CN110524992B - 一种锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜及其制备方法，其中，该锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜，其膜层结构包括叠加的上表层、芯层和下表层；上表层或下表层的表面涂覆有耐电解液涂层；上表层组分：59～83份半芳香族尼龙、10～20份长碳链尼龙、5～10份增韧剂、1～8份添加剂；芯层组分：65.5～83.5份半芳香族尼龙、10～20份长碳链尼龙、5～10份增韧剂、0.5～1.5份热稳定剂、4～15份黑色尼龙母粒、1～3份相容剂；下表层组分：59～83份半芳香族尼龙、10～20份长碳链尼龙、5～10份增韧剂、1～8份添加剂。该锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜具有优异的耐热性能、耐电解液的特点，同时有助于识别铝塑膜制造过程产生的外观缺陷，并保证锂电池的使用寿命。

Description

一种锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂电池包装材料技术领域，特别涉及一种锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜及其制备方法。

背景技术

锂电池软包装由于具有重量轻、安全性高等优点，应用越来越广泛，其主要结构是由保护层、铝箔层及热封层复合而成，通常保护层为双向拉伸尼龙薄膜，热封层为流延聚丙烯(CPP)。专利CN107538875A提供了一种可用于锂离子电池外包装的尼龙薄膜，具有耐冲压、吸湿性小、耐化学品、使用性能优良的特点。

尽管现有的尼龙薄膜已经具有相当优异的性能，但仍有需要改进的地方。实际使用中，锂电池的电解液遇水会产生强腐蚀性的氢氟酸，一旦破坏了最外层的保护层将造成不良品。现有锂电池铝塑膜的保护层一般为透明的薄膜层，在铝塑膜制造过程中产生的外观缺陷不易被发现，例如，冲壳破损和小的裂纹，存在着安全隐患，尤其是用于新能源汽车动力电池上时；由于锂电池的长期使用易产生高温发热发烫，会损耗电池寿命，甚至存在高温下发生爆炸的危险。

综上所述，如何获得一种耐电解液、耐高温、有助于识别铝塑膜制造过程产生外观缺陷的尼龙薄膜仍是本行业的诉求。

发明内容

为解决背景技术中提到的问题，本发明提供一种锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜，其膜层结构包括叠加的上表层、芯层和下表层；所述上表层或所述下表层的表面涂覆有耐电解液涂层；

所述上表层的组分以质量份数计包括：59～83份半芳香族尼龙、10～20份长碳链尼龙、5～10份增韧剂、1～8份添加剂；

所述芯层的组分以质量份数计包括：65.5～83.5份半芳香族尼龙、10～20份长碳链尼龙、5～10份增韧剂、0.5～1.5份热稳定剂、4～15份黑色尼龙母粒和1～3份相容剂；

所述下表层的组分以质量份数计包括：59～83份半芳香族尼龙、10～20份长碳链尼龙、5～10份增韧剂、1～8份添加剂。

进一步地，所述半芳香族尼龙为PA9T、PA6I、PA5T、PA6T、PA10T中的至少一种，或由其两种以上单体组成的共聚物中的至少一种；或者，所述半芳香族尼龙为PA9T、PA6I、PA5T、PA6T、PA10T中的至少一种单体与PA66、PA6、PA11中的至少一种单体聚合而成。

进一步地，所述半芳香族尼龙为PA9T、PA6T/PA66、PA6T/PA6、PA6T/PA66/PA6、PA6T/PA6I/PA6、PA6T/PA6I/PA66、PA6T/PA6I、PA10T/PA11、PA6T/PA11、PA6T/PA10T中的至少一种；所述半芳香族尼龙的熔点大于270℃。

进一步地，所述长碳链尼龙为PA11、PA12、PA512、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的至少一种。

