一种塑料复合膜的制作方法

本发明涉及动力电池软包铝塑复合膜技术领域，尤其涉及一种塑料复合膜。

背景技术：

随着我国消费电子产品市场趋于成熟，同时新兴电子消费产品不断扩充下游需求，软包电池的应用市场在消费类市场规模将保持在12％-15％的稳定增长率，市场非常可观。

动力电池方面，我国未来数年新能源汽车总产量有望保持年均40％左右的增长率，同时，随着三元软包动力电池的广泛应用，高能量密度的软包电池将会占有更大的动力电池市场份额以及渗透率。

终端企业由于以下三方面的原因，青睐软包电池：

第一点，安全性。软包电池在高能状态下爆炸风险基本为0，软包电池在危险状态下只会鼓气开裂。给了车辆人员充分的撤离时间和安全余量。

第二点，高能量密度。由于同样容量的电池，软包比钢壳轻40％左右，比铝壳轻20％左右(铝塑膜本身在单体电芯中占有的体积和质量比大幅度降低)；导致电池单体能量密度和电池系统能量密度提升35％-40％。

第三点，成组效率高。电池组的性能遵循“短板原理”。单体电池做大的条件下，可以大大减小电池组中电芯的个数，从而提高整体电池组的效率。

目前，现有的软包装电池采用的封装材料均为铝塑复合膜，其主流结构一般为内层pp+铝层+外层尼龙层。其中铝层两面涂布胶黏剂，分别粘外层尼龙和内层pp，pp起到热封作用，铝箔层作为封装隔绝空气和水汽的作用，尼龙起表面防护抗划伤作用。

但随着电池工业的发展，越来越多种类的电池已经出现，开始颠覆之前电池的传统。例如，在正负极片做特殊处理的条件下，让水基电解液在锂离子电池中的使用成为了可能。2017年9月6日，美国马里兰大学的报道称，其首次开发了4.0v的水基电解质电池。这让软包装中外层包装材料用塑料复合膜代替铝塑复合膜成为了可能。

但是，现有技术中还没有用于锂离子电池的塑料复合膜。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提出一种塑料复合膜，能够用于水基电解质的锂离子电池，并提高电池包装膜的成型性和拉伸性能。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种塑料复合膜，该塑料复合膜包括依次贴合设置的外层塑料层、外胶黏剂层、中间塑料层、中间胶黏剂层和内层聚烯烃层；

所述外层塑料层的原料包括尼龙材料和/或聚酯材料；或者，所述外层塑料层的原料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶；

所述中间塑料层的材料包括聚酰亚胺(pi)、聚醋纤维(pet)、聚对苯二甲酸丁二醋纤维(pbt)、聚对苯二甲酸丙二醇醋(ptt)、聚苯醚、聚四氟乙烯(ptfe)、氟化乙烯丙烯共聚物(fep)、可溶性聚四氟乙烯(pfa塑料)、乙烯-四氟乙烯共聚物(etfe)、聚偏氟乙烯(pvdf)和聚氟乙烯(pvf)中的一种或几种的组合。

上述的塑料复合膜中，外层塑料层作为保护层，起到抗划伤和保护的作用；中间塑料层为支撑和阻隔层，内层聚烯烃层作为密封层使用。

上述的塑料复合膜中，外层塑料层的原料为尼龙材料时，外层塑料层可以采用双向同步拉伸尼龙、双向分布拉伸、流延尼龙、吹塑尼龙的方法中的任一种制备得到。优选双向分步拉伸尼龙法和吹塑尼龙法制备得到外层塑料层。更优选通过吹塑尼龙法制备得到外层塑料层。

外层塑料层的原料为聚酯材料时，则可以采用双向同步拉伸聚酯材料制备得到外层塑料层

外层塑料层的原料为尼龙材料和聚酯材料共同使用时，外层塑料层为双层结构，外层为聚酯材料层，内层为尼龙材料层，两者结合既可以是尼龙和聚酯通过胶黏剂复合，也可以是在铸片叠加后一起双拉，最后得到外层塑料层。

外层塑料层的原料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶(tpu)时，优选流延工艺做出tpu薄膜为外层塑料层。

上述的塑料复合膜中，中间塑料层可以是多层共挤出制备的，也可以是双向拉伸或流延的方法制备得到的，这种加工方式可以使得冲深更好。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述尼龙材料包括尼龙-6和/或改性尼龙-6；

