CN113193275B - 一种铝塑膜用外层保护层、铝塑膜及锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种铝塑膜用外层保护层、铝塑膜及锂离子电池。其中，铝塑膜用外层保护层，包括以重量份计的如下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯92‑99份，乙酰化纤维素纳米晶1‑8份。应用本发明的外层保护层的铝塑膜，具有优异的冲深性能和耐腐蚀性能，有利于提升锂离子电池的使用寿命。

Description

一种铝塑膜用外层保护层、铝塑膜及锂离子电池

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种铝塑膜用外层保护层、铝塑膜及锂离子电池。

背景技术

近年来，锂离子电池在电动车和混合电动车等领域的应用也逐渐成为人们研究的热点，基于其具备众多优异的性能及广泛的应用前景，高性能锂离子电池用材料的研究和开发已成为国内外关注的热点。

目前较常见的锂离子电池用包装材料一般为铝塑复合膜结构，是由尼龙/PET、铝箔、聚丙烯等材料共同组成的一种复合材料，其功能主要是作为锂电池外壳，起到保护锂电池内部结构的作用。锂离子电池用包装材料的结构在功能上主要分为三层：外层保护层、中层阻隔层、内层热封层。

尼龙材料因其具有很高的机械强度，摩擦系数较低，自润滑性好，软化点高等优异的性能，作为锂离子电池用包装材料外层保护层材料被广泛应用。然而，由于在电解液的灌注过程中经常会发生溢出的状况，而残留在表面的电解液会使尼龙材料发生腐蚀及破损，这些都会影响电池的使用寿命及整体稳定性。为避免该状况发生，通常是将铝塑膜外层的尼龙替换成聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，或是在加工制成中将锂电池外层再贴一PET绝缘胶带包裹住，该方法可有效防止电解液对外层的腐蚀，但方法会降低铝塑复合膜的满冲深成型性能，或是增加制成工序，提高制造成本。

纤维素纳米晶(CNC)是一种具有棒状结构的高度结晶的刚性的纳米粒子。凭借其良好的生物降解性、高模量、低密度、生物相容性等优点，使得被广泛的用于改性聚合物基质。然而，因为纤维素纳米晶具有较高的表面积和较强的亲水性以及CNC的分子间和分子内的强氢键作用使得纤维素纳米晶易发生团聚，导致了其和大多数疏水性的热塑性聚合物之间的界面相互作用和相容性较差，复合改性效果比较低。因此，为了进一步扩展纤维素纳米晶作为纳米增强填料的应用范围，可通过乙酸酐的吡啶溶液对纤维素纳米晶进行乙酰修饰化反应制得乙酰化纤维素纳米晶(ACNC)，使得乙酰基团部分代替了纤维素纳米晶表面上的羟基，导致其极性和亲水性降低，从而可与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)更好的相容。

针对以上不足之处，故需要对其进行改进。

发明内容

基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种铝塑膜用外层保护层、铝塑膜及锂离子电池。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝塑膜用外层保护层，包括以重量份计的如下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯92-99份，乙酰化纤维素纳米晶1-8份。

作为优选方案，所述乙酰化纤维素纳米晶由纤维素纳米晶和乙酸酐在吡啶溶液中反应制得。

本发明还提供一种铝塑膜，具有如上任一方案所述的外层保护层。

作为优选方案，铝塑膜包括由外到内依次复合的所述的外层保护层、外层胶粘合层、外铬化处理层、铝箔层、内铬化处理层、内层胶粘合层、内层热封层。

作为优选方案，所述内铬化处理层、外铬化处理层分别由铝箔层的内外表面经过三价铬钝化剂处理后形成。

作为优选方案，所述外层保护层的厚度为15-30μm。

作为优选方案，所述外层胶粘合层为双组分聚氨酯粘合剂胶层，厚度为2-5μm；所述内层胶粘合层为多官能团环氧树脂粘合剂胶层，厚度为2-5μm。

作为优选方案，所述铝箔层为O态铝合金，厚度为30-50μm；所述内铬化处理层、外铬化处理层的厚度均为0.04-0.06μm。

作为优选方案，所述内层热封层为改性流延聚丙烯薄膜，厚度为30-50μm。

本发明还提供一种锂离子电池，采用如上任一方案所述的铝塑膜包装。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

应用本发明的外层保护层的铝塑膜，具有优异的冲深性能和耐腐蚀性能，有利于提升锂离子电池的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例1的铝塑膜的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例1：

