一种锂离子电池外包装材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池外包装材料，其由金属箔和涂覆在所述金属箔两面的聚酰亚胺薄膜组成。本发明专利技术中的聚酰亚胺薄膜具有较好的耐高温性，提高了锂离子外包装材料的耐高温性能，金属箔和聚酰亚胺薄膜之间结合紧密，提高了溶液的阻隔性能和防腐性能，延长了该外包装材料的使用寿命，也扩大了其应用范围。本发明专利技术还提供了一种锂离子电池外包装材料的制备方法，该方法中金属箔和聚酰亚胺薄膜之间通过物理和化学两种作用力的结合，提高了层与层之间的结合力，也简化了工艺流程。

A Lithium Ion Battery Packaging Material and Its Preparation Method

The invention discloses an outer packaging material for lithium ion batteries, which is composed of a metal foil and a polyimide film coated on both sides of the metal foil. The polyimide film in the invention has good high temperature resistance, improves the high temperature resistance of the lithium ion packaging material, tightly bonds between the metal foil and the polyimide film, improves the barrier and corrosion resistance of the solution, prolongs the service life of the packaging material, and expands its application scope. The invention also provides a preparation method of lithium ion battery packaging material, in which the combination of physical and chemical forces between metal foil and polyimide film improves the bonding force between layers, and simplifies the process flow.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池外包装材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，具体涉及一种锂离子电池外包装材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池在同等容量的前提下，具有体积小、重量轻、容量高和循环寿命长等优点，其广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、电动自行车以及其他大中型电动设备中。由于锂离子电池本身所具有的优异性能和广泛的应用前景，其被誉为二十一世纪的绿色化学能源。近年来，随着锂离子电池技术及产量的增加，锂离子外包装材料的需求也越来越大，锂离子电池的包装是构成锂离子电池的一个不可或缺的重要组成部分，包装材料的好坏直接影响锂离子电池的成品率。目前市面上的锂离子外包装材料主要由外层尼龙层、粘合剂、中间层铝箔、粘合剂、内层热封层这五层组成；其中，外层尼龙层主要阻止空气中的氧气和水分进入电池内部，并防止外力对电池的损伤，起保护电池的作用；中间的铝箔层主要进一步阻止空气中的氧气和水分进入，并作为骨架支撑外包装材料的外形；内层热封层主要是保护铝箔层不受电解液的腐蚀作用。一般外层尼龙层主要是聚酰胺纤维层，内层热封层主要是聚丙烯层。然而，聚酰胺和聚丙烯不耐高温，耐温不超过200℃，若要提高锂离子电池的使用效率和使用寿命，必然会造成锂离子电池的使用温度提高，一般的锂离子电池包装材料无法满足；且聚丙烯溶液阻隔性较差，外层使用聚氨酯必须使用粘合剂，将其与铝箔贴合在一起，制备工艺复杂，且成本高；上述问题都会影响锂离子电池的成品率以及电池的稳定性。因此，随着锂离子电池的发展，提供一种性能优异的锂离子电池外包装材料十分关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种锂离子电池外包装材料，该外包装材料耐高温、溶液阻隔率高、成本低；本专利技术另一方面的目的，在于提出一种锂离子电池包装材料的制备方法，该制备方法简单。为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种锂离子电池外包装材料，其由金属箔和涂覆在所述金属箔两面的聚酰亚胺薄膜组成。本专利技术的技术方案还提供了一种锂离子电池外包装材料的制备方法，包括如下步骤：用红外线加热对两面涂布聚酰亚胺的金属箔进行亚胺化成膜处理。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：1、本专利技术提供的锂离子外包装材料仅由金属箔和两层聚酰亚胺薄膜组成，聚酰亚胺薄膜具有较好的耐高温性，提高了锂离子外包装材料的耐高温性能；金属箔和聚酰亚胺薄膜之间结合紧密，提高了溶液的阻隔性能和防腐性能，延长了该外包装材料的使用寿命，也扩大了其应用范围；2、本专利技术提供的锂离子电池外包装材料的制备方法，在聚酰亚胺成膜过程中，使用红外加热的方式，一方面使聚酰亚胺嵌入金属箔表面的孔隙中，两者通过机械咬合结合，另一方面，红外线加热会使金属箔中的金属原子处于激发状态，电子云的分布发生变化，分子间的平衡间距增大，从而提高化学反应活性，且聚酰亚胺在聚合过程中会缩水，在红外线照射下，部分水会电离，使氢氧根离子处于激发状态，在特定温度下，与同样处于激发状态的金属离子发生化学反应，氢氧根离子和金属之间形成化学键，从而使金属箔和聚酰亚胺通过化学键结合；通过物理和化学两种作用力的结合，提高了层与层之间的结合力，与传统的制备方法相比，避免了两层粘合剂的使用，且层与层之间的结合力要远远大于传统的粘贴工艺；3、本专利技术提供的锂离子电池外包装材料的制备方法，减少了两个粘结层的使用，简化了工艺流程，且层与层之间的结合力要高于传统制备方法之间的结合力，也进一步提高了该外包装材料的溶液阻隔性，本专利技术中制得锂离子电池外包装材料的水蒸气透过量<10-4g/m2·d.1atm；氧气透过量<0.1cm3/m2·d.1atm。