进一步地，所述耐电解液涂层为UV胶耐电解液涂层，固含量为10％～20％。

进一步地，所述黑色尼龙母粒中所含黑色物质为炭黑、石墨烯、石墨、黑色颜料、有机黑色颗粒中的至少一种；所述黑色尼龙母粒为采用原位聚合的方法制备的。

进一步地，所述增韧剂为含有聚乙烯硬段和乙烯-α-烯烃共聚物软段组成的聚烯烃热塑性弹性体、含有芳香聚酯硬段和非晶态聚醚软段组成的聚酯型热塑性弹性体、含有聚苯乙烯硬段和共轭二烯化合物的共聚物或者其氢化产物软段组成的聚苯乙烯类热塑性弹性体、脂肪族共聚尼龙中的至少一种。

进一步地，所述添加剂选自开口剂、爽滑剂、热稳定剂、抗氧化剂、相容剂中的至少一种。

进一步地，所述开口剂为羟基硬脂酸镁；所述抗氧化剂为3-氨基-1,2,4-三氮唑。

进一步地，所述热稳定剂为受阻胺类热稳定剂和受阻酚类热稳定剂中的至少一种。

进一步地，所述上表层和所述下表层的摩擦系数小于0.25；所述上表层或所述下表层表面进行电晕处理，其表面的电晕值≥50dyn/cm。

进一步地，所述的上表层和下表层厚度为1.5～3μm，所述的上表层、芯层和下表层的总厚度为15～30μm，所述耐电解液涂层厚度为2～5μm。

本发明还提供一种锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将所述上表层、芯层和下表层的原料按配方比例进行混合，分别在三台挤出机中剪切塑化成熔体，并经过过滤网过滤后，使熔体通过T型模头共挤出成薄片；

步骤二、经过高压气刀将膜片贴附到表面温度为10～30℃的激冷辊骤冷铸片；

步骤三、将未拉伸的铸片通过45～65℃水槽中实施1min左右的调湿处理，调湿后的铸片表面用气刀将表面残留水分吹干，并采用磁悬浮线性电机同步拉伸技术进行横纵向同步拉伸，其中拉伸温度为160～240℃，拉伸倍率为2.5*2.5～3.3*3.3；

步骤四、将横向的松弛比例设为2％～5％，将拉伸后的薄膜在250～290℃下进行热定型处理，并至少对薄膜的一个表层进行电晕处理，然后收卷，分切成成品；

步骤五、在上述制备的尼龙薄膜的电晕面上涂覆耐电解液涂层，经UV光固化后形成耐电解液涂层，其中固化时间为5～30s。

本发明的锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜具有优异的耐热性能、耐电解液的特点，同时有助于识别铝塑膜制造过程产生的冲壳破损和小裂纹等外观缺陷，并保证锂电池的使用寿命。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

实施例和对比例中部分的原料说明如下：

半芳香族尼龙为PA9T、PA6T/PA66、PA6T/PA6、PA6T/PA66/PA6、PA6T/PA6I/PA6、PA6T/PA6I/PA66、PA6T/PA6I、PA10T/PA11、PA6T/PA11、PA6T/PA10T中的至少一种；

长碳链尼龙为PA11、PA12、PA512、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的至少一种；

耐电解液涂为耐电解液型UV胶；

黑色尼龙母粒中所含黑色物质为炭黑、石墨烯、石墨、黑色颜料、有机黑色颗粒中的至少一种；

增韧剂为含有聚乙烯硬段和乙烯-α-烯烃共聚物软段组成的聚烯烃热塑性弹性体、含有芳香聚酯硬段和非晶态聚醚软段组成的聚酯型热塑性弹性体、含有聚苯乙烯硬段和共轭二烯化合物的共聚物或者其氢化产物软段组成的聚苯乙烯类热塑性弹性体、脂肪族共聚尼龙中的至少一种；

