CN109897565A - 防过封的电池用铝塑膜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防过封的电池用铝塑膜，包括外阻层、铝层和热熔粘接层，在铝层和粘结层之间还设置有功能层，制备功能层的原料为具有电绝缘性的热熔材料，其熔点高于热熔粘接层熔点。本发明通过在铝层和热熔粘结层之间设置一层功能层，有效的防止了电池包装中铝塑膜在封合时会产生过封的问题。

Description

防过封的电池用铝塑膜

[技术领域]

本发明涉及铝塑膜的结构，具体涉及防过封的电池用铝塑膜。

[背景技术]

目前市场上主流的锂电池封装形式主要有三种：圆柱、方形和软包。软包锂离子电池使用的封装材料，铝塑复合膜封装是软包锂离子电池生产工艺中最为关键的工序，是生产工艺中的最后一道防线。封装不佳，不论电池比能量达到多高，都会存在各种隐患，给用户带来无尽的风险和损失。软包装材料通常分为三层，即外阻层、中间层和内层。内层为粘结层，多采用聚乙烯或聚丙烯材料，起封口粘结作用；中间层为铝箔，能够防止电池外部水汽的渗入，同时防止内部电解液的渗出；外层为保护层，多采用高熔点的聚酯或尼龙材料，有很强的机械性能，防止外力对电池的损伤，起保护电池的作用。

软包电池的封装涉及到铝塑膜内层和铝塑膜内层的封装，以及铝塑膜内层和极耳外层的封装。铝塑膜的内层所用的粘结材料一般使用PP或者CPP等粘结剂，其熔点一般不会超过160℃。极耳的胶层一般分为三层，外层的粘结材料一般也使用PP或者CPP，其熔点一般也不会超过160℃。锂离子电池在生产过程中，封装方式一般采用软封或者硬封。软封和硬封各有优势，但都存在过封现象。

过封的原因主要为封头温度不均匀，导致局部或者整体封装处的铝塑膜材料，其内层的粘结材料过熔，并向周围扩散，导致该局部或者整***置铝塑膜的中间层铝箔裸露在外面。其结果有两种可能：一是对封的两片铝塑膜其局部或者整***置，中间没有粘结材料，导致铝塑膜上的铝箔和铝箔接触，进而产生漏电流；二是导致过封处没有粘结材料，切断了铝塑膜间的粘结，进而产生漏液。上述情况同样可能发生在极耳和铝塑膜的封装处。

对于这种过封的现象，软封和硬封相比较而言，软封出现的频率更高。这是因为软封的封头采用硅胶条作为内嵌，所以对封装温度的精确度要求较低。采用软封装的厂家普遍采用较宽的温度范围，一般在200℃左右，公差可能在正负20℃左右，根据各家工艺进行调整，此不做概述。由于其温度范围较大，所以容易导致封装位置局部或者整体产生过封的现象。硬封出现的频率较低，主要是因为硬封的封头采用高精度的金属作为模具，所以对温度的控制较为精准。但是在长期生产过程中，封头存在磨损，且对于使用周期各家厂家各有不同，封头出现磨损的时间无法进行预判，所以依旧存在过封的现象。需要说明的一点是封装温度普遍高于CPP的熔点，这是由封头和铝塑膜上CPP的热传导缓慢导致的。软封过程中使用硅胶条，人为阻隔了封头和铝塑膜的直接接触；即使在硬封过程中，封头和铝塑膜直接接触，最先接触的外表面导热性也较差，传导至铝塑膜上的CPP需要一定时间。

[发明内容]

本发明的主要目的在于提供一种能够防止过封的铝塑膜，其结构如下：

包括外阻层、铝层和热熔粘接层，在铝层和粘结层之间还设置有功能层，其中

制备功能层的原料为具有电绝缘性的热熔材料，且熔点高于热熔粘接层熔点，

功能层通过a.与铝层之间涂覆热熔胶后热压合或b.将功能层的原料直接涂布于铝层表面后形成功能层，实现与铝层的结合，

热熔粘接层通过a.与功能层之间涂覆热熔胶后热压合或b.将热熔粘结层的原料通过热熔涂布于功能层表面后形成热熔粘结层，实现与功能层的结合。

上述铝塑膜还具有如下优化结构、工艺和配方。

制备功能层的原料优选包括聚甲醛，聚乳酸，聚己二酰己二胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚苯乙烯或聚四氟乙烯。

