一种软包电池极耳用极耳胶带及其制备方法
技术领域
本发明属于锂电池行业技术领域，具体涉及一种软包电池极耳用极耳胶带及其制备方法。
背景技术
软包锂电池极耳一般由金属带和对称贴于金属带两表面的极耳胶带构成，极耳胶带主要起到绝缘作用，防止金属带与铝塑膜直接接触而形成短路。极耳胶带在运输、使用过程中可能会引起摩擦，在表面形成划痕，在一定环境下，划痕易藏匿灰尘、污垢等，在极耳后期使用过程中，特别是在热封过程中，易会出现极耳胶带与金属片分层或者金属片与电池包装膜中的铝金属短路，导致电池使用安全。现有极耳胶带具有良好的耐化学腐蚀性能，但其在使用过程中易与机器或者其他引起摩擦，出现发白现象或擦痕，影响后期外观使用及与金属的粘结性能。现有极耳胶带一般采用热塑性弹性体改性的PP材料，虽然增加了极耳胶带的韧性，但同时降低了其拉伸强度。因此，有必要生产一种新型软包电池极耳用极耳胶带来解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种软包电池极耳用极耳胶带及其制备方法，解决上述问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种软包电池极耳用极耳胶带，由外而内依次为无机纳米粒子溶胶层、抗析出耐摩擦改性cpp层、耐高温高强度改性pp层和茂金属改性cpp层。
作为本发明所述的一种软包电池极耳用极耳胶带的一种优选方案，所述无机纳米粒子溶胶层的厚度为0.5μm～3μm。
作为本发明所述的一种软包电池极耳用极耳胶带的一种优选方案，所述无机纳米粒子溶胶层由仲丁醇铝、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、对甲苯磺酸、乙醇搅拌形成的二氧化硅-氧化铝混合凝胶，其中，所述仲丁醇铝、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、对甲苯磺酸为主体材质，所述乙醇为稀释剂，所述正硅酸乙酯：仲丁醇铝的质量比为20:80～80:20，所述硅烷偶联剂的质量占所述主体材质的10～30％，所述对甲苯磺酸的质量占所述主体材质的1～5％，所述乙醇的质量为所述主体材质添加量的15～30倍。
作为本发明所述的一种软包电池极耳用极耳胶带的一种优选方案，所述抗析出耐摩擦改性cpp层的厚度为10～50μm。
作为本发明所述的一种软包电池极耳用极耳胶带的一种优选方案，所述抗析出耐摩擦改性cpp层由酸改性pp、润滑剂、其他添加剂组成，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、有机硅中的任意一种或多种；所述其他添加剂包括抗氧化剂和抗粘连剂，所述抗氧化剂与抗粘连剂的质量比为：1:1，所述酸改性pp：润滑剂：其他添加剂的质量比为70～90：5～20：5～10。
作为本发明所述的一种软包电池极耳用极耳胶带的一种优选方案，所述耐高温高强度改性pp层的厚度为10～100μm。
作为本发明所述的一种软包电池极耳用极耳胶带的一种优选方案，所述耐高温高强度改性pp层由低熔指高熔点pp粒子和增强剂组成，所述增强剂为硫酸钡、滑石粉、类纤维针状结构硅灰石、有机纤维、无机纤维中的任意一种，所述低熔指高熔点pp粒子：增强剂的质量比为80～95：5～20。
作为本发明所述的一种软包电池极耳用极耳胶带的一种优选方案，所述茂金属改性cpp层的厚度为10～50μm。
本发明还提供一种软包电池极耳用极耳胶带的制备方法，包括步骤：
(1)制备无机纳米粒子溶胶：将所述仲丁醇铝、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、对甲苯磺酸、乙醇混合，在温度为常温～40℃、速度为800～1000r/min的条件下搅拌60～150min，获得无机纳米粒子溶胶；
(2)制备抗析出耐摩擦改性cpp：将酸改性pp、润滑剂、其他添加剂混合，在温度为常温～80℃、速度为300～600r/min的条件下，搅拌30～60min，获得抗析出耐摩擦改性cpp，将所述抗析出耐摩擦改性cpp加入挤出机料筒A中备用；
(3)制备耐高温高强度改性pp：将低熔指高熔点pp粒子和增强剂混合，在常温、速度为300～600r/min的条件下搅拌30～60min，获得耐高温高强度改性pp，将所述耐高温高强度改性pp加入挤出机料筒B中备用；
