电池包装膜及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种电池包装膜及其制备方法，电池包装膜包含：铝箔层，氟树脂层，黏着层以及聚烯烃密封层。氟树脂层配置于铝箔层的第一表面上。黏着层配置于铝箔层的第二表面上，其中，该第一表面与该第二表面相对。聚烯烃密封层藉由黏着层贴附于铝箔层上。本发明提供的电池包装膜由于直接将氟树脂层涂布于铝箔层的表面，避免习知技术中通过黏着剂将尼龙层贴附于铝箔表面，因此，使得采用本发明的电池包装膜包装的电池可具有较薄的厚度及更好的耐受性。
【专利说明】电池包装膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明有关于一种电池包装膜，且特别是有关于一种包含氟树脂层的电池包装膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子二次电池的发展趋势以高体积能量密度为主，并被广泛应用在可携式电子产品、智能型手机与电动车等领域。近年来，伴随行动电气机器的小型化、轻量化，其所搭载的锂离子电池或锂聚合物电池的外包装材料需具备轻薄、高阻隔性，并可适用于不同尺寸与厚度的电池。据此，旧有的金属罐包装已被厚度在10~100微米(μL?)范围内的两面以塑料薄膜贴合的铝箔所取代，以谋求电池的轻量化。
[0003]因为包装材料属于电池的一部分，所以它对电池的各项性能具有重要影响，故作为电池的包装材料必须具有特定的物理性质要求。
[0004]锂电池对温度非常敏感，为确保作为充放电的内容物的电池因温度上升时热密封口的稳定性与密封性，以及考虑使用环境的温度等，锂电池的包装材料还需具有耐热性、耐寒性，因此，锂电池的包装材料应确保电池的稳定性与密封性，且需要有极好的热封性。
[0005]此外，包装材料中的某些有机物质可能溶于电解液中产生电化学反应而破坏电池的性能，故包装材料在包装后，在长期贮存和运转之中，电解液不能发生渗漏现象。包装材料既不能被电解液所溶解，又不能与电解液起溶胀作用，故包装材料需具有良好的耐电解液浸泡能力。
[0006]电池的密封部分受到外部水分渗入时，电解质会水解产生酸与热，其可能会腐蚀包装材料，又因会产生热量，故有时成为电池起火的原因。又或者因为温度上升，引起电池的电力下降，亦会使所连接的机器产生停止或故障等问题。因此，电池包装材料皆被要求应具有可阻隔水气的性质。包装材料通过对水氧的阻隔来达到对电池性能的维护。换言之，包装材料的水气阻隔性对电池具有重要影响。
[0007]考虑电池的必要物性、加工性与经济性等，目前习知的电池包装膜为依序由尼龙层、铝箔层、密封层及黏着前述各层的黏着层所构成。铝箔层作为中间层，可隔绝水气，而尼龙层及密封层则用以提供高温热封及强度支撑等特性。然而，尼龙层在高湿高温的环境下容易脆裂，无法保护铝箔层，致使铝箔容易被外在环境的酸气或盐分腐蚀，造成电解液渗出与电池损坏的风险。此外，一般的黏着尼龙层所使用的黏着剂皆使用聚氨酯系黏着剂与芳香族系硬化剂，其容易发生黄化与高温高湿水解的现象，进而造成接口脱层与黏着层变质等问题而导致铝箔腐蚀。
[0008]因此，目前需求一种新颖的电池包装膜，以解决前述问题。
【发明内容】
[0009]本发明提供一种新颖的电池包装膜，本发明的电池包装膜具有良好的耐候性与水气阻隔性，且具有较薄的厚度。[0010]本发明提供一种电池包装膜，其包含:招箔层；氟树脂层，其配置于前述铝箔层的第一表面上；黏着层，其配置于前述铝箔层的第二表面上，其中，该第二表面与该第一表面相对；以及聚烯烃密封层，其藉由前述黏着层贴附于前述铝箔层上。
[0011]在本发明的一实施例中，前述氟树脂层的材料为选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基单体共聚物以及四氟乙烯-乙烯基单体共聚物所组成的群组。
[0012]在本发明的一实施例中，前述氟树脂层的厚度为10微米(μ m)至25微米(μ m)。
