CN106848111B - 堆栈膜层与其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种堆栈膜层与其制作方法，所述堆栈膜层包括金属层、第一树脂层、第二树脂层以及黏着层。金属层具有彼此相对的第一表面与第二表面。第一树脂层配置于金属膜的第一表面上。第二树脂层配置于金属膜的第二表面上。黏着层配置于第二树脂层上，并且位于金属膜以及第二树脂层之间。本发明具有简化的制程步骤，可精确地控制膜层厚度与制程良率。
Description
技术领域
本发明涉及一种堆栈膜层与其制作方法，尤其涉及一种作为包装材的堆栈膜层与其制作方法。
背景技术
锂电池被用作笔记型个人计算机(personal computer)或移动电话等携带装置、混合动力车或电动汽车等的蓄电池。随着可重复充电放电兼具重量轻、高电压值与高能量密度等特点的锂电池的市场需求量与日俱增，对锂电池诸如轻质耐用、高电压、高能量密度与高安全性等性能的要求也越来越高。
一般而言，用以包装锂电池的铝塑膜为叠层结构，其中作为最简单的叠层结构，可列举如图1这样的自上到下依序包括尼龙膜11、第一黏着层12、金属铝箔层13、第二黏着层14及密封层15。就作为外层的尼龙膜11而言，其具有可提高耐穿刺性与成型性，但尼龙膜11的制作步骤较为繁杂，其包含先将尼龙塑粒经过挤出机制成膜后，再经过双轴延伸机形成双轴延伸尼龙膜11。此外，为了使尼龙膜11与金属铝箔层13之间具有良好的接着强度，尚需进行一胶层的涂布，以形成第一黏着层12来将尼龙膜11贴合于金属铝箔层13之上。此外，尼龙膜11的耐化性不佳，电解液有可能会在尼龙膜11的表面上产生白化痕迹，而造成具有外观缺陷的不良品，进而降低了成品的良率。
因此，如何改善铝塑膜的外层的耐化性不足及的问题，以达到目前业界的要求，实为目前此领域技术人员亟欲解决的问题。
发明内容
本发明提供一种堆栈膜层与其制作方法。堆栈膜层具有新颖的结构、高耐穿刺性、耐化性及成型性。堆栈膜层的制作方法可简化制程步骤，使其具备高制程效率外，在铝塑膜的使用于锂电池上，更可提高其制程良率。
本发明的一种堆栈膜层，包括金属层、第一树脂层、第二树脂层以及黏着层。金属层具有彼此相对的第一表面与第二表面。第一树脂层配置于金属膜的第一表面上。第二树脂层配置于金属膜的第二表面上。黏着层配置于第二树脂层上，并且位于金属膜以及第二树脂层之间。
在本发明的一实施方式中，其中金属层的材料包括铝膜。
在本发明的一实施方式中，其中金属层的厚度为25微米至40微米。
在本发明的一实施方式中，其中第一树脂层的材料包括聚乙烯醇缩丁醛。
在本发明的一实施方式中，其中第一树脂层的厚度为5微米至30微米。
在本发明的一实施方式中，其中第二树脂层的材料包括聚丙烯。
在本发明的一实施方式中，其中第二树脂层的厚度为30微米至80微米。
在本发明的一实施方式中，其中黏着层的材料包括酸改性聚烯烃或酸改性聚丙烯。
在本发明的一实施方式中，其中黏着层的厚度为3微米至15微米。
本发明的一种堆栈膜层的制作方法，包括以下步骤：提供金属层以及第二树脂层，其中金属层具有彼此相对的第一表面与第二表面；接着，形成黏着层于第二树脂层以及金属层之间，使第二树脂层贴合于金属层的第二表面上；最后，在金属层的第一表面上形成第一树脂层。
在本发明的一实施方式中，使第二树脂层贴合于金属层的第二表面上的步骤，包括以涂布制程将黏着层涂布至金属层的第二表面上，并将黏着层相对于金属层的表面贴合于第二树脂层，使第二树脂层贴合于金属层。
在本发明的一实施方式中，使第二树脂层贴合于金属层的第二表面上的步骤，包括以涂布制程将黏着层涂布至第二树脂层上，并将黏着层相对于第二树脂层的表面贴合于金属层的第二表面，使第二树脂层与金属层贴合。
