一种铝塑膜复合层及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术涉及锂离子电池新材料领域，公开了一种铝塑膜复合层及其制备方法和锂离子电池，所述铝塑膜复合层包括第一聚合物层、铝箔层以及第二聚合物层，所述铝箔层设置于所述第一聚合物层和所述第二聚合物层之间，所述铝塑膜复合层还包括石墨烯涂层，所述石墨烯涂层设置于所述铝箔层和所述第二聚合物层之间。本发明专利技术的铝塑膜具有优异的抗腐蚀能力，从而能够解决软包装电池的腐蚀问题。

Aluminum plastic film composite layer, preparation method thereof and lithium ion battery

The invention relates to the field of lithium ion battery materials, discloses an aluminum-plastic composite membrane and its preparation method and lithium ion battery, the composite plastic film layer includes a first polymer layer, aluminum foil layer and a second polymer layer, and the aluminum foil layer is arranged between the first polymer layer and the second polymer layer. The plastic film composite layer also includes graphene graphene coating, the coating is arranged between the aluminum foil layer and the second layer polymer. The aluminum plastic film of the present invention has excellent corrosion resistance, thereby solving the corrosion problem of a flexible package battery.

【技术实现步骤摘要】
一种铝塑膜复合层及其制备方法和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池新材料领域，具体地，涉及一种铝塑膜复合层及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池作为一种绿色、高效、便携式能源，广泛应用在3C消费类电子产品领域、电动交通工具领域、储能电站领域等，已经被国家认定为十三五重点发展行业。锂离子电池按外形及包装区分，可分为方形电池、圆形电池及软包装电池。软包装电池与前两者相比，具有外形灵活、能量密度高、安全性好等优点，但也存在一些痼疾性问题，如电解液对软包装壳的腐蚀导致的安全问题。软包装壳又称铝塑壳(或铝塑膜)，从电池角度来说，按照由外入内的顺序，其构造由尼龙层1(聚酰胺纤维层)、铝箔层2及聚丙烯层3组成(铝塑膜的剖面示意图见图1)。其中，尼龙层的主要作用为：①美观，防划；②阻止空气中的氧气及水分进入电池内部。铝箔层的主要作用为：①进一步阻止空气中的氧气及水分进入；②作为骨架，支撑铝塑壳外形。最内部的聚丙烯层的作用为：①两层铝塑膜之间的热封粘合作用，聚丙烯层的熔点为160-170℃，在高温高压下，两层铝塑膜的聚丙烯层融化，降温后粘合在一起；②保护铝箔层不受电解液的腐蚀作用。聚丙烯层的厚度大约在30μm左右，在比较优异的工艺条件下，热封后，熔化后的聚丙烯层厚度均一，能较好地遮盖铝箔层。在热封机参数由于人为或设备因素变化时，例如热封温度升高、热封压力增大、热封时间加长，会产生过度封装情况(如温度240℃以上，压力0.5MPa以上，热封5秒以上极易可能发生过封情况)，即热封封头位置对应的铝塑膜聚丙烯层被挤压过薄或消失(拉伸之后的铝塑膜的剖面示意图见图2，图2中示出聚丙烯层薄弱处31)，就会露出铝箔层2，电池顶侧边热封区域(电池示意图见图3，图3中示出电池主体5、顶边热封位置6、极耳金属片7、侧边热封位置8)与电池主体5的相交处聚丙烯层拉伸最严重的位置如图4所示(铝塑膜加工过程示意图见图4，图4中示出冲壳冲头9、待冲壳铝塑膜10、拉伸处211、冲壳凸模12、冲壳凹模13、拉伸处114、铝塑膜15、冲壳之后的铝塑膜16)，最易发生聚丙烯层破损导致铝箔层暴露的情况。铝箔层暴露在电池的内部环境即电解液中时，如果负极耳的金属片与相应位置的铝塑膜铝箔层接触，聚丙烯层破损位置的铝箔层就与电解液接触就形成了回路，即铝箔层电位与负极耳一致，在正负极的电压下，电解液中的锂离子向铝箔层运动形成疏松的铝锂合金，铝箔层穿孔后，外部的空气及水分就会进入电池内部，造成巨大的安全隐患(聚丙烯层破坏后的铝塑膜的剖面示意图见图5)。