[0013]在本发明的一实施例中，前述氟树脂层与前述铝箔层之间的黏着力以百格测试大于5B。
[0014]在本发明的一实施例中，前述铝箔层的该第一表面被进行表面处理。
[0015]在本发明的一实施例中，前述铝箔层的该第一表面具有羟基(OH)基团。
[0016]在本发明的一实施例中，前述黏着层的材料选自由聚烯烃树脂、聚酯系树脂、聚醚系树脂、环氧系树脂及其组合所组成的群组。
[0017]在本发明的一实施例中，前述聚烯烃密封层为铸塑聚丙烯(CPP)膜。
[0018]本发明另提供一种电池包装膜的制造方法，前述制造方法包含以下步骤:提供铝箔层；对前述铝箔层的第一表面进行表面处理；涂布氟树脂层于前述经表面处理的铝箔层的该第一表面上；涂布黏着层于前述铝箔层的第二表面上，其中，该第二表面与该第一表面相对；以及贴附聚烯烃密封层，使前述聚烯烃密封层藉由前述黏着层贴附于前述铝箔层上。
[0019]在本发明的制造方法的一实施例中，前述表面处理以酸脱脂剂、钛盐处理剂及其组合，前述铝箔的该第一表面进行表面处理。
[0020]在本发明的制造方法的一实施例中，电池包装膜的制造方法，还包括在涂布前述黏着层前，涂布聚丙烯改质底涂剂于前述铝箔层的该第二表面上。
[0021]与现有技术相比，本发明的电池包装膜，具有以下优点:1)藉由直接于铝箔的一表面涂布氟树脂层，利用氟树脂层优越的耐热性、成形性、绝缘性以及耐电解液浸泡性，有效提高了本发明提供的电池包装膜的稳定性及密封性；2)通过对涂布氟树脂层的铝箔的表面进行表面处理，显著提高了氟树脂层于铝箔表面的附着力，有效避免因铝箔表面的树脂保护层剥落而造成电池包装的稳定性及密封性降低。综上，采用本发明提供的电池包装膜包装的电池可具有更薄的厚度及更好的耐候性。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的一实施方式的电池包装膜的剖面示意图。
[0023]图2A至图2E为本发明的一实施方式的电池包装膜的制造方法的各制程阶段的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施态样与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其它的实施例，而无须进一步的记载或说明。
[0025]在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其它情况下，为简化图式，熟知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。
[0026]本发明的一目的为提供一种电池包装膜。
[0027]请参照图1，绘示根据本发明一实施方式的电池包装膜10的剖面示意图。在此揭露的电池包装膜10具有耐候性佳、可节省胶层材料且厚度较薄等优点。如图1所示，电池包装膜10包含铝箔层11，氟树脂层12，黏着层13以及聚烯烃密封层14。氟树脂层12配置于招箔层11的第一表面上；黏着层13配置于招箔层11第二表面上,其中,第二表面与第一表面相对；聚烯烃密封层14藉由黏着层13贴附于铝箔层11之上。
[0028]铝箔层11用以提供对于水气、氧气等的阻隔性，其材质一般为纯铝或可添加微量的铁来增加铝箔层11的加工性。为确保加工性及防止水气或氧气侵入的气密性，铝箔层11的厚度通常介于10?100微米(μπι)之间。若铝箔层11的厚度太薄，容易在成型时引起铝箔破断，或产生针孔，使得水气或氧气侵入的危险性增加。相对地，若铝箔层11的厚度太厚，仅会造成包装材料的总厚度变厚、重量增加及体积能量密度下降。在本发明的一实施例中，铝箔层11的材质为软质铝箔，软质铝箔中添加微量的铁以增加铝箔的加工性，其中，软质铝箔中铁的重量百分比为2%。铝箔层11的厚度约为40微米(μπι)。