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的实施例提供了一种锂离子电池外包装材料，其由金属箔和涂覆在金属箔两面的聚酰亚胺薄膜组成。本专利技术中，聚酰亚胺的结构式为：其中，R1和R3是不同结构的四羧酸二酐单体残基，R2和R4是不同结构的二元伯胺单体残基，m和n为大于零的整数。本专利技术中，R1为如下两种基团中的一种或两种:R2为如下三种基团中的至少一种:R3为如下两种基团中的一种或两种：R4为如下基团中的至少一种：本专利技术中，该聚酰亚胺在分子结构中同时引入了酯键/酰胺、咪唑/噁唑等结构单元，加上合成过程的分部聚合，提高了分子间的相互作用力，使得分子链的排列有序化程度大大提高，从而使该聚酰亚胺薄膜具有较好的耐热性和较低的热膨胀系数。在本专利技术的一些优选实施方式中，聚酰亚胺在200～300℃时的热膨胀系数为13～22ppm/k。通过聚酰亚胺的优选，以提高聚酰亚胺薄膜的熔点和稳定性，进而提高其耐高温性和稳定性。本专利技术中，金属箔中的金属可以为铝、铜、铁和银等金属，还可以为合金；其中，铝的热膨胀系数为23×10-6/K，铜的热膨胀系数为17.5×10-6/K，铁的热膨胀系数为12.2×10-6/K，银的热膨胀系数为19.5×10-6/K。在本专利技术的一些优选实施方式中，金属和聚酰亚胺的热膨胀系数差值大于等于-2，小于等于2；通过两者之间的热膨胀系数差值确定金属箔和聚酰亚胺薄膜，以使金属箔和聚酰亚胺薄膜更好的贴合，防止温度过高或过低使两者发生分离，影响外包装材料的稳定性。本专利技术中，金属箔的厚度为30～50um，两层聚酰亚胺薄膜的厚度均为20～40um。本专利技术的实施例还提供了该锂离子电池外包装材料的制备方法，包括如下步骤：用红外线加热对两面涂布聚酰亚胺的金属箔进行亚胺化成膜处理。本专利技术中，红外线为中红外线。在本专利技术的一些优选实施方式中，红外线的波长为5～20um，通过优化红外线的波长，以提高激发金属原子的能量，提高金属箔和聚酰亚胺的结合力。本专利技术中，亚胺化成膜处理采用梯度升温的方式，具体为：将两面涂布聚酰亚胺的金属箔从室温升至150℃，保持8～12min后，升温至200℃，保持8～12min，再升温至300℃，保持8～12min，升温至400℃，保持18～22min。通过采用梯度升温，使更多的金属原子处于激发状态，进一步提高化学反应活性，增强聚酰亚胺和金属箔之间的结合力。本专利技术中，梯度升温的升温速率为8～12℃/min，以使聚酰亚胺中的溶剂均匀的挥发，使聚酰亚胺和金属箔贴合的更加均匀和紧密。本专利技术中，还包括对聚酰亚胺进行预处理，具体采用如下方法对聚酰亚胺进行预处理：用稀释剂将聚酰亚胺稀释至粘度为5000～15000mPa·s(25℃)。本专利技术中，稀释剂为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAC)、丙酮和间甲酚中的一种或两种。本专利技术中，两面涂布聚酰亚胺的金属箔进行亚胺化成膜后还需要冷却至80℃以下，静置25～35min，以消除外包装材料中的应力。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例和对比例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术中的实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。本专利技术中的实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均为市售购得。实施例1：本专利技术的实施例1提供了一种锂离子电池外包装材料，其包括铜箔和涂覆在铜箔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池外包装材料，其特征在于，其由金属箔和涂覆在所述金属箔两面的聚酰亚胺薄膜组成。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池外包装材料，其特征在于，其由金属箔和涂覆在所述金属箔两面的聚酰亚胺薄膜组成。2.根据权利要求1所述的锂离子电池外包装材料，其特征在于，聚酰亚胺在200～300℃时的热膨胀系数为13～22ppm/k。3.根据权利要求2所述的锂离子电池外包装材料，其特征在于，所述聚酰亚胺和金属的热膨胀系数差值大于等于-2，小于等于2。4.根据权利要求1所述的锂离子电池外包装材料，其特征在于，所述金属箔的厚度为30～50um，两层所述聚酰亚胺薄膜的厚度均为20～40um。5.一种如权利要求1～4任一项所述的锂离子电池外包装材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：用红外线加热对两面涂布聚酰亚胺的金属箔进行亚胺化成膜处理。6.根据权利要求5所述的锂离子电池外包装材料的制备方法，其特征在于，红外线的波长为5～20um。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：屠国力，姜鹏飞，田楠，李建华，
申请(专利权)人：武汉依麦德新材料科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42