在本发明的一实施方式中，使第二树脂层贴合于金属层的第二表面上的步骤，包括以淋膜制程形成黏着层于金属层的第二表面上；将黏着层相对于金属层的表面放置于第二树脂层上，并以热压合制程，使第二树脂层贴合于金属层。
基于上述，由于本发明的堆栈结构中的第一树脂层配置于金属膜的第一表面上，使第一树脂层与金属层之间具有良好的接着力外，本发明的堆栈结构更具有高耐穿刺性、耐化性及成型性。此外，基于上述堆栈结构的架构，本发明的堆栈膜层的制作方法具有简化的制程步骤，可精确地控制膜层厚度与制程良率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施方式作详细说明如下。
附图说明
图1是已知的电池用包装材的积层的剖面示意图；
图2是本发明一实施方式的堆栈膜层的剖面示意图；
图3A至图3C是本发明一实施方式的堆栈膜层的制作方法流程的剖面示意图。
附图标记：
11：尼龙膜
12：第一黏着层
13：金属铝箔层
14：第二黏着层
15：密封层
110：金属层
110a：第一表面
110b：第二表面
120：第一树脂层
130：黏着层
140：第二树脂层
具体实施方式
在本文中，由“一数值至另一数值”表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。
图2是本发明一实施方式的堆栈膜层的剖面示意图。请参照图2，本发明的一种堆栈膜层，包括金属层110、第一树脂层120、黏着层130以及第二树脂层140。在本实施方式中，以堆栈膜层应用于电池用包装材的铝塑膜为例，将对前述各膜层在下方进行详细说明。
金属层110具有彼此相对的第一表面110a与第二表面110b。在本实施方式中，金属层110的材料包括铝膜(aluminium film)，其具有防止水汽与阻隔的作用。在一实施方式中，金属层110的厚度例如是25微米至40微米。举例来说，在下方实施方式中，金属层110的厚度例如是以40微米为例，然本发明不以此为限。
第一树脂层120作为堆栈膜层的外层，配置于金属层110的第一表面110a上。此外，第一树脂层120是与金属层110的第一表面110a直接接触，其作用为堆栈膜层的保护膜，用以保持铝塑膜的高耐穿刺性及电池的成型性外，更赋予铝塑膜具有高耐化性的特性。在本实施方式中，第一树脂层120的材质例如是包括聚乙烯醇缩丁醛(polyvinyl butyral，PVB)。在一实施方式中，第一树脂层120的厚度例如是5微米至30微米。
第二树脂层140作为堆栈膜层的内层，配置于金属膜110的第二表面110b上。第二树脂层140是做为隔离层，用于包覆电池内芯，将金属层110与电池内芯隔离开来。在本实施方式中，第二树脂层140的材质例如是包括聚丙烯(polypropylene，PP)。在一实施方式中，第二树脂层140的厚度例如是30微米至80微米，本发明不以此为限。
黏着层130配置于第二树脂层140上，并且位于金属膜110以及第二树脂层140之间。在本实施方式中，黏着层130的材质例如是包括酸改性聚烯烃(acid-modifiedpolyolefin，mPO)或酸改性聚丙烯(acid-modified polypropylene，mPP)。在一实施方式中，黏着层130的厚度例如是3微米至15微米。
以下，将对堆栈膜层的制作方法进行详细说明。图3A至图3C是本发明一实施方式的堆栈膜层的制作方法流程的剖面示意图。
首先，请参照图3A，提供金属层110，其中金属层110具有彼此相对的第一表面110a与第二表面110b。在本实施方式中，金属层110的材料包括铝膜。在一实施方式中，金属层110的厚度例如是25微米至40微米，本发明不以此为限。