所述聚酯材料包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)类聚酯和热塑性聚氨酯中的一种或几种的组合。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述聚酯材料为聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)的共混物；其两者的用量比例可以根据实际情况进行调整。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述外层塑料层的原料为尼龙材料和聚酯材料时，所述外层塑料层为双层结构，外层为聚酯材料层，内层为尼龙材料层。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述外层塑料层的厚度为10-60μm；优选12-40μm；更优选15-30μm。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述外层塑料层的内侧面进行底涂或电晕处理。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述外胶黏剂层为干式复合层或热熔胶层；所述干式复合层所用的胶水包括双组份聚氨酯、单组份聚氨酯和湿固化聚氨酯中的一种或几种组合。

上述的塑料复合膜中，双组份聚氨酯、单组份聚氨酯和湿固化聚氨酯为本领域常用的聚氨酯，可以根据需要进行选择，优选聚酯类聚氨酯。

干式复合层即将胶水涂布烘干后与中间塑料层或外层塑料层的内侧面相贴合，即可以是将胶水涂在中间塑料层上或者外层塑料层的内侧面上；热熔胶层是在外层塑料层和中间塑料层中间挤出热熔胶进行夹心复合。

本发明中，由外层塑料层向内层聚烯烃层的方向设定为由外向内。

上述的塑料复合膜中，优选的，胶水的上胶固含量为5％-25％，优选为8％-18％，更优选为10％-16％。这里的对外胶黏剂层的原料胶水或热熔胶的上胶固含量的限定，能够有利于在涂布机上进行高速涂布。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述干式复合层的厚度为1-10μm，优选为2-5μm，更优选为2.5-3.5μm。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述热熔胶层所用的热熔胶包括酸酐改性聚烯烃、三元乙丙橡胶、sis、sbr、sbs、sebs、eva和tpu粒子中的一种或几种的组合。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述热熔胶层的厚度为2-18μm，优选为3-12μm，更优选为3.5-5μm。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述中间塑料层的两个侧面进行底涂或电晕处理；这里的处理方式可以使得中间塑料层与外层塑料层和内层聚烯烃层通过外胶黏剂层和中间胶黏剂层进行粘接的粘结力更强。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述中间塑料层的厚度为10-120μm，优选20-80μm，更优选为25-60μm。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述中间胶黏剂层的原料为聚酯胶黏剂、聚氨酯胶黏剂或聚烯烃胶黏剂。

上述聚酯胶黏剂、聚氨酯胶黏剂或聚烯烃胶黏剂可以为苯酐类聚酯、聚酯类聚氨酯、聚丙烯或改性类聚丙烯。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述中间胶黏剂层的原料为聚氨酯胶黏剂或聚烯烃胶黏剂。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述中间胶黏剂层的原料为聚烯烃胶黏剂。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述中间胶黏剂层的厚度为1-10μm，优选为2-5μm，更优选为2.5-3.5μm。

上述的塑料复合膜中，优选的，所述中间胶黏剂层的原料胶黏剂的上胶固含量为5％-25％；优选为8％-18％，更优选为10％-16％。

上述的塑料复合膜中，中间胶黏剂层可以通过干式复合将原料胶黏剂采用辊涂的方式、优选网辊涂布方式、更优选为微凹涂布方式涂布在中间塑料层或内层聚烯烃层上；涂布的温度为60-120℃，优选为70-100℃，更优选为80-90℃。

上述的塑料复合膜中，内层聚烯烃层可以直接热熔挤出在中间塑料层上，挤出的厚度可以是20-120μm，优选25-80μm。

上述的塑料复合膜中，根据产品的厚度和规格，可以选择在成品复合膜的表面涂布爽滑剂，优选的，该塑料复合膜的外层塑料层的外表面还涂布有爽滑剂层，所述爽滑剂层的原料爽滑剂包括芥酸酰胺、油酸酰胺、长链脂肪酸酯、乙撑双硬脂酰胺(ebs)、复合硅油、单一硅油中的一种或几种的组合。

本发明还提供上述的塑料复合膜作为电解质或电解液为固态或液态的锂离子电池的外包装材料的应用；

为液态时，电解液为水基-无机盐体系或无六氟磷酸锂体系。水基-无机盐体系或无六氟磷酸锂体系为现有技术的常规。

本发明的上述的塑料复合膜是一种新型外包装材料，用于水基-无机盐电解液、凝胶固态电解液等新型锂离子电池的外包装。在电解液或电解质中没有六氟磷酸锂的条件(六氟磷酸锂遇水会生成氢氟酸，有强腐蚀性，会破坏电池本身的结构)下，对水汽阻隔的要求大大降低，从而可以将中间铝层替换为阻隔性相对较差但是延伸率高的塑料薄膜。这样可以大大提高软包装薄膜的成型性，拉伸性。

