一種鋁塑膜復(fù)合層及其制備方法和鋰離子電池技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及鋰離子電池新材料領(lǐng)域，公開了一種鋁塑膜復(fù)合層及其制備方法和鋰離子電池，所述鋁塑膜復(fù)合層包括第一聚合物層、鋁箔層以及第二聚合物層，所述鋁箔層設(shè)置于所述第一聚合物層和所述第二聚合物層之間，所述鋁塑膜復(fù)合層還包括石墨烯涂層，所述石墨烯涂層設(shè)置于所述鋁箔層和所述第二聚合物層之間。本發(fā)明專利技術(shù)的鋁塑膜具有優(yōu)異的抗腐蝕能力，從而能夠解決軟包裝電池的腐蝕問題。

Aluminum plastic film composite layer, preparation method thereof and lithium ion battery

The invention relates to the field of lithium ion battery materials, discloses an aluminum-plastic composite membrane and its preparation method and lithium ion battery, the composite plastic film layer includes a first polymer layer, aluminum foil layer and a second polymer layer, and the aluminum foil layer is arranged between the first polymer layer and the second polymer layer. The plastic film composite layer also includes graphene graphene coating, the coating is arranged between the aluminum foil layer and the second layer polymer. The aluminum plastic film of the present invention has excellent corrosion resistance, thereby solving the corrosion problem of a flexible package battery.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種鋁塑膜復(fù)合層及其制備方法和鋰離子電池
本專利技術(shù)涉及鋰離子電池新材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種鋁塑膜復(fù)合層及其制備方法和鋰離子電池。
技術(shù)介紹
鋰離子電池作為一種綠色、高效、便攜式能源，廣泛應(yīng)用在3C消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域、電動交通工具領(lǐng)域、儲能電站領(lǐng)域等，已經(jīng)被國家認(rèn)定為十三五重點(diǎn)發(fā)展行業(yè)。鋰離子電池按外形及包裝區(qū)分，可分為方形電池、圓形電池及軟包裝電池。軟包裝電池與前兩者相比，具有外形靈活、能量密度高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些痼疾性問題，如電解液對軟包裝殼的腐蝕導(dǎo)致的安全問題。軟包裝殼又稱鋁塑殼(或鋁塑膜)，從電池角度來說，按照由外入內(nèi)的順序，其構(gòu)造由尼龍層1(聚酰胺纖維層)、鋁箔層2及聚丙烯層3組成(鋁塑膜的剖面示意圖見圖1)。其中，尼龍層的主要作用為：①美觀，防劃；②阻止空氣中的氧氣及水分進(jìn)入電池內(nèi)部。鋁箔層的主要作用為：①進(jìn)一步阻止空氣中的氧氣及水分進(jìn)入；②作為骨架，支撐鋁塑殼外形。最內(nèi)部的聚丙烯層的作用為：①兩層鋁塑膜之間的熱封粘合作用，聚丙烯層的熔點(diǎn)為160-170℃，在高溫高壓下，兩層鋁塑膜的聚丙烯層融化，降溫后粘合在一起；②保護(hù)鋁箔層不受電解液的腐蝕作用。聚丙烯層的厚度大約在30μm左右，在比較優(yōu)異的工藝條件下，熱封后，熔化后的聚丙烯層厚度均一，能較好地遮蓋鋁箔層。在熱封機(jī)參數(shù)由于人為或設(shè)備因素變化時，例如熱封溫度升高、熱封壓力增大、熱封時間加長，會產(chǎn)生過度封裝情況(如溫度240℃以上，壓力0.5MPa以上，熱封5秒以上極易可能發(fā)生過封情況)，即熱封封頭位置對應(yīng)的鋁塑膜聚丙烯層被擠壓過薄或消失(拉伸之后的鋁塑膜的剖面示意圖見圖2，圖2中示出聚丙烯層薄弱處31)，就會露出鋁箔層2，電池頂側(cè)邊熱封區(qū)域(電池示意圖見圖3，圖3中示出電池主體5、頂邊熱封位置6、極耳金屬片7、側(cè)邊熱封位置8)與電池主體5的相交處聚丙烯層拉伸最嚴(yán)重的位置如圖4所示(鋁塑膜加工過程示意圖見圖4，圖4中示出沖殼沖頭9、待沖殼鋁塑膜10、拉伸處211、沖殼凸模12、沖殼凹模13、拉伸處114、鋁塑膜15、沖殼之后的鋁塑膜16)，最易發(fā)生聚丙烯層破損導(dǎo)致鋁箔層暴露的情況。