接着，形成黏着层130于第二树脂层140以及金属层110之间，使第二树脂层140贴合于金属层110的第二表面110b上，如图3B所示。举例来说，黏着层130的材质例如是酸改性聚烯烃或酸改性聚丙烯。在一实施方式中，黏着层130的厚度例如是3微米至15微米，本发明不以此为限。另外，在一实施方式中，第二树脂层140的材质例如是包括聚丙烯，且第二树脂层140的厚度例如是30微米至80微米，本发明不以此为限。
具体来说，在一实施方式中，当黏着层130的材质例如是酸改性聚烯烃时，藉由一道涂布制程，将酸改性聚烯烃涂布于金属层110的第二表面110b上，以形成黏着层130，并将黏着层130相对于金属层110的表面直接放置于第二树脂层140上，使第二树脂层140贴合于金属层110。在另一实施方式中，当黏着层130的材质例如是酸改性聚烯烃时，藉由一道涂布制程，将黏着层130涂布至第二树脂层140上，以形成黏着层130，并将黏着层130相对于第二树脂层140的表面直接放置于金属层110的第二表面110b上，使第二树脂层140贴合于金属层110。此外，在又另一实施方式中，当黏着层130的材质例如是酸改性聚丙烯时，藉由一道淋膜制程，将酸改性聚丙烯涂布于金属层110的第二表面110b上，以形成黏着层130，再将黏着层130相对于金属层110的表面直接放置于第二树脂层140上，进行升温与升压，以热压合制程，使第二树脂层140贴合于金属层110。所述的涂布制程包括滚筒式涂布(rollcoating)、刮刀式涂布(blade coating)、斜板式涂布(slide coating)、挤压式涂布法(slot-die)或线棒式涂布。
最后，在金属层110的第一表面110a上形成第一树脂层120，如图3C所示。具体来说，藉由一道涂布制程将第一树脂层120涂布于金属层110的第一表面110a上，并利用热固法(thermosetting)来完全固化使其成膜于金属层110的第一表面110a之上。详细而言，所述涂布制程包括滚筒式涂布、刮刀式涂布、斜板式涂布、挤压式涂布法或线棒式涂布。在本实施方式中，第一树脂层120的材质例如是包括聚乙烯醇缩丁醛。在一实施方式中，第一树脂层120的厚度例如是5微米至30微米，本发明不以此为限。至此，本发明的堆栈膜层已完成。此外，上述的制作方法是以先形成第二树脂层140后，再形成第一树脂层120为例，然本发明不以此为限；再其它实施方式中，亦可先形成第一树脂层120后，再形成第二树脂层140。
值得注意的是，本发明的第一树脂层120的材质包含聚乙烯醇缩丁醛，其为一种交联型树脂，具备高耐穿刺性及成型性外，更具有高耐化性的特性。此外，第一树脂层120与金属层110之间亦具有良好的接着强度。其中，第一树脂层120的制作程序仅需单道的涂布加工步骤，即可利用热固法进行干燥成膜，可有效控制膜层厚度外，更可节省额外的胶材需求(即：第一树脂层120与金属层110之间不具有黏着层)，进而确保涂布加工的精准度以及制程良率。由于本发明的第一树脂层120的主结构为交联型树脂，因此第一树脂层120的使用将不受限于第二树脂层140的制程(即：第二树脂层140是将黏着层130直接贴合于金属层110的第二表面110b上或是藉由热压合的方式使黏着层130贴合于金属层110的第二表面110b上)。
以下说明包含本发明的堆栈膜层的实施例1至实施例4以及比较例1至比较例2。
<实施例>
请参照前文关于堆栈膜层的结构与制造方法。下文将参照实施例1-4，更具体地描述本发明的特征。虽然描述了以下实施例1-4，但是在不逾越本发明范畴的情况下，可适当地改变所用材料、膜厚、处理细节以及处理流程等等。因此，不应由下文所述的实施例对本发明作出限制性地解释。
实施例1
