一种高安全性锂电池软包铝塑膜制造技术

本发明专利技术涉及软包锂电池领域，公开了一种高安全性锂电池软包铝塑膜，包括外阻隔层、铝层、低收缩聚丙烯层，所述外阻隔层、铝层、低收缩聚丙烯层之间通过改性聚氨酯类胶粘剂粘合；所述低收缩聚丙烯层包括接枝改性聚丙烯、阻隔体和抗氧剂；所述改性聚氨酯类胶粘剂为添加含氟丙烯酸酯的聚氨酯类胶粘剂。利用低收缩聚丙烯层减少聚丙烯在热封冷却过程中出现的裂缝，减少电解液与铝层接触；向低收缩聚丙烯层中加入阻隔体，增强聚丙烯层的耐化学腐蚀性能，提升铝塑膜安全性；采用改性聚氨酯类胶粘剂，增强铝层和聚丙烯层之间的粘结能力的同时加强粘结剂的阻隔性能，防止电解液与铝层接触。防止电解液与铝层接触。

【技术实现步骤摘要】
一种高安全性锂电池软包铝塑膜


[0001]本专利技术涉及软包锂电池领域，尤其是涉及一种高安全性锂电池软包铝塑膜。

技术介绍

[0002]锂离子电池外壳加工中主要有硬包和软包两类，硬包锂电池外壳材料一般为铝壳、钢壳等金属，软包锂电池外壳材料一般为铝塑膜。与硬包锂离子电池相比，软包锂离子电池可实现灵活设计，能量密度高，安全性能好，具有更好的发展潜力。
[0003]软包锂离子电池在封装过程中，通过高温热压的方式使两层铝塑膜的PP(聚丙烯)层熔融并结合在一起完成封装，从而达到密封保护电池内部物质的作用。但是聚丙烯材料的结晶度高，结晶态密度大，使聚丙烯的成型收缩率很大。因此在封装过程中PP层会经历熔融和重新冷却结晶，容易由于体积收缩出现裂缝。裂纹会导致电解液和铝塑膜的铝层接触，造成锂离子电池绝缘不良，并且存在持续反应导致铝层消耗损伤，直至隔绝性能丧失甚至漏液的风险。中国专利公开号“CN111073136A”公开了一种低收缩聚丙烯组合物及其制备方法，聚丙烯组合物包括聚丙烯、成核剂、石油树脂、无机化合物填料和加工助剂，使聚丙烯的收缩率有了大幅度下降，同时冲击性能可提高将近1倍，弯曲模量可增加33％，收缩的各向异性程度减小。但是这些聚丙烯改性方法并未考虑改性后的聚丙烯材料在锂电池中应用时需要的高阻隔性、耐化学溶剂的要求，难以直接在锂电池中得到应用。
[0004]目前常用的减少锂电池铝塑膜中聚丙烯层出现收缩裂缝的方法还有通过平行度、温度均匀性等封装设备调试，和温度、压力、时间等封装工艺参数调整，在保证封装强度的前提下尽量减少挤胶量和挤胶形貌均匀性，减少裂纹的产生。但压缩比较小时容易出现封装强度低，甚至封不住的问题，同时挤胶形貌的均匀性控制对设备精度要求很高，因此这一方法工艺窗口极小，难度极高。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了克服现有技术铝塑膜聚丙烯层易出现裂缝、影响电池安全性的问题，提供一种高安全性锂电池软包铝塑膜。采用低收缩聚丙烯层，防止聚丙烯在热封后冷却收缩过大产生裂缝；在聚丙烯层添加阻隔体，提高聚丙烯层的耐化学腐蚀性质；采用纳米SiO2改性聚氨酯类胶粘剂，防止电解液与铝层接触。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高安全性锂电池软包铝塑膜，包括外阻隔层、铝层、低收缩聚丙烯层，所述外阻隔层、铝层、低收缩聚丙烯层之间通过改性聚氨酯类胶粘剂粘合；所述低收缩聚丙烯层包括按重量份数计的以下原料：60～80份改性聚丙烯、15～30份阻隔体、1～2份抗氧剂；所述改性聚氨酯类胶粘剂由小分子多元醇、植物油多元醇、多异氰酸酯化合物和含氟丙烯酸酯制备得到。
[0007]软包锂电池在后续加工过程中通常采用热封成型工艺，这一工艺的原理是将两层铝塑膜中的聚丙烯层在高温下熔融结合，形成包裹内部电极材料和盛放电解液的壳体。但
是普通聚丙烯材料的收缩率很高，冷却时体积变化大，因此会产生较多裂缝，电解液可以透过裂缝接触到铝层，在持续接触过程中腐蚀铝层，造成电池容量下降等危害。本专利技术采用了低收缩聚丙烯层，使用了改性聚丙烯作为主体，改性聚丙烯中链段内存在一定的极性基团，因此具有较低的结晶度，在冷却过程中收缩率低，因此产生裂缝的可能性大大降低。同时，由于结晶度的下降可能导致聚丙烯的耐电解液腐蚀性能下降，在低收缩聚丙烯中添加了阻隔体，增强材料的耐电解液腐蚀性能的同时保证了收缩率维持在较低水平。
[0008]同时，由于低收缩聚丙烯层和铝层之间的粘合牢固性不佳，采用了改性聚氨酯类胶粘剂，在常规聚氨酯类胶粘剂的基础上将含氟丙烯酸酯结构引入聚氨酯链段中，全氟基团位于聚合物的侧链上，氟原子半径比氢原子略大，但比其他元素的原子半径小，能把碳碳主链严密地包住，对主链以及内部分子形成“屏蔽保护”，提升粘结剂耐电解液腐蚀性能、耐热性能和粘结强度。