鋁箔層暴露在電池的內(nèi)部環(huán)境即電解液中時，如果負(fù)極耳的金屬片與相應(yīng)位置的鋁塑膜鋁箔層接觸，聚丙烯層破損位置的鋁箔層就與電解液接觸就形成了回路，即鋁箔層電位與負(fù)極耳一致，在正負(fù)極的電壓下，電解液中的鋰離子向鋁箔層運(yùn)動形成疏松的鋁鋰合金，鋁箔層穿孔后，外部的空氣及水分就會進(jìn)入電池內(nèi)部，造成巨大的安全隱患(聚丙烯層破壞后的鋁塑膜的剖面示意圖見圖5)。因此，提高鋁塑膜的抗腐蝕能力從而解決電池腐蝕問題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種鋁塑膜復(fù)合層及其制備方法和鋰離子電池，本專利技術(shù)的鋁塑膜具有優(yōu)異的抗腐蝕能力，從而能夠解決軟包裝電池的腐蝕問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本專利技術(shù)提供了一種鋁塑膜復(fù)合層，所述鋁塑膜復(fù)合層包括第一聚合物層、鋁箔層以及第二聚合物層，所述鋁箔層設(shè)置于所述第一聚合物層和所述第二聚合物層之間，所述鋁塑膜復(fù)合層還包括石墨烯涂層，所述石墨烯涂層設(shè)置于所述鋁箔層和所述第二聚合物層之間。優(yōu)選地，所述石墨烯涂層包括單層率為30-100％的石墨烯片和熱塑性高分子膠粘劑。優(yōu)選地，所述石墨烯片的單層率為35-95％，進(jìn)一步優(yōu)選為40％-80％。優(yōu)選地，所述熱塑性高分子膠粘劑的固相向液相的轉(zhuǎn)化溫度為200-400℃，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述熱塑性高分子膠粘劑為脂肪族聚醚聚氨酯、熱塑性聚酰亞胺膠、聚乙烯醇縮醛膠粘劑和環(huán)氧樹脂膠粘劑中的至少一種。優(yōu)選地，所述石墨烯涂層還包括雙極性添加劑；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述雙極性添加劑為乙烯基雙硬脂酰胺、脂肪醇醚硫酸鈉鹽、全氟聚醚型表面活性劑和氟碳表面活性劑中的至少一種。優(yōu)選地，以所述石墨烯涂層的重量為基準(zhǔn)，所述石墨烯片的含量為1-10重量％，進(jìn)一步優(yōu)選為4-8重量％。優(yōu)選地，以所述石墨烯涂層的重量為基準(zhǔn)，所述雙極性添加劑的含量為0.5-3重量％，進(jìn)一步優(yōu)選為1-2重量％。優(yōu)選地，所述石墨烯涂層的厚度為0.5-10μm，進(jìn)一步優(yōu)選為5-8μm。優(yōu)選地，所述第一聚合物層的材料為聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯、聚丙烯以及聚丙烯/聚乙烯復(fù)合材料中的至少一種，進(jìn)一步優(yōu)選為聚酰胺纖維。優(yōu)選地，所述第二聚合物層的材料為聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯、聚丙烯以及聚丙烯/聚乙烯復(fù)合材料中的至少一種，進(jìn)一步優(yōu)選為聚丙烯。第二方面，本專利技術(shù)提供了一種鋁塑膜復(fù)合層的制備方法，所述方法包括：(1)將石墨烯片和熔融態(tài)的熱塑性高分子膠粘劑混合，得到混合體系；(2)在鋁箔的一側(cè)涂布步驟(1)所述的混合體系，冷卻至100-200℃，然后在100-200℃下進(jìn)行第一熱壓貼合處理，得到貼合有石墨烯涂層的鋁箔層；(3)將步驟(2)得到的貼合有石墨烯涂層的鋁箔層的石墨烯涂層側(cè)與第二聚合物進(jìn)行第二熱壓貼合處理，形成第二聚合物層。優(yōu)選地，該方法還包括：在鋁箔的另一側(cè)形成第一聚合物層。優(yōu)選地，在步驟(1)中，將石墨烯片、熱塑性高分子膠粘劑和雙極性添加劑混合，得到混合體系。優(yōu)選地，在步驟(2)中，混合體系的溫度為300-400℃，所述冷卻的方式為分段冷卻，所述分段冷卻的條件包括：先在350-280℃處理1-60min，再在280-200℃處理1-60min，最后在200-100℃處理1-60min。優(yōu)選地，在步驟(2)中，所述第一熱壓貼合處理的條件包括：溫度為100-200℃，壓力為0.1-0.6MPa，時間為0.1-30min。優(yōu)選地，步驟(3)中，所述第二熱壓貼合處理的條件包括：溫度為200-350℃，壓力為0.1-0.5MPa，時間為1-60min。第三方面，本專利技術(shù)提供了一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括電芯、封裝電芯的包裝袋、以及容納于包裝袋中并浸漬電芯的電解液，包裝袋采用本專利技術(shù)上述的鋁塑膜復(fù)合層制成，且第二聚合物層面向電芯。本專利技術(shù)的鋁塑膜復(fù)合層，如圖6所示，將石墨烯涂層設(shè)置于鋁箔層和第二聚合物層(如聚丙烯層)之間，首次且成功利用石墨烯所具備的微觀片層結(jié)構(gòu)、韌性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，阻止了聚丙烯層破損之后電解液中的鋰離子對鋁箔層的腐蝕，進(jìn)而提高了鋁塑膜的抗腐蝕能力，降低了軟包電池由于腐蝕漏液造成的安全隱患。