本发明属于电芯包裹膜领域,尤其涉及一种电芯包裹膜及其应用。
背景技术:
1、在电池制造技术领域,电芯是电池的核心部分,其质量直接影响到电池的性能和安全性。电芯通常由正极、负极、隔膜和电解液等部分组成,其中,隔膜的作用是隔离正极和负极,防止两者直接接触而发生短路。然而,在电芯入壳过程中,如果壳体不慎刺穿隔膜,可能会导致隔膜破裂,从而引发电芯局部短路,这对电池的性能和安全性会造成严重影响。
2、为了解决这个问题,现有技术中已经存在一些解决方案。例如,可以采用高强度的隔膜材料,以提高隔膜的抗刺穿能力。另外,也可以在电芯入壳过程中,通过特殊的操作方式来避免壳体刺穿隔膜。此外,还有一些技术方案是通过改进电芯的设计,例如增加防护层等,来防止壳体刺穿隔膜。
3、然而,现有的技术方案仍存在一些问题。首先,高强度的隔膜材料虽然可以提高隔膜的抗刺穿能力,但可能会增加电池的成本,同时也可能会影响电池的其他性能,如电解液的渗透性和离子传输性等。其次,通过特殊的操作方式来避免壳体刺穿隔膜,这不仅增加了操作的复杂性,也可能会影响电芯入壳的效率。而通过对电芯进行特殊处理,如采用包裹膜对电芯进行包裹处理,虽然电芯包裹膜使用方便,但是对电芯包裹膜的要求很高,比如其耐电解液性能、粘结性能等。因此,如何在保证电池性能和安全性的前提下,选择一款合适的包裹膜对电芯进行有效的包覆处理来有效防止壳体刺穿隔膜,具有重要的意义。
技术实现思路
1、为了提供一种具有良好的结构强度、耐电解液性能的电芯包裹膜,本发明提供一种电芯包裹膜及其应用。
2、根据本发明的一个方面,提供一种电芯包裹膜,该电芯包裹膜包括基材层、热敏层;热敏层包括聚乙烯、聚丙烯,聚乙烯包括聚乙烯弹性体、低密度聚乙烯、聚乙烯衍生物;聚乙烯衍生物包括乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物中的至少一种。其中,聚乙烯弹性体是具有窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布的热塑性弹性体,可以分为两种类型,分别是乙烯和丁烯的高聚物、乙烯和辛烯的高聚物;而低密度聚乙烯(ldpe)是在高压下乙烯自由基聚合而获得的热塑性塑料。
3、发明人发现,电芯包裹膜在实际应用过程中,除了要求电芯包裹膜具有良好耐电解液性能、耐高温性能以及粘结性能外,还需要电芯包裹膜达到合适的结构强度,才能改善目前现有的电芯包裹膜中容易出现起翘、滑落的问题。发明人通过实验发现,当电芯包裹膜的硬度太高时,容易使电芯包裹膜在电芯入壳的过程中出现边角起翘的问题,并且过高的硬度可能会引起电循环过程中电解液的渗透性和离子的传输性的降低,进而影响电池的循环性能等电化学性能;而当电芯包裹膜太软时,则容易在铺设使用时出现易滑落难固定的问题。因而,针对现有技术以及发明人所发现的问题,本发明通过在热敏层中引入聚丙烯与多种特殊的聚乙烯搭配,不仅能够为电芯包裹膜提供合适的结构强度,使电芯包裹膜具有良好韧性、弹性改善其出现起翘、滑落等问题,还能赋予电芯包裹膜良好的耐电解液性能、耐高温性能,即电芯包裹膜在电解液浸泡下仍然具有良好的粘结强度。
4、优选地,乙烯-丙烯酸酯共聚物包括乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的至少一种。乙烯-丙烯酸酯共聚物可以显著提高热敏层与邻接层的粘结力,并改善热敏层的柔韧性和耐高温性能。
5、优选地,乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物包括乙华平橡胶(evm),在乙华平橡胶中,其醋酸乙烯酯的质量分数为0.4~0.6。相对于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva,其醋酸乙烯酯的质量分数为0.05~0.2),evm的支化度低而结晶度高,有助于提高热敏层的耐温、耐溶剂、耐老化性能。
6、优选地,乙华平橡胶(evm)的熔融指数为25~28g/10min。
7、优选地,聚乙烯弹性体为乙烯-辛烯共聚物(poe),乙烯-辛烯共聚物中辛烯端的结晶度为30~50%
8、优选地,乙烯-辛烯共聚物的密度为0.89~0.95g/cm3。
9、优选地,乙烯-辛烯共聚物的密度为熔融指数为2.5~4.0g/10min。
10、优选地,低密度聚乙烯为线型低密度聚乙烯,线型低密度聚乙烯的结晶度≥24.5%。线型低密度聚乙烯具有低温韧性、高模量、弯曲强度、穿孔强度和撕裂强度性能。但是,当在热敏层中存在交联高分子聚合物(比如交联α-烯烃的高密度聚乙烯成分)或杂质时,将会导致线型低密度聚乙烯的结晶度降低,影响其熔融分散性,可能会在热敏层中形成晶点从而影响电芯包裹膜的成膜性。而本发明通过筛选具有低交联高分子聚合物及低氧化杂质含量的相对高结晶度的线型低密度聚乙烯,能够改善上述问题。
11、优选地,线型低密度聚乙烯的熔融指数为1.5~2.5g/10min、熔点为110~130℃、