[0029]氟树脂层12可使电池包装膜10具有优越的耐热性、成形性、绝缘性以及耐电解液浸泡性。因氟树脂层12相较于习知技术中使用的尼龙层具有更高的热裂解温度，故利用氟树脂层12取代习知的尼龙层及黏着层，可让电池包装膜10更耐高温与高湿环境。此外，因氟树脂层12具有更高的耐电解液浸泡性，故可避免因电池封装不慎，电解液溢出而导致电池损坏的现象发生。
[0030]氟树脂层12的材料可以是氟碳树脂，例如可以是聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基单体共聚物或是四氟乙烯-乙烯基单体共聚物。在本发明的一较佳实施例中，氟树脂层12的材料为四氟乙烯-乙烯基单体共聚物。氟树脂层12的厚度可为10微米(μπι)至25微米(μπι)。在本发明的一实施例中，氟树脂层12的厚度为15微米(μπι)。
[0031]百格测试是一种用于测试附着力性能的一种实验。其以百格刀在测试样本表面划IOX 10个(100个)ImmX Imm的小网格，每一条划线应深及涂层的底层；用毛刷将测试区域的碎片刷干净；用3Μ600号胶纸或等同效力的胶纸牢牢粘住欲测试的小网格，并用橡皮擦用力擦拭胶带，以加大胶带与被测区域的接触面积及力度；用手抓住胶带一端，在垂直方向(90° )迅速扯下胶纸，并在同一位置进行2次相同试验。百格测试的结果可分为5Β-0Β六个等级。5Β代表划线边缘光滑，在划线的边缘及交叉点处均无涂层脱落；4Β代表在划线的交叉点处有小片的涂层脱落，且脱落总面积小于5%;3Β代表在划线的边缘及交叉点处有小片的涂层脱落，且脱落总面积在5%?15%之间；2Β代表在划线的边缘及交叉点处有成片的涂层脱落，且脱落总面积在15%?35%之间；1Β代表在划线的边缘及交叉点处有成片的涂层脱落，且脱落总面积在35%?65%之间；0Β代表在划线的边缘及交叉点处有成片的涂层脱落，且脱落总面积大于65%。氟树脂层12涂布于铝箔层11上，以百格测试测试氟树脂层12与铝箔层间11的黏着力，氟树脂层12与铝箔层11之间的黏着力大于5Β。
[0032]因氟树脂层12并非以黏着剂贴附于铝箔层11上，而是通过直接涂布于铝箔层11的表面，故可避免接口脱层或接着剂变质等问题而导致铝箔层11腐蚀。此外，因减少了黏着剂层及尼龙层的配置，电池包装膜的整体厚度可因此变薄。[0033]在本发明的另一实施例中，在涂布氟树脂层12前，铝箔层11的第一表面可先经过表面处理。表面处理可以使铝箔层11的第一表面与氟树脂层12更紧密连结，且更易于进行涂布制程。在本发明的一实施例中，经表面处理的铝箔层11的第一表面具有羟基(OH)基团，其使用酸脱脂剂以及钛盐处理剂含浸铝箔层11的表面所形成的化学皮膜。
[0034]请继续参照图1，黏着层13配置于铝箔层11的第二表面上，其中，第二表面与第一表面相对。黏着层13的材料可以例如是但不限于聚烯烃树脂、聚酯系树脂、聚醚系树脂、环氧系树脂或其组合。黏着层13的厚度通常为3?8微米(μ m)。在本发明的一实施例中，黏着层13的材料为聚烯烃树脂，黏着层13的厚度约为5微米(μ m)。
[0035]聚烯烃密封层14藉由黏着层13贴附于铝箔层11上。聚烯烃密封层14可以是单层的树脂薄膜或是多层的树脂薄膜，例如聚丙烯膜、聚乙烯膜、改质聚丙烯膜或是铸塑聚丙烯(CPP)膜。聚烯烃密封层14具有热密封性，可用以提高对于高腐蚀性的电解液的耐化学药品性、提供足够的热封强度以及防止水气入侵，以维持电解液的化学物性。在本发明的一实施例中，考虑热封性能及加工性，聚烯烃密封层14可以例如是三层结构的铸塑聚丙烯(Cast polypropylene,CPP)膜。铸塑聚丙烯膜的结构一般依序为贴合黏着层/中间层/热封层，可利用三层共挤或共吹制程来成膜。贴合黏着层可以是加强黏着设计、冲压性较好的无规共聚聚丙烯(PP-R)膜。中间层为用于强度支撑，可以是刚性好的均聚聚丙烯(PP-H)膜。热封层可以是热封性能好、冲压性好的无规共聚聚丙烯(PP-R)膜。但贴合黏着层、中间层与热封层的实施例不限于此。
[0036]本发明的另一目的为提供一种电池包装膜的制造方法。请参照图2A至图2E，绘示本发明一实施方式的电池包装膜的制造方法的各制程阶段的剖面示意图。
