元共聚物(T-PP)所构成。此外,选用如图2所示的模压型外包装体本体5a时,就需要在包装聚合物电池本体2的收存部、即凹部7的形成方面成型性优异的层合体。以下,将对层合体各层的构成材料及粘合方法进行说明。
本发明中上述基底层11通常是由取向性聚酯或尼龙膜所构成。此时聚酯树脂可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、共聚聚酯、聚碳酸酯等。尼龙为聚酰胺树脂,即尼龙6、尼龙6,6、尼龙6与尼龙6,6的共聚物、尼龙6,10、聚己二酰间亚苯基二甲胺(MXD6)等。
聚合物电池中上述基底层11由于是直接和外部金属附件部分相接触的部位,所以应该是具有绝缘性的树脂层。考虑到聚合物存在针孔以及加工过程中会产生针孔等因素,基底层的厚度应达到6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。
为提高耐针孔性以及作为电池外包装体时的绝缘性,本发明中的基底层11也可进行层合化。
基底层11进行层合体化时,基底层11应至少含有一个2层以上的树脂层,各层的厚度为6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。作为基底层层合化的例子,如下1)~7)所述(没有附图)。
1)取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
2)取向性尼龙层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层
在提高包装材料的机械适应性(在加工机械或包装机械中搬运时的稳定性)、表面保护性(耐热性,耐电解质性)的同时,为减少聚合物电池用外包装体进行模压成型的2次加工过程中模具与基底层11间的摩擦阻力,基底层11可多层化,而且基底层11最外层表面最好设置氟烃类树脂层、丙烯酸类树脂层、硅酮类树脂层等。如基底层11可按下列方式构成。
3)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(氟烃类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
4)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(硅酮类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
5)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
6)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
7)丙烯酸类树脂层/取向性尼龙层(丙烯酸类树脂为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥进而使之固化)
上述阻隔层12是防止由外部到聚合物电池内部的、尤其是防止水蒸气的浸入的层。为了稳定阻隔层的针孔以及加工适应性(袋状化、模压成型性),并且获得耐针孔性能,阻隔层12应选用15μm以上的铝、镍等金属,或选用涂有一些无机化合物的薄膜,如蒸镀有氧化硅、氧化铝等的薄膜。一般情况下,阻隔层应优先选用厚度为20~80μm的铝箔。
为了在减少针孔的发生方面做进一步改善,并且在选用模压型作为聚合物电池的外包装体本体的形式时,为了防止模压成型过程中的产生裂纹等,发明人比较了用于阻隔层62的不含铁的铝材质与含有铁的铝材质的性能。结果表明与不含铁的铝材质相比,铁含量为0.3~9.0%(重量百分比),优选铁含量在0.7~2.0%(重量百分比)范围时,铝的伸延性得到了改善,并且降低了层合体弯曲时针孔形成的趋势,并且也发现模压型外包装体在成型时,这一含铁材质较容易形成上述外包装体的侧壁。上述铝箔的铁含量低于0.3重量百分比时,达不到防止针孔的形成及改善模压成型性能的效果;而铁含量高于9.0重量百分比时,将有损于铝的柔韧性并使层合体的制袋性能严重下降。
再者,冷轧制造的铝材质的柔韧性,硬度、腰的强度等指标随退火条件而改变。相对于未经退火的硬质处理品,经过适当退火处理的具有软质倾向的铝材质更适于为本发明所选用。
上述铝材质的柔韧性、硬度及腰的强度等指标,即退火条件应根据层合体的加工适应性(如袋状化,模压成型性)适宜选定。例如为防止模压成型过程中形成褶皱、针孔等,可选用与成型程度相应的、退火过的软质铝材质。
针对于本发明的课题,发明人进行了卓有成效的研究,其结果为:将作为聚合物电池用包装材料的阻隔层12的铝箔内、外表面进行化学转化处理,并由此得到了满足上述包装材料要求的层合体。上述化学转化处理可具体为形成磷酸盐、铬酸盐、氟化物及三嗪硫酚化合物等的耐酸性薄膜,并由形成此类膜来防止模压成型时铝箔层与基底层之间的分层,以及防止由聚合物电池电解质与水分反应生成的氟化氢导致的铝箔表面的溶解及腐蚀,尤其是要防止存在于铝箔表面的氧化铝的溶解和腐蚀;此外,上述化学转化处理提高了铝箔表面的粘合性(润湿性),进而得以防止模压成型时、热封时基底层与铝箔之间的分层,并且获得了防止电解质与水分反应生成的氟化氢导致的铝箔内侧表面出现分层的效果。
使用多种物质对铝箔表面进行了化学转化处理,并对其效果进行研究的结果表明:形成上述耐酸性被膜的物质中,使用由酚醛树脂、铬的氟化物(■)及磷酸等三种成分所构成的混合物的磷酸铬酸盐处理方法获得了良好的效果。
在聚合物电池外包装体本体为袋型时,上述化学转化处理只需在铝箔12贴近最内树脂层14的一侧表面上进行即可。
聚合物外包装体本体为模压型时,在铝箔的两面进行化学转化处理,由此可防止模压成型时铝箔12与基底层11之间的分层。铝箔12的两面进行化学转化处理的层合体也可应用于袋型外包装体本体。
本发明的聚合物电池用包装材料中,铝箔12靠近内容物一侧的化学转化处理面上设置的粘合树脂层13为不饱和羧酸的无规接枝聚丙烯等酸改性PP层(PPa)。设置酸改性PP层13可防止铝箔的腐蚀,并且具有使作为热封层的三元共聚物的粘合趋于稳定化的效果。
本发明人针对具有稳定的粘合强度的层合方法进行的了卓有成效的研究,其结果为:基底层11与两面经过化学转化处理过的阻隔层12的一面进行干式层合;在阻隔层的另外一面,将由酸改性PP所构成的粘合树脂层13与作为热封层14的乙烯-丁烯-聚丙烯三种成分共聚合构成的三元共聚物薄膜(T-PP)进行夹芯层合并制得层合体10;得到的层合体10通过加热上述粘合树脂层至其软化点以上,制得具有所需的粘合强度的层合体。
上述加热的具体方法可以是热辊接触式、热风式、近或远红外线等。本发明允许选用其中任一加热方法,如上所述,只要可以将粘合树脂加热至其软化点温度以上即可。
另外一个方法是在上述夹芯层合时,通过加热使铝箔12贴近最内树脂层14一侧的表面温度达到酸改性PP树脂13的软化点,也可得到粘合强度稳定的层合体。
上述三元共聚物是以乙烯-丁烯-丙烯共聚物作为基础树脂;上述酸改性PP可以是(1)维卡软化点115℃以上、熔点为150℃以上的均聚物、(2)维卡软化点105℃以上、熔点为130℃以上乙烯-丙烯共聚物(无规共聚型)、(3)熔点为110℃以上的、经不饱和羧酸改性的酸改性聚合物或共混物。
此外,上述酸改性PP中可加入密度在900kg/m3以下的低结晶性乙烯-丁烯共聚物、低结晶性丙烯-丁烯共聚物或非结晶性乙烯-丙烯共聚物、非结晶性丙烯-乙烯共聚物及乙烯-丁烯-丙烯共聚物等并使其含量达到5%以上,以提高柔韧性、耐弯曲性及可防止成型时裂纹的生成。
再有,上述酸改性PP中,添加含量5%以上由乙烯-丁烯-聚丙烯三种成分共聚合构成的三元共聚物可进一步增加柔软性,提高耐折耐弯曲性,防止成型时出现裂纹。
本发明所涉及的聚合物包装材料的层合体10中,除了上述基底层11、阻隔层12、粘合树脂层13、热封层14之外,还可在阻隔层12与热封层14之间设置一中间层。中间层的设置可提高聚合物电池用包装材料的强度、并可稳定和改善阻隔性能。
为提高和稳定本发明的层合体中上述各层的适宜性、制膜性、层合化加工性能、最终制品的2次加工(制袋、模压成型)的适应性,各层皆可进行电晕放电处理、喷沙处理、臭氧处理等表面活性化处理。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中层合体10的热封层14最好选用T-PP。之所以选用T-PP是因为T-PP彼此间热封性好,并且具有作为聚合物电池用包装材料所必须的防潮性、耐热性等特性,同时也具有良好的层合加工及模压成型性能。
上述T-PP应选用厚度为30~100μm、熔点在120℃以上的乙烯-丁烯-丙烯三种成分共聚合构成的三元共聚物。而最适宜的是三元共聚物含量为5%以上的聚丙烯树脂层或至少具有一层三元共聚物含量为5%以上的聚丙烯树脂层的多层结构。多层结构的组成具体描述如下。
(1)三元共聚物
(2)三元共聚物+聚丙烯
(3)三元共聚物/LLDPE/三元共聚物
(4)三元共聚物+聚丙烯/LLDPE/三元共聚物+聚丙烯
(5)三元共聚物+聚丙烯/聚丙烯/三元共聚物+聚丙烯
(6)三元共聚物+聚丙烯/聚丙烯+LLDPE/三元共聚物+聚丙烯
(7)三元共聚物+聚丙烯/聚丙烯+三元共聚物/三元共聚物+聚丙烯
{省略号的说明:+代表共混、三元共聚物与聚丙烯共混时,三元共聚物的含量为5%以上;/代表共挤塑、聚丙烯皆为无规聚合型}
此外,上述T-PP中可加入密度在900kg/m3以下的低结晶性乙烯-丁烯共聚物、低结晶性丙烯-丁烯共聚物或非结晶性乙烯-丙烯共聚物、非结晶性丙烯-乙烯共聚物等并使其含量达到5%以上,以提高柔韧性、耐弯曲性及可防止成型时裂纹的生成。
本发明的聚合物电池用包装材料中基底层11与阻隔层12的化学转化处理面15a之间最好是通过干式层合法进行粘合。
本发明中,基底层11与铝箔层12的磷酸铬处理面按干式层合法进行层合时,所用的粘合剂16可以是聚酯类、聚乙烯亚胺类、聚醚类、氰基丙烯酸酯类、氨基甲酸酯类、有机钛类、聚醚氨酯类、环氧类、聚酯氨酯类、酰亚氨类、异氰酸酯类、聚烯烃类、有机硅氧烷类粘合剂等各类粘合剂。
具体的实施例
以下将结合实施例,对于本发明的聚合物电池用包装材料做进一步具体的说明。
化学转化处理通常是将含有酚醛树脂、铬的氟化物(■)、磷酸的水溶液作为处理液按照辊涂法进行涂布,并在被膜温度达到180℃以上的条件进行烘烤。铬的涂布量为10mg/m2(干燥重量)。
对于本发明的聚合物电池用包装材料,下面将结合实施例做进一步具体的说明。
实施例及参考例中的基底层均是由厚度为25μm的尼龙膜所构成,而阻隔层均是由40μm厚的铝箔所构成。
实施例中的最内树脂层为下面将要提到的含有乙烯-丁烯-丙烯共聚物的树脂层。
此外,模压型均选用单面模压型。模压成型物的凹部(模槽)的形状为30×50mm、深为3.5mm。这里也评价了模压型外包装体的成型性。
实施例中的酸改性PP选用的是以软化点为105℃、熔点为146℃的无规聚丙烯基不饱和羧酸改性PP。
[实施例6-1]
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将酸改性PP作为粘合树脂挤塑出厚度为20μm的薄膜,并与下列(1)~(6)组合的含有乙烯-丁烯-丙烯共聚物的薄膜(最内层、厚度为30μm)按夹芯层合法进行层合,得到实施例6-1的样品。
(1)三元共聚物
(2)三元共聚物5%+PP95%
(3)三元共聚物50%+PP50%
(4)三元共聚物80%+PP20%
(5)三元共聚物/PP/三元共聚物
(6)三元共聚物/PP+LLDPE/三元共聚物
{省略号的说明:+代表共混;/代表共挤塑;PP代表无规聚合型聚丙烯;LLDPE代表线性低密度聚乙烯}
得到的层合体进行加热使铝箔表面温度达到140℃,最终得到实施例6-1的样品。
[实施例6-2]
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将添加有10%三元共聚物的酸改性PP作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与树脂共混物(三元共聚物5%+PP95%)所构成的薄膜(最内层、厚度为30μm)按夹芯层合法进行层合,得到实施例6-2的样品。
[实施例6-3]
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将添加有50%三元共聚物的酸改性PP作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与树脂共混物(三元共聚物5%+PP95%)所构成的薄膜(最内层、厚度为30μm)按夹芯层合法进行层合,得到实施例6-3的样品。
[参考例6-1]
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将酸改性PP作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与浇铸型聚丙烯(均聚物、熔点为151℃)按夹芯层合法进行层合,得到的层合体进行加热使铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例6-1的样品。
[参考例6-2]
40μm厚的铝箔的一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将熔点为120℃的酸改性PP作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与厚度为30μm的、如实施例1中(1)~(6)组合的含有三元共聚物的薄膜组合按夹芯层合法进行层合;得到的层合体进行加热使铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例6-2的样品。
<模压成型、包装>
将得到的各样品冲压成型,并分别包装了聚合物电池本体后,进行下列测试。
<测试方法>
1)成型时的分层
成型工序结束后,确认铝箔与基底层之间是否分层。
2)耐内容物性(chemical resistance test)
作为保存条件,将各个样品放置在60℃、90%RH的恒温槽中保存7天后,确认铝箔与T-PP之间是否分层。
3)热封时的分层
热封工序结束后,确认铝箔与最内树脂层之间是否分层
<结果>
实施例6-1、实施例6-2及实施例6-3的层合体样品在成型及热封测试中均没有出现问题,即铝箔与基底层之间没有出现分层。在耐内容物测试一项中也没有出现分层现象。而且,最内层在成型及弯曲时均没有出现裂纹。
参考例6-1在成型及热封时均不存在铝箔与基底层之间出现分层的问题。进行耐内容物测试一项时也没有出现分层。但是,最内层在成型时100个样品全部出现了裂纹、弯曲加工时100个样品中有56个样品出现了裂纹。