在室温下，使用刮刀式涂布法将酸改性聚烯烃(acid-modified polyolefin，mPO)涂布至具有膜厚约40微米的铝膜(aluminium film)。然后，将铝层具有酸改性聚烯烃的表面放置在作为内层的聚丙烯(polypropylene，PP)膜上并进行贴合，使聚丙烯膜藉由酸改性聚烯烃而与铝膜相贴合，其中作为黏着层的酸改性聚烯烃具有约为3微米至5微米的膜厚，且聚丙烯膜具有约40微米的膜厚。接着，将具有聚乙烯醇缩丁醛(polyvinyl butyral，PVB)的树脂层使用刮刀式涂布法直接涂布至铝膜的另一表面上，利用热固法进行干燥成膜，以形成具有膜厚为25微米的外层。由上述步骤而完成本发明的堆栈膜层。
实施例2
实施例2的堆栈膜层是以与实施例1相同的步骤来制备。不同之处在于：改变外层的膜厚(如表1所示)，其中实施例2的外层膜厚为15微米。
实施例3
在室温下，使用淋膜制程将酸改性聚丙烯(acid-modified polypropylene，mPP)配置至具有膜厚约40微米的铝膜。然后，将铝层具有酸改性聚丙烯的表面放置在作为内层的聚丙烯膜上，并升温至摄氏150度以及升压至5千克力(kilogram-force，kgf)，以热压合的方式使聚丙烯膜藉由酸改性聚丙烯与铝膜相贴合，其中作为黏着层的酸改性聚丙烯的膜厚约为10微米至15微米，且聚丙烯膜具有约30微米至35微米的膜厚。接着，将具有PVB的树脂层使用刮刀式涂布法直接涂布至铝膜的另一表面上，利用热固法进行干燥成膜，以形成具有膜厚为25微米的外层。由上述步骤而完成本发明的堆栈膜层。
实施例4
实施例4的堆栈膜层是以与实施例3相同的步骤来制备。不同之处在于：改变具外层的膜厚(如表1所示)，其中实施例4的外层的膜厚为15微米。
<比较例>
比较例1至比较例2的堆栈膜层的结构可参考图1的堆栈结构，其包含作为外层的尼龙膜11、第一黏着层12、金属铝箔层13、第二黏着层14以及作为内层的密封层15。
比较例1至比较例2的堆栈膜层的制造方法与现有的铝塑膜的制造方法相同或相似；简单来说，将尼龙塑粒经过挤出机制成膜后，再经过双轴延伸机形成双轴延伸的尼龙膜11；通过第一黏着层12，使作为外层的尼龙层11与金属铝箔层13相贴合；并通过第二黏着层14，使作为内层的密封层15与金属铝箔层13的另一表面相贴合。据此，金属铝箔层13位于尼龙膜11以及密封层15之间。
相较之下，本发明的堆栈膜层与比较例1至比较例2的堆栈膜层的相异之处在于：在本发明的堆栈膜层中，本发明的外层(例如：第一树脂层120)是直接贴合于金属层110。
比较例1
比较例1的堆栈膜层为Showa 113um(产品名)，由日本昭和公司制作，其中比较例1的堆栈膜层是以与实施例1相似的步骤来制备。不同之处在于：比较例1的外层与金属铝箔层之间具有一层额外的第一黏着层。因此，比较例1的内层与金属铝箔层之间贴合制程，请参考实施例1的制备步骤，此处将不再赘述。比较例1的外层与金属铝箔层之间贴合制程，请参考下方说明。
在室温下，将改质亚克力树脂涂布至具有膜厚约40微米的金属铝箔层的表面上，然后将金属铝箔层具有改质亚克力树脂的表面与具有膜厚约25微米的尼龙膜进行贴合，使尼龙膜藉由改质亚克力树脂所形成的第一黏着层与金属铝箔层相贴合。第一黏着层的膜厚为3微米至5微米。据此，比较例1的堆栈膜层已完成。
比较例2
比较例2的堆栈膜层为DNP D-EL40H(产品名)，由大日本印刷公司制作，其中比较例2的堆栈膜层是以与实施例3相似的步骤来制备。不同之处在于：比较例2的外层与金属铝箔层之间具有一层额外的第一黏着层。因此，比较例2的内层与金属铝箔层之间贴合制程，请参考实施例3的制备步骤，此处将不再赘述。比较例2的外层与金属铝箔层之间贴合制程，请参考下方说明。
在室温下，将改质亚克力树脂涂布至具有膜厚约40微米的金属铝箔层的表面上，然后将金属铝箔层具有改质亚克力树脂的表面与具有膜厚约25微米的尼龙膜进行贴合，使尼龙膜藉由改质亚克力树脂所形成的第一黏着层与金属铝箔层相贴合。第一黏着层的膜厚为3微米至5微米。据此，比较例2的堆栈膜层已完成。