[0037]如图2A所示，在制造步骤中，首先提供铝箔层21。铝箔层21用以提供对于水气、氧气等的阻隔性，其材质一般为纯铝或可添加微量的铁来增加铝箔层21的加工性。铝箔层21的厚度通常为10微米(μπι)?100微米(μ m)之间。考虑物理性质，在本发明的一实施例中，铝箔层21的材质为软质铝箔，软质铝箔中含有铁，其中，铁于软质铝箔中的重量百分比为2%。铝箔层21的厚度约为40微米(μ m)。
[0038]接着，如图2B所示，可选择性地对铝箔层21的第一表面211进行表面处理。表面处理可以使铝箔层21与稍后涂布的氟树脂层22更紧密连结，且更易于涂布制程。在本发明的一实施例中，将铝箔层21含浸于酸脱脂剂以及钛盐处理剂后，在铝箔层21的第一表面211形成化学皮膜(未绘示)。经表面处理的铝箔层21的第一表面211因具有羟基(OH)基团，故有利于后续的涂布制程。
[0039]接着涂布氟树脂层22于铝箔层21的第一表面211之上，如图2C所示。氟树脂层22可使电池包装膜具有优越的耐热性、成形性、绝缘性以及耐电解液浸泡性。因氟树脂层22相较于习知技术中使用的尼龙层具有更高的热裂解温度，故利用氟树脂层22取代习知的尼龙层及黏着层，可让电池包装膜更耐高温与高湿环境。此外，因氟树脂层22具有更高的耐电解液浸泡性，故可避免因电池封装不慎，电解液溢出而导致电池损坏的现象发生。在本发明的另一实施例中，氟树脂层22直接涂布于铝箔层21的表面，此表面未经表面处理。
[0040]氟树脂层22的材料可以是氟碳树脂，例如可以是聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基单体共聚物或是四氟乙烯-乙烯基单体共聚物。在本发明的一较佳实施例中，氟树脂层22的材料为四氟乙烯-乙烯基单体共聚物。氟树脂层22的厚度可为10微米(μπι)至25微米(μπι)。在本发明的一实施例中，氟树脂层12的厚度为15微米(μπι)。如图2C所示。经百格测试，氟树脂层22与铝箔层21间的黏着力大于5Β。
[0041]形成氟树脂层22后，如图2D所示，将黏着层23涂布于铝箔层21的第二表面(未绘示)上，第二表面与第一表面211相对。在本发明的另一实施例中，在涂布黏着层23前，可选择性地先将聚丙烯改质底涂剂涂布于铝箔层21的第二表面上，接着再于底涂剂上涂布黏着层23。黏着层23的材料可以是但不限于聚烯烃树脂、聚酯系树脂、聚醚系树脂、环氧系树脂或其组合。黏着层23的厚度通常为3微米(μπι)?8微米(μπι)。在本发明的一实施例中，黏着层23的材料为聚烯烃树脂，黏着层23的厚度约为5微米(μ m)。
[0042]最后，藉由黏着层23，将聚烯烃密封层24贴附于铝箔层21上，如图2E所示。聚烯烃密封层24可以是单层的树脂薄膜或是多层的树脂薄膜，例如聚丙烯膜、聚乙烯膜、改质聚丙烯膜或是铸塑聚丙烯(CPP)膜。聚烯烃密封层24具有热密封性，可用以提高对于高腐蚀性的电解液的耐化学药品性、提供足够的热封强度以及防止水气入侵，以维持电解液的化学物性。在本发明的一实施例中，考虑热封性能及加工性，聚烯烃密封层24可以例如是三层结构的铸塑聚丙烯(Cast polypropylene, CPP)膜。铸塑聚丙烯膜的结构一般依序为贴合黏着层/中间层/热封层，可利用三层共挤或共吹制程来成膜。贴合黏着层可以是加强黏着设计、冲压性较好的无规共聚聚丙烯(PP-R)膜。中间层用于强度支撑，可以是刚性好的均聚聚丙烯(PP-H)膜。热封层可以是热封性能好、冲压性好的无规共聚聚丙烯(PP-R)膜。但黏着层、中间层与热封层的实施例不限于此。
[0043]综上所述，利用本发明的电池包装膜的制造方法所制作的电池包装膜，不需利用黏着层贴附尼龙层于铝箔层上，故电池包装膜的整体厚度可以降低，且可避免黏着剂黄化、水解或是接口脱层等问题而造成铝箔层腐蚀，进而增加耐候性。氟树脂层因具有更高的热裂解温度，使电池包装膜可更耐高温高湿环境。