如图1所示，本实施例的铝塑膜，由七层结构复合而成，具体根据铝塑膜接触电解液的顺序，由外到内(即图1中的由上至下)依次复合的外层保护层a、外层胶粘合层b、外铬化处理层c、铝箔层d、内铬化处理层e、内层胶粘合层f、内层热封层g，其中，铝箔层d的内、外表面经过三价铬钝化剂处理后形成内铬化处理层e、外铬化处理层c，再通过内层胶粘合层f、外层胶粘合层b分别与内层热封层g、外层保护层a进行复合。

本实施例的外层保护层a是由乙酰化纤维素纳米晶(ACNC)改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的新型材料。具体地，外层保护层a，包括以重量份计的如下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)99份，乙酰化纤维素纳米晶(ACNC)1份。

其中，本实施例的乙酰化纤维素纳米晶(ACNC)的制备方法，包括：

将5.0g的纤维素纳米晶加入到装有100mL的无水吡啶的三口烧瓶中并进行超声分散15min，然后将25mL乙酸酐溶解在20mL的无水吡啶中形成混合溶液，再通过分液漏斗逐滴地向纤维素纳米晶的吡啶悬浮液中滴加乙酸酐吡啶溶液；从加入的第一滴开始计时，在80℃、400r/min磁力搅拌下进行反应5h；待反应结束后，将反应后的悬浮液倒入1L的蒸馏水中终止乙酰化反应，静置一段时间后使得反应后的纤维素纳米晶沉淀，再利用离心分离得到固体的纤维素纳米晶，反复利用丙酮洗涤离心，以便除去反应得到的副产物；接着用蒸馏水洗涤离心三次，最后将乙酰化纤维素纳米晶的悬浮液用蒸馏水透析12h，完成后将乙酰化纤维素纳米晶进行冷冻干燥，研磨后得到白色粉末状的乙酰化修饰的纤维素纳米晶(ACNC)。

本实施例的铝塑膜，外层保护层a的厚度为25μm；外层胶粘合层b为双组分聚氨酯粘合剂胶层，厚度为4μm；铝箔层d采用8021O态铝合金，厚度为40μm；内铬化处理层e、外铬化处理层c为在铝箔层d的内、外表面辊涂三价铬钝化剂制成，内铬化处理层e、外铬化处理层c的厚度为0.05μm；内层胶粘合层f为多官能团环氧树脂粘合剂胶层，厚度为4μm；内层热封层g为改性流延聚丙烯薄膜，厚度为40μm。

本实施例的锂离子电池，采用本实施例的铝塑膜包装，有利于延长使用寿命。

实施例2：

本实施例的外层保护层与实施例1的不同之处在于：

外层保护层，包括以重量份计的如下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)98份，乙酰化纤维素纳米晶(ACNC)2份；其他同实施例1。

本实施例的铝塑膜包括本实施例的外层保护层，其他同实施例1。

本实施例的锂离子电池，采用本实施例的铝塑膜包装。

实施例3：

本实施例的外层保护层与实施例1的不同之处在于：

外层保护层，包括以重量份计的如下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)97份，乙酰化纤维素纳米晶(ACNC)3份；其他同实施例1。

本实施例的铝塑膜包括本实施例的外层保护层，其他同实施例1。

本实施例的锂离子电池，采用本实施例的铝塑膜包装。

实施例4：

本实施例的外层保护层与实施例1的不同之处在于：

外层保护层，包括以重量份计的如下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)96份，乙酰化纤维素纳米晶(ACNC)4份；其他同实施例1。

本实施例的铝塑膜包括本实施例的外层保护层，其他同实施例1。

本实施例的锂离子电池，采用本实施例的铝塑膜包装。

实施例5：

本实施例的外层保护层与实施例1的不同之处在于：

外层保护层，包括以重量份计的如下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)95份，乙酰化纤维素纳米晶(ACNC)5份；其他同实施例1。

本实施例的铝塑膜包括本实施例的外层保护层，其他同实施例1。

本实施例的锂离子电池，采用本实施例的铝塑膜包装。

实施例6：

本实施例的外层保护层与实施例1的不同之处在于：

外层保护层，包括以重量份计的如下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)94份，乙酰化纤维素纳米晶(ACNC)6份；其他同实施例1。

本实施例的铝塑膜包括本实施例的外层保护层，其他同实施例1。

本实施例的锂离子电池，采用本实施例的铝塑膜包装。

实施例7：

本实施例的外层保护层与实施例1的不同之处在于：

外层保护层，包括以重量份计的如下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)93份，乙酰化纤维素纳米晶(ACNC)7份；其他同实施例1。

本实施例的铝塑膜包括本实施例的外层保护层，其他同实施例1。

本实施例的锂离子电池，采用本实施例的铝塑膜包装。

实施例8：

本实施例的外层保护层与实施例1的不同之处在于：

外层保护层，包括以重量份计的如下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)92份，乙酰化纤维素纳米晶(ACNC)8份；其他同实施例1。

