TW201529296A - 電池包裝膜 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種電池包裝膜，其包含：一鋁箔層，一氟樹脂層，一黏著層，以及一聚烯烴密封層。氟樹脂層配置於鋁箔層之一表面上。黏著層配置於鋁箔層相對於氟樹脂層之另一表面上。聚烯烴密封層藉由黏著層貼附於鋁箔層上。此電池包裝膜可具有較薄的厚度及更好的耐候性。

Description

電池包裝膜
本發明係有關於一種電池包裝膜，且特別是有關於一種包含氟樹脂層的電池包裝膜。
鋰離子二次電池之發展趨勢以高體積能量密度為主，並被廣泛應用在可攜式電子產品、智慧型手機與電動車等領域。近年來，伴隨行動電氣機器的小型化、輕量化，其所搭載之鋰離子電池或鋰聚合物電池的外包裝材料需具備輕薄、高阻隔性，並可適用於不同尺寸與厚度之電池。據此，舊有的金屬罐包裝已被厚度在10~100微米(μm)範圍內之兩面以塑膠薄膜貼合的鋁箔所取代，以謀求電池的輕量化。
因為包裝材料屬於電池的一部分，所以它對電池的各項性能具有重要影響，故作為電池之包裝材料必須具有特定的物理性質要求。
鋰電池對溫度非常敏感，為確保作為充放電之內容物的電池因溫度上升時熱密封口之安定性與密封性，以及考量使用環境之溫度等之耐熱性、耐寒性，鋰電池的包裝材料應確保電池的安定性與密封性，且需要有極好的熱封性。
包裝材料中的某些有機物質可能溶於電解液中產生電化學反應而破壞電池的性能，故包裝材料在包裝後，在長期貯存和運轉之中，電解液不能發生滲漏現象。包裝材料既不能被電解液所溶解，又不能與電解液起溶脹作用，故包裝材料需具有良好的耐電解液浸泡能力。
電池之密封部分受到外部水分滲入時，電解質會水解產生酸與熱，其可能會腐蝕包裝材料，又因會產生熱量，故有時成為電池起火之原因。又或者因為溫度上升，引起電池之電力下降，亦會使所連接之機器產生停止或故障等問題。因此，電池包裝材料皆被要求應具有可阻隔水氣之性質。包裝材料通過對水氧的阻隔來達到對電池性能的維護。換言之，包裝材料的水氣阻隔性對電池具有重要影響。
考慮電池之必要物性、加工性與經濟性等，目前習知的電池包裝膜係依序由尼龍層、鋁箔層、密封層及黏著前述各層之黏著層所構成。鋁箔層作為中間層，可隔絕水氣，而尼龍層及密封層則用以提供高溫熱封及強度支撐等特性。然而，尼龍層在高濕高溫的環境下容易脆裂，無法保護鋁箔層，致使鋁箔容易被外在環境的酸氣或鹽分腐蝕，造成電解液滲出與電池損壞的風險。此外，一般的黏著尼龍層所使用的黏著劑皆使用聚氨酯系黏著劑與芳香族系硬化劑，其容易發生黃化與高溫高濕水解的現象，進而造成介面脫層與黏著層變質等問題而導致鋁箔腐蝕。
因此，目前需求一種新穎的電池包裝膜，以解決前述問題。
本發明提供一種新穎的電池包裝膜，本發明之電池包裝膜具有良好的耐候性與水氣阻隔性，且具有較薄的厚度。
本發明提供一種電池包裝膜，其包含：一鋁箔層；一氟樹脂層，配置於前述鋁箔層之一表面上；一黏著層，配置於前述鋁箔層相對於前述氟樹脂層之另一表面上；以及一聚烯烴密封層，藉由前述黏著層貼附於前述鋁箔層上。
在本發明之一實施例中，前述氟樹脂層之材料係選自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基單體共聚物以及四氟乙烯-乙烯基單體共聚物所組成之群組。
在本發明之一實施例中，前述氟樹脂層之厚度係介於10微米(μm)至25微米(μm)之間。
在本發明之一實施例中，前述氟樹脂層與前述鋁箔層之間的黏著力以百格測試係大於5B。
在本發明之一實施例中，前述鋁箔層之表面被進行一表面處理。
在本發明之一實施例中，前述鋁箔層之表面具有一氫氧(OH)基團。
在本發明之一實施例中，前述黏著層之材料係選自由聚烯烴樹脂、聚酯系樹脂、聚醚系樹脂、環氧系樹脂及其組合所組成之群組。
在本發明之一實施例中，前述聚烯烴密封層為鑄塑聚丙烯(CPP)膜。