此外,参考例6-2在成型及热封的两项测试中,100个测试样品中均有45个样品出现了分层。进行耐内容物测试时,100个测试样品全部出现分层。而在成型及弯曲加工时,100个测试样品的最内层均没有出现裂纹。
由于在本发明的聚合物电池用包装材料中铝箔两面实施了化学转化处理,有效地防止了模压成型及热封过程中基底层与铝箔之间出现的分层。并且,由于可防止聚合物电池的电解质与水分之间反应生成的氟化氢引起的铝箔表面的腐蚀,因此在防止铝箔与内容物一侧层之间的分层方面取得了显著的效果。
此外,由于最内层的T-PP膜是将酸改性PP作为粘合树脂按夹芯层合法进行层合的,因此使生产性能大大提高。而且经后加热处理后,增强了聚合物电池用包装材料的粘合强度,进而使其更适于作为聚合物电池的外包装体。
第7种实施方案
本发明涉及到的是具有良好防潮性、耐内容物性及生产性的包装材料。这种材料以其层合体结构中的阻隔层表面进行化学转化处理;其中一面与基底层通过干式层合法进行粘合;而在另外一面上,将酸改性聚乙烯树脂与聚乙烯树脂进行共挤塑并形成层合体;随后通过加热以提高粘合强度等为特征。
本发明人对于模压成型及热封时不出现分层的层合体,以及满足具有耐内容物性能的聚合物电池用外包装体要求的包装材料进行了卓有成效的研究,通过采取一系列措施如:铝箔两面进行化学转化处理;在铝箔贴近内容物一侧的化学转化处理面上,将接枝有不饱和羧酸的线性低密度聚乙烯等酸改性聚乙烯(PEa)与聚乙烯薄膜按共挤塑法进行层合;随后将得到的层合体进行后加热等解决了上述课题并且完成了本发明。
如图5(b)(c)所示,本发明涉及到的聚合物电池用包装材料的层体构成至少是由包含基底层11、粘合层16、化学转化处理层15a、铝箔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13、热封层(聚乙烯树脂)14等的层合体10所构成。其中粘合树脂层13与热封层14通过共挤塑法进行层合。而且,得到的层合体通过下面将要提到的后加热工序以提高粘合强度。这里最内层由粘合树脂层13与热封层(最内树脂层)14所构成。
如图5(b)(c)所示,本发明在阻隔层12的两面设置了化学转化处理层15a、15b。将由酸改性聚乙烯所构成粘合树脂层13与由聚乙烯树脂所构成的热封层14进行共挤塑。而且,所形成的层合体通过后加热工序加热至粘合树脂的软化点以上。
如图5(b)(c)所示,本发明涉及到的聚合物电池用包装材料的层体构成至少是由包含基底层11、化学转化处理层15a、阻隔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13及热封层14等的层合体10所构成。其中,粘合树脂层13与热封层14是通过共挤塑法而进行层合的。再者,上述热封性薄膜14是由聚乙烯树脂所构成。此外,选用如图2所示的模压型外包装体本体5a时,就需要在包装聚合物电池本体2的收存部、即凹部7的形成方面成型性优异的层合体。以下,将对层合体各层的构成材料及粘合方法进行说明。
本发明中上述基底层11通常是由取向性聚酯或尼龙膜所构成。此时聚酯树脂可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、共聚聚酯、聚碳酸酯等。尼龙为聚酰胺树脂,即尼龙6、尼龙6,6、尼龙6与尼龙6,6的共聚物、尼龙6,10、聚己二酰间亚苯基二甲胺(MXD6)等。
聚合物电池中上述基底层11由于是直接和外部金属附件部分相接触的部位,所以应该是具有绝缘性的树脂层。考虑到聚合物存在针孔以及加工过程中会产生针孔等因素,基底层的厚度应达到6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。
为提高耐针孔性以及作为电池外包装体时的绝缘性,本发明中的基底层11也可进行层合化。
基底层11进行层合体化时,基底层应至少含有一个2层以上的树脂层,各层的厚度为6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。作为基底层层合化的例子,如下1)~7)所述。(没有附图)
1)取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
2)取向性尼龙层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层
在提高包装材料的机械适应性(在加工机械或包装机械中搬运时的稳定性)、表面保护性(耐热性,耐电解质性)的同时,为减少聚合物电池用外包装体进行模压成型的2次加工过程中模具与基底层11间的摩擦阻力,基底层11可多层化,而且基底层11表面最好设置氟烃类树脂层、丙烯酸类树脂层、硅酮类树脂层等。如基底层11可按下列方式构成。
3)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(氟烃类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
4)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(硅酮类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
5)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
6)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
7)丙烯酸类树脂层/取向性尼龙层(丙烯酸类树脂为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥进而使之固化)
上述阻隔层12是防止由外部到聚合物电池内部的、尤其是防止水蒸气的浸入的层。为了稳定阻隔层的针孔以及加工适应性(袋状化、模压成型性),并且获得耐针孔性能,阻隔层12应选用15μm以上的铝、镍等金属,或选用涂有一些无机化合物的薄膜,如蒸镀有氧化硅、氧化铝等的薄膜。一般情况下,阻隔层应优先选用厚度为20~80μm的铝箔。
为了在减少针孔的发生方面做进一步改善,并且在选用模压型作为聚合物电池的外包装体本体的形式时,为了防止模压成型过程中的产生裂纹等,发明人比较了用于阻隔层的不含铁的铝材质与含有铁的铝材质的性能。结果表明与不含铁的铝材质相比,铁含量为0.3~9.0%(重量百分比),优选铁含量在0.7~2.0%(重量百分比)范围时,铝的伸延性得到了改善,并且降低了层合体弯曲时针孔形成的趋势,并且也发现模压型外包装体在成型时,这一含铁材质较容易形成上述外包装体的侧壁。上述铝箔的铁含量低于0.3重量百分比时,达不到防止针孔的形成及改善模压成型性能的效果;而铁含量高于9.0重量百分比时,将有损于铝的柔韧性并使层合体的制袋性能严重下降。
再者,冷轧制造的铝材质的柔韧性,硬度、腰的强度等指标随退火条件而改变。相对于未经退火的硬质处理品,经过适当退火处理的具有软质倾向的铝材质更适于为本发明所选用。
上述铝材质的柔韧性、硬度及腰的强度等指标,即退火条件应根据层合体的加工适应性(如袋状化,模压成型性)适宜选定。例如为防止模压成型过程中形成褶皱、针孔等,可选用与成型程度相应的、退火过的软质铝材质。
针对于本发明的课题,发明人进行了卓有成效的研究,其结果为:将作为聚合物电池用包装材料的阻隔层12的铝箔内、外表面进行化学转化处理,并由此得到了满足上述包装材料要求的层合体。上述化学转化处理可具体为形成磷酸盐、铬酸盐、氟化物及三嗪硫酚化合物等的耐酸性薄膜,并由形成此类膜来防止模压成型时铝箔层与基底层之间的分层,以及防止由聚合物电池电解质与水分反应生成的氟化氢导致的铝箔表面的溶解及腐蚀,尤其是要防止存在于铝箔表面的氧化铝的溶解和腐蚀。此外,上述化学转化处理提高了铝箔表面的粘合性(润湿性),进而得以防止模压成型时、热封时基底层与铝箔之间的分层,并且获得了防止电解质与水分反应生成的氟化氢导致的铝箔内侧表面出现分层的效果。
使用多种物质对铝箔表面进行了化学转化处理,并对其效果进行研究的结果表明:形成上述耐酸性被膜的物质中,使用由酚醛树脂、氟化铬3价化合物及磷酸等三种成分所构成的混合物的磷酸铬酸盐处理方法获得了良好的效果。
在聚合物电池外包装体本体为袋型时,上述化学转化处理只需在铝箔12贴近最内树脂层14的一侧表面上进行即可。
聚合物外包装体本体为模压型时,在铝箔的两面进行化学转化处理,由此可防止模压成型时铝箔12与基底层11之间的分层。铝箔的两面进行化学转化处理的层合体也可应用于袋型外包装体本体。
本发明人针对不涂布酸改性聚乙烯、不进行烘烤,也可具有稳定的粘合强度的层合方法进行的了卓有成效的研究,其结果为:基底层11与两面经过化学转化处理过的阻隔层12的一面15a进行干式层合;在阻隔层12的另外一面15b上,将酸改性聚乙烯树脂13与聚乙烯树脂14进行共挤塑并制得层合体10;得到的层合体10通过加热上述酸改性聚乙烯13至其软化点以上,制得具有所需的粘合强度的层合体。
上述加热的具体方法可以是热辊接触式、热风式、近或远红外线等。本发明允许选用其中任一加热方法,如上所述,只要可以将粘合树脂加热至其软化点温度以上即可。
另一种方法是在进行上述共挤塑层合时,通过加热使铝箔12贴近最内树脂层14一侧的表面温度达到酸改性聚乙烯树脂的软化点,也可得到粘合强度稳定的层合体。
上述酸改性PE可以是:(1)密度在0.91g/cm3以上、维卡软化点80℃以上、熔点为110℃以上的线性低密度聚乙烯(LLDPE);(2)密度在0.92g/cm3以上、维卡软化点80℃以上、熔点为115℃以上的中密度聚乙烯(MDPE);(3)以密度在0.92g/cm3以上、维卡软化点90℃以上、熔点为125℃以上的高密度聚乙烯(HDPE)为基础树脂,用不饱和羧酸进行改性的酸改性聚合物或共混物。
此外,上述酸改性PE13中可加入密度在900kg/m3以下的低结晶性乙烯-丁烯共聚物、低结晶性丙烯-丁烯共聚物或非结晶性乙烯-丙烯共聚物、非结晶性丙烯-乙烯共聚物及乙烯-丁烯-丙烯共聚物等并使其含量达到5%以上,以提高柔韧性、耐弯曲性及可防止成型时裂纹的生成。
本发明涉及到的聚合物包装材料的层合体10中,除了上述基底层11、阻隔层12、粘合树脂层13、热封层(PE)14之外,还可在阻隔层12与粘合树脂层14之间设置一中间层。中间层的设置可提高聚合物电池用包装材料的强度、并可稳定和改善阻隔性能。
为提高和稳定本发明的层合体中上述各层的适宜性、制膜性、层合化加工性能、最终制品的2次加工(制袋、模压成型)的适应性,各层皆可进行电晕放电处理、喷沙处理、臭氧处理等表面活性化处理。
本发明涉及到的聚合物电池用包装材料中层合体10的热封层14最好选用聚乙烯。之所以选用聚乙烯是因为聚乙烯彼此间热封性好,并且具有作为聚合物电池用包装材料所必须的防潮性、耐热性等特性,同时还具有良好的层合加工及模压成型性能。
上述用于热封层14的聚乙烯可以是:(1)密度在0.91g/cm3以上、维卡软化点80℃以上、熔点为110℃以上的线性低密度聚乙烯(LLDPE);(2)密度在0.92g/cm3以上、维卡软化点80℃以上、熔点为115℃以上的中密度聚乙烯(MDPE);(3)密度在0.94g/cm3以上、维卡软化点90℃以上、熔点为125℃以上的高密度聚乙烯(HDPE)或共混物的单层或多层制品。
此外,上述聚乙烯中可加入密度在900kg/m3以下的低结晶性乙烯-丁烯共聚物、低结晶性丙烯-丁烯共聚物或非结晶性乙烯-丙烯共聚物、非结晶性丙烯-乙烯共聚物及乙烯-丁烯-丙烯共聚物等并使其含量达到5%以上,以提高柔韧性、耐弯曲性及可防止成型时裂纹的生成。或者可通过添加聚丙烯增加成型或制袋过程中的润滑性。
本发明涉及到的聚合物电池用包装材料中基底层11与阻隔层15a之间最好是通过干式层合法进行粘合。
本发明中,基底层11与铝箔层12的磷酸铬处理面15a按干式层合法进行层合时,所用的粘合剂16可以是聚酯类、聚乙烯亚胺类、聚醚类、氰基丙烯酸酯类、氨基甲酸酯类、有机钛类、聚醚氨酯类、环氧类、聚酯氨酯类、酰亚氨类、异氰酸酯类、聚烯烃类、有机硅氧烷类粘合剂等各类粘合剂。
具体的实施例
以下将结合实施例,对于本发明的聚合物电池用包装材料做进一步具体的说明。
化学转化处理通常是将含有酚醛树脂、铬的氟化物、磷酸的水溶液作为处理液按照辊涂法进行涂布,并在被膜温度达到180℃以上的条件进行烘烤。铬的涂布量为10mg/m2(干燥重量)。
实施例7-1、参考例7-2、参考例7-3及参考例7-5是袋型外包装体本体,均制成了长80mm、宽50mm的枕型袋子后,收存聚合物本体并密封。
另外,实施例7-2、参考例7-2、参考例7-4及参考例7-6为模压型外包装体本体,并且均为单面模压型。模压成型物的凹部(模槽)的形状为30×50mm、深为3.5mm。冲压成型后,评价了模压型外包装体本体的成型性。
此外,在每个例子里的聚合物电池接头组件的密封部分,将接枝有不饱和羧酸的线性低密度聚丙烯所构成的20μm厚的薄膜作为粘合膜缠绕在了接头组件的密封部分并进行了热封。
[实施例7-1](袋型)
将20μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与取向性聚酯膜(厚度为16μm)进行粘合;随后在另一面上,将软化点为90℃的、熔点122℃的酸改性聚乙烯作为粘合树脂(厚度为20μm)与软化点为115℃的、熔点为123℃的、厚度为30μm线性低密度聚乙烯(LLDPE、厚度为30μm)进行共挤塑并形成层合体;得到的层合体加热至铝箔表面温度达到110℃,最终得到实施例7-1的样品。
[参考例7-1](袋型)
将20μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与厚度为12μm的取向性聚酯膜进行粘合;随后在另一面上,将软化点为90℃的、熔点为122℃的酸改性聚乙烯(线性低密度聚乙烯、软化点为115℃、熔点为123℃、LLDPE、厚度为20μm)与软化点为115℃的、熔点为123℃的、厚度为30μm线性低密度聚乙烯(LLDPE、厚度为30μm)进行共挤塑并形成层合体;最终得到参考例7-1的样品。
[参考例7-2](模压型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理,其中一面通过干式层合法与厚度为25μm的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的、熔点为130℃的酸改性聚乙烯(高密度聚乙烯、HDPE、厚度为20μm)与HDPE树脂(软化点为125℃、熔点为132℃、厚度为30μm)进行共挤塑;最终得到参考例7-2的样品
[参考例7-3](袋型)