功能层厚度优选为10～20微米。

功能层通过与铝层之间涂覆热熔胶后热压合的方式与铝层结合时，功能层采用无纺布，无纺布的孔隙率在40％～60％。进一步的，无纺布优选通过纺粘无纺布工艺或热合无纺布工艺制备得到。

所述的功能层通过将功能层的原料直接涂布于铝层表面后形成功能层的方式与铝层结合时，制备功能层的原料熔点还低于外阻层的熔点。

铝层厚度优选为30～50μm。

铝层优选经过表面处理增加比表面积。又或为表面腐蚀，形成双面厚度方向5微米以内的不穿透铝箔的腐蚀。

热熔粘结层厚度在60μm以上。

本发明通过在铝层和热熔粘结层之间设置一层功能层，有效的防止了电池包装中铝塑膜在封合时会产生过封的问题，通过发明的优化方案，功能层通过涂布或热合的方式能够有效的与经过表面处理的铝层形成紧密的结合，不会产生分离的问题，有效延缓了电池器件的成品率和使用寿命。

[附图说明]

图1防止过封的铝塑膜的横截面示意图。

图中：1.外阻层，2.铝层，3.功能层，4.热熔粘结层。

[具体实施方式]

本发明涉及一种可以防止过封的铝塑膜材料，该种材料在使用过程中不容易发生过封现象。

实施例1：

本实施例采用化学腐蚀的方法进行高比表面积铝层的制备，采用纺粘无纺布工艺对铝塑膜的PET功能层进行制备，对表面预处理后的铝箔进行高比表面处理。后将功能层和高比表面积铝层进行共挤复合。

首先进行高比表面积铝层的制备：

表面处理后的铝箔进行腐蚀处理：将完成涂层处理和表面预处理的铝层，送入腐蚀槽，通过在酸性环境下的腐蚀作用，将铝箔表面处理成双面5微米以内的腐蚀，空隙率维持在50％最佳。一次腐蚀一般选用强酸进行腐蚀，一般选用硝酸、盐酸等强酸，起到表面腐蚀的作用；二次腐蚀可以选择弱酸也可以选择弱碱进行微量腐蚀，可以选用磷酸等，主要起到修饰孔隙大小的作用。具体的腐蚀工艺见下：

原酸化验——原酸稀释——配制——检测——放卷——一次腐蚀——二次腐蚀——后处理——清洗。

腐蚀的作用能够在铝箔的表面形成致密的粗糙表面，这种粗糙表面能够极大的比表面积，极大的增加与功能层的结合能力。

将成型后的高比表面积铝层和尼龙保护层进行复合：

在高比表面积铝层的其中一面，涂覆一层2-5μm的热熔胶，将尼龙保护层和铝层之间进行热压复合。

其次制备无纺布功能层，本实施例使用PET作为功能层材料：

纺粘无纺布是在聚合物已被挤出、拉伸而形成连续长丝后，长丝铺设成网，纤网再经过自身粘合、热粘合、化学粘合或机械加固方法，使纤网变成无纺布。将高熔点的PET在大螺杆中进行熔融操作，然后通过高温管道进行挤出操作。由于生产过程中PET自身带有的部分杂质，所以在挤出后需要进行过滤处理。过滤后的PET经过计量泵定量地向纺丝设备输送熔融后的液态聚合物。

后纺丝设备需要对PET进行纺丝操作，纺丝操作对于无纺布的制造工艺而言尤为重要，所以需在该道工序消耗较长时间。纺丝过程中，液态PET由熔融状态进行纺丝，后经由喷丝头细孔压出形成丝状PET。纺丝结束后通过常温或者低温设备对其进行冷却处理，此时PET已经由熔融态转变为丝状物质。