本發明另提供一種電池包裝膜之製造方法，其步驟 包含：提供一鋁箔層；對前述鋁箔層之一表面進行表面處理；塗佈一氟樹脂層於前述經表面處理之鋁箔層之表面上；塗佈一黏著層於前述鋁箔層相對於前述氟樹脂層之另一表面上；以及貼附一聚烯烴密封層，使前述聚烯烴密封層藉由前述黏著層貼附於前述鋁箔層上。
在本發明之一製造方法之一實施例中，前述表面處理係以酸脫脂劑、鈦鹽處理劑及其組合進行表面處理。
在本發明之一製造方法之一實施例中，電池包裝膜之製造方法更包括在塗佈前述黏著層前，塗佈一聚丙烯改質底塗劑於前述鋁箔層相對於前述氟樹脂層之另一表面上。
10‧‧‧電池包裝膜
11、21‧‧‧鋁箔層
12、22‧‧‧氟樹脂層
13、23‧‧‧黏著層
14、24‧‧‧聚烯烴密封層
211‧‧‧表面
第1圖係為本發明之一實施方式之電池包裝膜的剖面示意圖。
第2A圖至第2E圖係為本發明之一實施方式之電池包裝膜之製造方法之各製程階段的剖面示意圖。
為了使本發明揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實施例中附加其他的實施例，而無須進一步的記載或說明。
在以下描述中，將詳細敘述許多特定細節以使讀者 能夠充分理解以下的實施例。然而，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。在其他情況下，為簡化圖式，熟知的結構與裝置僅示意性地繪示於圖中。
本發明之一目的係提供一種電池包裝膜。
請參照第1圖，係繪示根據本發明一實施方式之電池包裝膜10之剖面示意圖。在此揭露之電池包裝膜10具有耐候性佳、可節省膠層材料且厚度較薄等優點。如第1圖所示，電池包裝膜10包含一鋁箔層11，一氟樹脂層12，一黏著層13以及一聚烯烴密封層14。氟樹脂層12配置於鋁箔層11之一表面上；黏著層13配置於鋁箔層11相對於氟樹脂層12之另一表面上；聚烯烴密封層14藉由黏著層13貼附於鋁箔層11之上。
鋁箔層11係用以提供對於水氣、氧氣等之阻隔性，其材質一般為純鋁或可添加微量的鐵來增加鋁箔層11的加工性。為確保加工性及防止水氣或氧氣侵入的氣密性，鋁箔層11之厚度通常介於10~100微米(μm)之間。若鋁箔層11之厚度太薄，容易在成型時引起鋁箔破斷，或產生針孔，使得水氣或氧氣侵入之危險性增加。相對地，若鋁箔層11之厚度太厚，僅會造成包裝材料之總厚度變厚、重量增加及體積能量密度下降。在本發明之一實施例中，鋁箔層11之材質為含有2%鐵的軟質鋁箔。鋁箔層11之厚度約為40微米(μm)。
氟樹脂層12可使電池包裝膜10具有優越的耐熱性、成形性、絕緣性以及耐電解液浸泡性。因氟樹脂層12相較於習知技術中使用的尼龍層具有更高的熱裂解溫度，故利用氟樹脂層12取代習知的尼龍層及黏著層，可讓電池包裝膜10更耐高溫與高濕環 境。此外，因氟樹脂層12具有更高的耐電解液浸泡性，故可避免因電池封裝不慎，電解液溢出而導致電池損壞的現象發生。
氟樹脂層12之材料可以是氟碳樹脂，例如可以是聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基單體共聚物或是四氟乙烯-乙烯基單體共聚物。在本發明之一較佳實施例中，氟樹脂層12之材料為四氟乙烯-乙烯基單體共聚物。氟樹脂層12之厚度可介於10微米(μm)至25微米(μm)之間。在本發明之一實施例中，氟樹脂層12之厚度為15微米(μm)。