20μm厚的铝箔的其中一面通过干式层合法与取向性聚酯膜进行粘合;随后在另一面上,将软化点为90℃的、熔点为115℃的酸改性聚乙烯(线性低密度聚乙烯、LLDPE、厚度为20μm)与LLDPE树脂(软化点为115℃的、熔点为123℃的、厚度为30μm)进行共挤塑并形成层合体;得到的层合体加热至铝箔表面温度达到130℃,最终得到参考例7-3的样品。
[参考例7-4](模压型)
40μm厚的铝箔的其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的、熔点为130℃的酸改性聚乙烯(高密度聚乙烯、HDPE)与HDPE树脂(软化点为125℃的、熔点为132℃的、厚度为30μm)进行共挤塑并形成层合体;得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例7-4的样品。
[参考例7-5](袋型)
20μm厚的铝箔的其中一面通过干式层合法与取向性聚酯膜进行粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的酸改性聚丙烯(厚度为20μm)与聚丙烯树脂(软化点为140℃的、熔点为157℃的、厚度为30μm)进行共挤塑并形成层合体;得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例7-5的样品。
[参考例7-6](模压型)
40μm厚的铝箔的其中一面通过干式层合法与取向性聚酯膜进行粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的酸改性聚丙烯作为粘合树脂(厚度为20μm)与聚丙烯树脂(软化点为140℃的、熔点为157℃的、厚度为30μm)进行共挤塑并形成层合体;得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例7-6的样品。
<模压成型、包装>
得到的各样品中,实施例7-1、参考例7-1、参考例7-3及参考例7-5为袋型并制成袋子;实施例7-2、参考例7-2、参考例7-4及参考例7-6进行模压成型;以上样品分别包装了聚合物电池本体并进行下列测试。
<测试方法>
1)成型时的分层
成型工序结束后,确认铝箔与基底层之间是否分层。
2)耐内容物性(chemical resistance test)
作为保存条件,将各个样品放置在60℃、90%RH的恒温槽中保存7天后,确认铝箔与PE之间是否分层。
3)热封时的分层
热封工序结束后,确认铝箔与最内树脂层之间是否分层。
4)耐寒性
将填充了重量为20g的内容物的、通过热封进行密封的测试样品置于-40℃环境条件,并于50cm的高处使之自由落体后,确认热封部分是否存在裂纹。
<结果>
实施例7-1及实施例7-2在成型及热封测试中均没有出现分层;在耐内容物测试一项中也没有出现分层;而且,在-40℃环境条件使其下落进行的耐寒性测试一项中热封部分也没有出现的裂纹。
参考例7-1、参考例7-2、参考例7-3及参考例7-5在热封时均没有出现分层;参考例7-2在进行模压成型测试时也没有出现分层;但是,参考例7-1、参考例7-2、参考例7-3及参考例7-5在进行耐内容物一项测试中,各自100个测试样品均在内容物一侧出现了分层。
参考例7-4及参考例7-6在热封时,各自的100个测试样品中分别有40及46个样品出现了分层。而且,在耐内容物测试一项中,两者各自的所有100个测试样品均出现了分层。
参考例7-5及参考例7-6在40℃环境条件并于50cm的高处落下后,两者各自的100个测试样品中均有20个样品在热封部分出现了裂纹。
由于在本发明的聚合物电池用包装材料中铝箔两面实施了化学转化处理,有效地防止了模压成型及热封过程中基底层与铝箔之间出现的分层。并且,由于可防止聚合物电池的电解质与水分之间反应生成的氟化氢引起的铝箔表面的腐蚀,因此在防止铝箔与内容物一侧层之间的分层方面取得了显著的效果。
此外,由于酸改性聚乙烯树脂与聚乙烯树脂是按共挤塑法而进行层合的,因此使生产性能大大提高。而且经后加热处理后,增强了聚合物电池用包装材料的粘合强度,进而使其更适于作为聚合物电池的外包装体。
第8中实施方案
本发明涉及到具有良好防潮性、耐内容物性及生产性的包装材料。这种材料以其层合体中阻隔层表面进行化学转化处理;将由聚乙烯构成的热封性薄膜层通过夹芯层合法进行层合;随后通过加热以提高粘合强度等为特征。
本发明人对于模压成型及热封时不会出现分层的层合体,以及满足具有耐内容物性能的聚合物电池用外包装体要求的包装材料进行了卓有成效的研究,通过采取一系列措施如:铝箔两面进行化学转化处理;在铝箔贴近内容物一侧的化学转化处理面上,将接枝有不饱和羧酸的线性低密度聚乙烯等酸改性聚乙烯(PEa)作为粘合树脂进行挤塑,并与聚乙烯薄膜通过夹芯层合法进行层合;随后将得到的层合体进行后加热等解决了上述课题并且完成了本发明。
如图5(b)(c)所示,本发明的聚合物电池用包装材料的层体构成至少是由包含基底层11、粘合层16、化学转化处理层15a、铝箔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13、热封性薄膜层(聚乙烯薄膜)14等的层合体10所构成;借助上述粘合树脂层13夹芯层合聚乙烯薄膜14;而且,得到的层合体通过下面将要提到的后加热工序以提高粘合强度。这里最内层由粘合树脂层13与热封层(最内树脂层)14所构成。
如图5(b)(c)所示,本发明在阻隔层12的两面设置了化学转化处理层15a、15b;
将聚乙烯薄膜14面向阻隔层12的内面一侧,挤塑出粘合树脂层13并通过夹芯层合进行层合;而且,所形成的层合体10通过后加热工序加热至粘合树脂的软化点以上。
如图5(b)(c)所示,本发明的聚合物电池用包装材料的层构成至少是由包含基底层11、化学转化处理层15a、阻隔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13及热封性薄膜层14等的层合体10所构成。其中,热封性薄膜层14是通过夹芯层合法而进行层合的。其中,上述热封性薄膜层14是由非取向性聚乙烯薄膜所构成。此外,选用如图2所示的模压型外包装体本体5a时,就需要在包装聚合物电池本体2的收存部、即凹部7的形成方面成型性优异的层合体。以下,将对层合体各层的构成材料及粘合方法进行说明。
本发明中上述基底层11通常是由取向性聚酯或尼龙膜所构成。此时聚酯树脂可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、共聚聚酯、聚碳酸酯等。尼龙为聚酰胺树脂,即尼龙6、尼龙6,6、尼龙6与尼龙6,6的共聚物、尼龙6,10、聚己二酰间亚苯基二甲胺(MXD6)等。
聚合物电池中上述基底层11由于是直接和外部金属附件部分相接触的部位,所以应该是具有绝缘性的树脂层。考虑到聚合物存在针孔以及加工过程中会产生针孔等因素,基底层11的厚度应达到6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。
为提高耐针孔性以及作为电池外包装体时的绝缘性,本发明中的基底层11也可进行层合化。
基底层11进行层合体化时,基底层应至少含有一个2层以上的树脂层,各层的厚度为6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。作为基底层层合化的例子,如下1)~7)所述。(没有附图)
1)取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
2)取向性尼龙层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层
在提高包装材料的机械适应性(在加工机械或包装机械中搬运时的稳定性)、表面保护性(耐热性,耐电解质性)的同时,为减少聚合物电池用外包装体进行模压成型的2次加工过程中模具与基底层11间的摩擦阻力,基底层11可多层化,而且基底层11表面最好设置氟烃类树脂层、丙烯酸类树脂层、硅酮类树脂层等。如基底层11可按下列方式构成。
3)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(氟烃类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
4)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(硅酮类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
5)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
6)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
7)丙烯酸类树脂层/取向性尼龙层(丙烯酸类树脂为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥进而使之硬化)
上述阻隔层12是防止由外部到聚合物电池内部的、尤其是防止水蒸气的浸入的层。为了稳定阻隔层的针孔以及加工适应性(袋状化、模压成型性),并且获得耐针孔性能,阻隔层12应选用15μm以上的铝、镍等金属,或选用涂有一些无机化合物的薄膜,如蒸镀有氧化硅、氧化铝等的薄膜。一般情况下,阻隔层应优选厚度为20~80μm的铝箔。
为了在减少针孔的发生方面做进一步改善,并且在选用模压型作为聚合物电池的外包装体本体的形式时,为了防止模压成型过程中的产生裂纹等,发明人比较了用于阻隔层的不含铁的铝材质与含有铁的铝材质的性能。结果表明与不含铁的铝材质相比,铁含量为0.3~9.0%(重量百分比),优选铁含量在0.7~2.0%(重量百分比)范围时,铝的伸延性得到了改善,并且降低了层合体弯曲时针孔形成的趋势,并且也发现模压型外包装体在成型时,这一含铁材质较容易形成上述外包装体的侧壁。上述铝箔的铁含量低于0.3重量百分比时,达不到防止针孔的形成及改善模压成型性能的效果;而铁含量高于9.0重量百分比时,将有损于铝的柔韧性并使层合体的制袋性能严重下降。
再者,冷轧制造的铝材质的柔韧性,硬度、腰的强度等指标随退火条件而改变。相对于未经退火的硬质处理品,经过适当退火处理的具有软质倾向的铝材质更适于为本发明所选用。
上述铝材质的柔韧性、硬度及腰的强度等指标,即退火条件应根据层合体的加工适应性(如袋状化,模压成型性)适宜选定。例如为防止模压成型过程中形成褶皱、针孔等,可选用与成型程度相应的、退火过的软质铝材质。
针对于本发明的课题,发明人进行了卓有成效的研究,其结果为:将作为聚合物电池用包装材料的阻隔层12的铝箔内、外表面进行化学转化处理,并由此得到了满足上述包装材料要求的层合体。上述化学转化处理可具体为形成磷酸盐、铬酸盐、氟化物及三嗪硫酚化合物等的耐酸性薄膜,并由形成此类膜来防止模压成型时铝箔层与基底层之间的分层,以及防止由聚合物电池电解质与水分反应生成的氟化氢导致的铝箔表面的溶解及腐蚀,尤其是要防止存在于铝箔表面的氧化铝的溶解和腐蚀。此外,上述化学转化处理提高了铝箔表面的粘合性(润湿性),进而得以防止模压成型时、热封时基底层与铝箔之间的分层,并且获得防止电解质与水分反应生成的氟化氢导致的铝箔内侧表面出现分层的效果。
使用多种物质对铝箔表面进行了化学转化处理,并对其效果进行研究的结果表明:形成上述耐酸性被膜的物质中,使用由酚醛树脂、氟化铬3价化合物及磷酸等三种成分所构成的混合物的磷酸铬酸盐处理方法获得了良好的效果。
在聚合物电池外包装体本体为袋型时,上述化学转化处理只需在铝箔12贴近于最内树脂层14的一侧表面上进行即可。
聚合物外包装体本体为模压型时,在铝箔的两面进行化学转化处理,由此可防止模压成型时铝箔12与基底层11之间的分层。铝箔12的两面进行化学转化处理的层合体也可应用于袋型外包装体本体。
本发明人针对不涂布酸改性聚乙烯、不进行烘烤,也可具有稳定的粘合强度的层合方法进行的了卓有成效的研究,其结果为:基底层11与两面经过化学转化处理过的阻隔层12的一面15a进行干式层合;在阻隔层12的另外一面15b上,借助酸改性聚乙烯形成的粘合树脂层13,夹芯层合作为热封性薄膜层14的聚乙烯薄膜并制得层合体10;得到的层合体10通过加热使上述粘合树脂层13至其软化点以上,制得具有所需的粘合强度的层合体10。
上述加热的具体方法可以是热辊接触式、热风式、近或远红外线等。本发明允许选用其中任一加热方法,如上所述,只要可以将粘合树脂加热至其软化点温度以上即可。
另外一种方法是在上述夹芯挤塑层合时,通过加热使铝箔12贴近热封性薄膜层14一侧的表面温度达到酸改性聚乙烯树脂的软化点,也可得到粘合强度稳定的层合体。
上述作为粘合树脂层13酸改性PE可以是:(1)密度在0.91g/cm3以上、维卡软化点80℃以上、熔点为110℃以上的线性低密度聚乙烯(LLDPE);(2)密度在0.92g/cm3以上、维卡软化点80℃以上、熔点为115℃以上的中密度聚乙烯(MDPE);(3)以密度在0.94g/cm3以上、维卡软化点90℃以上、熔点为125℃以上的高密度聚乙烯作为基础树脂,用不饱和羧酸进行改性的酸改性聚合物或共混物。
此外,上述酸改性聚乙烯中可加入密度在900kg/m3以下的低结晶性乙烯-丁烯共聚物、低结晶性丙烯-丁烯共聚物或非结晶性乙烯-丙烯共聚物、非结晶性丙烯-乙烯共聚物及乙烯-丁烯-丙烯共聚物等并使其含量达到5%以上,以提高柔韧性、耐弯曲性及可防止成型时裂纹的生成。
本发明所涉及的聚合物包装材料的层合体中,除了上述基底层11、阻隔层12、粘合树脂层13、热封性薄膜层(PE)14之外,还可在阻隔层12与热封性薄膜层14之间设置一中间层。中间层的设置可提高聚合物电池用包装材料的强度、并可稳定和改善阻隔性能。
为提高和稳定本发明的层合体中上述各层的适宜性、制膜性、层合化加工性能、最终制品的2次加工(制袋、模压成型)的适应性,各层皆可进行电晕放电处理、喷沙处理、臭氧处理等表面活性化处理。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中层合体的热封性薄膜层14最好应选用聚乙烯。热封性薄膜层14之所以选用聚乙烯是因为聚乙烯彼此间热封性好,并且具有作为聚合物电池用包装材料的热封性薄膜层所必须的防潮性、耐热性等特性,并且具有良好的层合加工及模压成型性能。
此外,用于热封性薄膜层14的聚乙烯可以是:(1)密度在0.91g/cm3以上、维卡软化点80℃以上、熔点为110℃以上的线性低密度聚乙烯(LLDPE);(2)密度在0.92g/cm3以上、维卡软化点80℃以上、熔点为115℃以上的中密度聚乙烯(MDPE);(3)密度在0.94g/cm3以上、维卡软化点90℃以上、熔点为125℃以上的高密度聚乙烯(HDPE)或共混物的单层或多层制品。