开口剂为羟基硬脂酸镁；

抗氧化剂为3-氨基-1,2,4-三氮唑；

热稳定剂为受阻胺类热稳定剂和受阻酚类热稳定剂中的至少一种。

需要说明的是，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

实施例1

一种锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜，为三层膜层结构，包括上表层、芯层和下表层；

上表层的组分包括：79～81份半芳香族尼龙、10～12份长碳链尼龙、7～8份增韧剂、7～8份添加剂；

芯层的组分包括：66.5～69份半芳香族尼龙、14～16份长碳链尼龙、8～10份增韧剂、0.5～0.8份热稳定剂、8～10份黑色尼龙母粒和1～2份相容剂；

下表层的组分包括：79～83份半芳香族尼龙、10～12份长碳链尼龙、7～8份增韧剂、7～8份添加剂。

所述添加剂包括开口剂、热稳定剂、抗氧化剂和相容剂，其添加比例为1:0.5:0.5:1。

其制备方法：

步骤一、将上表层、芯层和下表层的原料按配方比例进行混合，分别在三台挤出机中剪切塑化成熔体，并经过过滤网过滤后，使熔体通过T型模头共挤出成薄片；

步骤二、经过高压气刀将膜片贴附到表面温度为10～30℃的激冷辊骤冷铸片；

步骤三、将未拉伸的铸片通过45～65℃水槽中实施1min左右的调湿处理，调湿后的铸片表面用气刀将表面残留水分吹干，并采用磁悬浮线性电机同步拉伸技术进行横纵向同步拉伸，其中拉伸温度为160～240℃，拉伸倍率为2.5*2.5～3.3*3.3；

步骤四、将横向的松弛比例设为2％～5％，将拉伸后的薄膜在250～290℃下进行热定型处理，对薄膜的上表层进行电晕处理(为了便于结果记录，上表层用“内”标识，下表层用“外”标识，下同)，然后收卷，分切成成品；

步骤五、在上述制备的尼龙薄膜的电晕面上涂覆耐电解液涂层，经UV光固化后形成耐电解液涂层，其中固化时间为5～30s。

其中，上表层和下表层厚度为1.5μm，上表层、芯层和下表层的总厚度为25μm，耐电解液涂层厚度为5μm。

实施例2

一种锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜，为三层膜层结构，包括上表层、芯层和下表层；

上表层的组分包括：59～63份半芳香族尼龙、14～16份长碳链尼龙、9～10份增韧剂、1～2份添加剂；

芯层的组分包括：73～75份半芳香族尼龙、18～20份长碳链尼龙、5～6份增韧剂、0.9～1.2份热稳定剂、13～15份黑色尼龙母粒和1～2份相容剂；

下表层的组分包括：79～83份半芳香族尼龙、10～12份长碳链尼龙、7～8份增韧剂、7～8份添加剂。

所述添加剂包括开口剂、热稳定剂、抗氧化剂和相容剂，其添加比例为1:0.5:0.5:1。

其制备方法与实施例1的制备方法相同。

其中，上表层和下表层厚度为2μm，上表层、芯层和下表层的总厚度为25μm，耐电解液涂层厚度为3.5μm。

实施例3

一种锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜，为三层膜层结构，包括上表层、芯层和下表层；

上表层的组分包括：69～73份半芳香族尼龙、18～20份长碳链尼龙、5～6份增韧剂、1～3份添加剂；

芯层的组分包括：77～83.5份半芳香族尼龙、19～20份长碳链尼龙、5～6份增韧剂、1.4～1.5份热稳定剂、4～6份黑色尼龙母粒和1～3份相容剂；

下表层的组分包括：69～73份半芳香族尼龙、18～20份长碳链尼龙、5～6份增韧剂、1～3份添加剂。

所述添加剂包括开口剂、热稳定剂、抗氧化剂和相容剂，其添加比例为1:0.5:0.5:1。

其制备方法：

步骤一、将上表层、芯层和下表层的原料按配方比例进行混合，分别在三台挤出机中剪切塑化成熔体，并经过过滤网过滤后，使熔体通过T型模头共挤出成薄片；

步骤二、经过高压气刀将膜片贴附到表面温度为10～30℃的激冷辊骤冷铸片；

步骤三、将未拉伸的铸片通过45～65℃水槽中实施1min左右的调湿处理，调湿后的铸片表面用气刀将表面残留水分吹干，并采用磁悬浮线性电机同步拉伸技术进行横纵向同步拉伸，其中拉伸温度为160～240℃，拉伸倍率为2.5*2.5～3.3*3.3；