通过气流牵引的作用，丝状PET进行编织形成网状结构。成网后的PET经由辊压机设备进行辊压，将疏松的网状结构通过外力变成致密的网状结构，后经过加固辊压，变成PET无纺布材料，后经过卷绕变成无纺布成品。具体的工艺路线见下：

聚合物——大螺杆高温熔融挤出——过滤器——计量泵(定量输送)——纺丝(纺丝入口上下拉伸抽吸)——冷却——气流牵引——网帘成网——上下压辊(预加固)——轧机热轧(加固)——卷绕

然后进行功能层和铝层、CPP层之间的复合：

成型后的功能层两面都涂覆一层2-5微米的热熔胶，一边用作和铝层的粘接，一边用作与CPP层的粘接。将上述几层材料预贴合后，进行预压，主要起到赶走层与层间气泡的作用。将预处理后的几层材料，送入大螺杆设备进行共挤准备，送料过程中需保证尼龙层、铝箔层、无纺布层和CPP层平整度和对齐度。然后共同送入模口，通过螺杆和柱塞的挤压作用形成最终的铝塑膜材料，详见图1。

实施例2：

本实施例采用化学腐蚀的方法进行高比表面积铝层的制备，采用热合无纺布工艺对铝塑膜的PTFE功能层进行制备，对表面预处理后的铝箔进行高比表面处理工艺处理。后将功能层和高比表面积铝层进行共计复合，和CPP之间采用涂布复合。

首先进行高比表面积铝层的制备：

表面处理后的铝箔进行腐蚀处理：将完成涂层处理和表面预处理的铝层，送入腐蚀槽，通过在酸性环境下的腐蚀作用，将铝箔表面处理成双面5微米以内的腐蚀，空隙率维持在50％最佳。一次腐蚀一般选用强酸进行腐蚀，一般选用硝酸、盐酸等强酸，起到表面腐蚀的作用；二次腐蚀可以选择弱酸也可以选择弱碱进行微量腐蚀，可以选用磷酸等，主要起到修饰孔隙大小的作用。具体的腐蚀工艺见下：

原酸化验——原酸稀释——配制——检测——放卷——一次腐蚀——二次腐蚀——后处理——清洗。

腐蚀的作用能够在铝箔的表面形成致密的粗糙表面，这种粗糙表面能够极大的比表面积，极大的增加与功能层的结合能力。

将成型后的高比表面积铝层和尼龙保护层进行复合：

在高比表面积铝层的其中一面，涂覆一层2-5μm的热熔胶，将尼龙保护层和铝层之间进行热压复合。

其次制备无纺布功能层，本实施例使用PTFE作为功能层材料：

热合无纺布是指在纤网中加入纤维状或粉状热熔粘合加固材料，纤网再经过加热熔融冷却加固成布。将高熔点的PTFE在高温炉中进行熔融，后通过高温管道将熔融的PTFE材料，定量的送入纤维网中进行填充，后经过热风烘箱，PTFE表层纤维熔融，表层纤维搭接在一起发生粘合，PTFE的芯层纤维不熔融提供支撑，从热风烘箱出来后，就成为热风布，后经过冷却行程PTFE的无纺布材料。具体的工艺路线为：

送料——计量泵——高温熔融——送网填充——热风熔融——冷却加固

然后进行功能层和铝层之间的复合：

在成型后的功能层一面涂覆一层2-5微米的热熔胶，用作和铝层的粘接，然后将两者进行热压复合。

最后进行功能层和CPP层之间的涂布复合：

将尼龙层、高比表面积铝层、功能层成型一体后的材料进行成卷处理。将成卷的材料送入涂布机的待涂布区。涂布机的涂布头处必须有5-6米的高温区域，其中温度保证在165℃左右。将未熔的CPP材料送入涂布机的加料装置，然后送入涂布头处的高温区域进行熔融，通过涂布头上的挤料头进行喷涂，将熔融后的CPP喷涂于成卷的功能层表面，通过室温自然干燥固化。涂布过程中控制涂布的温度、涂布的气压流速进而控制涂布的面密度，从而达到控制CPP厚度的目的。成型后的铝塑膜详见图1。