具體地，根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，將石墨烯片和熱塑性高分子膠粘劑的混合體系(優(yōu)選混合體系還包括雙極性添加劑)均勻涂布在鋁箔層表面，厚度為0.5-10μm，每單位厚度的石墨烯涂層含有數(shù)萬石墨烯片層結(jié)構(gòu)沿剖面垂直排布。在電池加工過程中，如果聚丙烯層破損，鋰離子將直接與石墨烯涂層接觸(見圖7)，由于石墨烯為片層結(jié)構(gòu)，不規(guī)格排布的石墨烯片與片之間相交位置形成曲折復(fù)雜的路徑，鋰離子通往鋁箔層的過程受到極大的阻礙作用，進(jìn)而防止了鋰離子與鋁金屬形成鋁鋰合金，最終避免了鋁箔層發(fā)生腐蝕(見圖8)，極大降低了電池加工工程造成的電池腐蝕隱患，進(jìn)而提高了電池產(chǎn)品的安全性(且本專利技術(shù)的電池具有較高的擠壓測試通過率和撞擊測試通過率)。同時，本專利技術(shù)根據(jù)石墨烯的本身特性，所使用的石墨烯涂層還具備以下特點(diǎn)：①具備較好的可塑性，能很好地與鋁箔層貼合并在外力作用下發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)形變；②具備較好的韌性，在規(guī)定的鋁塑膜形變量范圍內(nèi)，不會發(fā)生斷裂；③具備較高的熱穩(wěn)定性，在200℃以下不會發(fā)生熔本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鋁塑膜復(fù)合層，所述鋁塑膜復(fù)合層包括第一聚合物層、鋁箔層以及第二聚合物層，所述鋁箔層設(shè)置于所述第一聚合物層和所述第二聚合物層之間，其特征在于，所述鋁塑膜復(fù)合層還包括石墨烯涂層，所述石墨烯涂層設(shè)置于所述鋁箔層和所述第二聚合物層之間。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋁塑膜復(fù)合層，所述鋁塑膜復(fù)合層包括第一聚合物層、鋁箔層以及第二聚合物層，所述鋁箔層設(shè)置于所述第一聚合物層和所述第二聚合物層之間，其特征在于，所述鋁塑膜復(fù)合層還包括石墨烯涂層，所述石墨烯涂層設(shè)置于所述鋁箔層和所述第二聚合物層之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁塑膜復(fù)合層，其特征在于，所述石墨烯涂層包括單層率為30-100％的石墨烯片和熱塑性高分子膠粘劑；優(yōu)選地，所述石墨烯片的單層率為35-95％，進(jìn)一步優(yōu)選為40％-80％；優(yōu)選地，所述熱塑性高分子膠粘劑的固相向液相的轉(zhuǎn)化溫度為200-400℃，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述熱塑性高分子膠粘劑為脂肪族聚醚聚氨酯、熱塑性聚酰亞胺膠、聚乙烯醇縮醛膠粘劑和環(huán)氧樹脂膠粘劑中的至少一種。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁塑膜復(fù)合層，其特征在于，所述石墨烯涂層還包括雙極性添加劑；優(yōu)選地，所述雙極性添加劑為乙烯基雙硬脂酰胺、脂肪醇醚硫酸鈉鹽、全氟聚醚型表面活性劑和氟碳表面活性劑中的至少一種。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鋁塑膜復(fù)合層，其特征在于，以所述石墨烯涂層的重量為基準(zhǔn)，所述石墨烯片的含量為1-10重量％，優(yōu)選為4-8重量％。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁塑膜復(fù)合層，其特征在于，以所述石墨烯涂層的重量為基準(zhǔn)，所述雙極性添加劑的含量為0.5-3重量％，優(yōu)選為1-2重量％。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的鋁塑膜復(fù)合層，其特征在于，所述石墨烯涂層的厚度為0.5-10μm，優(yōu)選為5-8μm。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的鋁塑膜復(fù)合層，其特征在于，所述第一聚合物層的材料為聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯、聚丙烯以及聚丙烯/聚乙烯復(fù)合材料中的至少一種，優(yōu)選為聚酰胺纖維；和/或所述第二聚合物層的材料為聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯、聚丙烯以...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李青，張晶，李赫然，王忠輝，
申請(專利權(quán))人：北京旭碳新材料科技有限公司，東旭集團(tuán)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11