CN212967850U - 铝塑复合膜及软包锂离子电池 - Google Patents

铝塑复合膜及软包锂离子电池 Download PDF

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杜瑞平
段栋
贺梦江
张耀
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Abstract

本实用新型涉及软包电池技术领域，具体提供一种铝塑复合膜及软包锂离子电池。所述铝塑复合膜，所述铝塑复合膜具有以下膜层结构：外保护膜层；胶黏层，所述胶黏层叠设在所述外保护膜层上；铝箔层，所述铝箔层叠设在所述胶黏层上；聚偏氟乙烯膜层，所述聚偏氟乙烯膜层叠设在所述铝箔层上；热封层，所述热封层叠设在所述聚偏氟乙烯膜层上；其中，所述热封层的厚度为60μm～120μm。本实用新型铝塑复合膜的封装强度达到90N/15mm、剥离强度达到12N/15mm以上，同时具有良好的耐电解液性能、水汽阻隔性能以及耐候性。

Description

铝塑复合膜及软包锂离子电池
技术领域
本实用新型涉及软包电池技术领域，特别涉及一种铝塑复合膜及软包锂离子电池。
背景技术
随着国家对环境保护的重视程度越来越高，电动汽车得到了快速、广泛的发展，2018年全国电动汽车销量达到98.5万，同比增长88.9％，其中很大一部分电动汽车均采用锂离子电池，而其中有相当一部分锂离子电池的外壳为铝塑复合膜外壳。
目前，锂离子电池外壳用铝塑复合膜的主要生产工艺为热法工艺和干法工艺。其中，热法工艺中，热封层与铝箔层直接贴合，两层之间没有胶黏层，具体膜层结构如图1所示，包括外保护膜层01、第一胶黏层02、铝箔层03、热封层04。由于铝是金属，而热封层为高分子材料，两者之间的粘附力较弱，因此热封层与铝箔层之间容易剥离。而干法工艺在热封层和铝层之间有胶黏剂，具体膜层结构如图2所示，包括外保护膜层01、第一胶黏层02、铝箔层03、热封层04、第二胶黏层05。但是一般的胶黏层材料耐电解液、耐酸的能力较差，且对于水气有一定的通透性，因此，在耐电解液和水汽阻隔方面干法工艺铝塑复合膜较热法铝塑复合膜差。
对于一般车用锂离子电池，要求常温下可储存10年至20年，且具有一定的抗震性能；而锂离子电池内部为含有有机溶剂和锂盐的电解液，有机溶剂在锂离子电池使用过程中会与电池中的痕量或微量水分等发生反应，生产酸等物质。因此，要求铝塑复合膜具有足够的封装强度，以确保锂离子电池在使用过程中不因为震动而出现层间剥离甚至裂开，同时要求热封层及热封层与铝层之间的胶黏层有足够的耐电解液能力，以保证锂离子电池在寿命期限内不因外壳被腐蚀而漏液。
为了使得铝塑复合膜能够更好的适应锂离子电池对外壳性能的要求，对于热法铝塑复合膜而言，常常先对热封层靠近铝层的一侧进行改性处理。但是改性处理增加工序和制造成本，同时，铝层与热封层之间的粘结力仍然较弱，铝塑复合膜在受到外部拉力等情况下，出现两层之间的剥离，影响铝塑复合膜的强度。
综上，虽然目前铝塑复合膜已经被广泛应用于锂离子电池中，但是却存在上述缺陷、不足或不能同时满足动力型锂离子电池对铝塑复合膜的性能的要求。
实用新型内容
本实用新型提供一种铝塑复合膜，旨在至少解决现有铝塑复合膜封装强度、强度以及耐电解液腐蚀性能不佳等问题。
以及，还进一步提供一种基于上述铝塑复合膜的软包锂离子电池。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
铝塑复合膜，所述铝塑复合膜具有以下膜层结构：
外保护膜层；
胶黏层，所述胶黏层叠设在所述外保护膜层上；
铝箔层，所述铝箔层叠设在所述胶黏层上；
聚偏氟乙烯膜层，所述聚偏氟乙烯膜层叠设在所述铝箔层上；
热封层，所述热封层叠设在所述聚偏氟乙烯膜层上；
其中，所述热封层的厚度为60μm～120μm。
优选地，所述热封层为流延聚丙烯薄膜层。
优选地，所述聚偏氟乙烯膜层的厚度为3μm～30μm。
优选地，所述铝箔层的厚度为15μm～50μm。
优选地，所述胶黏层为聚氨酯层或丙烯酸层；所述胶黏层的厚度为 1μm～10μm。
优选地，所述外保护膜层选自尼龙膜层、尼龙和聚对苯二甲酸乙二醇酯的共挤膜层中的任一种。