本实施例的铝塑膜包括本实施例的外层保护层，其他同实施例1。

本实施例的锂离子电池，采用本实施例的铝塑膜包装。

对比例1：

本对比例的铝塑膜与实施例1的不同之处在于：

本对比例的铝塑膜采用尼龙6膜材料作为外层保护层代替实施例1的铝塑膜的外层保护层，其他同实施例1。

对比例2：

本对比例的铝塑膜与实施例1的不同之处在于：

本对比例的铝塑膜采用尼龙66膜材料作为外层保护层代替实施例1的铝塑膜的外层保护层，其他同实施例1。

对比例3：

本对比例的铝塑膜与实施例1的不同之处在于：

本对比例的铝塑膜采用PET膜材料作为外层保护层代替实施例1的铝塑膜的外层保护层，其他同实施例1。

对上述实施例1-8及对比例1-3的铝塑膜进行冲深成型性能测试，具体如下：

冲深模具型号：105050，模具边R1.5，角R1.5，冲深深度：7mm；

测试结果如表1所示；

表1实施例1-8的铝塑膜与对比例1-3的铝塑膜的冲深性能对比测试结果

试样	冲深测试结果
		实施例1	无破损及针孔
实施例2	无破损及针孔
		实施例3	无破损及针孔
实施例4	无破损及针孔
		实施例5	无破损及针孔
实施例6	无破损及针孔
		实施例7	无破损及针孔
实施例8	无破损及针孔
		对比例1	无破损及针孔
对比例2	无破损及针孔
		对比例3	破损

另外，还对上述实施例1-8及对比例1-3的铝塑膜进行外层耐腐蚀性能测试，具体如下：

电解液成分：EC/DEC/DMC＝1:1:1+1.0mol LiPF₆，测试时间：24h；

测试结果如表2所示；

表2实施例1-8的铝塑膜与对比例1-3的铝塑膜的外层耐腐蚀性能对比测试结果

试样	耐腐蚀测试结果
		实施例1	无腐蚀
实施例2	无腐蚀
		实施例3	无腐蚀
实施例4	无腐蚀
		实施例5	无腐蚀
实施例6	无腐蚀
		实施例7	无腐蚀
实施例8	无腐蚀
		对比例1	表面完全被腐蚀
对比例2	表面完全被腐蚀
		对比例3	无腐蚀

综上，本发明的铝塑膜的外层保护层用乙酰化纤维素纳米晶(ACNC)改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的新型材料代替现有的尼龙/PET材料，使得铝塑膜兼备优异的冲深成型性及耐电解液腐蚀性能，从而有利于提升锂离子电池的使用寿命。

在上述实施例及其替代方案中，铝塑膜的结构不限于上述七层结构复合，还可以为现有常见的三层、五层等结构复合铝塑膜，只需将铝塑膜的外层保护层采用本发明的外层保护层即可，均可提升铝塑膜的冲深成型性及耐电解液腐蚀性能。

以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种铝塑膜用外层保护层，其特征在于，包括以重量份计的如下组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯92-99份，乙酰化纤维素纳米晶1-8份；

所述外层保护层的厚度为15-30μm。

2.根据权利要求1所述的一种铝塑膜用外层保护层，其特征在于，所述乙酰化纤维素纳米晶由纤维素纳米晶和乙酸酐在吡啶溶液中反应制得。

3.一种铝塑膜，其特征在于，具有如权利要求1或2所述的外层保护层。

4.根据权利要求3所述的一种铝塑膜，其特征在于，包括由外到内依次复合的所述的外层保护层、外层胶粘合层、外铬化处理层、铝箔层、内铬化处理层、内层胶粘合层、内层热封层。

5.根据权利要求4所述的一种铝塑膜，其特征在于，所述内铬化处理层、外铬化处理层分别由铝箔层的内外表面经过三价铬钝化剂处理后形成。

6.根据权利要求4所述的一种铝塑膜，其特征在于，所述外层胶粘合层为双组分聚氨酯粘合剂胶层，厚度为2-5μm；所述内层胶粘合层为多官能团环氧树脂粘合剂胶层，厚度为2-5μm。

7.根据权利要求4所述的一种铝塑膜，其特征在于，所述铝箔层为O态铝合金，厚度为30-50μm；所述内铬化处理层、外铬化处理层的厚度均为0.04-0.06μm。

8.根据权利要求4所述的一种铝塑膜，其特征在于，所述内层热封层为改性流延聚丙烯薄膜，厚度为30-50μm。

9.一种锂离子电池，其特征在于，采用如权利要求3-8任一项所述的铝塑膜包装。

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