(4)将茂金属改性cpp加入挤出机料筒C中备用；
(5)共挤步骤：将所述抗析出耐摩擦改性cpp、茂金属改性cpp的加工温度设成挤出机8段温度，依次为180/210/220/230/230/240/240/240℃，将所述耐高温高强度改性pp的加工温度设成挤出机8段温度，依次为180/210/230/240/240/250/250/250℃，所述挤出机的膜头温度为240～250℃，由上述三种材料组成的树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根温度在15～30℃的急冷冷却辊形成抗析出耐摩擦改性cpp层/耐高温高强度改性pp层/茂金属改性cpp层三层结构，即初级极耳胶带；
(6)制备无机纳米粒子溶胶层：在所述初级极耳胶带的抗析出耐摩擦改性cpp层表面以30～80m/min的速度涂布一层无机纳米粒子溶胶，涂布厚度为0.5μm～3μm，然后在温度为70～110℃的条件下烘干30～150S，获得最终的极耳胶带。
与现有技术相比，本发明提出的一种软包电池极耳用极耳胶带及其制备方法，具有以下优点：
1、增强了极耳胶带的机械性能；
2、增加极耳胶带的耐磨性，减少刮擦带来的擦痕，减少极耳胶带后期复合擦痕中隐藏的污渍，延长使用寿命，增加电池的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，
图1为本发明的一种软包电池极耳用极耳胶带的结构示意图；
图2为对比例中的一种软包电池极耳用极耳胶带的表面放大图；
图3为本发明的一种软包电池极耳用极耳胶带的表面放大图。
其中：1为无机纳米粒子溶胶层、2为抗析出耐摩擦改性cpp层、3为耐高温高强度改性pp层、4为茂金属改性cpp层。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
其次，本发明利用结构示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示一种软包电池极耳用极耳胶带的结构的示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。
请参阅图1，图1为本发明的一种软包电池极耳用极耳胶带的结构示意图。如图1所示，本发明所述的一种软包电池极耳用极耳胶带由外而内依次为(1)无机纳米粒子溶胶层1；(2)抗析出耐摩擦改性cpp层2；(3)耐高温高强度改性pp层3；(4)茂金属改性cpp层4。下面对每层的结构、材质、工艺等作详细描述。
(1)无机纳米粒子溶胶层1，厚度为0.5μm～3μm，由仲丁醇铝、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、对甲苯磺酸、乙醇搅拌形成的二氧化硅-氧化铝混合凝胶，主要制备步骤：(仲丁醇铝+正硅酸乙酯)+硅烷偶联剂+对甲苯磺酸+乙醇→二氧化硅-氧化铝混合凝胶。正硅酸乙酯：仲丁醇的质量比比例范围在(20:80)～(80:20)，硅烷偶联剂添加质量比比例在10～30％，对甲苯磺酸添加质量比比例在1～5％，乙醇为稀释剂，可选用浓度为99％的工业级乙醇，质量为主体添加量的15～30倍。将上述溶液配制好，在磁力搅拌下(搅拌速度：800～1000r/min)密封搅拌60～150min，溶液温度保持在常温～40℃，获得无机纳米粒子溶胶。以仲丁醇铝、正硅酸乙酯为前驱体，对甲苯磺酸为催化剂，以空气中的水分为水解源，形成比较稳定的Si-O-Al共价键，制备出的无机纳米粒子溶胶具备良好的透明性及耐磨性。在反应过程中通过高速长时间搅拌，可以使得原位制备出的粒子尺寸均一，减少溶胶交联团聚而产生发白现象，具有较高的透光率。