优选地，所述外保护膜层的厚度为15μm～50μm。
优选地，在所述胶黏层和所述铝箔层叠层之间还有聚偏氟乙烯复合膜层。
优选地，所述聚偏氟乙烯复合膜层的厚度为3μm～30μm。
相应地，一种软包锂离子电池，包括外壳，所述外壳为铝塑复合膜外壳，所述铝塑复合膜外壳为如上任一项所述的铝塑复合膜。
本实用新型的有益技术效果为：
相对于现有技术，本实用新型提供的铝塑复合膜，由于热封层和铝箔层之间增加了一层聚偏氟乙烯膜层，同时热封层的厚度达到60μm以上，因而封装强度达到90N/15mm、剥离强度达到12N/15mm以上，同时具有良好的耐电解液性能、水汽阻隔性能以及耐候性。
本实用新型提供的软包锂离子电池，由于其使用的铝塑复合膜封装强度达到90N/15mm、剥离强度达到12N/15mm以上，同时具有良好的耐电解液性能、水汽阻隔性能以及耐候性，因而使得软包锂离子电池能够满足车用的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。其中：
图1为常规热法工艺的铝塑复合膜膜层结构示意图；
图2为常规干法工艺的铝塑复合膜膜层结构示意图；
图3为本实用新型铝塑复合膜膜层结构示意图；
图4为本实用新型铝塑复合膜又一膜层结构示意图；
其中，
01-外保护膜层；02-第一胶黏层或胶黏层；03-铝箔层；04-热封层；05- 第二胶黏层；06-聚偏氟乙烯膜层；07-聚偏氟乙烯复合膜层。
具体实施方式
为使本实用新型的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型公开实施例的附图，对本实用新型公开实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
显然，所描述的实施例是本实用新型公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。
除非另做定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常含义。本实用新型所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区别不同的组成部分。
当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以直接或间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对技术方案的限制。
同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示至少存在一个。“多个”的含义是两个或者两个以上，除非另有明确具体的限定。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
请参阅图3，本实用新型为铝塑复合膜。该铝塑复合膜为具有多层膜结构的复合膜，包括外保护膜层01、胶黏层02、铝箔层03、热封层04、聚偏氟乙烯膜层06。
其中，该外保护膜层01在铝塑复合膜形成软包锂离子电池的外壳时，为锂离子电池的外表面，即直接与空气接触。
在一些实施例中，外保护膜层01为尼龙膜层或者为尼龙和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的混合物经共挤出形成的尼龙/对苯二甲酸乙二醇酯共挤膜层。
在一些实施例中，外保护膜层01的厚度为15μm～50μm。如可以是15μm、 17μm、18μm、20μm、22μm、25μm、28μm、30μm、35μm、40μm、45μm、 48μm、50μm等的任意厚度。
该胶黏层02用于将外保护膜层01与铝箔层03粘接在一起，胶黏层02叠设在外保护膜层01的一表面上，提高外保护膜层01余铝箔层03的粘附性能。
在一些实施例中，胶黏层02为聚氨酯层、丙烯酸层中的任一种。
在一些实施例中，胶黏层02的厚度为1μm～10μm。如可以是1μm、1.5μm、1.8μm、2μm、4μm、5μm、8μm、8.5μm、9μm、9.5μm、10μm等的任意厚度。
该铝箔层03是铝塑复合膜的主要膜层结构，发挥铝塑复合膜作为软包锂离子电池外壳的主要功能。
