一种软包和固态电池封装钢塑膜及其制备方法与流程

本技术属于锂电池包装材料，尤其涉及一种软包和固态电池封装钢塑膜及其制备方法。

背景技术：

1、聚合物锂电池能量密度大、安全性能好，是数码及it类产品的主要能源提供者，随着移动式或中小型储能装置以及不规则及异形状态的动力锂电池的发展要求，软包电池及固态电池成为重要的发展方向。近年来，随着软包电池技术和固态电池技术的进步，软包电池需求不断增加和固态电池的量产使得对应的关键材料需求也有望得到爆发性增长。

2、现有软包电池及固态电池还是以铝塑膜为重要的封装材料进行密封电池电芯并加以保护，但随着软包电池及固态电池厂家对能量密度及电池容量提升的不断提高，对封装材料的厚度及性能有了更多样化要求，有些要求如要求金属铝箔厚度降低到30um以下，因此，难避免有少量的空气渗入而破坏负极和电解质的物化特性，使得软包材料阻隔性下降，环境气体和水汽会渗入腐蚀电池电芯，影响电池使用寿命。

技术实现思路

1、针对现有铝塑膜不能满足市场对电池软包封装的性能厚度要求，避免杂质渗入而破坏电极和电解质的物化特性，提高软包电池或固态电池的阻隔性，本技术提供一种软包和固态电池封装钢塑膜及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种软包和固态电池封装钢塑膜，采用如下技术方案：

3、一种软包和固态电池封装钢塑膜，由内到外依次包括聚丙烯层、热熔胶层、超薄钢箔层、热熔胶层和聚对苯二甲酸乙二醇酯层；其中，所述超薄钢箔层为双面均为反应离子刻蚀的超薄钢箔。

4、通过采用上述技术方案，软包和固态电池封装可提高电池散热性，防止电池在放电条件下引发电池热的问题，软包和固态电池封装钢塑膜采用五层粘合而成，最外层是聚对苯二甲酸乙二醇酯层，其具有良好的力学性能，冲击强度大，耐折性好且气体和水蒸气渗透率低，有优良的阻气、水、油及异味性能。聚丙烯层由于其化学惰性，具有更好的耐溶剂和耐酸的特性，通过和热熔胶层粘接，提高了钢塑膜的耐电解液性能。在此基础上，超薄钢箔层采用反应离子刻蚀技术进行双面反应离子刻蚀，在层与层间形成氢键，提升层间粘结强度，钢箔双面覆膜可大大提升钢塑膜的绝缘性及阻隔性能，提升钢箔的黏结性和耐腐蚀性，增强阻隔水和氧气的作用。软包和固态电池封装钢塑膜封装效果好，重量轻，能够阻止空气尤其是氧气的渗透，具备良好的形变能力及强度，能够防止外部对电池电芯的损伤。

5、在一个具体的可实施方案中，所述钢箔刻蚀气体选自sf6、cf4、chf3中的一种。

6、通过采用上述技术方案，通过选择含氟等离子气体做刻蚀气体，使得钢箔双面反应离子刻蚀，短时间内和刻蚀高能粒子反应，使钢箔表面形成c-f或si-f键等更强的氢键或相互作用力，提高层与层之间的粘合牢固性和提高钢塑膜的阻隔性能，保证了超薄钢箔层不会接触到电解液而造成腐蚀。

7、在一个具体的可实施方案中，所述超薄钢箔层的厚度为15-60um。

8、设置一定范围厚度的钢箔层可在保证固态电池封装钢塑膜封装效果好，阻止空气的渗透，能够防止外部对电池电芯的损伤。

9、一个具体的可实施方案中，所述超薄钢箔层的厚度优选为20-30um。

10、超薄钢箔层优选厚度使得软包和固态电池封装钢塑膜封装效果好的同时，重量更轻，且具备良好的形变能力及强度，并有效防止外部对电池电芯的损伤。

11、在一个具体的可实施方案中，所述热熔胶层中热熔胶为eva、pa、pes、po中的一种，热熔胶层的厚度为1-5um。

12、通过采用上述技术方案，通过选用高粘结性的树脂材料，使得热熔胶粘合性好，热封性能好，防止封装时封装薄膜易被电极金属毛刺刺穿，导致钢箔腐蚀，而且热熔胶成本低，厚度相对较小，对氧气的阻隔效果好。

13、在一个具体的可实施方案中，所述热熔胶表面通过反应离子刻蚀，刻蚀气体包括o2、o3、co2中的一种。

14、通过在热熔胶表面进行反应离子刻蚀，刻蚀气体选用含氧气体粒子，容易发生电离，使得含氧离子与热熔胶表面大量的碳反应，形成c-o键等化学键或者次级键，提高热熔胶层和相邻层之间的化学作用力，使得层与层之间的粘合牢固，可提高钢塑膜的阻隔性能。

15、在一个具体的可实施方案中，所述聚丙烯层的厚度在12-20um；聚对苯二甲酸乙二醇酯膜厚度在10-30um。

16、通过一定厚度的最外层和最内层，使得钢塑膜一方面，具有良好的力学性能，冲击强度大，耐折性好且具有优良的阻隔性，另一方面，一定厚度的内层聚丙烯，具有更好的耐溶剂和耐酸的特性，可钢塑膜的耐电解液性能，共同保证钢塑膜的阻隔性和延长使用寿命。

