一种高透气型胶带及其制备方法和应用与流程

本发明属于电池胶带，尤其涉及一种高透气型胶带及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在锂电池正常生产过程中，正极极片会与隔膜、负极极片卷绕后经历热压、注液、化成等工艺制备成电芯。由于极片具有一定的脆性，电芯内层卷绕的极片在电芯拐角处的弯曲幅度往往较大，存在较大的应力，导致在经历热压后易开裂，活性物质发生脱落，从而影响电芯的良品率和使用安全性，或导致在电池循环过程中出现拐角析锂的情况，并且导致卷绕电芯变形，使得拐角处的极片存在断裂的风险，影响电池的安全性能和循环性能。

2、在此对应位置的极片上粘贴胶带可以有效防止极片热压开裂、电芯拐角析锂、电芯变形和断裂的问题，使用柔性基材胶带可以防止胶带基材开裂。常规锂电池所用胶带一般为耐电解液型，胶层所用胶黏剂一般为丙烯酸压敏胶、热熔胶等，基材一般为pet、bopp薄膜等，这些类型的胶带，胶层在电解液中溶解度较小，且不透锂离子，从而限制了其在电芯内部拐角处的使用。

3、发明cn117363229a中公开了一种耐电解液型锂电池异型胶带及其制备方法，胶带包括立体形状的基体层，基体层包括按重量份计的有效成分：天然橡胶50-80份；丁苯橡胶12-20份；tpi 7-10份；腈纶短纤维4-7份；微米填料7-10份；功能助剂32-45份；该发明中通过添加填料并采用立体形状基底层制备胶带，提升了针对非规则形状的粘接力和耐腐蚀能力，但若将其用于电芯拐角处等位置，由于胶带结构致密，离子通透性差，会导致锂离子无法通过而在胶带边缘出现锂离子析出现象，引起电池的电性能和安全性降低的风险。

4、发明cn115651554a中公开了一种胶层可溶解的电池隔膜胶带及其制备方法，所述电池隔膜胶带包括电池隔膜及设置在电池隔膜表面的胶层，形成所述胶层的胶黏剂包括以下重量百分比的原料：溶剂型聚丙烯酸酯40-60％；聚醋酸乙烯酯10-30％；聚苯乙烯树脂5-15％；引发剂0.1-0.5％；固化剂0.5-1.0％；溶剂0-30％。该发明提供的电池隔膜胶带胶层可在电解液中快速且基本完全溶解，不会阻塞锂离子正常迁移，但其所使用的隔膜基体仍然存在孔隙率不足，离子通透性差的问题，胶层溶解后的胶带还存在脱落风险，基本无法体现粘接性能，整体而言，该胶带溶解后在后续电池循环过程中存在脱落风险，且无法避免析锂的问题。

5、因此，如何对现有耐电解液电池隔膜胶带材料及结构进行选择，既能提供足够的接合强度和韧性，在热压过程中保护极片不在应力作用下开裂，又能在电池循环过程中提供足够的离子通透性，防止电池析锂导致极片变形等缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种高透气型胶带及其制备方法和应用，利用多孔基材和高透过性压敏胶层形成高透气型胶带，特别适用于锂电池中，提供优异的初始和泡液透气度，在电池循环过程中提供足够的离子通透性，防止出现析锂等缺陷。并且本发明的胶带具有足够且稳定的接合强度和韧性，在热压过程中保护极片不在应力作用下开裂。

2、第一方面，本发明提供一种高透气型胶带，包括多孔基材和压敏胶层；

3、多孔基材的厚度5-50μm，选自多孔聚合物隔膜、无纺布中的至少一种；

4、压敏胶层的厚度0.5-50μm，包括组成(1)或组成(2)中的至少一种原料组成：

5、以重量百分比计，组成(1)包括：橡胶组分20-45％、粘度调节剂5-25％、填料30-75％，以及可选的增粘树脂、碳酸酯类化合物；

6、以重量百分比计，组成(2)包括：羟基/羧基封端的丙烯酸酯树脂20-70％、固化剂1-10％、填料25-75％，以及可选的碳酸酯类化合物；

7、所述填料包括粒径在1nm-15μm的填料；

8、高透气型胶带的初始透气度小于350s/100cc，浸泡电解液后的透气度小于370s/100cc。

9、本发明利用多孔基材、高透过性压敏胶层等，形成了高透气型胶带，一方面使用多孔基材提供较好且长期基础透过性，并通过调配压敏胶层的原料组成优化胶带整体的离子透过性和粘接性能；另一方面，利用填料物化性能和结构特点，在填料与树脂基体之间形成间隙，进一步增加胶带整体通透性，本发明的填料可不进行表面处理，无需特别提高其与树脂基体的相容性。可见本发明使用填料增加胶带透气性的方式与传统填料的增强、绝缘/导电等用途和效果存在明显差异。

10、优选的，所述多孔聚合物隔膜选自多孔pp膜、多孔pe膜、多孔pi膜、多孔pan膜、多孔pvdf膜、多孔pmma膜中至少一种，孔隙率30-85％；

11、所述无纺布包括pp无纺布、pe无纺布、pet无纺布、ptfe无纺布中至少一种，孔径≤10um。

12、采用前述多孔基材，能够为胶带提供足够强度的同时，保持较好的透气度，本发明基材的透气度在350s/100cc以下，优选280s/100cc以下，更优选240s/100cc以下。