步骤四、将横向的松弛比例设为2％～5％，将拉伸后的薄膜在250～290℃下进行热定型处理，对薄膜的下表层进行电晕处理，然后收卷，分切成成品；

步骤五、在上述制备的尼龙薄膜的电晕面上涂覆耐电解液涂层，经UV光固化后形成耐电解液涂层，其中固化时间为5～30s。

其中，上表层和下表层厚度为3μm，上表层、芯层和下表层的总厚度为25μm，耐电解液涂层厚度为2μm。

对比例1

市售的25μm锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜。

对比例2

一种锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜，为三层膜层结构，包括上表层、芯层和下表层；

上表层的组分包括：100份PA6、7～8份增韧剂、1～2份相容剂、0.5～1份开口剂；

芯层的组分包括：100份PA6、8～10份增韧剂、1～2份相容剂；

下表层的组分包括：100份PA6、7～8份增韧剂、1～2份相容剂、0.5～1份开口剂。

其制备方法：

步骤一、将上表层、芯层和下表层的原料按配方比例进行混合，分别在三台挤出机中剪切塑化成熔体，并经过过滤网过滤后，使熔体通过T型模头共挤出成薄片；

步骤二、经过高压气刀将膜片贴附到表面温度为10～30℃的激冷辊骤冷铸片；

步骤三、将未拉伸的铸片通过45～65℃水槽中实施1min左右的调湿处理，调湿后的铸片表面用气刀将表面残留水分吹干，并采用磁悬浮线性电机同步拉伸技术进行横纵向同步拉伸，其中拉伸温度为160～200℃，拉伸倍率为2.5*2.5～3.3*3.3；

步骤四、将横向的松弛比例设为2％～5％，将拉伸后的薄膜在180～210℃下进行热定型处理，对薄膜的上表层进行电晕处理，然后收卷，分切成成品。

其中，上表层和下表层厚度为1.5μm，上表层、芯层和下表层的总厚度为25μm。

本发明对上述各实施例和比较例的相关性能进行了测试，具体结果数据如表1所示。

表1

注：拉伸强度的测定依据GB/T 1040.3-2006《塑料拉伸性能的测定(第3部分：薄膜和薄片的试验条件)》的要求进行测试，测试薄膜的拉伸强度；

透光率：按照GB/T 2410-2008标准测试；

耐高温性能测试：将薄膜置于210℃下进行热压，薄膜无破膜，熔融或明显的颜色变化则耐高温性好，反之，则差。

耐电解液性能测试：在薄膜表面上滴加电解液，经过48H后，用沾有酒精的无尘布擦去滴加的电解液，并用肉眼观察薄膜表面的腐蚀情况，若薄膜表面不发白则说明耐电解液性能好(记为▲)；若薄膜表面出现发白的现象则说明耐电解液性能差(记为×)

冲坑性能测试：薄膜进行5.5mm深度的冲压成型，若观察到薄膜出现裂纹则说明冲坑性能差(记为×)；若未观察到薄膜出现裂纹则说明冲坑性能好(记为△)

由上述测试实验可知，本发明提供的锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜具有优异的拉伸强度、耐高温性、冲坑性，涂覆有耐电解液涂层的膜面表现出优异的耐电解液效果，同时，薄膜外观为黑色，具有较低的透光率，有助于铝塑膜制造过程中识别冲壳破损和小裂纹等外观缺陷。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜，其特征在于：其膜层结构包括叠加的上表层、芯层和下表层；