在一些实施例中，铝箔层03的厚度为20μm～40μm。如可以是20μm、23μm、25μm、26μm、28μm、30μm、35μm、40μm等的任意厚度。
该聚偏氟乙烯膜层06为由聚偏氟乙烯(PVDF)乳液或悬浮液涂覆在铝箔层03表面上干燥后形成的膜层，PVDF膜层06具有突出的耐电解液能力，可以使得铝塑复合膜在锂离子电池的生命中后期内完全浸泡在电解液环境中并承受锂离子电池充放电过程中温度变化、体积变化，相对于现有的耐电解液性能较差的胶层，耐电解液能力大大提升。
聚偏氟乙烯与金属的粘结能力强，一般作为锂离子正极粘接剂实现正极活性材料与集流体铝箔的粘接，将其与铝塑复合膜的铝箔层03进行粘接时，粘接强度大且粘接的厚度可以精确控制。
聚偏氟乙烯与热熔型高分子材料的热封层04之间同样具有良好的粘接强度。
同时，由于聚偏氟乙烯本身具有的水汽阻隔能力和耐候性，以其作为铝塑复合膜的膜层，有效的提高了铝塑复合膜的水汽阻隔能力和耐候性。
在一些实施例中，聚偏氟乙烯膜层的厚度为3μm～30μm。如可以是3μm、 5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、25μm、26μm、28μm、30μm 等的任意厚度。
热封层04在铝塑复合膜形成软包锂离子电池的外壳时，为锂离子电池的内表面，即直接与电解液接触。不仅要求其具有良好的热封效果，而且要求其具有良好的耐电解液性能。为了保证热封层04的热封强度和强度满足动力型锂离子电池的要求，热封层的04的厚度为60μm～120μm。如可以是60μm、 65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、105μm、110μm、 115μm、120μm等的任意厚度。
在一些实施例中，热封层04为流延聚丙烯薄膜层。
请参阅图4，本实用新型的铝塑复合膜还包括一层聚偏氟乙烯复合膜层 07，即该铝塑复合膜的膜层结构为外保护膜层01、胶黏层02、聚偏氟乙烯复合膜层07、铝箔层03、聚偏氟乙烯膜层06、热封层04。聚偏氟乙烯复合膜层 07可以进一步提高铝塑复合膜的耐电解液性能和绝缘能力。
具体膜层结构为：外保护膜层01的一表面叠设一层胶黏层02，胶黏层02 表面叠设一层聚偏氟乙烯复合膜层07，聚偏氟乙烯复合膜层07表面叠设一层铝箔层03，铝箔层03表面叠设一层聚偏氟乙烯膜层06，聚偏氟乙烯膜层06表面叠设一层热封层04。
上述的聚偏氟乙烯复合膜层07为由聚偏氟乙烯(PVDF)和无机粒子形成的乳液或悬浮液涂覆在铝箔层03表面上干燥后形成的膜层。无机粒子选自Al2O3、 SiO2、TiO2、MgO、ZrO2等无机陶瓷颗粒。聚偏氟乙烯与无机粒子形成的膜层中，聚偏氟乙烯的含量为50wt.％、无机粒子的含量为50wt.％。
在一些实施例中，聚偏氟乙烯复合膜层07的厚度为3μm～30μm。如可以是3μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、25μm、26μm、28μm、 30μm等的任意厚度。
包括上述膜层结构的铝塑复合膜封装强度达到90N/15mm、剥离强度达到 12N/15mm以上，同时具有良好的耐电解液性能、水汽阻隔性能以及耐候性。相对于一般的铝塑复合膜具有更优异的性能。
基于上述的铝塑复合膜，本实用新型还进一步提供一种软包锂离子电池。
该软包锂离子电池包括外壳、卷芯、电解液等。该软包锂离子电池的所述外壳为铝塑复合膜外壳，并且所述铝塑复合膜外壳为如上所述的铝塑复合膜，即该铝塑复合膜外壳的膜层结构为：外保护膜层01、胶黏层02、铝箔层 03、热封层04、聚偏氟乙烯膜层06。
或者为：外保护膜层01、胶黏层02、聚偏氟乙烯复合膜层07、铝箔层 03、聚偏氟乙烯膜层06、热封层04。
下面提供若干实施例，以进一步说明本实用新型的铝塑复合膜。
实施例1
一种铝塑复合膜，具体结构请参阅图3，其包括尼龙层01、胶黏层02、铝箔层03、聚偏氟乙烯膜层06、热封层04；
其中，尼龙层01即为外保护膜层01，胶黏层02叠设于尼龙层01上，铝箔层03叠设于胶黏层02上，聚偏氟乙烯膜层06叠设于铝箔层03上，热封层04叠设于聚偏氟乙烯膜层06上；