此外,上述聚乙烯中可加入密度在900kg/m3以下的低结晶性乙烯-丁烯共聚物、低结晶性丙烯-丁烯共聚物或非结晶性乙烯-丙烯共聚物、非结晶性丙烯-乙烯共聚物及乙烯-丁烯-丙烯共聚物等并使其含量达到5%以上,以提高柔韧性、耐弯曲性及可防止成型时裂纹的生成。或者可通过添加聚丙烯增加成型或制袋过程中的润滑性。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中基底层11与阻隔层12的化学转化处理面15a之间最好是通过干式层合法进行粘合。
本发明中,基底层11与铝箔层12的磷酸铬酸盐处理面15a按干式层合法进行层合时,所用的粘合剂16可以是聚酯类、聚乙烯亚胺类、聚醚类、氰基丙烯酸酯类、氨基甲酸酯类、有机钛类、聚醚氨酯类、环氧类、聚酯氨酯类、酰亚氨类、异氰酸酯类、聚烯烃类、有机硅氧烷类粘合剂等各类粘合剂。
具体的实施例
以下将结合实施例,对于本发明的聚合物电池用包装材料做进一步具体的说明。
化学转化处理通常是将含有酚醛树脂、铬的氟化物(■)、磷酸的水溶液作为处理液按照辊涂法进行涂布,并在被膜温度达到180℃以上的条件进行烘烤。铬的涂布量为10mg/m2(干燥重量)。
实施例8-1、参考例8-1、参考例8-3及参考例8-5是袋型外包装体,均制成了长80mm、宽50mm的枕型袋子后,收存聚合物本体2并进行了密封。
另外,实施例8-2、参考例8-2、参考例8-4及参考例8-6为模压型外包装体本体,并且均为单面模压型。模压成型物的凹部(模槽)的形状为30×50mm、深为3.5mm。冲压成型后,评价了模压型外包装体本体的成型性。
此外,在每个例子里的聚合物电池接头组件的密封部分,将接枝有不饱和羧酸的线性低密度聚丙烯所构成的20μm厚的薄膜作为粘合膜缠绕在了接头组件的密封部分并进行了热封。
[实施例8-1](袋型)
将20μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面通过干式层合法与取向性聚酯膜(厚度为16μm)进行粘合;随后在另一面上,将软化点为90℃的、熔点122℃的酸改性聚乙烯作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与线性低密度聚乙烯薄膜(LLDPE薄膜、软化点为115℃的、熔点为123℃的、厚度为30μm)进行进行夹芯层合;得到的层合体加热至铝箔表面温度达到110℃,最终得到实施例8-1的样品。
[实施例8-2](模压型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的、熔点130℃的酸改性聚乙烯(高密度聚乙烯、HDPE)作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与HDPE薄膜(软化点为125℃的、熔点为130℃的、厚度为30μm)进行夹芯层合;得到的层合体加热至铝箔表面温度达到140℃,最终得到实施例8-2的样品。
[参考例8-1](袋型)
将20μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面通过干式层合法与厚度为12μm的取向性聚酯膜进行粘合;随后在另一面上,将软化点为90℃的、熔点为122℃的酸改性聚乙烯(线性低密度聚乙烯、软化点为150℃、熔点为123℃、LLDPE)作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与LLDPE薄膜(厚度为30μm)进行夹芯层合;最终得到参考例8-1的样品。
[参考例8-2](模压型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面通过干式层合法与厚度为25μm的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的、熔点为130℃的酸改性聚乙烯(高密度聚乙烯、HDPE)作为粘合树脂挤压出厚度为20μm的薄膜,并与HDPE薄膜(软化点为125℃、熔点为132℃、厚度为30μm)进行夹芯层合;最终得到参考例8-2的样品
[参考例8-3](袋型)
20μm厚的铝箔的其中一面通过干式层合法与取向性聚酯膜进行粘合;随后在另一面上,将软化点为90℃的、熔点为115℃的酸改性聚乙烯(线性低密度聚乙烯、LLDPE)作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与LLDPE薄膜(软化点为115℃的、熔点为123℃的、厚度为30μm)进行夹芯层合;得到的层合体加热至铝箔表面温度达到130℃,最终得到参考例8-3的样品。
[参考例8-4](模压型)
40μm厚的铝箔的其中一面通过干式层合法与25μm厚的尼龙膜进行粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的、熔点为130℃的酸改性聚乙烯(高密度聚乙烯、HDPE)作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与HDPE薄膜(软化点为125℃的、熔点为132℃的、厚度为30μm)进行夹芯层合;得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例8-4的样品。
[参考例8-5](袋型)
20μm厚的铝箔的其中一面通过干式层合法与取向性聚酯膜进行粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的酸改性聚丙烯作为粘合树脂挤塑出厚度为20μm的薄膜,并与聚丙烯薄膜(软化点为140℃的、熔点为157℃的、厚度为30μm)进行共夹芯层合;得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例8-5的样品。
[参考例8-6](模压型)
40μm厚的铝箔的其中一面通过干式层合法与取向性聚酯膜进行粘合;随后在另一面上,将软化点为120℃的酸改性聚丙烯作为粘合树脂挤塑出厚度为20μm的薄膜,并与PP薄膜(软化点为140℃的、熔点为157℃的、厚度为30μm)进行夹芯层合;得到的层合体加热至铝箔表面温度达到150℃,最终得到参考例8-6的样品。
<模压成型、包装>
得到的各样品中,实施例8-1、参考例8-1、参考例8-3及参考例8-5为袋型并制成袋子;实施例8-2、参考例8-2、参考例8-4及参考例8-6进行冲压成型;以上样品分别包装了聚合物电池本体并进行下列测试。
<测试方法>
1)成型时的分层
成型工序结束后,确认铝箔与基底层之间是否分层。
2)耐内容物性(chemical resistance test)
作为保存条件,将各个样品放置在60℃、90%RH的恒温槽中保存7天后,确认铝箔与PE之间是否分层。
3)热封时的分层
热封工序结束后,确认铝箔与最内树脂层之间是否分层。
4)耐寒性
将填充了重量为20g的内容物的、通过热封进行密封的测试样品置于-40℃环境条件,并于50cm的高处使之自由落体后,确认热封部分是否存在裂纹。
<结果>
实施例8-1及实施例8-2在成型及热封测试中均没有出现分层。在耐内容物测试一项中也没有出现分层。而且,在-40℃环境条件使其下落进行的耐寒性测试一项中热封部分也没有出现的裂纹。
参考例8-1、参考例8-2、参考例8-3及参考例8-5在热封时均没有出现分层。参考例8-2在进行模压成型测试时也没有出现分层;但是,参考例8-1、参考例8-2、参考例8-3及参考例8-5在进行耐内容物测试一项中,各自100个测试样品均在内容物一侧出现了分层。
参考例8-4及参考例8-6在热封时,各自的100个测试样品中分别有40及46个样品出现了分层。而且,在耐内容物测试一项中,两者所有100个测试样品均出现了分层。
参考例8-5及参考例8-6在-40℃环境条件并于50cm的高处落体后,两者的100个测试样品中均有20个样品在热封部分出现了裂纹。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中由于在铝箔两面实施了化学转化处理,有效地防止了模压成型及热封过程中基底层与铝箔之间出现的分层。并且,由于可防止聚合物电池的电解质与水分之间反应生成的氟化氢引起的铝箔表面的腐蚀,因此在防止铝箔与内容物一侧层之间的分层方面取得了显著的效果。
此外,由于热封性薄膜层的PE薄膜是通过将酸改性PP作为粘合树脂、按夹芯层合法进行层合的,因此使生产性能大大提高。而且经后加热处理后,增强了聚合物电池用包装材料的粘合强度,进而使其更适于作为聚合物电池的外包装体。
第9种实施方案
本发明涉及到具有良好防潮性、耐内容物性及生产性的包装材料。这种材料以其层合体结构中的最内树脂层是富含乙烯的无规聚丙烯层,或者是含有富含乙烯的无规聚丙烯的层;阻隔层的两面进行化学转化处理;将粘合树脂层与最内树脂层通过共挤塑层合法进行层合;随后通过加热以提高粘合强度等为特征。
本发明人对于此类课题进行了卓有成效的研究,通过采取一系列措施如:铝箔两面进行化学转化处理;在铝箔贴近内容物一侧的化学转化处理面上设置了作为粘合树脂层的接枝有不饱和羧酸无规聚丙烯等酸改性PP(PPa);最内树脂层为富含乙烯的无规聚合性聚丙烯(ERRP)层,或者是由含有ERRP的树脂所构成的单层或多层结构;粘合树脂层与最内树脂层进行共挤塑层合并制成层合体;在共挤塑工序中加热铝箔表面,或在层合后,该层合体进行后加热等解决了上述课题并且完成了本发明。
如图11(a)所示,本发明的聚合物电池用包装材料的层体构成至少是由包含基底层11、粘合层16、化学转化处理层(追加的化学转化处理层)15a、铝箔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13、最内树脂层14等的层合体10所构成;其中,上述粘合树脂层13由酸改性聚丙烯所构成,最内树脂层14是由乙烯摩尔百分比含量为5%~10%的、富含乙烯的无规聚丙烯所构成。如图11(b)所示,最内树脂层14由具有多层结构的最内树脂层14a及14b的多层膜所构成,其中至少有一层是由上述富含乙烯的无规聚丙烯所构成;并且,最内层是由粘合树脂层13与最内树脂层14所构成。
最内树脂层14为单层结构时,如图12所示:由挤塑机31a挤出粘合树脂13及由挤塑机31b挤出最内树脂14,并在共挤塑模口32形成2层的熔融树脂33;熔融树脂33和由辊筒37a送到冷却辊34与挤压辊35之间的层合材料一起进行层合并制成层合体10;随后,层合体10被送到辊筒37。
在进行共挤塑工序的阶段、或者经层合制得层合体10后,层合体要进行加热。通过加热,可使铝箔12的化学转化处理层15b与粘合树脂层13之间的粘合强度得到增强,进而得到具有聚合物包装材料所需性能的材料。上述加热可以是将铝箔12的层合面15b加热至酸改性聚丙烯软化点以上,或者是通过已层合的层合体10的后加热工序使上述层合面15b加热至酸改性聚丙烯的软化点以上。
如图11(a)及11(b)所示,本发明的聚合物电池用包装材料的层体构成至少是由包含基底层11、化学转化处理层15a、阻隔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13及最内树脂层14等的层合体10所构成。其中,上述粘合树脂层13与最内树脂层14是按照共挤塑法而进行层合的。此外,形成上述最内树脂层14的薄膜是由ERRP所构成的薄膜,或者是至少含有一层以上由ERRP所构成的层14a、14b的多层薄膜。
以下,将对层合体各层的构成材料及粘合方法进行说明。
本发明中上述基底层11通常是由取向性聚酯或尼龙膜所构成。此时聚酯树脂可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、共聚聚酯、聚碳酸酯等。尼龙为聚酰胺树脂,即尼龙6、尼龙6,6、尼龙6与尼龙6,6的共聚物、尼龙6,10、聚己二酰间亚苯基二甲胺(MXD6)等。
聚合物电池中上述基底层11由于是直接和外部金属附件部分相接触的部位,所以应该是具有绝缘性的树脂层。考虑到聚合物存在针孔以及加工过程中会产生针孔等因素,基底层的厚度应达到6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。
为提高耐针孔性以及作为电池外包装体时的绝缘性,本发明中的基底层11也可进行层合化。
基底层11进行层合体化时,基底层应至少含有一个2层以上的树脂层,各层的厚度为6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。作为基底层层合化的例子,如下1)~7)所述。(没有附图)
1)取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
2)取向性尼龙层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层
在提高包装材料的机械适应性(在加工机械或包装机械中搬运时的稳定性)、表面保护性(耐热性,耐电解质性)的同时,为减少聚合物电池用外包装体进行模压成型的2次加工过程中模具与基底层11间的摩擦阻力,基底层11可多层化,而且基底层11表面最好设置氟烃类树脂层、丙烯酸类树脂层、硅酮类树脂层等。如基底层11可按下列方式构成。
3)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(氟烃类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
4)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(硅酮类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
5)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
6)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
7)丙烯酸类树脂层/取向性尼龙层(丙烯酸类树脂为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥进而使之硬化)
上述阻隔层12是防止由外部到聚合物电池内部的、尤其是防止水蒸气的浸入的层。为了稳定阻隔层的针孔以及加工适应性(袋状化、模压成型性),并且获得耐针孔性能,阻隔层12应选用15μm以上的铝、镍等金属,或选用涂有一些无机化合物的薄膜,如蒸镀有氧化硅、氧化铝等的薄膜。一般情况下,阻隔层应优选厚度为20~80μm的铝箔。