13、优选的，所述填料选自勃姆石、滑石粉、二氧化硅中的至少一种。其中，所述填料包括多孔填料，比表面积在2m2/g以上，优选10m2/g以上，优选粒径在10nm-10μm；和/或复配填料，采用粒径在1-600nm的小粒径填料、粒径在700nm-15μm，优选700nm-10μm的大粒径填料以重量比(20-40)：(60-80)复配。

14、在使用填料增加透气性的基础上，本发明筛选出较为优选的填料种类和使用方式。首先，上述填料种类，使填料与树脂间相容性较差，大量间隙有利于形成连续通道，上述填料可采用市售产品，根据粒径需要进一步筛选即可。其次，采用多孔填料时，填料中本身具有的多孔结构可以形成透气通道；采用非多孔结构的复配填料时，利用填料表面粗糙与树脂浸润差，表面形成间隙，同时，小粒径的填料填充在大粒径填料缝隙间，将通道连通。上述两种填料也可进一步复配使用，即使用大粒径多孔填料和小粒径多孔填料复配的方式。

15、可选的，压敏胶层呈图案化覆盖在多孔基材表面，覆盖面积占多孔基材总面积10-50％，优选20-40％。采用图案化覆盖方式，减小覆盖面积，有利于进一步提高胶带整体透气性。

16、具体而言，本发明压敏胶层的物料选择虽不唯一，但综合粘接性能、透气性以及符合锂电池内部使用需求等条件，优选得到以下2种组成：

17、第一种，以重量百分比计，组成(1)包括：

18、

19、所述橡胶组分选自sis、sebs、seps、sbr、tpu中的至少一种；优选的，sis、sebs、seps、sbr中的苯乙烯含量≤40wt％；

20、所述粘度调节剂选自液态聚烯烃、环烷基矿物油中的至少一种；

21、所述增粘树脂选自(氢化)c5树脂、(氢化)c9树脂、(氢化)dcpd树脂中的至少一种。

22、第二种，以重量百分比计，组成(2)包括：

23、

24、羟基/羧基封端的丙烯酸酯树脂的分子量为20,000-500,000da；

25、固化剂选自多官能团环氧、多官能团异氰酸酯中的至少一种。

26、所述羟基/羧基封端的丙烯酸酯树脂可采用热引发法或光引发法制备。其中，羟基封端用丙烯酸酯单体选自丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟丁酯中的一种或多种。羧基封端用丙烯酸酯单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸中的至少一种。

27、优选的，碳酸酯类化合物的含量为10-20％，选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯中至少一种。目前锂离子电池所用电解液溶剂主要有碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯等碳酸酯类溶剂，添加的少量碳酸酯类化合物易于溶解在电解液中，增加胶层的溶胀通道，有利于调控压敏胶层的溶胀率/时间、溶出率/时间等。

28、第二方面，本发明提供一种高透气型胶带的制备方法，包括如下步骤：

29、步骤一、配置压敏胶层涂覆液：

30、根据原料组成称量各组分，并将各组分与溶剂混合均匀，得到涂覆液；

31、步骤二、涂覆成膜：

32、将所述涂覆液涂布在多孔基材上，干燥形成压敏胶层，得到高透气型胶带；或者

33、将所述涂覆液先涂布在离型膜上，干燥后转移到多孔基材上形成压敏胶层，得到高透气型胶带；

34、步骤三、胶带收卷：

35、在多孔基材的背面涂布离型剂或者在压敏胶层的表面设置离型膜，进行胶带的收卷，制成单面收卷的高透气型胶带。

36、优选的，所述溶剂为有机溶剂，包括甲苯、二甲苯、甲基环己烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮、甲基异丁基酮、乙醇、异丙醇中的至少一种，且涂覆液的固含量为5-60wt％。

37、第三方面，本发明提供一种前述高透气型胶带在锂电池极片保护、极耳保护、绕卷收尾中的应用。

38、本发明至少包括如下有益效果：

39、(1)本发明通过在多孔基材上层合压敏胶层制备高透气型胶带，在电极收卷等应用过程中，胶带为极片提供足够的机械强度和支撑，在随后的热压工艺中，保护极片不会开裂，提高了电池产品的合格率。

40、(2)本发明采用多孔基材、高透过性压敏胶层、以及使用多孔和/或复配填料，在组分本身及各组分之间，均能够形成有大量透气通道，不影响锂离子的穿梭，为胶带提供了初始及长期稳定的透气度，有利于提高电池能量密度。

41、(3)在电池循环过程中，在电芯拐角处的胶带具有优异的锂离子透过率，可以避免电芯拐角析锂、电芯变形等缺陷，延长了电池的使用寿命。

42、(4)通过设置多孔基材和压敏胶层图案化、填料的选择、碳酸酯类化合物的添加等，能够对胶带的泡液溶胀率/时间、溶出率/时间、透气性、剥离强度等多个参数进行调整，满足多种应用需求。