PVB：聚乙烯醇缩丁醛(polyvinyl butyral)
mPO：酸改性聚烯烃(acid-modified polyolefin)
mPP：酸改性聚丙烯(acid-modified polypropylene)
PP：聚丙烯(polypropylene)
A：产品名为Showa 113um，由日本昭和公司制作
B：产品名为DNP D-EL40H，由大日本印刷公司制作
<剥离强度的测定>
首先，将实施例1-4与比较例1-2的堆栈膜层裁切成宽度为15mm的测试样品。接着，使用万能试验机(岛津科学仪器股份有限公司(SHIMADZU)制造，设备名为AG-1S)，对各个测试样品中的外层(即：本发明中具有PVB的树脂层/比较例中的尼龙层)与金属层以50mm/min的剥离速度进行角度为180度的剥离强度测试，将该些测试样品拉伸至拉伸长度为50mm。其中，拉伸长度是取6个测试样品的中间值。值得一提的是，在业界设定的标准中，针对外层与金属层的测试，外层的剥离强度至少要大于4N/15mm。故，外层的剥离强度大于4N/15mm，则表2中记载“○”；若外层的剥离强度小于或等于4N/15mm，则表2中记载“×”。
〈耐穿刺的测定〉
首先，将实施例1-4与比较例1-2的堆栈膜层分别制作成长宽尺寸为10cm×10cm的测试样品。接着，使用智能电子拉力试验机(由Labthin公司制造)，对各个测试样品中的外层用具有直径2.03mm的针头以50mm/min的穿刺速度进行针头R角度(φ)为0.5度的穿刺测试，并求出此时的穿刺强度(N)，请参照表2。值得一提的是，外层的穿刺强度越大，则外层越不易受到外力破坏。也就是说，外层具有较强的耐穿刺性。
〈冲深的测定〉
首先，将实施例1-4与比较例1-2的堆栈膜层分别制作成长宽尺寸为8cm×10cm的测试样品。接着，对各个测试样品以6公斤的压力进行冷冲壳测试，将该些测试样品冲深至冲深长度大于4mm。在冷冲壳测试后，观察测试样品是否有破孔或分层等现象，若无发生破孔或分层，则表2中记载“○”，若发生破孔或分层，则表2中记载“×”。
〈耐热性的测定〉
首先，将实施例1-4与比较例1-2的堆栈膜层分别制作成长宽尺寸为3cm×15cm的测试样品。接着，对各个测试样品以摄氏220度的温度、0.3MPa的压力进行持续3秒的热压测试。在热压测试后，观察测试样品的外层是否被破坏，若外层无发生破坏，则表2中记载“○”，若外层被破坏，则表2中记载“×”。
〈耐溶剂的测定〉
首先，将实施例1-4与比较例1-2的堆栈膜层分别制作成长宽尺寸为10cm×10cm的测试样品。接着，使用酒精以及丁酮(methyl ethyl ketone，MEK)分别擦拭各个测试样品中的外层，并放置1分钟。在1分钟后，观察测试样品的外层是否被破坏(例如：外层的表面受到侵蚀)，若外层无发生破坏，则表2中记载“○”，若外层被破坏，则表2中记载“×”。
〈抗电解液的测定〉
首先，将实施例1-4与比较例1-2的堆栈膜层分别制作成长宽尺寸为10cm×10cm的测试样品。接着，使用电解液(DEC/EMC/EC＝1/1/1(wt％)+LiPF6)分别擦拭各个测试样品中的外层，并放置1分钟。在1分钟后，观察测试样品的外层是否被破坏(例如：外层的表面受到侵蚀)，若外层无发生破坏，则表2中记载“○”，若外层被破坏，则表2中记载“×”。
表2
由表2可知，相较于比较例1-2，实施例1-4的堆栈膜层同样在剥离强度测试、冲深测试、耐热度测试以及耐溶液测试等方面保持良好的表现，此表示实施例1-4的堆栈膜层具有良好的接着强度以及成型性。此外，由表2还可以得知，相较于比较例1-2，实施例1-4的堆栈膜层在耐穿刺测试以及抗电解液测试确实具有更好的表现，此表示实施例1-4的堆栈膜层具有良好的耐穿刺性以及耐化性。