所述上表层和所述下表层中至少一膜层的表面涂覆有耐电解液涂层；

所述上表层的组分以质量份数计包括：79～81份半芳香族尼龙、10～12份长碳链尼龙、7～8份增韧剂和7～8份添加剂；所述芯层的组分以质量份数计包括：66.5～69份半芳香族尼龙、14～16份长碳链尼龙、8～10份增韧剂、0.5～0.8份热稳定剂、8～10份黑色尼龙母粒和1～2份相容剂；所述下表层的组分以质量份数计包括：79～83份半芳香族尼龙、10～12份长碳链尼龙、7～8份增韧剂和7～8份添加剂。

2.根据权利要求1所述的锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜，其特征在于：所述半芳香族尼龙为PA9T、PA6I、PA5T、PA6T、PA10T中的至少一种，或由其两种以上单体组成的共聚物中的至少一种；或者，所述半芳香族尼龙为PA9T、PA6I、PA5T、PA6T、PA10T中的至少一种单体与PA66、PA6、PA11中的至少一种单体聚合而成。

3.根据权利要求2所述的锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜，其特征在于：所述半芳香族尼龙为PA9T、PA6T/PA66、PA6T/PA6、PA6T/PA66/PA6、PA6T/PA6I/PA6、PA6T/PA6I/PA66、PA6T/PA6I、PA10T/PA11、PA6T/PA11、PA6T/PA10T中的至少一种；所述半芳香族尼龙的熔点大于270℃。

4.根据权利要求1所述的锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜，其特征在于：所述长碳链尼龙为PA11、PA12、PA512、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜，其特征在于：所述耐电解液涂层为UV胶耐电解液涂层，固含量为10％～20％。

6.根据权利要求1所述的锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜，其特征在于：所述黑色尼龙母粒中所含黑色物质为炭黑、石墨烯、石墨、有机黑色颗粒中的至少一种；所述黑色尼龙母粒为采用原位聚合的方法制备的；

所述增韧剂为由聚乙烯硬段和乙烯-α-烯烃共聚物软段组成的聚烯烃热塑性弹性体、由芳香聚酯硬段和非晶态聚醚软段组成的聚酯型热塑性弹性体、由聚苯乙烯硬段和共轭二烯化合物的共聚物或者其氢化产物软段组成的聚苯乙烯类热塑性弹性体、脂肪族共聚尼龙中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜,其特征在于:所述添加剂选自开口剂、爽滑剂、热稳定剂、抗氧化剂、相容剂中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜,其特征在于:所述开口剂为羟基硬脂酸镁；所述抗氧化剂为3-氨基-1,2,4-三氮唑。

9.根据权利要求1所述的锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜，其特征在于:所述上表层和所述下表层的摩擦系数小于0.25；所述上表层或所述下表层表面进行电晕处理，其表面的电晕值≥50dyn/cm；所述的上表层和下表层厚度为1.5～3μm，所述的上表层、芯层和下表层的总厚度为15～30μm，所述耐电解液涂层厚度为2～5μm。

10.根据权利要求1所述的锂电池铝塑膜复合用尼龙薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将所述上表层、芯层和下表层的原料按配方比例进行混合，分别在三台挤出机中剪切塑化成熔体，并经过过滤网过滤后，使熔体通过T型模头共挤出成膜片；

步骤二、经过高压气刀将膜片贴附到表面温度为10～30℃的激冷辊骤冷铸片；

步骤三、将未拉伸的铸片通过45～65℃水槽中实施1min的调湿处理，调湿后的铸片表面用气刀将表面残留水分吹干，并采用磁悬浮线性电机同步拉伸技术进行横纵向同步拉伸，其中拉伸温度为160～240℃，拉伸倍率为2.5*2.5～3.3*3.3；

步骤四、将横向的松弛比例设为2％～5％，将拉伸后的薄膜在250～290℃下进行热定型处理，并至少对薄膜的一个表层进行电晕处理，然后收卷，分切成成品；

步骤五、在上述制备的尼龙薄膜的电晕面上涂覆耐电解液涂层，经UV光固化后形成耐电解液涂层，其中固化时间为5～30s。