为了在减少针孔的发生方面做进一步改善,并且聚合物电池的外包装体本体型式为模压型时,为了防止模压成型过程中的产生裂纹等,发明人比较了用于阻隔层12的不含铁的铝材质与含有铁的铝材质的性能。结果表明与不含铁的铝材质相比,铁含量为0.3~9.0%(重量百分比),优选铁含量在0.7~2.0%(重量百分比)范围时,铝的伸延性得到了改善,并且降低了层合体弯曲时针孔形成的趋势,并且也发现模压型外包装体在成型时,这一含铁材质较容易形成上述外包装体的侧壁。上述铝箔的铁含量低于0.3重量百分比时,达不到防止针孔的形成及改善模压成型性能的效果;而铁含量高于9.0重量百分比时,将有损于铝的柔韧性并使层合体的制袋性能严重下降。
再者,冷轧制造的铝材质的柔韧性,硬度、腰的强度等指标随退火条件而改变。相对于未经退火的硬质处理品,经过适当退火处理的具有软质倾向的铝材质更适于为本发明所选用。
上述铝材质的柔韧性、硬度及腰的强度等指标,即退火条件应根据层合体的加工适应性(如袋状化,模压成型性)适宜选定。例如为防止模压成型过程中形成褶皱、针孔等,可选用与成型程度相应的、退火过的软质铝材质。
针对于本发明的课题,发明人进行了卓有成效的研究,其结果为:将作为聚合物电池用包装材料的阻隔层12的铝箔内、外表面进行化学转化处理,并由此得到了满足上述包装材料要求的层合体。上述化学转化处理可具体为形成磷酸盐、铬酸盐、氟化物及三嗪硫酚化合物等的耐酸性薄膜,并由形成此类膜来防止模压成型时铝箔层与基底层之间的分层,以及防止由聚合物电池电解质与水分之间反应生成的氟化氢导致的铝箔表面的溶解及腐蚀,尤其是要防止存在于铝箔表面的氧化铝的溶解和腐蚀。此外,上述化学转化处理提高了铝箔表面的粘合性(润湿性),进而得以防止模压成型时、热封时基底层与铝箔之间的分层,并且获得了防止电解质与水分之间反应生成的氟化氢导致的铝箔内侧表面出现分层的效果。
使用多种物质对铝箔表面进行了化学转化处理,并对其效果进行研究的结果表明:形成上述耐酸性被膜的物质中,使用由酚醛树脂、氟化铬3价化合物及磷酸等三种成分所构成的混合物的磷酸铬酸盐处理方法获得了良好的效果。
在聚合物电池外包装体本体为袋型时,上述化学转化处理只需在铝箔12贴近于最内层的一侧表面上进行即可。
聚合物外包装体本体为模压型时,在铝箔的两面进行化学转化处理,由此可防止模压成型时铝箔12与基底层11之间的分层。铝箔12的两面进行化学转化处理的层合体也可应用于袋型外包装体本体。
本发明人针对具有稳定的粘合强度的层合方法进行的了卓有成效的研究,其结果为:基底层11与两面经过化学转化处理过的阻隔层12的一面15a进行干式层合;在阻隔层12的另外一面15b上,将酸改性PP作为粘合树脂层13并挤塑出酸改性聚丙烯,将作为最内树脂层14的富含聚乙烯的无规聚丙烯进行共挤塑并制成层合体10;得到的层合体10通过加热上述粘合树脂层13至其软化点以上,制得具有所需的粘合强度的层合体10。
上述加热的具体方法可以是热辊接触式、热风式、近或远红外线等。本发明允许选用其中任一加热方法,只要可以将粘合树脂加热至其软化点温度以上即可。
另外一种方法是在上述共挤塑层合时,通过加热使铝箔12贴近最内树脂层14一侧的表面温度达到酸改性聚丙烯树脂的软化点,也可得到粘合强度稳定的层合体。
用于最内树脂层14的上述富含乙烯的无规聚丙烯中,乙烯的摩尔百分比含量为5~10mol%,而最适范围为6~8mol%。
本发明人发现聚合物电池包装材料的最内树脂层14选用了ERRP之后,有效地防止了外包装体本体在制袋、模压成型过程中出现的发白和裂纹等现象。
本发明中用于最内最内树脂层14的ERRP与普通的无规聚丙烯相比较,树脂的柔韧导致了润滑性能的下降。针对与此,最内树脂层14中可加入防粘连剂(AB剂)。AB剂的加入量范围可为添加树脂重量的0.1~0.2%。
最内树脂层14为多层14a、14b结构时,AB剂最好加在形成密封面的一层中。最内树脂层14中加入AB剂,可降低密封层表面的摩擦系数进而可提高润滑性能,并使制袋及模压加工等聚合物电池用包装材料的二次加工的性能得到提高。
加入的AB剂可以是平均粒径15μmΦ以下的二氧化硅粉、沸石粉等无机润滑剂,也可以是丙烯酸树脂、聚酯树脂构成的树脂球等的有机润滑剂。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,作为粘合树脂层13的上述酸改性聚丙烯可以是:
(1)维卡软化点115℃以上、熔点为150℃以上的均聚物
(2)维卡软化点105℃以上、熔点为130℃以上的乙烯-丙烯共聚物(无规共聚型)
(3)熔点为110℃以上的、用不饱和羧酸进行改性的酸改性聚合物或共混物。
此外,上述酸改性聚丙烯中可加入密度在900kg/m3以下的低结晶性乙烯-丁烯共聚物、低结晶性丙烯-丁烯共聚物、或非结晶性乙烯-丙烯共聚物、非结晶性丙烯-乙烯共聚物及乙烯-丁烯-丙烯共聚物等并使其含量达到5%以上,以提高柔韧性、耐弯曲性及可防止成型时裂纹的生成。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,层合体的最内树脂层14最好应选用富含乙烯的无规聚丙烯(ERRP)。最内树脂层之所以选用ERRP,是因为ERRP彼此间热封性好,并且具有作为聚合物电池用包装材料的最内树脂层所必须的防潮性、耐热性等特性,而且具有良好的层合加工及模压成型性能。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,上述ERRP的厚度最好在30~100μm之中,熔点最好在120℃以上。
此外,最内树脂层14可是是上述ERRP的单层膜,也可以是至少含有一层由ERRP构成的层的多层膜。
下面描述的是热封层的具体的组成例,每个组成例中右侧的树脂层为贴近内容物的侧的树脂层。
(1)ERRP(AB添加剂)
(2)ERRP/ERRP(AB添加剂)
(3)ERRP/PP
(4)ERRP/PP/ERRP(AB添加剂)
(5)PP/ERRP(AB添加剂)
(6)ERRP/LLDPE/ERRP(AB添加剂)
(7)ERRP/均聚PP
{省略号的说明:ERRP代表富含乙烯的无规聚丙烯、PP代表乙烯含量为3~4mol%的无规聚丙烯、均聚PP代表均聚型聚丙烯、LLDPE代表线性低密度聚乙烯、/代表共挤塑}
按上述(7)ERRP/均聚PP方式构成的热封层在深度成型时,尽管有可能存在发白的现象,但由于均聚PP的润滑性能优异,因而具有良好的模压成型性。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,基底层11与阻隔层12的化学转化处理面15a之间最好是通过干式层合法进行粘合。
本发明中,基底层11与铝箔层12的磷酸铬处理面15a按干式层合法进行层合时,所用的粘合剂16可以是聚酯类、聚乙烯亚胺类、聚醚类、氰基丙烯酸酯类、氨基甲酸酯类、有机钛类、聚醚氨酯类、环氧类、聚酯氨酯类、酰亚氨类、异氰酸酯类、聚烯烃类、有机硅氧烷类粘合剂等各类粘合剂。
本发明的聚合物包装材料的层合体中,除了上述基底层11、阻隔层12、粘合树脂层13、最内树脂层14之外,还可在阻隔层12与最内树脂层14之间设置一中间层。中间层的设置可提高聚合物电池用包装材料的强度、并可稳定和改善阻隔性能。
为提高和稳定本发明的层合体中上述各层的适宜性、制膜性、层合化加工性能、最终制品的2次加工(制袋、模压成型)的适应性,各层皆可进行电晕放电处理、喷沙处理、臭氧处理等表面活性化处理。
具体的实施例
以下将结合实施例,对于本发明的聚合物电池用包装材料做进一步具体的说明。
化学转化处理通常是将含有酚醛树脂、3价铬的氟化物、磷酸的水溶液作为处理液按照辊涂法进行涂布,并在被膜温度达到180℃以上的条件进行烘烤。铬的涂布量为10mg/m2(干燥重量)。
对于本发明的聚合物电池用包装材料,结合实施例将做进一步具体的说明。
本发明中模压型外包装体本体为单面模压型。模压成型物的凹部(模槽)的形状为30×50mm、深为3.5mm。冲压成型后,评价了模压型外包装体本体的成型性。
实施例中酸改性PP选用的是以软化点105℃、熔点为146℃的无规型聚丙烯基不饱和羧酸改性的酸改性PP。
实施例中ERRP(富含乙烯的无规聚丙烯)选用的是乙烯含量为7mol%的无规聚丙烯、其熔点为132℃。PP(无规聚丙烯)选用的是乙烯含量为3mol%的无规聚丙烯、其熔点为140℃。
实施例9-1(袋型)
将20μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性PP作为粘合树脂(制膜后的厚度为20μm)与ERRP树脂(制膜后的厚度为30μm)按共挤塑法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到实施例9-1的样品。
其中,ERRP薄膜在制膜过程中添加了0.1重量百分比的二氧化硅粉(平均粒径为10μm)。
实施例9-2(模压型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性PP作为粘合树脂(制膜后的厚度为20μm)与ERRP树脂(制膜后的厚度为30μm)按共挤塑法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到实施例9-2的样品。
其中,ERRP薄膜在制膜过程中添加了0.2重量百分比的二氧化硅粉(平均粒径为10μm)。
实施例9-3(模压型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后通过红外线或喷付热风的方法使化学转化处理的另一面的表面温度达到酸改性聚丙烯的软化点以上,在此条件将酸改性PP作为粘合树脂(制膜后的厚度为20μm)与ERRP树脂(制膜后的厚度为30μm)按共挤塑法进行层合;最终得到实施例9-3的样品。
其中,ERRP薄膜在制膜过程中添加了0.2重量百分比的二氧化硅粉(平均粒径为10μm)。
实施例9-4(模压型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性PP作为粘合树脂(制膜后的厚度为20μm)与ERRP树脂(制膜后的厚度为30μm、并按下列4种方式加入AB剂)按共挤塑法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到实施例(9-4-1)~(9-4-4)的样品。
(9-4-1)按重量百分比为0.5的量加入平均粒径为8μm的沸石粉
(9-4-2)按重量百分比为1.2的量加入平均粒径为8μm的沸石粉
(9-4-3)按重量百分比为0.8的量加入平均粒径为10μm的丙烯酸树脂
(9-4-4)按重量百分比为1.5的量加入平均粒径为10μm的丙烯酸树脂
实施例9-5(模压型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性PP作为粘合树脂(制膜后的厚度为20μm)与ERRP树脂(制膜后的厚度为30μm)按共挤塑法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到实施例9-5的样品。
其中,ERRP薄膜在制膜过程中,构成最内层的ERRP层(厚度为5μm)中添加了1.0重量百分比量的二氧化硅粉(平均粒径为10μm)。
参考例9-1(袋型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性PP作为粘合树脂(制膜后的厚度为20μm)与聚丙烯树脂(乙烯重量百分比含量为3%、制膜后的厚度为30μm)按共挤塑法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到参考例9-1的样品。
参考例9-2(模压型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性PP作为粘合树脂(制膜后的厚度为20μm)与无规聚丙烯树脂(乙烯重量百分比含量为3%、制膜后的厚度为30μm)按共挤塑法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到参考例9-2的样品。
参考例9-3(模压型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性PP作为粘合树脂(制膜后的厚度为20μm)与ERRP树脂(制膜后的厚度为30μm)按共挤塑法进行层合;最终得到参考例9-3的样品。
其中,ERRP薄膜在制膜过程中添加了0.2重量百分比量的二氧化硅粉(平均粒径为10μm)。
参考例9-4(模压型)
将40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性PP作为粘合树脂(制膜后的厚度为20μm)与ERRP树脂(制膜后的厚度为30μm、不加入AB剂)按共挤塑法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到参考例9-4的样品。
<袋状化、模压成型、包装>
得到的各样品中,实施例9-1及参考例9-1制成了长65mm×宽40mm的枕型袋子;实施例9-3~实施例9-5及参考例9-2~参考例9-4为单面模压型外包装体,其模压部的形状为55mm×30mm、深度为3.5mm。得到的袋型或模压型片材分别包装了100个聚合物电池本体,并进行了下列测试。此外,实施例及参考例中密封边的宽度皆为5mm。
<测试方法>
1)袋状化及模压成型时的分层、发白及裂纹
袋状化及模压成型工序结束后,确认铝箔与基底层之间是否分层、及是否存在发白或裂纹。
2)耐内容物性(chemical resistance test)
作为保存条件,各个样品中装入含有锂盐的碳酸溶剂后进行密封,放置于60℃、90%RH的恒温槽中保存7天后后,确认铝箔与粘合底部的树脂槽之间的粘合面是否分层。
<结果>
实施例9-1~实施例9-5在袋状化及模压成型时,所有测试样品均不存在发白、裂纹等现象。参考例9-1的100测试样品中有15个样品在袋子内侧一面的弯曲部存在裂纹。另外,参考例9-2的100测试样品中有50个样品在成型部有轻微的发白现象。
实施例9-3在发白、裂纹及耐内容物测试中均没有出现什么问题。而参考例9-3进行耐内容物测试一项的100个样品则全部出现了分层。
实施例9-4选择第4种方式的添加剂种类及添加量时,显示出了稳定的模压成型性。参考例9-4在模压成型过程中,100个测试样品全部在成型部出现了皱褶,并有15个样品出现了针孔。
实施例9-5没有出现发白及裂纹等现象,在耐内容物测试一项中也没有出现什么问题。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,最内树脂层由于是由富含乙烯的无规聚丙烯所构成,因此消除了袋子的弯曲部、模压成型时的发白现象及裂纹的产生,并在稳定外包装体密封性的方面取得了显著的效果。此外,由于在铝箔两面实施了化学转化处理,有效地防止了模压成型及热封过程中基底层与铝箔之间出现的分层。并且,由于可防止聚合物电池的电解质与水分之间反应生成的氟化氢引起的铝箔表面的腐蚀,因此在防止铝箔与内容物一侧层之间的分层方面取得了显著的效果。