12、优选地,聚丙烯包括嵌段共聚聚丙烯,嵌段共聚聚丙烯的结晶度为75~90%。嵌段共聚聚丙烯(block copolymerizedpolypropylene,ppb)是将聚丙烯与另一种烯径单体通过共聚而成,工业上大多采用丙烯和少量乙烯共聚制备,因此ppb具有较高的韧性。但由于其存在低温抗冲击能力差、成型收缩率大和耐热性较差等问题极大的限制了其在电芯领域的应用,本发明通过搭配线性低密度聚乙烯和聚乙烯衍生物,能够改善上述问题。
13、优选地,嵌段共聚聚丙烯的熔融指数为5~12g/10min。
14、优选地,热敏层还包括增粘树脂、加工助剂中的至少一种。
15、优选地,增粘树脂包括氢化石油树脂。
16、优选地,按照质量份数计算,在热敏层中包括25~35份聚丙烯、20~45份聚乙烯弹性体、10~25份低密度聚乙烯、10~25份聚乙烯衍生物。
17、优选地,按照质量份数计算,在热敏层中还包括2~10份增粘树脂、0.05~1份加工助剂。
18、优选地,通过共挤或吹塑工艺制备热敏层。
19、优选地,基材层包括依次设置的第一薄膜层、第二薄膜层、第三薄膜层;其中,第一薄膜层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet);第二薄膜层包括乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva);第三薄膜层包括未拉伸聚丙烯(cpp)。在现有技术中,pet具有良好的耐穿刺性能,cpp具有良好的挺度、与隔膜具有相近的极性以及良好的耐溶剂性能,但是在现有技术中cpp与pet和胶层的极性差异大,结合性差,容易使cpp层发生脱落。而在本发明中,一方面通过利用eva,将pet与cpp紧密贴合,能够为电芯包裹膜提供良好的保护作用;另一方面,本发明所提供的电芯包裹膜中,第一薄膜层、第二薄膜层、第三薄膜层与热敏层依次设置,本发明通过在热敏层中引入聚乙烯衍生物能够使热敏层与第三薄膜层具有良好的结合效果,能够保证长期使用不脱落。
20、优选地,按照厚度比计算,第一薄膜层:第二薄膜层:第三薄膜层=(1~3):1:(0.5~2)。
21、优选地,通过共挤或吹塑工艺制备基材层。
22、优选地,将制备第一薄膜层、第二薄膜层、第三薄膜层的原料在200~250℃下通过熔融共混挤出为母粒,随后通过共挤复合,得到第一薄膜层、第二薄膜层、第三薄膜层依次层叠设置的基材层。
23、优选地,电芯包裹膜的厚度为50~100μm,热敏层的厚度为2~10μm。在现有技术中电芯包裹膜的厚度一般在100μm以上,一方面取决于电芯包裹膜对电芯抗刺穿性能保护和耐电解液性能的现实需求,另一方面取决于使用保护膜本身的工艺便捷性的要求,但较厚的保护膜一方面增加了材料和制造成本,另一方面挤占了电芯内部的宝贵空间,降低了电芯的能量密度。本发明通过热敏层与基材层的设置,能够在较低的厚度下保持良好的耐电解液性能、耐高温性能以及粘结性能,并改善目前现有的电芯包裹膜中容易出现起翘、滑落的问题。
24、本发明的第二个方面,提供一种电池,该电池包括如上述电芯包裹膜。
1.一种电芯包裹膜,其特征在于,所述电芯包裹膜包括基材层、热敏层;
2.如权利要求1所述电芯包裹膜,其特征在于,所述乙烯-丙烯酸酯共聚物包括乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的至少一种。
3.如权利要求1所述电芯包裹膜,其特征在于,所述乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物包括乙华平橡胶,在所述乙华平橡胶中醋酸乙烯酯的质量分数为0.4~0.6。
4.如权利要求1所述电芯包裹膜,其特征在于,所述聚乙烯弹性体为乙烯-辛烯共聚物,所述乙烯-辛烯共聚物中辛烯端的结晶度为30~50%。
5.如权利要求1所述电芯包裹膜,其特征在于,所述低密度聚乙烯为线型低密度聚乙烯,所述线型低密度聚乙烯的结晶度≥24.5%。
6.如权利要求1所述电芯包裹膜,其特征在于,所述聚丙烯包括嵌段共聚聚丙烯,所述嵌段共聚聚丙烯的结晶度为75~90%。
7.如权利要求1所述电芯包裹膜,其特征在于,按照质量份数计算,在所述热敏层中包括25~35份所述聚丙烯、20~45份所述聚乙烯弹性体、10~25份所述低密度聚乙烯、10~25份所述聚乙烯衍生物。
8.如权利要求1所述电芯包裹膜,其特征在于,所述基材层包括依次设置的第一薄膜层、第二薄膜层、第三薄膜层;
9.如权利要求8所述电芯包裹膜,其特征在于,在所述基材层中按照厚度比计算,所述第一薄膜层:所述第二薄膜层:所述第三薄膜层=(1~3):1:(0.5~2)。
10.如权利要求1~9任一项所述电芯包裹膜,其特征在于,所述电芯包裹膜的厚度为50~100μm,所述热敏层的厚度为2~10μm。
11.一种电池,其特征在于,所述电池包括如权利要求1~10任一项所述电芯包裹膜。