[0009]作为优选，所述改性聚丙烯为马来酸酐、丙烯酸、苯乙烯及其衍生物接枝改性聚丙烯中的一种，接枝率为1％～20％。采用马来酸酐、丙烯酸、苯乙烯及其衍生物对聚丙烯进行接枝改性，向聚丙烯的分子链中引入一定数量的极性集团，可以增加聚丙烯分子链结构的不规则度，使其结晶度降低，从而减小聚丙烯的各向收缩率。如果接枝率过高，则有可能导致聚丙烯材料的耐化学腐蚀性能和阻隔性能下降，可能导致电解液对铝塑膜的腐蚀，进而导致电池结构被破坏。
[0010]作为优选，所述阻隔体为高密度聚乙烯(HDPE)、乙烯
‑
辛烯共聚物(POE)、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物(SBS)和三元乙丙橡胶(EPDM)中的一种；所述抗氧剂为四[β
‑
(3，5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2.4
‑
二叔丁基苯基]亚磷酸酯、1,2
‑
双[β
‑
(3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酰]肼中的一种。阻隔体的加入可以增加聚丙烯层的耐化学腐蚀性能，同时在热封过程中也可以与聚丙烯相互作用，改变聚丙烯层中的规则结构，从而减少聚丙烯层的收缩率。
[0011]作为优选，所述改性聚氨酯类胶粘剂的制备方法是：(1)在60～80℃，氮气氛围下将按质量份数计的6～10份多异氰酸酯化合物、4～6份含氟聚丙烯酸酯、80～100份溶剂混合搅拌反应1～2h，再加入90～110份植物油多元醇反应1～3h，去除溶剂得到预聚体A；(2)在45～65℃，氮气氛围下将按质量份数计的15～25份小分子多元醇和70～90份多异氰酸酯化合物、80～100份溶剂混合搅拌反应1～3h，去除溶剂得到预聚体B；(3)在使用前将预聚体A与预聚体B混合均匀，得到改性聚氨酯类胶粘剂。
[0012]作为优选，所述含氟丙烯酸酯为甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟丁酯、全氟丁基乙基甲基丙烯酸酯、全氟己基乙基甲基丙烯酸酯中的一种。
[0013]作为优选，所述植物油多元醇为棕榈油多元醇。棕榈油主要含有棕榈酸和油酸，相比于其他植物油原料，棕榈油的饱和度高，因此制备得到的棕榈油多元醇中含有更多的长链，在制备聚氨酯类胶粘剂的过程中，可以改善胶粘剂的耐化学腐蚀性能。同时，采用具有较多长链的棕榈油多元醇可以使得含氟丙烯酸酯具有更好的保护作用，进一步增强含氟丙烯酸酯的改性效果。
[0014]作为优选，所述步骤(3)中预聚体A和预聚体B混合时的质量比为100：(10～40)。采用合理配比的两种预聚体，增强铝层和聚丙烯层之间的粘结能力。
[0015]作为优选，所述多异氰酸酯化合物为芳香族多异氰酸酯、脂肪族多异氰酸酯和脂肪环族多异氰酸酯中的一种或多种；所述小分子多元醇为乙二醇、1,3
‑
丙二醇、丙三醇，1,4
‑
丁二醇、新戊二醇中的一种或多种；所述溶剂为丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、丙二醇甲醚中的一种或多种。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高安全性锂电池软包铝塑膜，其特征是，包括外阻隔层、铝层、低收缩聚丙烯层，所述外阻隔层、铝层、低收缩聚丙烯层之间通过改性聚氨酯类胶粘剂粘合；所述低收缩聚丙烯层包括按重量份数计的以下原料：60~80份改性聚丙烯、15~30份阻隔体、1~2份抗氧剂；所述改性聚氨酯类胶粘剂由小分子多元醇、植物油多元醇、多异氰酸酯化合物和含氟丙烯酸酯制备得到。2.根据权利要求1所述的一种高安全性锂电池软包铝塑膜，其特征是，所述改性聚丙烯为马来酸酐、丙烯酸、苯乙烯及其衍生物接枝改性聚丙烯中的一种，接枝率为1%~20%。3.根据权利要求1所述的一种高安全性锂电池软包铝塑膜，其特征是，所述阻隔体为高密度聚乙烯、乙烯
‑
辛烯共聚物、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物和三元乙丙橡胶中的一种；所述抗氧剂为四[β
‑
(3，5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2.4
‑
二叔丁基苯基]亚磷酸酯、1,2
‑
双[β
‑
(3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酰]肼中的一种。4.根据权利要求1所述的一种高安全性锂电池软包铝塑膜，其特征是，所述改性聚氨酯类胶粘剂的制备方法是：（1）在60~80℃，氮气氛围下将按质量份数计的6~10份多异氰酸酯化合物、4~6份含氟聚丙烯酸酯、80~100份溶剂混合搅拌反应1~2h，再...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜立清，王军华，曹杰，郑利峰，
申请(专利权)人：万向一二三股份公司，
类型：发明
国别省市：