百格測試是一種用於測試附著力性能的一種實驗。其以百格刀在測試樣本表面劃10×10個(100個)1mm×1mm的小網格，每一條劃線應深及塗層的底層；用毛刷將測試區域的碎片刷乾淨；用3M600號膠紙或等同效力的膠紙牢牢粘住欲測試的小網格，並用橡皮擦用力擦拭膠帶，以加大膠帶與被測區域的接觸面積及力度；用手抓住膠帶一端，在垂直方向(90°)迅速扯下膠紙，並在同一位置進行2次相同試驗。百格測試的結果可分為5B-0B等六個等級。5B代表劃線邊緣光滑，在劃線的邊緣及交叉點處均無塗層脫落；4B代表在劃線的交叉點處有小片的塗層脫落，且脫落總面積小於5%；3B代表在劃線的邊緣及交叉點處有小片的塗層脫落，且脫落總面積在5%~15%之間；2B代表在劃線的邊緣及交叉點處有成片的塗層脫落，且脫落總面積在15%~35%之間；1B代表在劃線的邊緣及交叉點處有成片的塗層脫落，且脫落總面積在35%~65%之間；0B代表在劃線的邊緣及交叉點處有成片的塗層脫落，且脫落總面積大於65%。氟樹脂層12係塗佈於鋁箔層11上，以百格測試氟樹脂層12與鋁箔層間11的黏著力，氟樹脂層12 與鋁箔層11之間的黏著力係大於5B。
因氟樹脂層12並非以黏著劑貼附於鋁箔層11上，而係直接塗佈於鋁箔層11之表面，故可避免介面脫層或接著劑變質等問題而導致鋁箔層11腐蝕。此外，因減少了黏著劑層及尼龍層的配置，電池包裝膜的整體厚度可因此變薄。
在本發明之另一實施例中，在塗佈氟樹脂層12前，鋁箔層11之表面可先經過一表面處理。表面處理可以使鋁箔層11與氟樹脂層12更緊密連結，且更易於進行塗佈製程。在本發明之一實施例中，經表面處理之鋁箔層11之表面具有一氫氧(OH)基團，其係使用酸脫脂劑以及鈦鹽處理劑含浸鋁箔層11之表面所形成之化學皮膜。
請復參照第1圖，黏著層13配置於鋁箔層11相對於氟樹脂層12之另一表面上。黏著層13之材料可以例如是但不限於聚烯烴樹脂、聚酯系樹脂、聚醚系樹脂、環氧系樹脂或其組合。黏著層13之厚度通常介於3~8微米(μm)之間。在本發明之一實施例中，黏著層13之材料為聚烯烴樹脂，黏著層13之厚度約為5微米(μm)。
聚烯烴密封層14係藉由黏著層13貼附於鋁箔層11上。聚烯烴密封層14可以是單層之樹脂薄膜或是多層之樹脂薄膜，例如聚丙烯膜、聚乙烯膜、改質聚丙烯膜或是鑄塑聚丙烯(CPP)膜。聚烯烴密封層14具有熱密封性，可用以提高對於高腐蝕性的電解液之耐化學藥品性、提供足夠的熱封強度以及防止水氣入侵，以維持電解液的化學物性。在本發明之一實施例中，考量熱封性能及加工性，聚烯烴密封層14可以例如是三層結構的鑄塑聚 丙烯(Cast polypropylene，CPP)膜。鑄塑聚丙烯膜之結構一般依序為貼合黏著層/中間層/熱封層，可利用三層共擠或共吹製程來成膜。貼合黏著層可以是加強黏著設計、沖壓性較好的無規共聚聚丙烯(PP-R)膜。中間層係用於強度支撐，可以是剛性好的均聚聚丙烯(PP-H)膜。熱封層可以是熱封性能好、沖壓性好的無規共聚聚丙烯(PP-R)膜。但黏著層、中間層與熱封層的實施例不限於此。
本發明之另一目的係提供一種電池包裝膜之製造方法。請參照第2A至2E圖，係繪示本發明一實施方式之電池包裝膜之製造方法之各製程階段的剖面示意圖。
如第2A圖所示，在製造步驟中，首先提供一鋁箔層21。鋁箔層21係用以提供對於水氣、氧氣等之阻隔性，其材質一般為純鋁或可添加微量的鐵來增加鋁箔層21的加工性。鋁箔層21之厚度通常介於10~100微米(μm)之間。考量物理性質，在本發明之一實施例中，鋁箔層21之材質為含有2%鐵的軟質鋁箔。鋁箔層21之厚度約為40微米(μm)。
接著，如第2B圖所示，可選擇性地對鋁箔層21之一表面211進行表面處理。表面處理可以使鋁箔層21與稍後塗佈的氟樹脂層22更緊密連結，且更易於塗佈製程。在本發明之一實施例中，係將鋁箔層21含浸於酸脫脂劑以及鈦鹽處理劑後，在鋁箔層21之一表面211形成一化學皮膜(未繪示)。經表面處理的鋁箔層21的表面211因具有OH基團，故有利於後續的塗佈製程。
接著塗佈一氟樹脂層22於鋁箔層21之上，如第2C圖所示。氟樹脂層22可使電池包裝膜具有優越的耐熱性、成形性、絕緣性以及耐電解液浸泡性。因氟樹脂層22相較於習知技術中使 用的尼龍層具有更高的熱裂解溫度，故利用氟樹脂層22取代習知的尼龍層及黏著層，可讓電池包裝膜更耐高溫與高濕環境。此外，因氟樹脂層22具有更高的耐電解液浸泡性，故可避免因電池封裝不慎，電解液溢出而導致電池損壞的現象發生。在本發明之另一實施例中，氟樹脂層22係直接塗佈於鋁箔層21之一表面，此表面未經表面處理。