此外,由于最内树脂层的富含乙烯的无规聚丙烯薄膜是将酸改性PP作为粘合树脂、按共挤塑法进行层合的,因此使生产性能大大提高。而且在共挤塑层合过程中,通过后加热处理或通过加热铝箔的层合面等,达到了满足聚合物电池用包装材料要求的粘合强度。
第10种实施方案
本发明涉及到具有良好防潮性、耐内容物性及生产性的包装材料。这种材料以其层合体结构中的阻隔层的两面进行化学转化处理;最内树脂层通过夹芯层合法进行层合;随后通过加热以提高粘合强度等为特征。
针对上述课题,本发明人通过一系列措施如:铝箔两面进行化学转化处理;在铝箔贴近内容物一侧的化学转化处理面上设置了作为粘合树脂层的接枝有不饱和羧酸无规聚丙烯等酸改性聚丙烯;最内树脂层为富含乙烯的无规聚合型聚丙烯(ERRP)层等解决了上述课题。此外在制造方法上通过一系列措施如:铝箔两面进行化学转化处理;在铝箔贴近内容物一侧的化学转化处理面上,将酸改性聚丙烯作为粘合树脂进行挤塑,并与上述ERRP薄膜按夹芯层合法进行层合;得到的层合体进行后加热等解决了上述课题并且完成了本发明。
通过上述后加热工序,可提高阻隔层与粘合树脂层之间或粘合树脂层与最内树脂层之间的粘合强度。
另外一种提高上述粘合强度的方法是在上述夹芯层合时,将酸改性聚丙烯的挤塑面、即铝箔的表面温度加热至酸改性聚丙烯的软化点温度以上。
如图11(a)所示,本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的层体构成至少是由包含基底层11、粘合层16、化学转化处理层15a、铝箔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13、最内树脂层14等的层合体10所构成。其中,上述粘合树脂层13由酸改性聚丙烯所构成,最内树脂层14是由富含乙烯的无规聚丙烯所构成。如图11(b)所示,最内树脂层14可以由具有多层结构的最内树脂层14a、14b的多层膜所构成,其中至少有一层是由上述富含乙烯的无规聚丙烯所构成。并且,最内层是由粘合树脂层13与最内树脂层14所构成。
上述夹芯层合工序中,铝箔12贴近最内树脂层14侧的表面需要加热至酸改性聚丙烯的软化点以上。此外,也可将已层合的层合体10进行后加热,使上述表面温度达到酸改性聚丙烯的软化点以上。
如图11(a)及11(b)所示,本发明包含有以下一系列步骤:阻隔层12的两面设置了化学转化处理面15a及15b;将由富含乙烯的无规聚丙烯所构成的最内树脂层14贴近于阻隔层12的内侧表面,挤塑出粘合树脂层13并通过夹芯层合进行层合(参照图9);将得到的层合体10进行后加热,或者是在夹芯层合过程中,将铝箔12贴近最内树脂层14侧的表面加热至酸改性聚丙烯的软化点以上。
如图11(a)及11(b)所示,本发明所涉及的聚合物电池用包装材料的层体构成至少是由包含基底层11、化学转化处理层15a、阻隔层12、化学转化处理层15b、粘合树脂层13及热封性薄膜层14等的层合体10所构成。其中,最内树脂层14是按照夹芯层合法而进行层合的。此外,形成上述最内树脂层14的薄膜是由ERRP所构成的薄膜,或者是含有至少一层以上由ERRP所构成的层14a、14b的多层薄膜。
以下,将对层合体各层的构成材料及粘合方法进行说明。
本发明中上述基底层11通常是由取向性聚酯或尼龙膜所构成。此时聚酯树脂可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、共聚聚酯、聚碳酸酯等。尼龙为聚酰胺树脂,即尼龙6、尼龙6,6、尼龙6与尼龙6,6的共聚物、尼龙6,10、聚己二酰间亚苯基二甲胺(MXD6)等。
聚合物电池中上述基底层11由于是直接和外部金属附件部分相接触的部位,所以应该是具有绝缘性的树脂层。考虑到聚合物存在针孔以及加工过程中会产生针孔等因素,基底层的厚度应达到6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。
为提高耐针孔性以及作为电池外包装体时的绝缘性,本发明中的基底层11也可进行层合化。
基底层11进行层合体化时,基底层应至少含有一个2层以上的树脂层,各层的厚度为6μm以上,适宜的厚度范围是12~25μm。作为基底层层合化的例子,如下1)~7)所述。(没有附图)
1)取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
2)取向性尼龙层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层
在提高包装材料的机械适应性(在加工机械或包装机械中搬运时的稳定性)、表面保护性(耐热性,耐电解质性)的同时,为减少聚合物电池用外包装体进行模压成型的2次加工过程中模具与基底层11间的摩擦阻力,基底层11可多层化,而且基底层11表面最好设置氟烃类树脂层、丙烯酸类树脂层、硅酮类树脂层等。如基底层11可按下列方式构成。
3)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(氟烃类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
4)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(硅酮类树脂可为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥而形成)
5)氟烃类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
6)硅酮类树脂层/取向性聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层/取向性尼龙层
7)丙烯酸类树脂层/取向性尼龙层(丙烯酸类树脂为膜状物,或经液状树脂涂膜后干燥进而使之固化)
上述阻隔层12是防止由外部到聚合物电池内部的、尤其是防止水蒸气的浸入的层。为了稳定阻隔层的针孔以及加工适应性(袋状化、模压成型性),并且为了获得耐针孔性能,阻隔层12应选用15μm以上的铝、镍等金属,或选用涂有一些无机化合物的薄膜,如蒸镀有氧化硅、氧化铝等的薄膜。一般情况下,阻隔层应优选厚度为20~80μm的铝箔。
为了在减少针孔的发生方面做进一步改善,并且聚合物电池的外包装体本体型式为模压型时,为了防止模压成型过程中的产生裂纹等,发明人比较了用于阻隔层12的不含铁的铝材质与含有铁的铝材质的性能。结果表明与不含铁的铝材质相比,铁含量为0.3~9.0%(重量百分比),优选铁含量在0.7~2.0%(重量百分比)范围时,铝的伸延性得到了改善,并且降低了层合体弯曲时针孔形成的趋势,并且也发现模压型外包装体在成型时,这一含铁材质较容易形成上述外包装体的侧壁。上述铝箔的铁含量低于0.3重量百分比时,达不到防止针孔的形成及改善模压成型性能的效果;而铁含量高于9.0重量百分比时,将有损于铝的柔韧性并使层合体的制袋性能严重下降。
再者,冷轧制造的铝材质的柔韧性,硬度、腰的强度等指标随退火条件而改变。相对于未经退火的硬质处理品,经过适当退火处理的具有软质倾向的铝材质更适于为本发明所选用。
上述铝材质的柔韧性、硬度及腰的强度等指标,即退火条件应根据层合体的加工适应性(如袋状化,模压成型性)适宜选定。例如为防止模压成型过程中形成褶皱、针孔等,可选用与成型程度相应的、退火过的软质铝材质。
针对于本发明的课题,发明人进行了卓有成效的研究,其结果为:将作为聚合物电池用包装材料的阻隔层12的铝箔内、外表面进行化学转化处理,并由此得到了满足上述包装材料要求的层合体。上述化学转化处理可具体为形成磷酸盐、铬酸盐、氟化物及三嗪硫酚化合物等的耐酸性薄膜,并由形成此类膜来防止模压成型时铝箔层与基底层之间的分层,以及防止由聚合物电池电解质与水分之间反应生成的氟化氢导致的铝箔表面的溶解及腐蚀,尤其是要防止存在于铝箔表面的氧化铝的溶解和腐蚀。此外,上述化学转化处理提高了铝箔表面的粘合性(润湿性),进而得以防止模压成型时、热封时基底层与铝箔之间的分层,并且获得了防止电解质与水分之间反应生成的氟化氢导致的铝箔内侧表面出现分层的效果。
使用多种物质对铝箔表面进行了化学转化处理,并对其效果进行研究的结果表明:形成上述耐酸性被膜的物质中,使用由酚醛树脂、氟化铬3价化合物及磷酸等三种成分所构成的混合物的磷酸铬酸盐处理方法获得了良好的效果。
在聚合物电池外包装体本体为袋型时,上述化学转化处理15只需在铝箔12贴近于最内树脂层14的一侧表面上进行即可。
聚合物外包装体本体为模压型时,在铝箔的两面进行化学转化处理,由此可防止模压成型时铝箔12与基底层11之间的分层。铝箔的两面进行化学转化处理的层合体也可应用于袋型外包装体本体。
本发明人针对具有稳定的粘合强度的层合方法进行的了卓有成效的研究,其结果为:基底层11与两面经过化学转化处理过的阻隔层12的一面15a进行干式层合;在阻隔层12的另外一面15b上,将酸改性聚丙烯作为粘合树脂层15并挤塑出酸改性聚丙烯,并与作为最内树脂层14的富含聚乙烯的无规聚丙烯进行夹芯层合并制成层合体10;得到的层合体10通过加热至上述粘合树脂层的软化点以上,制得具有所需的粘合强度的层合体。
上述加热的具体方法可以是热辊接触式、热风式、近或远红外线等。本发明允许选用其中任一加热方法,如上所述,只要可以将粘合树脂加热至其软化点温度以上即可。
另外一种方法是在上述夹芯层合过程中,通过加热使铝箔12贴近最内树脂层14一侧的表面温度达到酸改性聚丙烯树脂的软化点,进而得到粘合强度稳定的层合体。
用于最内树脂层14的上述富含乙烯的无规聚丙烯中,乙烯的摩尔百分比含量为5~10mol%,而最适范围为6~8mo1%。
本发明人发现聚合物电池包装材料的最内树脂层14选用了ERRP之后,有效地防止了外包装体本体在制袋、模压成型过程中出现的发白和裂纹等现象。
用于本发明中最内树脂层14的ERRP与普通的无规聚丙烯相比较,树脂的柔韧导致了润滑性能的下降。针对与此,最内树脂层14中可加入防粘连剂(AB剂)。AB剂的加入量范围可为添加的树脂层重量的0.1~0.2%。
最内树脂层14为多层14a、14b结构时,AB剂最好加在形成密封面的一层中。最内树脂层14中加入AB剂,可降低密封层表面的摩擦系数进而可提高润滑性能,并使制袋及模压加工等聚合物电池用包装材料的二次加工的性能得到提高。
加入的AB剂可以是平均粒径15μmΦ以下的二氧化硅粉、沸石粉等无机润滑剂,也可以是丙烯酸树脂、聚酯树脂构成的树脂球等的有机润滑剂。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,构成粘合树脂层13的上述酸改性聚丙烯可以是:
(1)维卡软化点115℃以上、熔点为150℃以上的均聚物
(2)维卡软化点105℃以上、熔点为130℃以上的乙烯-丙烯共聚物(无规共聚型)
(3)用熔点为110℃以上的、不饱和羧酸进行改性的酸改性聚合物或共混物。
此外,上述酸改性聚丙烯中可加入密度在900kg/m3以下的低结晶性乙烯-丁烯共聚物、低结晶性丙烯-丁烯共聚物、或非结晶性乙烯-丙烯共聚物、非结晶性丙烯-乙烯共聚物及乙烯-丁烯-丙烯共聚物等并使其含量达到5%以上,以提高柔韧性、耐弯曲性及可防止成型时裂纹的生成。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,层合体的最内树脂层14最好应选用富含乙烯的无规聚丙烯(ERRP)。最内树脂层14之所以选用ERRP,是因为ERRP彼此间热封性好,并且具有作为聚合物电池用包装材料的热封性薄膜层所必须的防潮性、耐热性等特性,而且具有良好的层合加工及模压成型性能。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,上述ERRP的厚度最好在30~100μm之中,熔点最好在120℃以上。
此外,最内树脂层14可是是上述ERRP的单层膜,也可以是至少含有一层以上由ERRP构成的层的多层膜。
下面表示的是热封层的具体的组成例,每个组成例中右侧的树脂层为贴近内容物一侧的树脂层。
(1)ERRP(AB添加剂)
(2)ERRP/ERRP(AB添加剂)
(3)ERRP/PP
(4)ERRP/PP/ERRP(AB添加剂)
(5)PP/ERRP(AB添加剂)
(6)ERRP/LLDPE/ERRP(AB添加剂)
(7)ERRP/均聚PP
{省略号的说明:ERRP代表富含乙烯的无规聚丙烯、PP代表乙烯含量为3~4mol%的无规聚丙烯、均聚PP代表均聚型聚丙烯、LLDPE代表线性低密度聚乙烯、/代表共挤塑}
按上述(7)ERRP/均聚PP方式构成的最内树脂层14,在袋状化过程中会存在一些轻微发白的现象,但由于均聚PP的润滑性能优异,因而具有良好的模压成型性。
本发明所涉及的聚合物包装材料的层合体10中,除了上述基底层11、阻隔层12、粘合树脂层13、热封层14之外,还可在阻隔层12与最内树脂层14之间设置一中间层。中间层的设置可提高聚合物电池用包装材料的强度、并可稳定和改善防渗性能。
为提高和稳定本发明的层合体中上述各层的适宜性、制膜性、层合化加工性能、最终制品的2次加工(制袋、模压成型)的适应性,各层皆可进行电晕放电处理、喷沙处理、臭氧处理等表面活性化处理。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,基底层11与阻隔层12的化学转化处理面15a之间最好是通过干式层合法进行粘合。
本发明中,基底层11与铝箔层12的磷酸铬酸盐处理面15a按干式层合法进行层合时,所用的粘合剂16可以是聚酯类、聚乙烯亚胺类、聚醚类、氰基丙烯酸酯类、氨基甲酸酯类、有机钛类、聚醚氨酯类、环氧类、聚酯氨酯类、酰亚氨类、异氰酸酯类、聚烯烃类、有机硅氧烷类粘合剂等各类粘合剂。
具体的实施例
以下将结合实施例,对于本发明的聚合物电池用包装材料做进一步具体的说明。
化学转化处理通常是将含有酚醛树脂、3价铬的氟化物、磷酸的水溶液作为处理液按照辊涂法进行涂布,并在被膜温度达到180℃以上的条件进行烘烤。铬的涂布量为10mg/m2(干燥重量)。
对于本发明的聚合物电池用包装材料,结合实施例将做进一步具体的说明。
本发明中模压型外包装体的型式为单面模压型。模压成型物的凹部(模槽)的形状为30×50mm、深为3.5mm。冲压成型后,评价了模压型外包装体本体的成型性。
实施例中酸改性聚丙烯选用的是以软化点105℃、熔点为146℃的无规型聚丙烯为基础树脂的酸改性聚丙烯。
实施例中ERRP(富含乙烯的无规聚丙烯)选用的是乙烯含量为7mol%的无规聚丙烯、其熔点为132℃。PP(无规聚丙烯)选用的是乙烯含量为3mol%的无规聚丙烯、其熔点为140℃。
实施例10-1(袋型)
20μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性聚丙烯作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与由ERRP构成的薄膜(厚度为30μm)按夹芯层合法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到实施例10-1的样品。
其中,ERRP薄膜在制膜过程中添加了0.2重量百分比的二氧化硅粉(平均粒径为10μm)。
实施例10-2(模压型)
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性聚丙烯作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与由ERRP构成的薄膜(厚度为30μm)按夹芯层合法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到实施例10-2的样品。
其中,ERRP薄膜在制膜过程中添加了0.2重量百分比的二氧化硅粉(平均粒径为10μm)。
实施例10-3(模压型)
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后通过红外线或喷付热风的方法使化学转化处理的另一面的表面温度达到酸改性聚丙烯的软化点以上,在此条件将酸改性聚丙烯作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与由ERRP构成的薄膜(厚度为30μm)按夹芯层合法进行层合;最终得到实施例10-3的样品。
其中,ERRP薄膜在制膜过程中添加了0.2重量百分比的二氧化硅粉(平均粒径为10μm)。
实施例10-4(模压型)
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性聚丙烯作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与由ERRP(按下列4种方式加入AB剂)构成的薄膜(厚度为30μm)按夹芯层合法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到实施例(10-4-1)~(10-4-4)的样品。
(10-4-1)按重量百分比为0.5的量加入平均粒径为8μm的沸石粉
(10-4-2)按重量百分比为1.2的量加入平均粒径为8μm的沸石粉
(10-4-3)按重量百分比为0.8的量加入平均粒径为10μm的丙烯酸树脂
(10-4-4)按重量百分比为1.5的量加入平均粒径为10μm的丙烯酸树脂
实施例10-5(模压型)
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性聚丙烯作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与由ERRP/PP20/ERRP5构成的薄膜(厚度为30μm)按夹芯层合法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到实施例10-5的样品。
其中ERRP薄膜的制膜过程中,在作为最内层的ERRP层(厚度为5μm)里添加了0.2重量百分比的二氧化硅粉(平均粒径为10μm)。参考例10-1(袋型)
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性聚丙烯作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与由PP构成的薄膜(厚度为30μm)按夹芯层合法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到参考例10-1的样品。
参考例10-2(模压型)
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性聚丙烯作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与由PP构成的薄膜(厚度为30μm)按夹芯层合法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到参考例10-2的样品。
参考例10-3(模压型)
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性聚丙烯作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与由ERRP构成的薄膜(厚度为30μm)按夹芯层合法进行层合;最终得到
参考例10-3的样品。
其中,ERRP薄膜在制膜过程中添加了0.2重量百分比的二氧化硅粉(平均粒径为10μm)。
参考例10-4(模压型)
40μm厚的铝箔的两面均进行化学转化处理;其中一面与25μm厚的尼龙膜按干式层合法进行粘合;随后在化学转化处理的另一面上,将酸改性聚丙烯作为粘合树脂挤塑出20μm厚的薄膜,并与由ERRP(没有添加AB剂)构成的薄膜(厚度为30μm)按夹芯层合法进行层合;得到的层合体加热至酸改性聚丙烯的软化点以上,最终得到参考例10-4的样品。
<模压成型、包装>
得到的各样品中,实施例10-1及参考例10-1制成了长65mm×宽40mm的枕型袋子;实施例10-2~实施例10-5及参考例10-2~参考例10-4为单面模压型外包装体,其模压部的形状为55mm×30mm、深度为3.5mm。得到的袋型或模压型片材分别包装了100个聚合物电池本体后,密封并进行了下列测试。此外,实施例及参考例中密封边的宽度皆为5mm。
<测试方法>
1)袋状化及模压成型时的分层、发白及裂纹
袋状化及模压成型工序结束后,确认铝箔与基底层之间是否分层、及是否存在发白或裂纹。
2)耐内容物性(chemical resistance test)
作为保存条件,各个样品中装入含有锂盐的碳酸溶剂后进行密封,并放置于60℃、90%RH的恒温槽中保存7天后后,确认铝箔与粘合底部的树脂槽之间的粘合面是否分层。
<结果>
实施例10-1~实施例10-5在袋状化及模压成型时,所有测试样品均不存在发白、裂纹等现象。参考例10-1的100测试样品中有15个样品在袋子内面的弯曲部存在裂纹。另外,参考例10-2的100测试样品中有50个样品在成型侧壁部有轻微的发白现象。
实施例10-3在发白、裂纹及耐内容物测试中均没有出现什么问题。而参考例10-3进行耐内容物测试一项的所有100个样品全部出现了分层。
实施例10-4选择第4种方式的添加剂种类及添加量时,显示出了稳定的模压成型性。参考例10-4在模压成型过程中,100个测试样品全部在成型部出现了皱褶,并有20个样品出现了针孔。
实施例10-5没有出现发白及裂纹等现象,在耐内容物测试一项中也没有出现什么问题。
本发明所涉及的聚合物电池用包装材料中,最内树脂层由于是由富含乙烯的无规聚丙烯所构成,因此避免了袋子的弯曲部及模压成型部的发白现象及裂纹的产生,并在稳定外包装体的密封性的方面取得了显著的效果。此外,由于在铝箔两面实施了化学转化处理,有效地防止了模压成型及热封过程中基底层与铝箔之间出现的分层。并且,由于可防止聚合物电池的电解质与水分之间反应生成的氟化氢引起的铝箔表面的腐蚀,在防止铝箔与内容物一侧层之间的分层方面取得了显著的效果。
此外,由于最内树脂层的富含乙烯的无规聚丙烯薄膜是通过将酸改性PP作为粘合树脂按夹芯挤塑法进行层合的,因此使生产性能大大提高。而且在夹芯层合加工过程中,通过后加热处理或通过加热铝箔的层合面等,达到了满足聚合物电池用包装材料要求的粘合强度。
Claims (76)
1.一种包装聚合物电池的聚合物电池用包装材料,其特征在于至少具备选自聚酯膜或尼龙膜的基底层、铝箔层、包含磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三氟硫酚化合物的耐酸层和热粘合树脂层,并且热粘合树脂层是由单一层所构成。
2.根据权利要求1描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于上述热粘合树脂层是由浇铸型聚丙烯所构成。
3.根据权利要求2描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于耐酸层是通过磷酸铬酸盐处理形成的。
4.根据权利要求2描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于耐酸层与热粘合树脂层之间插入了粘合层,这一粘合层是通过干式层合法所形成。
5.根据权利要求1描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于热粘合树脂层是由聚乙烯类树脂所构成。
6.根据权利要求5描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于热粘合树脂层是由中密度聚乙烯所构成。
7.根据权利要求5描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于热粘合树脂层是由线性低密度密度聚乙烯所构成。
8.根据权利要求5描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于耐酸层是通过磷酸铬酸盐处理形成的。
9.一种包装聚合物电池的聚合物电池用包装材料,其特征在于至少具备选自聚酯膜或尼龙膜的基底层、铝箔层、包含磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三氟硫酚化合物的耐酸层及最内层,并且最内层是由包含酸改性聚烯树脂的树脂层和热粘合树脂层所构成。
10.根据权利要求9描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层是由酸改性PP树脂、热粘合树脂层是由聚丙烯树脂所构成,并且酸改性聚烯烃树脂层与最内层是通过共挤塑而进行制膜的。
11.根据权利要求10描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于耐酸层是通过磷酸铬酸盐处理形成的。
12.根据权利要求9描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层是由酸改性PP树脂、热粘合树脂层是由聚丙烯薄膜层所构成,并且酸改性聚烯烃树脂层与热粘合树脂层是通过夹芯层合法而形成的。
13.根据权利要求12描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于耐酸层是通过磷酸铬酸盐处理形成的。
14.根据权利要求12描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于基底层与铝箔层之间设置了附加的耐酸层。
15.根据权利要求9描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层含有酸改性聚丙烯树脂,热粘合树脂层含有由乙烯-丁烯-丙烯3种成分共聚合所构成的三元共聚物树脂,并且酸改性聚烯烃树脂层与热粘合树脂层是通过共挤塑而进行制膜的。
16.根据权利要求15描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于耐酸层是通过磷酸铬酸盐处理形成的。
17.根据权利要求15描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于热粘合树脂层是由含有5%以上三元共聚物树脂的聚丙烯树脂层所构成。
18.根据权利要求15描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于热粘合树脂层是一多层结构体,且其中至少具有一层三元共聚物树脂含量为5%以上的聚丙烯树脂层。
19.根据权利要求15描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层是由含有5%以上三元共聚物树脂的酸改性PP树脂所形成。
20.根据权利要求15描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于基底层与铝箔层之间设置了附加的耐酸层。
21.根据权利要求9描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层含有酸改性聚丙烯树脂、热粘合树脂层由含有由乙烯-丁烯-丙烯3种成分共聚合形成的三元共聚物树脂的薄膜层构成,酸改性聚烯烃树脂层与热粘合树脂层是通过夹芯层合而形成的。
22.根据权利要求21描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于耐酸层是通过磷酸铬酸盐处理形成的。
23.根据权利要求21描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于热粘合树脂层是由含有5%以上三元共聚物的聚丙烯树脂层薄膜所构成。
24.根据权利要求21描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于热粘合树脂层是一多层结构体,且其中至少具有一层三元共聚物树脂含量为5%以上的聚丙烯树脂层。
25.根据权利要求21描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层是由含有5%以上三元共聚物树脂的酸改性PP树脂所构成。
26.根据权利要求9描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层是由酸改性聚乙烯构成、热粘合树脂层是由聚乙烯所构成,并且酸改性聚烯烃树脂层与热粘合树脂层是通过共挤塑法而形成的。
27.根据权利要求26描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于耐酸层是通过磷酸铬酸盐处理形成的。
28.根据权利要求26描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于基底层与铝箔层之间设置了附加的耐酸层。
29.根据权利要求9描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层是由酸改性聚乙烯构成、热粘合树脂层是由聚乙烯所构成,并且酸改性聚烯烃树脂层与热粘合树脂层是通过夹芯层合而形成的。