本发明的塑料复合膜可以解决以下几个方面的问题：

第一点，由于不再需要高的水汽阻隔性，那铝塑膜中的铝箔便可以替换成塑料膜，不会再有pinhole(针孔)的发生。降低了生产过程中耗费的检查成本。

第二点，由于不再需要铝箔做支撑，则不需要对铝箔做清洗、表面处理等方面的工作。减少了一步工序，节省了生产成本。

第三点，使用塑料代替铝层后，由于塑料膜的延展率调节性远远大于金属。在同等厚度的条件下(40μm)。塑料薄膜的延伸率远远可以做的比铝箔高。其造型性(冲深性能)得到了很大的提高。

第四点，减小了膜本身的硬度，在极耳部分的热封贴合度会更好，防止漏液的发生。

第五点，防止了铝箔在长时间使用和加工过程中水汽入侵造成的“氢脆”现象。

本发明的突出效果为：

本发明的一种塑料复合膜，能够用于水基电解质的锂离子电池，并提高电池包装膜的成型性和拉伸性能。

附图说明

图1为本发明实施例的塑料复合膜的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

本实施例提供一种用于作为电解质或电解液为固态或液态的锂离子电池的外包装材料的塑料复合膜。为液态时，电解液为水基-无机盐体系或无六氟磷酸锂体系。

该塑料复合膜，如图1所示，包括依次贴合设置的外层塑料层1、外胶黏剂层2、中间塑料层3、中间胶黏剂层4和内层聚烯烃层5。

所述外层塑料层1的原料为尼龙材料，采用非同步双向拉伸尼龙-6做成。外层塑料层厚度为15μm，内侧面进行电晕处理。

中间塑料层3的材料为聚酰亚胺(pi)，通过流延的方法制备得到的。中间塑料层的厚度为25μm。中间塑料层的两个侧面进行电晕处理并老化熟成。

将常规双组份聚氨酯和常规湿固化聚氨酯按照质量比2比1混合形成溶剂胶水，利用网纹辊在外层塑料层1的电晕面进行涂胶，胶水的上胶固含量为25％，烘干后保障干胶量在3-3.5g/㎡，厚度3.5μm，出烘道得到外胶黏剂层2，后与中间塑料层3进行复合。

对复合后的产物的中间塑料层3的面上利用网辊辊涂的方式进行上胶，胶水为聚烯烃胶黏剂(马来酸酐改性的聚乙烯，利用汽油和甲苯进行稀释。固含量控制在8％-10％)，烘干后保障干胶量在3.5-4g/㎡，厚度3.5μm，烘干得到中间胶黏剂层4，后与内层聚烯烃层5进行复合，其中内层聚烯烃层5进行单面电晕。

该塑料复合膜的外层塑料层的外表面还涂布有爽滑剂层，所述爽滑剂层的原料爽滑剂为芥酸酰胺。

收卷、熟成后得到塑料复合膜。

实施例2

本实施例提供一种用于作为电解质或电解液为固态或液态的锂离子电池的外包装材料的塑料复合膜。为液态时，电解液为水基-无机盐体系或无六氟磷酸锂体系。

该塑料复合膜包括依次贴合设置的外层塑料层、外胶黏剂层、中间塑料层、中间胶黏剂层和内层聚烯烃层。

所述外层塑料层的原料为聚酯材料，采用非同步双向拉伸聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)的共混物做成。外层塑料层厚度为30μm，内侧面进行电晕处理。

中间塑料层的材料包括聚酰亚胺聚对苯二甲酸丁二醋纤维(pbt)和聚对苯二甲酸丙二醇醋(ptt)，材料比例为等质量比，通过重叠双向拉伸的方法制备得到中间塑料层。中间塑料层的厚度为60μm。中间塑料层的两个侧面进行底涂处理并老化熟成。

将常规单组份聚氨酯和常规湿固化聚氨酯按照质量比2比1混合形成溶剂胶水，利用网纹辊在外层塑料层的电晕面进行涂胶，胶水的上胶固含量为16％，烘干后保障干胶量在3-3.5g/㎡，厚度2.5μm，出烘道后与中间塑料层进行复合。

对复合后的产物的中间塑料层的面上利用微凹涂布方式进行上胶，胶水为聚氨酯胶黏剂(固含量控制在10％-16％)，烘干后保障干胶量在3.5-4g/㎡，厚度2.5μm，烘干得到中间胶黏剂层，后与内层聚烯烃层进行复合，其中内层聚烯烃层进行单面底涂。