(2)抗析出耐摩擦改性cpp层2，厚度为10～50μm，原料有：①酸改性pp，可以列举的有三星道达尔RF402、日本住友Y101、韩国三星HJ400、中石化C1608等中的任意一种；②润滑剂，如乙撑双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、有机硅中的任意一种或多种；③其他添加剂包括抗氧化剂、抗粘连剂。抗氧化剂与抗粘连剂质量比为：1:1，抗氧化剂可以是巴斯夫1076、1035、美国雅宝PW-9225B、台湾长春2112、马蹄莲Y596等中的一种；抗粘连剂可以是SN-Q25、日本水泽JC30、Gasil AB720、韩国派斯威尔O-M等中的一种。酸改性pp：润滑剂：其他添加剂按照(70～90)：(5～20)：(5～10)质量比，常温～80℃的温度下搅拌(搅拌速度300～600r/min)，时间30～60min，搅拌后形成的抗析出耐摩擦改性cpp加入挤出机料筒A中备用。传统材料只有酸改性pp，不具备抗析出耐摩擦性能。通过添加润滑剂及抗粘连剂，可以使得pp材料表面形成凹凸形状，减少薄膜与薄膜或者与其它材料间的吸附作用，降低摩擦系数。
(3)耐高温高强度改性pp层3，厚度为10～100μm，原料有：①低熔指高熔点pp粒子，可以列举的有燕山石化F1002、T1701、韩国三星CF330、新加坡TPC公司FS5611、日本SunAllomer公司PC480A、北欧化工HD601CF等中的任意一种。②增强剂，如硫酸钡、滑石粉、类纤维针状结构硅灰石、有机纤维、无机纤维等中的任意一种。低熔指高熔点pp：增强剂按照(80～95)：(5～20)质量比，常温下搅拌(搅拌速度300～600r/min)时间30～60min，搅拌后形成的耐高温高强度改性pp加入挤出机料筒B中备用。传统pp材料一般强度比较低，结晶度较差，添加了增强剂后(特别是类纤维针状结构硅灰石)，可以在pp熔融挤出过程中增加异相成核，提高pp薄膜的结晶度，提高pp薄膜的热稳定性。
(4)茂金属改性pp层4，厚度为10～50μm，原料包含埃克森美孚BL2281型号、4518pa型号、日本三井化学PN0040型号、道达尔MR2002、MR2007型号等中的任意一种。将茂金属改性pp加入挤出机料筒C中备用。
(5)上述材料分别制备结束后，进行共挤步骤：抗析出耐摩擦改性cpp层2、茂金属改性pp层4的加工温度为：挤出机8段温度设定依次为180/210/220/230/230/240/240/240℃；耐高温高强度改性pp层3的加工温度为：挤出机8段温度设定依次为180/210/230/240/240/250/250/250℃。挤出机膜头温度为240～250℃，树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根急冷冷却辊(温度在15～30℃)形成薄膜。得到极耳胶带。
(6)在极耳胶带抗析出耐摩擦改性cpp层2表面涂布一层无机纳米粒子溶胶，涂布速度在30～80m/min，溶胶层厚度在0.5μm～3μm，在70～110℃条件下进行烘干时间在30～150S，程度为表面光滑无粘性，得到最终的极耳胶带。通过在抗析出耐摩擦改性cpp层2表面增加一层无机纳米粒子溶胶，可以防止抗析出耐摩擦改性cpp层2中润滑剂析出导致表面摩擦性能下降；同时通过涂布的方式，可以更好地控制涂层的厚度，合理控制涂层厚度，很好的保护了抗析出耐摩擦改性cpp层2，减少材料应力集中现象，提高材料的强度。
具体实施方式，请参见下述实施例1-3：
对比例
酸改性pp三星道达尔RF402加入挤出机料筒A中，低熔指高熔点pp日本SunAllomer公司PC480A加入挤出机料筒B中，茂金属改性pp日本三井化学PN0040型号加入挤出机料筒C中，设置A、C台挤出机温度180/210/220/230/230/240/240/240℃，B台挤出机温度180/210/230/240/240/250/250/250℃，挤出机膜头温度为250℃，树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根急冷冷却辊(温度在20℃)形成薄膜。得到极耳胶带。第一cpp层、第三茂金属改性pp层、第二耐高温高强度改性pp层厚度分别为20/20/60μm。
实施例1