实施例3：

本实施例采用化学腐蚀的方法进行高比表面积铝层的制备，然后通过涂布方法将高温功能层材料POM，涂布于高比表面积铝箔上，再将CPP涂布于功能层上，实现功能层和铝层，以及功能层和CPP层之间的复合。

首先进行高比表面积铝层的制备：

表面处理后的铝箔进行腐蚀处理：将完成涂层处理和表面预处理的铝层，送入腐蚀槽，通过在酸性环境下的腐蚀作用，将铝箔表面处理成双面5微米以内的腐蚀，空隙率维持在50％最佳。一次腐蚀一般选用强酸进行腐蚀，一般选用硝酸、盐酸等强酸，起到表面腐蚀的作用；二次腐蚀可以选择弱酸也可以选择弱碱进行微量腐蚀，可以选用磷酸等，主要起到修饰孔隙大小的作用。具体的腐蚀工艺见下：

原酸化验——原酸稀释——配制——检测——放卷——一次腐蚀——二次腐蚀——后处理——清洗。

腐蚀的作用能够在铝箔的表面形成致密的粗糙表面，这种粗糙表面能够极大的比表面积，极大的增加与功能层的结合能力。

将成型后的高比表面积铝层和尼龙保护层进行复合：

在高比表面积铝层的其中一面，涂覆一层2-5μm的热熔胶，将尼龙保护层和铝层之间进行热压复合。

其次进行高比表面积铝层和功能层间的涂布复合：

将尼龙层和高比表面积铝层成型一体后的材料，进行成卷处理。将成卷的材料送入涂布机的待涂布区。涂布机的涂布头处必须有5-6米的高温区域，其中温度保证在175℃以上。将POM材料送入涂布机的加料装置，然后送入涂布头处的高温区域进行熔融，通过涂布头上的挤料头进行喷涂，将熔融后的POM喷涂于成卷的功能层表面，通过室温自然干燥固化。涂布过程中控制涂布的温度、涂布的气压流速进而控制涂布的面密度，从而达到控制POM厚度的目的。

最后进行功能层和CPP层之间的涂布复合：

将尼龙层、高比表面积铝层、功能层成型一体后的材料进行成卷处理。将成卷的材料送入涂布机的待涂布区。涂布机的涂布头处必须有5-6米的高温区域，其中温度保证在165℃左右。将未熔的CPP材料送入涂布机的加料装置，然后送入涂布头处的高温区域进行熔融，通过涂布头上的挤料头进行喷涂，将熔融后的CPP喷涂于成卷的功能层表面，通过试问自然干燥固化。涂布过程中控制涂布的温度、涂布的气压流速进而控制涂布的面密度，从而达到控制CPP厚度的目的。成型后的铝塑膜详见图1。

实施例4(对比实施例1)：

分别采用本发明制备的铝塑膜材料和常规三层铝塑膜材料进行封装比较。选取厚度相同的两种样品，厚度为150微米左右(其中CPP的厚度都为80微米左右)。将本发明制备的铝塑膜材料称为A，常规铝塑膜材料称为B。将两片A材料进行对封，两片B材料进行对封。进行相同封装时间，相同封装压力下，不同温度的封装测试。具体的封装方式为硬封，封装后测试边电阻，具体参数和测试数据见下表。

表一 两种铝塑膜不同温度下的封装结果

从上表可以看出，在相同封装压力的情况下，当封装温度达到220℃条件下，A类铝塑膜的边电阻显示该种铝塑膜的内外还是绝缘的，受限于测试表具，无法显示具体数值，但从该数据看表现为为边电阻无穷大，内外处于绝缘状态。而B类铝塑膜的边电阻有0值，表示为该封装后的铝塑膜存在内短路现象，即两层铝塑膜中的铝箔部分已经接触，内外不绝缘。

实际生产过程中，该种现象会导致单体存在漏电流，单体表现为电压保持能力差。

在实际生产过程中，尤其是有些厂家使用的是软封的封装方式，在封装过程中，对温度的控制较为随意，且由于封装胶条的替换，每次进行封装生产前都会对温度进行调整，故较容易出现过封的现象，导致单体电压保持能力差，坏品率增加。