因此，提高铝塑膜的抗腐蚀能力从而解决电池腐蚀问题，具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种铝塑膜复合层及其制备方法和锂离子电池，本专利技术的铝塑膜具有优异的抗腐蚀能力，从而能够解决软包装电池的腐蚀问题。为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种铝塑膜复合层，所述铝塑膜复合层包括第一聚合物层、铝箔层以及第二聚合物层，所述铝箔层设置于所述第一聚合物层和所述第二聚合物层之间，所述铝塑膜复合层还包括石墨烯涂层，所述石墨烯涂层设置于所述铝箔层和所述第二聚合物层之间。优选地，所述石墨烯涂层包括单层率为30-100％的石墨烯片和热塑性高分子胶粘剂。优选地，所述石墨烯片的单层率为35-95％，进一步优选为40％-80％。优选地，所述热塑性高分子胶粘剂的固相向液相的转化温度为200-400℃，进一步优选地，所述热塑性高分子胶粘剂为脂肪族聚醚聚氨酯、热塑性聚酰亚胺胶、聚乙烯醇缩醛胶粘剂和环氧树脂胶粘剂中的至少一种。优选地，所述石墨烯涂层还包括双极性添加剂；进一步优选地，所述双极性添加剂为乙烯基双硬脂酰胺、脂肪醇醚硫酸钠盐、全氟聚醚型表面活性剂和氟碳表面活性剂中的至少一种。优选地，以所述石墨烯涂层的重量为基准，所述石墨烯片的含量为1-10重量％，进一步优选为4-8重量％。优选地，以所述石墨烯涂层的重量为基准，所述双极性添加剂的含量为0.5-3重量％，进一步优选为1-2重量％。优选地，所述石墨烯涂层的厚度为0.5-10μm，进一步优选为5-8μm。优选地，所述第一聚合物层的材料为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯、聚丙烯以及聚丙烯/聚乙烯复合材料中的至少一种，进一步优选为聚酰胺纤维。优选地，所述第二聚合物层的材料为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯、聚丙烯以及聚丙烯/聚乙烯复合材料中的至少一种，进一步优选为聚丙烯。第二方面，本专利技术提供了一种铝塑膜复合层的制备方法，所述方法包括：(1)将石墨烯片和熔融态的热塑性高分子胶粘剂混合，得到混合体系；(2)在铝箔的一侧涂布步骤(1)所述的混合体系，冷却至100-200℃，然后在100-200℃下进行第一热压贴合处理，得到贴合有石墨烯涂层的铝箔层；(3)将步骤(2)得到的贴合有石墨烯涂层的铝箔层的石墨烯涂层侧与第二聚合物进行第二热压贴合处理，形成第二聚合物层。优选地，该方法还包括：在铝箔的另一侧形成第一聚合物层。优选地，在步骤(1)中，将石墨烯片、热塑性高分子胶粘剂和双极性添加剂混合，得到混合体系。优选地，在步骤(2)中，混合体系的温度为300-400℃，所述冷却的方式为分段冷却，所述分段冷却的条件包括：先在350-280℃处理1-60min，再在280-200℃处理1-60min，最后在200-100℃处理1-60min。优选地，在步骤(2)中，所述第一热压贴合处理的条件包括：温度为100-200℃，压力为0.1-0.6MPa，时间为0.1-30min。优选地，步骤(3)中，所述第二热压贴合处理的条件包括：温度为200-350℃，压力为0.1-0.5MPa，时间为1-60min。第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括电芯、封装电芯的包装袋、以及容纳于包装袋中并浸渍电芯的电解液，包装袋采用本专利技术上述的铝塑膜复合层制成，且第二聚合物层面向电芯。本专利技术的铝塑膜复合层，如图6所示，将石墨烯涂层设置于铝箔层和第二聚合物层(如聚丙烯层)之间，首次且成功利用石墨烯所具备的微观片层结构、韧性强等优点，阻止了聚丙烯层破损之后电解液中的锂离子对铝箔层的腐蚀，进而提高了铝塑膜的抗腐蚀能力，降低了软包电池由于腐蚀漏液造成的安全隐患。具体地，根据一种优选的实施方式，将石墨烯片和热塑性高分子胶粘剂的混合体系(优选混合体系还包括双极性添加剂)均匀涂布在铝箔层表面，厚度为0.5-10μm，每单位厚度的石墨烯涂层含有数万石墨烯片层结构沿剖面垂直排布。在电池加工过程中，如果聚丙烯层破损，锂离子将直接与石墨烯涂层接触(见图7)，由于石墨烯为片层结构，不规格排布的石墨烯片与片之间相交位置形成曲折复杂的路径，锂离子通往铝箔层的过程受到极大的阻碍作用，进而防止了锂离子与铝金属形成铝锂合金，最终避免了铝箔层发生腐蚀(见图8)，极大降低了电池加工工程造成的电池腐蚀隐患，进而提高了电池产品的安全性(且本专利技术的电池具有较高的挤压测试通过率和撞击测试通过率)。同时，本专利技术根据石墨烯的本身特性，所使用的石墨烯涂层还具备以下特点：①具备较好的可塑性，能很好地与铝箔层贴合并在外力作用下发生标准形变；②具备较好的韧性，在规定的铝塑膜形变量范围内，不会发生断裂；③具备较高的热稳定性，在200℃以下不会发生熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝塑膜复合层，所述铝塑膜复合层包括第一聚合物层、铝箔层以及第二聚合物层，所述铝箔层设置于所述第一聚合物层和所述第二聚合物层之间，其特征在于，所述铝塑膜复合层还包括石墨烯涂层，所述石墨烯涂层设置于所述铝箔层和所述第二聚合物层之间。