酸改性pp(三星道达尔RF402)：润滑剂(乙撑双硬脂酰胺)：其他添加剂(巴斯夫1076+日本水泽JC30)按照85：10：5质量比，常温下搅拌(搅拌速度300r/min)时间30min，搅拌后加入挤出机料筒A中备用，低熔指高熔点pp粒子(日本SunAllomer公司PC480A)：增强剂(类纤维针状结构硅灰石)按照95：5质量比，常温下搅拌(搅拌速度300r/min)时间30min，搅拌后加入挤出机料筒B中备用，茂金属改性pp层(日本三井化学PN0040型号)加入挤出机料筒C中，设置A、C台挤出机温度180/210/220/230/230/240/240/240℃，B台挤出机温度180/210/230/240/240/250/250/250℃，挤出机膜头温度为250℃，树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根急冷冷却辊(温度在20℃)形成薄膜。得到极耳胶带。正硅酸乙酯：仲丁醇质量比80：20，硅烷偶联剂添加质量比比例在10％，对甲苯磺酸添加质量比比例在1％，乙醇为稀释剂，质量为主体添加量的20倍。溶液配制好，在磁力搅拌下(搅拌速度1000r/min)密封搅拌100min，溶液温度保持在常温。在极耳胶带抗析出耐摩擦改性cpp层表面涂布一层无机纳米粒子溶胶，涂布速度在40m/min，溶胶层厚度在1μm，在80℃条件下进行烘干，得到最终的极耳胶带。抗析出耐摩擦改性cpp层、茂金属改性pp层、耐高温高强度改性pp层厚度分别为10/10/80μm。
实施例2
酸改性pp(三星道达尔RF402)：润滑剂(乙撑双硬脂酰胺)：其他添加剂(巴斯夫1076+日本水泽JC30)按照80：10：10质量比，70℃温度下搅拌(搅拌速度500r/min)时间30min，搅拌后加入挤出机料筒A中备用，低熔指高熔点pp粒子(日本SunAllomer公司PC480A)：增强剂(类纤维针状结构硅灰石)按照90：10质量比，常温下搅拌(搅拌速度300～1000r/min)时间30min，搅拌后加入挤出机料筒B中备用，茂金属改性pp层(日本三井化学PN0040型号)加入挤出机料筒C中，设置A、C台挤出机温度180/210/220/230/230/240/240/240℃，B台挤出机温度180/210/230/240/240/250/250/250℃，挤出机膜头温度为250℃，树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根急冷冷却辊(温度在20℃)形成薄膜。得到极耳胶带。正硅酸乙酯：仲丁醇质量比55：45，硅烷偶联剂添加质量比比例在20％，对甲苯磺酸添加质量比比例在2％，乙醇为稀释剂，质量为主体添加量的20倍。溶液配制好，在磁力搅拌下(搅拌速度1000r/min)密封搅拌100min，溶液温度保持在35℃。在极耳胶带抗析出耐摩擦改性cpp层表面涂布一层无机纳米粒子溶胶，涂布速度在40m/min，溶胶层厚度在1μm，在80℃条件下进行烘干，得到最终的极耳胶带。抗析出耐摩擦改性cpp层、茂金属改性pp层、耐高温高强度改性pp层厚度分别为20/20/60μm。
实施例3
酸改性pp(三星道达尔RF402)：润滑剂(乙撑双硬脂酰胺)：其他添加剂(巴斯夫1076+日本水泽JC30)按照75：20：5质量比，60℃的温度下搅拌(搅拌速度500r/min)时间30min，搅拌后加入挤出机料筒A中备用，低熔指高熔点pp粒子(日本SunAllomer公司PC480A)：增强剂(类纤维针状结构硅灰石)按照80：20质量比，常温下搅拌(搅拌速度600r/min)时间30min，搅拌后加入挤出机料筒B中备用，茂金属改性pp层(日本三井化学PN0040型号)加入挤出机料筒C中，设置A、C台挤出机温度180/210/220/230/230/240/240/240℃，B台挤出机温度180/210/230/240/240/250/250/250℃，挤出机膜头温度为250℃，树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根急冷冷却辊(温度在20℃)形成薄膜。得到极耳胶带。正硅酸乙酯：仲丁醇质量比20：80，硅烷偶联剂添加质量比比例在30％，对甲苯磺酸添加质量比比例在3％，乙醇为稀释剂，质量为主体添加量的20倍。溶液配制好，在磁力搅拌下(搅拌速度1000r/min)密封搅拌100min，溶液温度保持在常温。在极耳胶带抗析出耐摩擦改性cpp层表面涂布一层无机纳米粒子溶胶，涂布速度在40m/min，溶胶层厚度在1μm，在80℃条件下进行烘干，得到最终的极耳胶带。抗析出耐摩擦改性cpp层、茂金属改性pp层、耐高温高强度改性pp层厚度分别为40/40/20μm。