除了上述实施例，可供选择的制备功能层的原料还包括下述材料：POM聚甲醛(175℃)，PLA聚乳酸(175-185℃)，PA66聚己二酰己二胺(253℃)，PET聚对苯二甲酸乙二醇酯(250℃)，PS聚苯乙烯(240℃)，PTFE聚四氟乙烯(327℃)，但不仅限于上述材料。

实施例4(对比实施例2)：

分别采用本发明制备的铝塑膜材料和常规三层铝塑膜材料进行封装比较。选取厚度相同的两种样品，厚度为150微米左右(其中CPP的厚度都为80微米左右)。将本发明制备的铝塑膜材料称为A，常规铝塑膜材料称为B。将两片A材料进行对封，两片B材料进行对封。进行相同封装时间，相同温度下，不同封装压力的封装测试。具体的封装方式为硬封，封装后测试边电阻，具体参数和测试数据见下表。

表二 两种铝塑膜不同压力下的封装结果

从上表可以看出，在相同封装温度的情况下，当封装压力达到0.6Mpa条件下，A类铝塑膜的边电阻显示该种铝塑膜的内外还是绝缘的，受限于测试表具，无法显示具体数值，但从该数据看表现为为边电阻无穷大，内外处于绝缘状态。而B类铝塑膜的边电阻有0值，表示为该封装后的铝塑膜存在内短路现象，即两层铝塑膜中的铝箔部分已经接触，内外不绝缘。当封装压力达到0.7Mpa条件下，也存在相同内短路情况，导致边电阻为0。

在实际生产过程中，不论软封还是硬封，由于设备老化或者设备气压不稳定，导致单体在封装过程中所受的压力并不是恒定不变的，使用A类铝塑膜导致过封的概率较小，但也不能排除滥用设备导致的过封。而B类铝塑膜在压力不稳定的条件下容易导致过封，进而是坏品率增加。

Claims (10)

1.一种防过封的电池用铝塑膜，包括外阻层、铝层和热熔粘接层，其特征在于在铝层和粘结层之间还设置有功能层，其中

制备功能层的原料为具有电绝缘性的热熔材料，且熔点高于热熔粘接层熔点，

功能层通过a.与铝层之间涂覆热熔胶后热压合或b.将功能层的原料直接涂布于铝层表面后形成功能层，实现与铝层的结合，

热熔粘接层通过a.与功能层之间涂覆热熔胶后热压合或b.将热熔粘结层的原料通过热熔涂布于功能层表面后形成热熔粘结层，实现与功能层的结合。

2.如权利要求1所述的防过封的电池用铝塑膜，其特征在于制备功能层的原料包括聚甲醛，聚乳酸，聚己二酰己二胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚苯乙烯或聚四氟乙烯。

3.如权利要求1或2所述的防过封的电池用铝塑膜，其特征在于所述的功能层厚度为10~20微米。

4.如权利要求1或2所述的防过封的电池用铝塑膜，其特征在于所述的功能层通过与铝层之间涂覆热熔胶后热压合的方式与铝层结合时，功能层采用无纺布，无纺布的孔隙率在40%~60%。

5.如权利要求4所述的防过封的电池用铝塑膜，其特征在于所述的无纺布通过纺粘无纺布工艺或热合无纺布工艺制备得到。

6.如权利要求1所述的防过封的电池用铝塑膜，其特征在于所述的功能层通过将功能层的原料直接涂布于铝层表面后形成功能层的方式与铝层结合时，制备功能层的原料熔点还低于外阻层的熔点。

7.如权利要求1所述的防过封的电池用铝塑膜，其特征在于所述的铝层厚度为30~50μm。

8.如权利要求1所述的防过封的电池用铝塑膜，其特征在于所述的铝层经过表面处理增加比表面积。

9.如权利要求8所述的防过封的电池用铝塑膜，其特征在于所述的表面处理为表面腐蚀，形成双面厚度方向5微米以内的不穿透铝箔的腐蚀。

10.如权利要求1所述的防过封的电池用铝塑膜，其特征在于所述的热熔粘结层厚度在60μm以上。