一种软包电池用外包装复合膜及其制备方法与流程

1.本发明属于锂电池外包装材料技术领域，具体涉及一种软包电池用外包装复合膜及其制备方法。


背景技术：

2.软包电池作为常见电池种类，它具有以下优势：(1)可塑性好，安全性能高，不容易发生爆炸；(2)电池容量大，较钢壳电池高10-15％，较铝壳电池高5-10％；(3)内阻小于35mω，降低电池的自耗电。这些优势使软包电池在3c类电池领域获得广泛应用。但要满足动力电池的生产需求，它仍需要获得以下改进：
3.一、提高刚性。铝塑膜作为常见软包材料中间层，其刚性强度不足，用于动力电池中容易产生电解液泄露、电池破损等风险。
4.二、提高导热系数。当充放电倍率增大时，因为充电较快会产生高热量，此时将铝塑膜作为软包装电池的包装材料，需要通过pack气冷的方式进行冷却，会导致电池内部温度持续上升，加快电池老化。
5.三、添加表面致密层保护层。当铝合金与水接触之后会发生渗氢，同时无法恢复原有的韧性，使得软包电池无法长期在苛刻环境下使用。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种软包电池用外包装复合膜及其制备方法，该复合膜具有良好的刚性、较高的导热系数和优异的稳定性。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
8.一种软包电池用外包装复合膜，所述外包装复合膜包括由内至外依次连接的塑料薄膜层、粘结剂层、镁锂合金层、碱金属层和纳米硅层；其中：
9.所述塑料薄膜层的组成材料包括cpp(聚丙烯)、lldpe(线型低密度聚乙烯)、ldpe(低密度聚乙烯)、hdpe(高密度聚乙烯)、pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)的至少一种；
10.所述粘结剂层的组成材料包括聚氨酯、聚烯烃、环氧丙烯酸酯、橡胶型粘结剂中的至少一种；
11.所述镁锂合金层的厚度为5-180μm，优选为15-60μm；所述镁锂合金层中锂含量为10％-20％；
12.所述碱金属层的厚度为20-150μm，优选为35-80μm；所述碱金属层的组成材料包括氧化镁和氢氧化镁；
13.所述纳米硅层的厚度为0.1-10μm；优选为0.2-3μm；所述纳米硅层中纳米硅颗粒的直径为1-10nm；
14.本发明还提供了上述所述的软包电池用外包装复合膜的制备方法，包括以下步骤：
15.(1)对镁锂合金箔材进行打磨、清洗、烘干处理后形成镁锂合金层，在镁锂合金层
的一个表面上涂覆粘结剂，形成粘结剂层；
16.(2)将塑料薄膜贴合在粘结剂层上，干燥后形成塑料薄膜层；
17.(3)在镁锂合金层的另一个表面上通过化学转化法、等离子体氧化法、电镀法或气相沉积法制备得到碱金属层；
18.(4)在碱金属层的表面喷涂硅纳米颗粒形成纳米硅层，即得到目标产品。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
20.(1)本发明提供的软包电池用外包装复合膜具有良好的机械性能，这是因为本发明中用镁锂合金取代了铝合金，提高了复合膜的吸震能力，整体提高了电池运输的安全性能和电池寿命。同时，镁锂合金的低密度又可以降低电芯的质量，提高能量密度。
21.(2)本发明提供的软包电池用外包装复合膜具有较高的导热系数，这是因为复合膜中含有碱金属层，碱金属层具有耐热震性能、耐腐蚀性能、高导热系数、抗氧化等优势性能。当充放电倍率增大时，提高了电池包整体的导热性能，防止电池内部温度的持续上升，避免电池快速老化。
22.(3)本发明公开的复合膜表面具有良好的致密性，镁锂合金层外侧的碱金属层和纳米硅层对镁锂合金层起到保护作用，其作用机理是：当硅纳米颗粒喷涂于碱金属层表面时，可以与碱金表面羟基和氧自由基反应，形成致密的硅酸盐，进一步增加复合膜的稳定性，进一步保护内部的镁锂合金层，可以防止渗入氢现象，解决软包电池无法长期在苛刻环境下使用的问题。
附图说明
23.图1为本发明提供的软包电池用外包装复合膜的剖视图；
24.附图标记：1-塑料薄膜层，2-粘结剂层，3-镁锂合金层，4-碱金属层，5-纳米硅层。
具体实施方式
25.下面结合实施例和附图对本发明作更进一步的说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