将实施例1-3的方法与现有技术中相同结构的极耳胶带的制备方法进行对比，如下表1所示。
表1
注：使用寿命是指在温度为85℃的条件下，浸泡于锂电池电解液中还能维持原本的性能的浸泡时间。
请参阅图2和图3，图2为对比例中的一种软包电池极耳用极耳胶带的表面放大图；图3为本发明的一种软包电池极耳用极耳胶带的表面放大图。如图2和3对比所示，改性后极耳胶表面的粒子分布均匀，有利于减少复合材料应力集中的现象，从而提高材料的机械强度。
除上述最佳实施方式外，本申请中的工艺方法还可以取以下极限值进行实施，其实施效果较上述3个实施例相比，效果略差，但是实施结果仍然接近实施例1-3。
实施例4
酸改性pp(日本住友Y101)：润滑剂(油酸酰胺)：其他添加剂(巴斯夫1076+日本水泽JC30)按照70：20：10质量比，常温下搅拌(搅拌速度600r/min)时间30min，搅拌后加入挤出机料筒A中备用，低熔指高熔点pp粒子(韩国三星CF330)：增强剂(有机纤维)按照80：20质量比，常温下搅拌(搅拌速度600r/min)时间30min，搅拌后加入挤出机料筒B中备用，茂金属改性pp层(埃克森美孚BL2281型号)加入挤出机料筒C中，设置A、C台挤出机温度180/210/220/230/230/240/240/240℃，B台挤出机温度180/210/230/240/240/250/250/250℃，挤出机膜头温度为250℃，树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根急冷冷却辊(温度在30℃)形成薄膜。得到极耳胶带。正硅酸乙酯：仲丁醇质量比20：80，硅烷偶联剂添加质量比比例在30％，对甲苯磺酸添加质量比比例在5％，乙醇为稀释剂，质量为主体添加量的30倍。溶液配制好，在磁力搅拌下(搅拌速度1000r/min)密封搅拌150min，溶液温度保持在常温。在极耳胶带抗析出耐摩擦改性cpp层表面涂布一层无机纳米粒子溶胶，涂布速度在80m/min，溶胶层厚度在0.5μm，在70℃条件下进行烘干，得到最终的极耳胶带。抗析出耐摩擦改性cpp层、茂金属改性pp层、耐高温高强度改性pp层厚度分别为50/50/10μm。
实施例5
酸改性pp(中石化C1608)：润滑剂(有机硅)：其他添加剂(巴斯夫1076+日本水泽JC30)按照90：5：5质量比，80℃下搅拌(搅拌速度300r/min)时间60min，搅拌后加入挤出机料筒A中备用，低熔指高熔点pp粒子(燕山石化F1002)：增强剂(硫酸钡)按照95：5质量比，常温下搅拌(搅拌速度300r/min)时间60min，搅拌后加入挤出机料筒B中备用，茂金属改性pp层(道达尔MR2002型号)加入挤出机料筒C中，设置A、C台挤出机温度180/210/220/230/230/240/240/240℃，B台挤出机温度180/210/230/240/240/250/250/250℃，挤出机膜头温度为240℃，树脂熔体从挤出机的模头流延出，经过一根急冷冷却辊(温度在15℃)形成薄膜。得到极耳胶带。正硅酸乙酯：仲丁醇质量比80：20，硅烷偶联剂添加质量比比例在10％，对甲苯磺酸添加质量比比例在1％，乙醇为稀释剂，质量为主体添加量的15倍。溶液配制好，在磁力搅拌下(搅拌速度800r/min)密封搅拌60min，溶液温度保持在40℃。在极耳胶带抗析出耐摩擦改性cpp层表面涂布一层无机纳米粒子溶胶，涂布速度在30m/min，溶胶层厚度在3μm，在110℃条件下进行烘干，得到最终的极耳胶带。抗析出耐摩擦改性cpp层、茂金属改性pp层、耐高温高强度改性PP层厚度分别为10/10/100μm。
除上述实施例4-5两个属于本申请设计方案的取值之外，又进行了在上述范围之外的实验，经实验发现，当取值超过上述极限值外，实施效果变差，且与实施例1-3的实施效果相比，差异较大。
综上所述，本发明提出的软包电池极耳用极耳胶带及其制备方法，所制得的极耳胶带在运输、使用过程中不易在表面形成划痕，不易出现极耳胶带与金属片分层或者金属片与电池包装膜中的铝金属短路的问题，使得电池使用安全，而且极耳胶带的韧性好，拉伸强度好。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