17、在一个具体的可实施方案中，所述热熔胶层包括eva和改性碳纤维，所述eva和改性碳纤维的质量比为3-5:1。

18、热熔胶层通过eva和改性碳纤维混合，增强了eva表面的粗糙程度，使其具有更好的浸润性和黏结性，并且加入改性碳纤维，赋予了钢塑膜良好力学性能，并提高了材料耐腐蚀性和稳定性，更是可以减少热压封装过程中的溢胶的问题。

19、在一个具体的可实施方案中，所述改性碳纤维的制备方法包括：取质量浓度为33-68％的浓硝酸,加热至60-80℃，加入碳纤维进行氧化刻蚀2-4h，后经四氢呋喃洗涤3-5次，烘干，得到氧化碳纤维；

20、将乙醇和去离子水以质量比为1:(1.5-3)混合后，加入硅烷偶联剂，搅拌混匀，将氧化碳纤维分散于其中，超声，过滤干燥，得到改性碳纤维。

21、通过浓硝酸氧化碳纤维表面，一方面增加纤维表面极性和粗糙度提高粘结性能，另一方面使得碳纤维表面碳碳键活性更高，更有利于接枝硅烷偶联剂，使其与eva的结合强度更高，提高材料力学性能，减少溢胶。

22、第二方面，本技术提供一种软包和固态电池封装钢塑膜的制备方法，采用如下的技术方案：

23、一种软包和固态电池封装钢塑膜的制备方法，包括如下步骤：

24、(1)将钢箔双面利用反应离子刻蚀技术进行反应离子刻蚀；

25、(2)将热熔胶表面进行反应离子刻蚀；

26、(3)将聚丙烯和热熔胶双压预热复合，对钢箔预热，再将热熔胶和聚对苯二钾酸乙二醇双压预热复合，随后双压热辊复合上述预热层，通过二次双压热辊热压成型；

27、(4)强制空气对流冷却散热，收卷、得到钢塑膜成品。

28、根据钢箔双面及热熔胶表面的性质及价键活性，选择不同的反应离子束对表面进行刻蚀，使得结合了不同的材料的特点，大大提高了钢塑膜的绝缘性及阻隔性能，提升钢箔的黏结性和耐腐蚀性，增强阻隔水和氧气的作用，再结合预加热、双压热辊复合、二次双压热辊热压成型的方式，实现多步热压成型，能够有效提高钢塑膜的封装效果和封装效率，从而能够更好的对软包或固态电池的电芯加以包覆，具有较好的阻隔性及绝缘性，提高了软包或固态电池的使用性能以及安全性能。

29、在一个具体的可实施方案中，所述双压预热辊的温度为80-120℃，双压热辊温度为100-160℃、二次双压热辊的温度130-180℃。

30、不同温度条件下，结合不同膜层的结构特点，进行预热复合，再通过热辊复合，二次双压热辊复合可进一步提高材料的热封性能。

31、在一个具体的可实施方案中，所述双压预热辊、双压热辊、二次双压热辊在气压为0.5mpa时，复合压力为1000-2000kg。

32、通过一定的气压下的复合压力范围，使得进一步提高材料的抗渗透性能，且具有较好深冲性能，防止冲击变形等材料缺陷。

33、综上所述，本技术具有以下有益效果：

34、1.软包和固态电池封装可提高电池散热性，防止电池在放电条件下引发电池热的问题，软包和固态电池封装钢塑膜采用五层粘合而成，最外层是聚对苯二甲酸乙二醇酯层，其具有良好的力学性能，冲击强度大，耐折性好且气体和水蒸气渗透率低，有优良的阻气、水、油及异味性能。聚丙烯层由于其化学惰性，具有更好的耐溶剂和耐酸的特性，通过和热熔胶层粘接，提高了钢塑膜的耐电解液性能。

35、在此基础上，超薄钢箔层采用反应离子刻蚀技术进行双面反应离子刻蚀，在层与层间形成氢键，提升层间粘结强度，钢箔双面覆膜可大大提升钢塑膜的绝缘性及阻隔性能，提升钢箔的黏结性和耐腐蚀性，增强阻隔水和氧气的作用。软包和固态电池封装钢塑膜封装效果好，重量轻，能够阻止空气尤其是氧气的渗透，具备良好的形变能力及强度，能够防止外部对电池电芯的损伤。

36、2、通过选择含氟等离子气体做刻蚀气体，使得钢箔双面反应离子刻蚀，短时间内和刻蚀高能粒子反应，使钢箔表面形成c-f或si-f键等更强的氢键或相互作用力，提高层与层之间的粘合牢固性和提高钢塑膜的阻隔性能，保证了超薄钢箔层不会接触到电解液而造成腐蚀。

37、3、根据钢箔双面及热熔胶表面的性质及价键活性，选择不同的反应离子束对表面进行刻蚀，使得特定种类的离子束结合了刚箔材料的特点，大大提高了钢塑膜的绝缘性及阻隔性能，提升钢箔的黏结性和耐腐蚀性，增强阻隔水和氧气的作用，再结合预加热、双压热辊复合、二次双压热辊热压成型的方式，实现多步热压成型，能够有效提高钢塑膜的封装效果和封装效率，从而能够更好的对固态电池的电芯加以包覆，具有较好的阻隔性及绝缘性，提高了固态电池的使用性能以及安全性能。