[0044]下述实施例用来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。
[0045]实施例1:电池包装膜的制备
[0046]采用厚度为40微米(μπι)，表面无肉眼可见针孔的软质铝-铁合金的铝箔(JIS中AA规格8079，O材)。先将铝箔水洗后，浸入2%的酸脱脂剂溶液2分钟，清洗后再将铝箔浸入1.5%的钛盐处理剂(购于普德化工，台湾)2分钟，之后烘干铝箔，形成表面处理层。接着，在表面处理层上涂布四氟乙烯-乙烯基单体共聚物GK570(购于大金化学，日本)以及硬化剂N3300 (购于拜耳，德国)，并于烘箱中以120°C烘干2分钟，于铝箔表面处理层的表面的形成四氟乙烯树脂层，其厚度约为15微米(μπι)。
[0047]接着将聚丙烯改质底涂剂Ρ_4(购于大东树脂化学，台湾)涂布于铝箔的另一表面，之后于烘箱中以120°C烘干1.5分钟，涂层厚度约为1.5微米(μ m)。待底涂剂干燥后，接着涂布聚烯烃黏着剂LIS405-A5以及硬化剂LCR-032 (购于Toyo morton,日本)，在烘箱中以120°C烘干1.5分钟，黏着剂层厚度约为5微米(μ m)。
[0048]将铸塑聚丙烯(CPP)膜先以电晕处理，再藉由黏着剂层贴附至铝箔层上。最后在60°C下静置7天，使涂料与接着剂各自进行交联熟成。
[0049]另选用一结构为尼龙层/铝箔层/聚丙烯层的市售电池包装膜作为比较例I。实施例I与比较例I的基本物理性质测试结果如下列表I所示。其中，耐候性测试条件如下:温度为121°c、相对湿度为100%、2个大气压下(atm)，静置168小时后观察电池包装膜的外观。
[0050]表1实施例与比较例的物理性质测试结果
[0051]
【权利要求】
1.一种电池包装膜，其特征在于，包含: 铝箔层； 氟树脂层，其配置于该铝箔层的第一表面上； 黏着层，其配置于该铝箔层的第二表面上，且该第二表面与该第一表面相对；以及 聚烯烃密封层，其藉由该黏着层贴附于该铝箔层上。
2.如权利要求1项所述的电池包装膜，其特征在于，该氟树脂层的材料选自由聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基单体共聚物以及四氟乙烯-乙烯基单体共聚物所组成的群组。
3.如权利要求1项所述的电池包装膜，其特征在于，该氟树脂层的厚度为10微米(μ m)至 25 微米(μ m)。
4.如权利要求1项所述的电池包装膜，其特征在于，该氟树脂层与该铝箔层之间的黏着力以百格测试大于5B。
5.如权利要求1项所述的电池包装膜，其特征在于，该铝箔层的该第一表面被进行表面处理。
6.如权利要求5项所述的电池包装膜，其特征在于，该铝箔层的该第一表面具有羟基(OH)基团。
7.如权利要求1项所述的制电池包装膜，其特征在于，该黏着层的材料选自由聚烯烃树脂、聚酯系树脂、聚醚系树脂、环氧系树脂及其组合所组成的群组。`
8.如权利要求1项所述的电池包装膜，其特征在于，该聚烯烃密封层为铸塑聚丙烯(CPP)膜。
9.一种电池包装膜的制造方法，其特征在于，该制造方法包含以下步骤: 提供铝箔层； 对该铝箔层的第一表面进行表面处理； 涂布氟树脂层于该铝箔层的经该表面处理的该第一表面上； 涂布黏着层于该铝箔层的第二表面上，该第二表面与该第一表面相对；以及 贴附聚烯烃密封层，使该聚烯烃密封层藉由该黏着层贴附于该铝箔层上。
10.如权利要求9项所述的电池包装膜的制造方法，其特征在于，该表面处理以酸脱脂齐?、钛盐处理剂及其组合，对该铝箔的该第一表面进行该表面处理。
11.如权利要求9项所述的电池包装膜的制造方法，其特征在于，还包括在涂布该黏着层前，涂布聚丙烯改质底涂剂于该铝箔层的第二表面上。
【文档编号】B32B15/08GK103887452SQ201410066588
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】赖宽国, 吕绍台 申请人:明基材料有限公司, 明基材料股份有限公司