尼龙层01的厚度为25μm；
胶黏层02为聚氨酯层，厚度为5μm；
铝箔层03的厚度40μm；
聚偏氟乙烯膜层06的厚度为10μm。
热封层04为流延聚丙烯薄膜层(CPP)，厚度为60μm。
实施例2
一种铝塑复合膜，具体结构请参阅图3，其包括尼龙/PET共挤层01、胶黏层02、铝箔层03、聚偏氟乙烯膜层06、热封层04；
其中，尼龙/PET共挤层01即为外保护膜层01，胶黏层02叠设于尼龙/PET 共挤层01上，铝箔层03叠设于胶黏层02上，聚偏氟乙烯膜层06叠设于铝箔层03上，热封层04叠设于聚偏氟乙烯膜层06上；
尼龙/PET共挤层01的厚度为30μm；
胶黏层02为聚氨酯层，厚度为3μm；
铝箔层03的厚度35μm；
聚偏氟乙烯膜层06的厚度为3μm。
热封层04为流延聚丙烯薄膜层(CPP)，厚度为80μm。
实施例3
一种铝塑复合膜，具体结构请参阅图4，其包括尼龙层01、胶黏层02、聚偏氟乙烯复合膜层07、铝箔层03、聚偏氟乙烯膜层06、热封层04；
其中，尼龙层01即为外保护膜层01，胶黏层02叠设于尼龙层01上，聚偏氟乙烯复合膜层07叠设于胶黏层02上、铝箔层03叠设于聚偏氟乙烯复合膜层07上，聚偏氟乙烯膜层06叠设于铝箔层03上，热封层04叠设于聚偏氟乙烯膜层06上；
尼龙层01的厚度为25μm；
胶黏层02为丙烯酸层，厚度为3μm；
聚偏氟乙烯膜复合层07中，聚偏氟乙烯的含量为50％、氧化铝的含量为 50％，厚度为15μm
铝箔层03的厚度40μm；
聚偏氟乙烯膜层06的厚度为5μm。
热封层04为流延聚丙烯薄膜层(CPP)，厚度为60μm。
实施例4
一种铝塑复合膜，具体结构请参阅图3，其包括尼龙层01、胶黏层02、铝箔层03、聚偏氟乙烯膜层06、热封层04；
其中，尼龙层01即为外保护膜层01，胶黏层02叠设于尼龙层01上，铝箔层03叠设于胶黏层02上，聚偏氟乙烯膜层06叠设于铝箔层03上，热封层04叠设于聚偏氟乙烯膜层06上；
尼龙层01的厚度为25μm；
胶黏层02为聚氨酯层，厚度为3μm；
铝箔层03的厚度40μm；
聚偏氟乙烯膜层06的厚度为5μm。
热封层04为流延聚丙烯薄膜层(CPP)，厚度为80μm。
实施例5
一种铝塑复合膜，具体结构请参阅图3，其包括尼龙层01、胶黏层02、铝箔层03、聚偏氟乙烯膜层06、热封层04；
其中，尼龙层01即为外保护膜层01，胶黏层02叠设于尼龙层01上，铝箔层03叠设于胶黏层02上，聚偏氟乙烯膜层06叠设于铝箔层03上，热封层04叠设于聚偏氟乙烯膜层06上；
尼龙层01的厚度为25μm；
胶黏层02为聚氨酯层，厚度为3μm；
铝箔层03的厚度40μm；
聚偏氟乙烯膜层06的厚度为10μm。
热封层04为流延聚丙烯薄膜层(CPP)，厚度为120μm。
对比例1
一种铝塑复合膜，具体结构请参阅图3，其包括尼龙层01、胶黏层02、铝箔层03、聚偏氟乙烯膜层06、热封层04；
其中，尼龙层01即为外保护膜层01，胶黏层02叠设于尼龙层01上，铝箔层03叠设于胶黏层02上，聚偏氟乙烯膜层06叠设于铝箔层03上，热封层04叠设于聚偏氟乙烯膜层06上；
尼龙层01的厚度为25μm；
胶黏层02为聚氨酯层，厚度为5μm；
铝箔层03的厚度40μm；
聚偏氟乙烯膜层06的厚度为10μm。
热封层04为流延聚丙烯薄膜层(CPP)，厚度为50μm。
对比例2
一种铝塑复合膜，具体结构请参阅图1，其包括尼龙层01、胶黏层02、铝箔层03、热封层04；
其中，尼龙层01即为外保护膜层01，胶黏层02叠设于尼龙层01上，铝箔层03叠设于胶黏层02上，热封层04叠设于铝箔层03上；
尼龙层01的厚度为25μm；
胶黏层02为聚氨酯层，厚度为5μm；
铝箔层03的厚度40μm；
热封层04为流延聚丙烯薄膜层(CPP)，厚度为80μm。
为验证本实用新型的铝塑复合膜的封装强度、强度以及耐电解液性能，下面对实施例1～5及对比例1的铝塑复合膜分别进行相应性能的测试。
1.封装强度测试
将铝塑复合膜热封后将热封处裁切成15mm宽的长条，每个例别裁5条，测试每条长条的封装强度并计算平均值。
测试方法：QB/T 2358-1998，
实施例1～5及对比例1的封装强度测试结果记录在表1中。
表1实施例1～5及对比例1的封装强度数据