氟樹脂層22之材料可以是氟碳樹脂，例如可以是聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基單體共聚物或是四氟乙烯-乙烯基單體共聚物。在本發明之一較佳實施例中，氟樹脂層22之材料為四氟乙烯-乙烯基單體共聚物。氟樹脂層22之厚度可介於10微米(μm)至25微米(μm)之間。在本發明之一實施例中，氟樹脂層12之厚度為15微米(μm)。如第2C圖所示。經百格測試，氟樹脂層22與鋁箔層21間的黏著力係大於5B。
形成氟樹脂層21後，如第2D圖所示，將黏著層23塗佈於鋁箔層21相對於氟樹脂層22之另一表面上。在本發明之另一實施例中，在塗佈黏著層23前，可選擇性地先將一聚丙烯改質底塗劑塗佈於鋁箔層21相對於該氟樹脂層22之另一表面上，接著再於底塗劑上塗佈黏著層23。黏著層23之材料可以是但不限於聚烯烴樹脂、聚酯系樹脂、聚醚系樹脂、環氧系樹脂或其組合。黏著層23之厚度通常介於3~8微米(μm)之間。在本發明之一實施例中，黏著層23之材料為聚烯烴樹脂，黏著層23之厚度約為5微米(μm)。
最後，藉由黏著層23，將一聚烯烴密封層24貼附於鋁箔層21上，如第2E圖所示。聚烯烴密封層24可以是單層之樹脂薄 膜或是多層之樹脂薄膜，例如聚丙烯膜、聚乙烯膜、改質聚丙烯膜或是鑄塑聚丙烯(CPP)膜。聚烯烴密封層24具有熱密封性，可用以提高對於高腐蝕性的電解液之耐化學藥品性、提供足夠的熱封強度以及防止水氣入侵，以維持電解液的化學物性。在本發明之一實施例中，考量熱封性能及加工性，聚烯烴密封層24可以例如是三層結構的鑄塑聚丙烯(Cast polypropylene，CPP)膜。鑄塑聚丙烯膜之結構一般依序為貼合黏著層/中間層/熱封層，可利用三層共擠或共吹製程來成膜。貼合黏著層可以是加強黏著設計、沖壓性較好的無規共聚聚丙烯(PP-R)膜。中間層係用於強度支撐，可以是剛性好的均聚聚丙烯(PP-H)膜。熱封層可以是熱封性能好、沖壓性好的無規共聚聚丙烯(PP-R)膜。但黏著層、中間層與熱封層的實施例不限於此。
總上所述，利用本發明之電池包裝膜之製造方法所製作的電池包裝膜，不需利用黏著層貼附尼龍層於鋁箔層上，故電池包裝膜的整體厚度可以降低，且可避免黏著劑黃化、水解或是介面脫層等問題而造成鋁箔層腐蝕，進而增加耐候性。氟樹脂層因具有更高的熱裂解溫度，使電池包裝膜可更耐高溫高濕環境。下述實施例係用來進一步說明本發明，但本發明並不受其限制。
實施例1：電池包裝膜之製備
採用厚度為40微米(μm)，表面無肉眼可見針孔的軟質鋁-鐵系合金之鋁箔(JIS中AA規格8079，O材)。先將鋁箔水洗後，浸入2%的酸脫脂劑溶液2分鐘，清洗後再將鋁箔浸入1.5%的鈦鹽處理劑(購於普德化工，台灣)2分鐘，之後烘乾鋁箔，形成表面處理層。接著在表面處理層上塗佈四氟乙烯-乙烯基單體共聚物 GK570(購於大金化學，日本)以及硬化劑N3300(購於拜耳，德國)，並於烘箱中以120℃烘乾2分鐘，四氟乙烯樹脂層厚度約為15微米(μm)。
接著將聚丙烯改質底塗劑P-4(購於大東樹脂化學，台灣)塗佈於鋁箔之另一表面，之後於烘箱中以120℃烘乾1.5分鐘，塗層厚度約為1.5微米(μm)。待底塗劑乾燥後，接著塗佈聚烯烴黏著劑LIS405-A5以及硬化劑LCR-032(購於Toyo morton，日本)，在烘箱中以120℃烘乾1.5分鐘，黏著劑層厚度約為5微米(μm)。
將鑄塑聚丙烯(CPP)膜先以電暈處理，再藉由黏著劑層貼附至鋁箔層上。最後在60℃下靜置7天，使塗料與接著劑各自進行交聯熟成。
另選用一結構為尼龍層/鋁箔層/聚丙烯層之市售電池包裝膜作為比較例1。實施例1與比較例1之基本物理性質測試結果如下列表1所示。其中，耐候性測試條件如下：溫度為121℃、相對濕度為100%、2大氣壓下(atm)，靜置168小時後觀察電池包裝膜之外觀。