【技术特征摘要】
1.一种铝塑膜复合层，所述铝塑膜复合层包括第一聚合物层、铝箔层以及第二聚合物层，所述铝箔层设置于所述第一聚合物层和所述第二聚合物层之间，其特征在于，所述铝塑膜复合层还包括石墨烯涂层，所述石墨烯涂层设置于所述铝箔层和所述第二聚合物层之间。2.根据权利要求1所述的铝塑膜复合层，其特征在于，所述石墨烯涂层包括单层率为30-100％的石墨烯片和热塑性高分子胶粘剂；优选地，所述石墨烯片的单层率为35-95％，进一步优选为40％-80％；优选地，所述热塑性高分子胶粘剂的固相向液相的转化温度为200-400℃，进一步优选地，所述热塑性高分子胶粘剂为脂肪族聚醚聚氨酯、热塑性聚酰亚胺胶、聚乙烯醇缩醛胶粘剂和环氧树脂胶粘剂中的至少一种。3.根据权利要求2所述的铝塑膜复合层，其特征在于，所述石墨烯涂层还包括双极性添加剂；优选地，所述双极性添加剂为乙烯基双硬脂酰胺、脂肪醇醚硫酸钠盐、全氟聚醚型表面活性剂和氟碳表面活性剂中的至少一种。4.根据权利要求2或3所述的铝塑膜复合层，其特征在于，以所述石墨烯涂层的重量为基准，所述石墨烯片的含量为1-10重量％，优选为4-8重量％。5.根据权利要求3所述的铝塑膜复合层，其特征在于，以所述石墨烯涂层的重量为基准，所述双极性添加剂的含量为0.5-3重量％，优选为1-2重量％。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的铝塑膜复合层，其特征在于，所述石墨烯涂层的厚度为0.5-10μm，优选为5-8μm。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的铝塑膜复合层，其特征在于，所述第一聚合物层的材料为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯、聚丙烯以及聚丙烯/聚乙烯复合材料中的至少一种，优选为聚酰胺纤维；和/或所述第二聚合物层的材料为聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯、聚丙烯以...

【专利技术属性】
技术研发人员：李青，张晶，李赫然，王忠辉，
申请(专利权)人：北京旭碳新材料科技有限公司，东旭集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11