综上所述，由于本发明的堆栈结构中的第一树脂层配置于金属膜的第一表面上，使第一树脂层与金属层之间具有良好的接着力；且第一树脂层可作为金属层的外层保护膜，使得本发明的堆栈结构具有高耐穿刺性、耐化性及成型性。除此之外，由于本发明的堆栈结构不同于现有的堆栈结构，因此相较于现有的堆栈结构的制作方法，本发明的堆栈膜层的制作方法具有较为简化的制程步骤，其仅需单道的涂布加工步骤，即可利用热固法进行外层的干燥成膜，可有效控制膜层厚度外，更可节省额外的胶材需求(即：第一树脂层与金属层之间不具有黏着层)，进而确保涂布加工的精准度以及制程良率。
虽然本发明已以实施方式揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的改动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求界定范围为准。
Claims (12)
1.一种堆栈膜层，其特征在于，包括：
金属层，具有彼此相对的第一表面与第二表面；
第一树脂层，配置于所述金属膜的所述第一表面上，所述第一树脂层的材料包括聚乙烯醇缩丁醛；
第二树脂层，配置于所述金属膜的所述第二表面上；以及
黏着层，配置于所述第二树脂层上，并且位于所述金属膜以及所述第二树脂层之间。
2.根据权利要求1所述的堆栈膜层，其特征在于，所述金属层的材料包括铝膜。
3.根据权利要求1所述的堆栈膜层，其特征在于，所述金属层的厚度为25微米至40微米。
4.根据权利要求1所述的堆栈膜层，其特征在于，所述第一树脂层的厚度为5微米至30微米。
5.根据权利要求1所述的堆栈膜层，其特征在于，所述第二树脂层的材料包括聚丙烯。
6.根据权利要求1所述的堆栈膜层，其特征在于，所述第二树脂层的厚度为30微米至80微米。
7.根据权利要求1所述的堆栈膜层，其特征在于，所述黏着层的材料包括酸改性聚烯烃或酸改性聚丙烯。
8.根据权利要求1所述的堆栈膜层，其特征在于，所述黏着层的厚度为3微米至15微米。
9.一种堆栈膜层的制作方法，其特征在于，包括：
提供金属层以及第二树脂层，其中所述金属层具有彼此相对的第一表面与第二表面；
形成黏着层于所述第二树脂层以及所述金属层之间，使所述第二树脂层贴合于所述金属层的所述第二表面上；以及
于所述金属层的所述第一表面上形成第一树脂层，所述第一树脂层的材料包括聚乙烯醇缩丁醛。
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，使所述第二树脂层贴合于所述金属层的所述第二表面上的步骤，包括：
以涂布制程，将所述黏着层涂布至所述金属层的所述第二表面上；以及
将所述黏着层相对于所述金属层的表面贴合于所述第二树脂层上，使所述第二树脂层与所述金属层贴合。
11.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，使所述第二树脂层贴合于所述金属层的所述第二表面上的步骤，包括：
以涂布制程，将所述黏着层涂布至所述第二树脂层上；以及
将所述黏着层相对于所述第二树脂层的表面贴合于所述金属层的所述第二表面上，使所述第二树脂层与所述金属层贴合。
12.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，使所述第二树脂层贴合于所述金属层的所述第二表面上的步骤，包括：
以淋膜制程，形成所述黏着层于所述金属层的所述第二表面上；
将所述黏着层相对于所述金属层的表面放置于所述第二树脂层上；以及
以热压合制程，使所述第二树脂层贴合于所述金属层。
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