一种高阻隔无铝箔软包锂电池包装膜及制备方法与流程

1.本发明涉及薄膜技术领域，尤其涉及一种高阻隔无铝箔软包锂电池包装膜及制备方法。


背景技术：

2.软包锂电池用铝塑膜一般由三层材料组成：外层尼龙(简称ny)，中间层铝箔(简称al)以及内层聚丙烯层(简称pp)，各层之间通过粘合剂或粘合树脂粘合而成。尼龙层作为支撑层，在冷冲压过程起保护作用，放置铝箔冲破或者产生针孔；铝箔主要为阻隔材料，具有良好的阻水阻气功能，防止外界空气对于软包锂电池内容物起反应；pp层具有良好的热封性能及抗电解液性能，保证软包锂电池的包装完整性。在各层材料中，铝箔重量及成本占整体包装材料的40％以上，为此如何在保证阻隔性能不变的前提下，去铝箔化，作为业内的研究重点之一。
3.目前，市场上有不同类型的高阻隔涂层，例如不同基材的镀铝、镀氧化铝、涂布pvdc等材质，其阻水(wvtr)、阻氧(otr)性能能够分别满足小于0.1g/(m2*24hrs)及0.1cc/(m2*0.1mpa*24hrs)。但软包锂电池包装材料在使用过程中，需要冷冲压成型，而这种材料的阻隔层受到冲压以后，其阻隔性能会出现直线下降，为此，如果单纯使用这类阻隔材料，无法很好满足软包锂电池包装应用中。