比較例1經耐候測試後，其黏著層皆已水解黃變，且由黏著劑黏接之尼龍層已發生脫層現象。而實施例1之電池包裝膜 仍維持完整外觀。
以百格測試，實施例1中的氟樹脂層與鋁箔層間之間的接著力大於5B，氟樹脂層完全密著於鋁箔層。
進一步針對實施例1進行沖壓成品測試，將實施例1中的電池包裝膜沖壓成厚度為4毫米(mm)的成品，並放置於60℃的烘箱中30天，而成品之彎曲面與轉角仍無龜裂與剝離現象。
由實施例1與比較例1之物理性質測試結果可知，實施例1對水氣的阻隔率高於比較例1，且實施例1之耐候性亦優於比較例1。而熱封強度則與市售品相近。由比較結果得知，本發明之電池包裝膜具有更好的水氣阻隔率、更佳的耐候性以及較薄的整體厚度，可作為電池的軟包裝外層，可抗高溫高濕與高壓等惡劣氣候條件，並持續保持電池的完整性。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧電池包裝膜
11‧‧‧鋁箔層
12‧‧‧氟樹脂層
13‧‧‧黏著層
14‧‧‧聚烯烴密封層

Claims (11)

  1. 一種電池包裝膜，其包含：一鋁箔層；一氟樹脂層，配置於該鋁箔層之一表面上；一黏著層，配置於該鋁箔層相對於該氟樹脂層之另一表面上；以及一聚烯烴密封層，藉由該黏著層貼附於該鋁箔層上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池包裝膜，其中該氟樹脂層之材料係選自由聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基單體共聚物以及四氟乙烯-乙烯基單體共聚物所組成之群組。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電池包裝膜，其中該氟樹脂層之厚度係介於10微米(μm)至25微米(μm)之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電池包裝膜，其中該氟樹脂層與該鋁箔層之間的黏著力以百格測試係大於5B。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電池包裝膜，其中該鋁箔層之該表面被進行一表面處理。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電池包裝膜，其中該鋁箔層之該表面具有一氫氧(OH)基團。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之製電池包裝膜，其中該黏著層之材料係選自由聚烯烴樹脂、聚酯系樹脂、聚醚系樹脂、環氧系樹脂及其組合所組成之群組。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電池包裝膜，其中該聚 烯烴密封層為鑄塑聚丙烯(CPP)膜。
  9. 一種電池包裝膜之製造方法，其步驟包含：提供一鋁箔層；對該鋁箔層之一表面進行表面處理；塗佈一氟樹脂層於該鋁箔層之經該表面處理之該表面上；塗佈一黏著層於該鋁箔層相對於該氟樹脂層之另一表面上；以及貼附一聚烯烴密封層，使該聚烯烴密封層藉由該黏著層貼附於該鋁箔層上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電池包裝膜之製造方法，其中該表面處理係以酸脫脂劑、鈦鹽處理劑及其組合進行該表面處理。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之電池包裝膜之製造方法，更包括在塗佈該黏著層前，塗佈一聚丙烯改質底塗劑於該鋁箔層相對於該氟樹脂層之該另一表面上。
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