30.根据权利要求29描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于耐酸层是通过磷酸铬酸盐处理形成的。
31.根据权利要求29描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于基底层与铝箔层之间设置了附加的耐酸层。
32.根据权利要求9描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层是以酸改性聚丙烯树脂为主要成分而形成,热粘合树脂层至少含有一层乙烯含量为5~10mol%的含乙烯的无规聚丙烯所构成的层,并且酸改性聚烯烃树脂层与热粘合树脂层是通过共挤塑法进行制膜的。
33.根据权利要求32描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于耐酸层是通过磷酸铬酸盐处理形成的。
34.根据权利要求32描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于热粘合树脂层是由含乙烯的聚丙烯所构成。
35.根据权利要求32描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于上述热粘合树脂层为多层结构体,其中至少有一层是含有含乙烯的无规聚丙烯的树脂层。
36.根据权利要求32描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于上述热粘合树脂层中加入了抗粘连剂。
37.根据权利要求9描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层是以酸改性聚丙烯为主要成分而形成,热粘合树脂层至少含有一层乙烯含量为5~10mol%的含乙烯的无规聚丙烯所形成的薄膜层,并且酸改性聚烯烃树脂层与热粘合树脂层是通过夹芯层合而形成的。
38.根据权利要求37描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于耐酸层是通过磷酸铬酸盐处理形成的。
39.根据权利要求37描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于基底层与铝箔层之间设置了通过干式层合法形成的粘合层。
40.根据权利要求37描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于热粘合树脂层是由乙烯含量为5~10%的无规聚丙烯形成的薄膜层所构成。
41.根据权利要求37描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于热粘合树脂层是一多层结构体,其中至少有一层是由含有乙烯的无规聚丙烯构成的树脂层。
42.根据权利要求37描述的聚合物电池用包装材料,其特征在于热粘合树脂层中加入了防粘连剂。
43.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔的一面用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;基底层与铝箔未经上述化学转化处理的一面进行干式层合步骤;在铝箔经上述化学转化处理的一面上挤塑出形成热粘合树脂层的树脂的同时,将该挤塑树脂的熔融膜贴近铝箔的一面进行臭氧处理并进行层合步骤。
44.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔的一面用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;基底层与铝箔未经上述化学转化处理的一面进行干式层合步骤;在铝箔经上述化学转化处理的一面上共挤塑酸改性聚烯烃树脂层与热粘合树脂层的同时,将作为熔融膜的酸改性聚烯烃树脂层贴近铝箔一侧的表面进行臭氧处理并进行层合步骤。
45.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔的一面用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;基底层与铝箔未经上述化学转化处理的一面进行干式层合步骤;在铝箔经上述化学转化处理的一面上挤塑出酸改性聚烯烃树脂层,并将作为热粘合树脂层的薄膜进行夹芯层合的同时,将酸改性聚烯烃树脂层的熔融膜贴近铝箔的一面进行臭氧处理并进行层合步骤。
46.根据权利要求44或45描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层选用的材料是中密度聚乙烯。
47.根据权利要求44或45描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层选用的材料是线性低密度聚乙烯。
48.根据权利要求43至45任一项描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于进一步具有将得到的层合体后加热,加热至上述酸改性聚烯烃树脂层的软化点以上的加热步骤。
49.根据权利要求43至45任一项描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于将面向熔融膜的铝箔的一面加热至熔融膜的软化点以上并层合熔融膜与铝箔。
50.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征在于至少具有将基底层、铝箔、包含磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三氟硫酚化合物的耐酸层及热粘合树脂层依次进行层合的步骤,其中热粘合树脂层是由聚乙烯类树脂所构成。
51.根据权利要求50描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于热粘合树脂层是由中密度聚乙烯所构成。
52.根据权利要求50描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于热粘合树脂层是由线性低密度聚乙烯所构成。
53.根据权利要求50描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于耐酸层是通过磷酸铬酸盐处理形成的。
54.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔的两面均用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;其中铝箔经化学转化处理的一面与基底层进行干式层合步骤;在铝箔经化学转化处理的另一面上挤塑出形成热粘合树脂层的树脂的同时,将该挤塑树脂的熔融膜贴近铝箔的一面进行臭氧处理并进行层合步骤。
55.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔的两面均用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;其中铝箔经化学转化处理的一面与基底层进行干式层合;在铝箔经化学转化处理的另一面上共挤塑出酸改性聚烯烃树脂层与热粘合树脂层,将作为熔融膜的酸改性聚烯烃树脂层贴近于铝箔的一面进行臭氧处理并进行层合步骤。
56.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔的两面均用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;其中铝箔经化学转化处理的一面与基底层进行干式层合;在铝箔经化学转化处理的另一面上挤塑出酸改性聚烯烃树脂层并夹芯层合构成热粘合树脂层的薄膜的同时,将粘合树脂的熔融膜贴近铝箔的一面进行臭氧处理并进行层合步骤。
57.根据权利要求54至56任一项描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层选用的材料是中密度聚乙烯。
58.根据权利要求54至56任一项描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于酸改性聚烯烃树脂层选用的材料是线性低密度聚乙烯。
59.根据权利要求54至56任一项描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征进一步具有将得到的层合体后加热,加热至上述酸改性聚烯烃树脂层的软化点以上的加热步骤。
60.根据权利要求54至56任一项描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于将面向熔融膜的铝箔的一面加热至熔融膜的软化点以上并层合熔融膜与铝箔。
61.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔至少有一面用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;铝箔两面中的一面与基底层进行干式层合步骤;铝箔经化学转化处理的另一面上共挤塑出酸改性聚烯烃树脂层与热粘合树脂层并进行制膜形成层合体步骤;得到的层合体经后加热,将上述酸改性聚烯烃树脂层加热至其软化点以上的加热步骤。
62.根据权利要求61描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于铝箔的两面均进行化学转化处理。
63.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔至少有一面用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;铝箔两面中的一面与基底层进行干式层合步骤;铝箔经化学转化处理的另一面上,将聚丙烯薄膜与作为酸改性聚烯烃树脂层的酸改性PP树脂按夹芯层合法进行层合并制成层合体步骤;得到的层合体经后加热,将上述酸改性聚烯烃树脂层加热至其软化点以上的加热步骤。
64.根据权利要求63描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于铝箔的两面均进行化学转化处理。
65.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔至少有一面用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;铝箔两面中的一面与基底层进行干式层合步骤;铝箔经化学转化处理的另一面上,将酸改性聚乙烯树脂与聚乙烯树脂共挤塑并形成层合体步骤;得到的层合体经后加热,将上述酸改性聚乙烯树脂加热至其软化点以上的加热步骤。
66.根据权利要求65描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于铝箔的两面进行化学转化处理。
67.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔至少有一面用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;铝箔两面中的一面与基底层进行干式层合步骤;铝箔经化学转化处理的另一面上将聚乙烯薄膜与作为粘合树脂的酸改性聚乙烯树脂按夹芯层合法进行层合并制成层合体步骤;得到的层合体经后加热将上述粘合树脂加热至其软化点以上的加热步骤。
68.根据权利要求67描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于铝箔的两面均进行化学转化处理。
69.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔至少有一面用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;铝箔两面中的一面与基底层进行干式层合步骤;铝箔经化学转化处理的另一面上,共挤塑出由酸改性聚丙烯形成的酸改性聚烯烃树脂层与由含乙烯的无规聚丙烯形成的热粘合树脂层并层合制得层合体步骤;得到的层合体经后加热将上述酸改性聚丙烯树脂加热至其软化点以上的加热步骤。
70.根据权利要求69描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于热粘合树脂层是多层结构体,并且其中至少有一层是含有含乙烯的无规聚丙烯的层。
71.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔至少有一面用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;铝箔两面中的一面与基底层进行干式层合步骤;铝箔经化学转化处理的另一面加热至酸改性聚丙烯的软化点温度以上同时,共挤塑出酸改性聚丙烯所构成的粘合树脂与含乙烯的无规聚丙烯所构成的热粘合树脂层并层合制得层合体步骤。
72.根据权利要求71描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于热粘合树脂层是多层结构体,并且其中至少有一层是含有含乙烯的无规聚丙烯的层。
73.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔至少有一面用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;铝箔两面中的一面与基底层进行干式层合步骤;铝箔经化学转化处理的另一面上,将含有乙烯的无规聚丙烯薄膜层与作为粘合树脂的酸改性聚丙烯树脂按夹芯层合法进行层合并制得层合体步骤;得到的层合体经后加热将上述粘合树脂加热至其软化点以上的加热步骤。
74.根据权利要求73描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于聚丙烯层是一多层薄膜,并且含有含乙烯的无规聚丙烯所形成的层。
75.一种制造聚合物电池用包装材料的方法,其特征是包括下列步骤:铝箔至少有一面用磷酸盐、铬酸盐、氟化物或三嗪硫酚进行化学转化处理步骤;铝箔两面中的一面与基底层进行干式层合步骤;铝箔经化学转化处理的另一面加热至酸改性聚丙烯的软化点温度以上的同时,将作为热粘合树脂层的含乙烯的无规聚丙烯薄膜与作为粘合树脂的酸改性聚丙烯按夹芯层合法进行层合并制得层合体步骤。
76.根据权利要求75描述的聚合物电池用包装材料的制造方法,其特征在于聚丙烯薄膜层是一多层结构薄膜,并且其中含有含乙烯的无规聚丙烯所形成的层。
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