26.参考图1，一种软包电池用外包装复合膜，该外包装复合膜包括由内至外依次连接的塑料薄膜层1、粘结剂层2、镁锂合金层3、碱金属层4和纳米硅层5，其中：镁锂合金层的厚度为5-90μm，镁锂合金层中锂含量为10％-20％；碱金属层的厚度为20-150μm，碱金属层中包括氧化镁和氢氧化镁；纳米硅层的厚度为0.1-10μm，纳米硅层中纳米硅颗粒的直径为1-10nm。
27.实施例
28.一种软包电池用外包装复合膜的制备方法包括以下步骤：
29.(1)对镁锂合金箔材进行打磨、清洗、烘干处理后形成镁锂合金层，在镁锂合金层的一个表面上涂覆粘结剂，形成粘结剂层；粘结剂的组成材料为聚氨酯、聚烯烃、环氧丙烯酸酯、橡胶型粘结剂中的至少一种；
30.(2)将塑料薄膜贴合在粘结剂层上，干燥后形成稳定塑料薄膜层；塑料薄膜层的组成材料包括cpp、lldpe、ldpe、hdpe、pet、pvg中的至少一种；
31.(3)在镁锂合金层的另一个表面上通过金属置换法、电解熔融法、真空镀膜、磁控
溅射等方法制备得到碱金属层，碱金属层的组成材料包括氧化镁和氢氧化镁；
32.(4)在碱金属层的表面喷涂粒径为2nm的硅纳米颗粒形成纳米硅层，即得到目标产品。
33.将上述塑料薄膜层、粘结剂层、镁锂合金层、碱金属层设计成不同的厚度并对各层组成材料进行不同选择，制备得到不同性能的外包装复合膜，各外包装复合膜中各层的厚度以及相关信息见下述实施例组和对应的表格。
34.需要说明的是，下述各实施例组中塑料薄膜层材质为cpp；粘结剂层材质为聚氨酯；碱金属层的制备方法为磁控溅射法，具体方法为：在真空中把1：1摩尔比的氧化镁和氢氧化镁纳米颗粒进行蒸发或溅射，使其在镁锂合金层表面上凝固并沉积，即形成碱金属层。
35.实施例组1
36.表1实施例组1中各层厚度详情表
[0037][0038][0039]
实施例组2
[0040]
表2实施例组2中各层厚度详情表
[0041][0042]
实施例组3
[0043]
表3实施例组3中各层厚度详情表
[0044][0045]
实施例组4
[0046]
表4实施例组4中各层厚度详情表
[0047][0048]
对比例1
[0049]
与实施例组1中的实施例1-4相比，对比例1不进行步骤(4)，其它工艺均与实施例相同，制得的产品为表面不含有纳米硅层的复合膜。
[0050]
对比例2
[0051]
与实施例组1中的实施例1-4相比，对比例2不进行步骤(3)，其它工艺均与实施例相同，制得的产品为不含有碱金属层的复合膜。
[0052]
对比例3
[0053]
与实施例组1中的实施例1-4相比，对比例3中间金属层为铝合金层，其他工艺均与实施例相同，值得产品为不含镁锂合金金属层。
[0054]
性能检测
[0055]
对上述各实施例和对比例制得的产品进行性能测试，测试结果如下表5所示：其中各测试项目所依据的测试标准或测试方法分别如下：
[0056]
抗拉强度，使用智能电子拉力试验机测试，根据标准《gb/t 36363-2018锂离子电
池用聚烯烃隔膜》测试；
[0057]
剥离程度，根据标准《gb/t 2792-2014胶粘带剥离强度的试验方法》测试获得；
[0058]
抗电解液，根据标准《gb/t 8808-1988软质复合塑料材料剥离试验方法》规定的方法测试在电解液中浸泡24h后的包装材料剥离力获得；
[0059]
导热系数，根据标准《20211078-t-606塑料导热系数和热扩散系数的测定第1部分:通则》规定的方法测试获得；
[0060]
表5各实施例和对比例制得的产品性能测试
[0061][0062]
由上表可知，在镁锂合金表面增加碱金属层和纳米硅层后，复合包装材料的抗电解液能力有所提升。说明硅纳米颗粒喷涂于碱金属层表面时，可以与碱金属表面羟基和氧
自由基反应，形成致密的硅酸盐，可以防止电解液的腐蚀，增加包装材料的稳定性。
[0063]
由上表可知，使用镁锂合金层可以增强复合包装材料的抗拉强度，具有更加有益的机械性能。说明镁锂合金可以增强软包电池的安全性能，整体提高了电池运输的安全性能和电池寿命。
[0064]
由上表可知，使用镁锂合金层可以增加复合包装材料的导热性。同时碱金属层的添加进一步增强了导热性，具有更好的散热性能。说明当充放电倍率增大时，此类含有碱金属层的复合包装材料能够防止电池内部温度的持续上升，避免电池快速老化。
[0065]
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。