Figure BDA0002612261530000091
从表1的数据中可以看到，热封层的厚度与铝塑复合膜的封装强度有明显的关系，热封层较厚的铝塑复合膜具有更高的封装强度，使用过程中具有较高的强度。同时，聚偏氟乙烯膜层06也提升了整体封装强度。
2.耐电解液性能测试
将实施例1～5及对比例1的铝塑复合膜分别裁切成15mm×100mm尺寸，每个案例裁切6个样品，浸泡于85℃的恒温电解液中，浸泡时间为7天；
浸泡7天小时后的铝塑复合膜均取出冷却至室温，进行表面清晰，随后按国标QB/T2358-1998进行测试，测试除“6试验速度”以外的测量方法，采用精度0.5级万能材料试验机，剥离速度100mm/min，测量热封层与铝箔层之间的粘结力，结果如表2所示。
其中，电解液由有机溶剂、锂盐组成，其中有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯，并且碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯按照质量比为1:1:1的比例混合；锂盐为六氟磷酸锂，浓度为1mol/L。
表2实施例1～5及对比例1的耐电解液性能数据
例别 样品1 样品2 样品3 样品4 样品5 样品6 均值
实施例1 14.8 14.8 16.6 12.6 13.8 15.1 14.6
实施例2 11.0 9.3 10.5 9.8 10.2 9.3 10.0
实施例3 12.8 12.5 12.1 11.2 10.5 11.0 11.7
实施例4 12.1 13.0 13.7 13.7 12.9 12.7 13.0
实施例5 18.7 19.8 19.5 19.5 17.3 20.8 19.3
对比例1 13.4 12.8 11.7 11.8 10.9 13.2 12.3
对比例2 6.1 5.4 5.8 5.0 7.6 6.5 6.1
根据表2可知，带聚偏氟乙烯膜层06的铝塑复合膜其耐电解液能力高于无此膜层的对比例2。
综上所述，本实用新型的铝塑复合膜，不仅具有较高的封装强度、强度，而且有良好的耐电解液性能、水汽阻隔性能以及耐候性。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.铝塑复合膜，其特征在于，所述铝塑复合膜具有以下膜层结构：
外保护膜层；
胶黏层，所述胶黏层叠设在所述外保护膜层上；
铝箔层，所述铝箔层叠设在所述胶黏层上；
聚偏氟乙烯膜层，所述聚偏氟乙烯膜层叠设在所述铝箔层上；
热封层，所述热封层叠设在所述聚偏氟乙烯膜层上；
其中，所述热封层的厚度为60μm～120μm。
2.根据权利要求1所述的铝塑复合膜，其特征在于，所述热封层为流延聚丙烯薄膜层。
3.根据权利要求1或2所述的铝塑复合膜，其特征在于，所述聚偏氟乙烯膜层的厚度为3μm～30μm。
4.根据权利要求1或2所述的铝塑复合膜，其特征在于，所述铝箔层的厚度为15μm～50μm。
5.根据权利要求1或2所述的铝塑复合膜，其特征在于，所述胶黏层为聚氨酯层或丙烯酸层；所述胶黏层的厚度为1μm～10μm。
6.根据权利要求1或2所述的铝塑复合膜，其特征在于，所述外保护膜层选自尼龙膜层、尼龙和聚对苯二甲酸乙二醇酯的共挤膜层中的任一种。
7.根据权利要求1或2所述的铝塑复合膜，其特征在于，所述外保护膜层的厚度为15μm～50μm。
8.根据权利要求1或2所述的铝塑复合膜，其特征在于，在所述胶黏层和所述铝箔层叠层之间还有聚偏氟乙烯复合膜层。
9.根据权利要求8所述的铝塑复合膜，其特征在于，所述聚偏氟乙烯复合膜层的厚度为3μm～30μm。
10.一种软包锂离子电池，包括外壳，其特征在于，所述外壳为铝塑复合膜外壳，所述铝塑复合膜外壳为权利要求1～9任一项所述的铝塑复合膜。
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CN114593775A (zh) * 2022-03-25 2022-06-07 珠海市赛纬电子材料股份有限公司 一种获得铝塑复合膜热封参数的方法
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