收卷、熟成后得到塑料复合膜。

实施例3

本实施例提供一种用于作为电解质或电解液为固态或液态的锂离子电池的外包装材料的塑料复合膜。为液态时，电解液为水基-无机盐体系或无六氟磷酸锂体系。

该塑料复合膜包括依次贴合设置的外层塑料层、外胶黏剂层、中间塑料层、中间胶黏剂层和内层聚烯烃层。

所述外层塑料层的原料为和聚酯材料共同使用，外层塑料层为双层结构，外层为聚酯材料层，内层为尼龙材料层，两者结合既可以是尼龙和聚酯通过胶黏剂复合，也可以是在铸片叠加后一起双拉，本实施例使用铸片叠加后一起双拉做成。这里的尼龙为改性尼龙-6，所述聚酯材料为聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)和热塑性聚氨酯，用量为等质量比，这里的用量可以根据需要进行调整。外层塑料层厚度为12μm，内侧面进行底涂处理。

中间塑料层的材料为聚四氟乙烯(ptfe)、氟化乙烯丙烯共聚物(fep)和可溶性聚四氟乙烯(pfa塑料)，材料比例为等质量比，通过多层共挤的方法制备得到中间塑料层。中间塑料层的厚度为80μm。中间塑料层的两个侧面进行底涂处理。

将酸酐改性聚烯烃、三元乙丙橡胶、sis、sbr、sbs、sebs和eva共挤出，挤出厚度3.5-5μm，通过夹心复合的方式使外层塑料层和中间塑料层复合在一起。

对复合后的产物的中间塑料层的面上利用微凹涂布方式进行上胶，胶水为聚氨酯胶黏剂(固含量控制在10％-25％)，烘干后保障干胶量在3.5-4g/㎡，厚度5μm，烘干得到中间胶黏剂层，后与内层聚烯烃层进行复合，其中内层聚烯烃层进行单面电晕。

该塑料复合膜的外层塑料层的外表面还涂布有爽滑剂层，所述爽滑剂层的原料爽滑剂为乙撑双硬脂酰胺。

收卷、熟成后得到塑料复合膜。

实施例4

本实施例提供一种用于作为电解质或电解液为固态或液态的锂离子电池的外包装材料的塑料复合膜。为液态时，电解液为水基-无机盐体系或无六氟磷酸锂体系。

该塑料复合膜，如图1所示，包括依次贴合设置的外层塑料层1、外胶黏剂层2、中间塑料层3、中间胶黏剂层4和内层聚烯烃层5。

所述外层塑料层1的原料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶(tpu)。通过流延工艺做出tpu薄膜为外层塑料层1。外层塑料层1厚度为60μm，内侧面进行底涂处理。

中间塑料层3的材料为聚醋纤维(pet)，通过流延的方法制备得到中间塑料层3。中间塑料层3的厚度为30μm。中间塑料层3的两个侧面进行底涂处理。

将eva热熔挤出得到外胶黏剂层2，挤出厚度2-2.5μm，通过夹心复合的方式使外层塑料层1和中间塑料层3复合在一起。

将乙烯和丙烯接枝共聚的聚烯烃热熔挤出制备得到内层聚烯烃层5，厚度60-80μm，单面电晕；将马来酸酐改性的聚乙烯热熔挤出，挤出厚度3-4μm，得到中间胶黏剂层4，通过夹心复合的方式使内层聚烯烃层5和中间塑料层3复合在一起。

收卷、熟成后得到塑料复合膜。

将本发明实施例1-4得到的塑料复合膜与现有技术中的常规铝塑膜进行对比，以模具大小为50×69mm为例，一般的金属塑料复合膜(即常规铝塑膜)的冲深深度在10mm以下，而实施例1-4任一个塑料复合膜的冲深深度可以增加100％以上，也就是成型性、拉伸性能够比现有技术产品提升100％以上

而且，本发明的新型的塑料复合膜，用于新一代电解液或电解质的锂离子电池外包装，相比于现有铝塑膜：

一、不再需要铝箔进行水汽阻隔，从而减少了制程中的铝箔处理过程。节省了制程成本。

二、丰富了制程工艺，三层塑料复合既可以是采用干式复合，又可以采用热法复合，增加了复合膜制程的多样性，对场地要求没有之前铝塑膜要求那么大。

三、增强了其冲深性能。由于中间铝箔被塑料替代，大大增强了其可塑性能，即冲深性能。让大型的圆柱或异形电池的造型成为了可能。

四、在整个的塑料复合膜的制程中，缺陷更容易检测出，由于采用的塑料薄膜大多都是透明，复合过程中的缺陷可以更多样化的检测和检出，质量更容易控制。

五、因为采用塑料薄膜，故不再有针孔的影响。

六、提高电池包装膜的成型性和拉伸性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。