技术实现要素：

4.为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现。
5.本发明第一个目的是提供一种高阻隔无铝箔软包锂电池包装膜，从外至内依次包括支撑层、第一粘合剂层、阻隔层、第二粘合剂层、热封层；其中，所述阻隔层选自alo
x-ny层或者alo
x-pet层或者alo
x-opp层中任一种；
6.所述热封层为改性聚丙烯薄膜，其原料包括以下重量份的材料：
7.共聚聚丙烯粒子
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60-100份；
8.丙烯-烯烃共聚物
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0-40份；
9.无机填料
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5-20份。
10.优选地，所述无机填料选自纳米氧化铝、层状蒙脱石、硅灰石、石墨烯中至少一种。
11.优选地，所述无机填料的目数为800-1000目。
12.优选地，还包括占无机填料重量的2％-20％的硅烷偶联剂，用以表面改性无机填料。
13.优选地，所述支撑层选自尼龙薄膜层、ny-pet共挤膜层中至少一种；所述支撑层厚度为15-35μm。
14.优选地，所述阻隔层厚度为10-30μm；所述热封层厚度为30-100μm。
15.优选地，所述第一粘合剂层、所述第二粘合剂层均选自聚氨酯胶水层或聚烯烃胶水层。
16.本发明第二个目的是提供如上所述的一种高阻隔无铝箔软包锂电池包装膜的制备方法，所述热封层的制备包括如下步骤：
17.s1、按重量百分数称量称取各原料；
18.s2、通过真空吸料机将各原料吸入双螺杆挤出机的料斗内进行熔融挤出；
19.s3、经上吹风冷、下吹水冷成膜，或经流延共挤成膜，得热封层。
20.优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为22～38，加工温度为130～200℃。
21.优选地，还包括对无机填料进行表面改性，步骤为：将无机填料与硅烷偶联剂在常温下预混，然后加入高混机搅拌15-30min，经80-100℃干燥。
22.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
23.本发明提供一种高阻隔无铝箔软包锂电池包装膜，包装膜结构设计成无铝箔结构，降低成本，减轻重量且环保。聚丙烯具有良好的延伸性能，当包装膜结构应用于软包锂电池上后，在冲压受力过程中，聚丙烯逐渐延伸，受力点薄膜逐渐变薄，通过改进热封层，在其原料中添加无机填料，由于无机填料的物理阻隔，增加了气体通过路径，进而提高了热封层的阻隔性能，以在后续软包锂电池包装后经冷冲压成型的过程中，以免包装膜结构因受到冲压而阻隔性下降过多，而影响其的包装使用性能。此外，无机填料具有良好的抗延伸，以保证包装膜结构的外观的完整性。
24.本上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
25.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
26.图1为本发明的包装膜结构的结构示意图；
27.图2为本发明的制备方法的步骤流程图。
28.图中：
29.100、包装膜结构；10、支撑层；20、第一粘合剂层；30、阻隔层；40、第二粘合剂层；50、热封层。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词为基于附图所示的方位或位置关系。特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸。这些相对术语是为了说明方便起见并且通常并不旨在需要具体取向。涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。
31.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
32.本发明提供一种高阻隔无铝箔软包锂电池包装膜，如图1所示，包括包装膜结构100，包装膜结构100从外至内依次包括支撑层10、第一粘合剂层20、阻隔层30、第二粘合剂层40、热封层50；其中，所述阻隔层30选自alo
x-ny层或者alo
x-pet层或者alo
x-opp层中任一种；
33.所述热封层50为改性聚丙烯薄膜，其原料包括以下重量份的材料：
34.共聚聚丙烯粒子
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60-100份；
35.丙烯-烯烃共聚物
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0-40份；
36.无机填料
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5-20份。
37.本实施例中，包装膜结构100设计成无铝箔结构，降低成本，减轻重量且环保。聚丙烯具有良好的延伸性能，当包装膜结构100应用于软包锂电池上后，在冲压受力过程中，聚丙烯逐渐延伸，受力点薄膜逐渐变薄，通过改进热封层50，在其原料中添加无机填料，由于无机填料的物理阻隔，增加了气体通过路径，进而提高了热封层50的阻隔性能，以在后续软包锂电池包装后经冷冲压成型的过程中，以免包装膜结构100因受到冲压而阻隔性下降过多，而影响其的包装使用性能。此外，无机填料具有良好的抗延伸，以保证包装膜结构100的外观的完整性。
38.在一实施例中，所述无机填料选自纳米氧化铝、层状蒙脱石、硅灰石、石墨烯中至少一种。纳米氧化铝、层状蒙脱石、硅灰石、石墨烯尺寸稳定好，比表面积大，在双螺杆加工中，与聚丙烯粒子能够更好的融合。在聚丙烯薄膜中，纳米材料或者层状材料的加入，具有良好的阻隔性能，提高了气体通过薄膜的过程路径。
39.进一步地，所述无机填料的目数为800-1000目，粒径分布更加均匀。
40.在一实施例中，还包括占无机填料重量的2％-20％的硅烷偶联剂，用以表面改性无机填料。具体地，通过硅烷偶联剂对无机填料进行表面改性，改善无机填料的团聚现象，以保证无机填料在熔融挤出时能够分散均匀，以形成良好的物理阻隔。
41.在一实施例中，所述支撑层10选自尼龙薄膜层、ny-pet共挤膜层中至少一种；所述支撑层10厚度为15-35μm。
42.在一实施例中，所述阻隔层30厚度为10-30μm；所述热封层50厚度为30-100μm。
43.进一步地，所述阻隔层30的阻隔性能阻水wvtr小于0.1g/(m2*24hrs)，阻氧otr性能小于0.1g/(m2*24hrs)及0.1cc/(m2*0.1mpa*24hrs)。
44.在一实施例中，所述第一粘合剂层20、所述第二粘合剂层40均选自聚氨酯胶水层或聚烯烃胶水层。
45.本发明还提供如上所述的一种高阻隔无铝箔软包锂电池包装膜的制备方法，如图2所示，所述热封层50的制备包括如下步骤：
46.s1、按重量百分数称量称取各原料；
47.s2、通过真空吸料机将各原料吸入双螺杆挤出机的料斗内进行熔融挤出；
48.s3、经上吹风冷、下吹水冷成膜，或经流延共挤成膜，得热封层。
49.本实施例中，热封层50加工工艺简单，易操作。
50.进一步地，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为22～38，加工温度为130～200℃。
51.进一步地，还包括对无机填料进行表面改性，步骤为：将无机填料与硅烷偶联剂在常温下预混，然后加入高混机搅拌15-30min，经80-100℃干燥。
52.进一步地，步骤s2中，还包括步骤：对膜表面进行2000-4000hz的电晕处理。
53.以下以具体实施例进行阐述，应当理解这些实施例仅用于说明性目的并且不应被理解为以任何方式限制本发明。
54.实施例1
55.本发明提供一种高阻隔无铝箔软包锂电池包装膜，从外至内依次包括支撑层10、第一粘合剂层20、阻隔层30、第二粘合剂层40、热封层50；
56.其中，支撑层10为ny25，阻隔层30为alo
x-ny30；
57.热封层50的原料包括100重量份的cpp40、20份的纳米氧化铝；纳米氧化铝经占其重量的2％-20％的硅烷偶联剂进行表面改性；热封层50厚度为50μm；
58.第一粘合剂层20、第二粘合剂层40为聚氨酯胶水层。
59.实施例2
60.本发明提供一种高阻隔无铝箔软包锂电池包装膜，从外至内依次包括支撑层10、第一粘合剂层20、阻隔层30、第二粘合剂层40、热封层50；
61.其中，支撑层10为ny25，阻隔层30为alo
x-pet25；
62.热封层50的原料包括100重量份的cpp40、20份的纳米氧化铝；纳米氧化铝经占其重量的2％-20％的硅烷偶联剂进行表面改性；热封层50厚度为50μm；
63.第一粘合剂层20、第二粘合剂层40为聚氨酯胶水层。
64.实施例3
65.本发明提供一种高阻隔无铝箔软包锂电池包装膜，从外至内依次包括支撑层10、第一粘合剂层20、阻隔层30、第二粘合剂层40、热封层50；
66.其中，支撑层10为ny25，阻隔层30为alo
x-ny30；
67.热封层50的原料包括100重量份的cpp40、10份的纳米氧化铝、10份层状蒙脱石；纳米氧化铝经占其重量的2％-20％的硅烷偶联剂进行表面改性；热封层50厚度为50μm；
68.第一粘合剂层20、第二粘合剂层40为聚氨酯胶水层。
69.对比例1
70.市售产品，包装膜从外至内依次包括pa层、al层、cpp层，厚度分别为25μm、40μm、40μm。
71.对比例2
72.包装膜从外至内依次包括ny25层、聚氨酯胶水层、alo
x-ny30层、聚氨酯胶水层、cpp50层。
73.对比例3
74.包装膜从外至内依次包括ny25层、聚氨酯胶水层、ny30层、聚氨酯胶水层、cpp50层；cpp50层厚度为50μm。
75.实施例4
76.将实施例1至实施例3、对比例1至对比例3进行阻隔性能测试，其中，阻氧阻水测试按照astmf1249-90，astmd3985-95进行。
77.测试结果见表一。
78.表一
[0079][0080]
通常锂电池铝塑膜对于阻隔要求为：wvtr、otr性能能够分别满足小于0.1g/(m2*24hrs)及0.1cc/(m2*0.1mpa*24hrs)。由表一可知，对比例1为正常商业产品，采用40μm厚度铝箔，本发明实施例、实施例2、实施例3对标市售产品，阻隔能够达到相同，且节降了成本，收到冲压后，其阻隔性能没有明显下降。
[0081]
将实施例1至实施例3、对比例1至对比例3进行冲压性能测试，采用模具尺寸50mm*80mm，判断产品观察何时破泡。
[0082]
将实施例1至实施例3、对比例1至对比例3进行耐电解液性能测试，将膜材放入1mol/l六福磷酸锂的碳酸酯溶液中，其中额外添加2000ppm水。放入90℃环境中，浸泡7天，观察是否有分层。
[0083]
冲压性能测试及耐电解液性能测试结果见表二。
[0084]
表二
[0085][0086]
由表二可知，实施例1、实施例2、实施例3具有良好的冲压性能及耐电解液性能。
[0087]
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。