鋁塑膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鋁塑膜，尤指鋰電池專用鋁塑膜(鋰電池封裝材料)，由頂部至底部的順序分別為外層、第一接著層、第一底涂層、中間層、第二底涂層、第二接著層、底層，第一接著層將外層內面與中間層作結合，底層位于中間層內面下方，第二接著層將中間層內面與底層作結合，第一底涂層與第二底涂層為功能性處理層，由于鋰電池有機電解液中的鹽類易與水氣反應生成氟化氫極具腐蝕性，因此以功能性處理層，處理于鋁塑膜內部一預定位置，作為保護中間層及阻隔的結構處理，整體結構專用于鋰電池封裝應用的材料。
【專利說明】鋁塑膜
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明是與多層次復合膜的層間復合(Lamination)技術及功能性處理層技術(Fundation Treatment)有關,尤指即以高阻濕和超高阻氣(有機溶劑)功能的第一底涂層與第二底涂層(Fundation Coating)處理保護中間層，并以耐高溫且熱固化性的特殊第一接著層(劑)與第二接著劑層(劑)(adhesive)，來隔離(阻止穿透)鋰電池中電解液(六氟磷酸鋰LiPF6+有機溶劑+填加劑)，因受熱或受水氣干擾而釋出具強烈腐蝕性的氟化氫(HF)，為一具備防腐蝕、阻濕、阻氣、耐熱、耐寒以及可成型的多層次復合技術，專用于鋰電池(LIB)封裝用的一種鋁塑膜。
【【背景技術】】
[0002]習知，多層次復合膜多使用于食品、電子、工業(yè)、生物醫(yī)療等行業(yè)，由于該等塑料膜所包裝的內容物多為靜態(tài)定型的產品(不會有化學變化)，對于包裝材的要求都僅止于耐油、耐沖擊、阻濕(一般空氣中的水份)、阻氣(空氣中的氧氣)、潔凈等復合膜所具備一般物性條件的要求，此類包材設計僅在原材料厚薄及排列組合后進行干式復合(DryLamination)或熱押出淋膜(Extrusion Lamination)即可完成，屬通用(泛用)型的包裝材料(如圖1所示)，具有一外層、一第一接著劑、一中間層、一第二接著劑及一底層，第一接著劑是將外層內面與一中間層作結合，第二接著劑是將底層內面與一中間層作結合；而本發(fā)明是專用于鋰電池(LIB)的封裝材料，與通用(泛用)型的包裝材料物性要求層次不同，國內其他研發(fā)團隊至今一籌莫展，包括工業(yè)技術研究院在內。
[0003]鋰電池為二次電池(即可充電式)的一種，對于鋰電池的構成，如圖2所示，主要是以正極材料(鋰合金氧化物)、負極材料(碳材)、液體有機電解液組成再使用鋁塑膜封裝。
[0004]此外在正負極材料之間以隔離膜將其隔開以避免短路，而液體有機電解液則存在多孔隙的塑料隔離膜中，負責離子電荷的傳導工作(如圖3所示)，有鑒于鋰電池有機電解液(六氟磷酸鋰LiPF6+有機溶劑+填加劑)易與水(H2O)反應產生氟化氫(HF)具強烈的腐蝕性，此后續(xù)效應會危及封裝材料的穩(wěn)定性及電池的性能，所以必須進行研發(fā)的項目及條件除了必須針對有機電解液的耐受性外，還有阻水性、阻氣性、耐熱、耐寒以及可成型性等皆為鋰電池封裝材料開發(fā)必須面對的范疇，一一說明如下列:(各項數據標準來自「工業(yè)技術石開究院」(Industrial Technology Research Insti tute)
[0005](一 )電解液耐受性:
[0006]要求在85°C 28天的環(huán)境下或是在60°C 50天的環(huán)境下，進行加速測試，封裝材料不破壞或分層才符合標準。
[0007]( 二 )阻水性:
[0008]將本發(fā)明封裝電解液以后放置于60°C 90% RH的條件下測試，放置七日后取出電解液，利用卡式水份分析儀進行測量，吸水量不得超過50PPM。
[0009](三)阻氣性:[0010]將本發(fā)明封裝電解液后，放置在85°C的環(huán)境之下，每日不得有超過0.1mg的重量變化。
[0011](四)耐熱性:
[0012]一般以封口強度來判別，PE材質在溫度100°C條件下要有15N/15mm以上，PP材質在溫度140°C條件下要有15N/15mm以上為標準。
[0013](五)耐寒性:
[0014]將本發(fā)明封裝液體，降溫到0°C (PP材質)或_40°C (PE材質)之后，由50cm的高度落下試驗，檢視不可有孔洞發(fā)生。
[0015](六)具可成型性，成型所需深度為得以放置片狀正、負極材料。
[0016]由本發(fā)明人廠內檢驗室進行通用(泛用)型包材與本發(fā)明鋁塑膜電解液耐受性比較，其結果顯示【背景技術】所制作的「通用(泛用)型包材」，充填鋰電池電解液后經烘箱85°C，4h加溫，因包材不耐鋰電池中的有機電解液因熱揮發(fā)成具腐蝕性有機氣體發(fā)生鋁箔(AL)氧化現象；相對本發(fā)明則因功能性處理層(Fundation Coating)高性能的阻隔功能，能將具腐蝕性有機氣體有效阻擋，以確保鋁箔(AL)不被侵蝕氧化，達到鋰電池(LIB)封裝材料適用的條件。
[0017]因此，整體而言，鋰電池專用鋁塑膜在艱巨的研發(fā)過程中有以下幾點需要突破:
[0018](一 )功能性處理層(Fundation Treatment)的研發(fā):
[0019]該功能性處理層為改性壓克力(PMMA)，改性聚乙烯醇(PVA)涂布(Coating)層，是以聚乙烯醇、調節(jié)劑、奈米氧化硅、偶聯劑、增粘劑所組成，具有高阻濕(水氣)高阻氣(阻止空氣中的氧氣02及有機溶劑氣體穿透)性能(附件一是食研所測試報告097SA02617、097SA06218有機氣體透過率的比較)、(附件二是百瑞爾PVA書面數據)，因一但鋰電池廣泛應用于油電汽機車時，其溫度高于室溫或常溫時，鋰電池中的有機電解液含有極微量的水份會形成水氣(H20)，且有機電解液中的鹽類易與其產生反應生成具腐蝕性的有機氣體，必需利用功能性處理層百分的百阻隔，免于水氣及有機氣體穿透內層、接著層，直接侵蝕鋁箔因而造成分層，破壞鋁塑膜的整體結構。
[0020]經與國外廠商及臺北科技大學教授莊進標先生及柏志公司多次測試后得以研發(fā)成功此具高阻濕、高阻氣的功能性處理層，以做為阻隔水氣(H20)及有機氣體的屏障，免于鋁箔(AL)被侵蝕造成分層，而影響電池性能。(附件三是食研所測試報告100SA06949內層阻濕效果提高N 50%)
[0021](二)功能性處理層(Fundation Treatment)與招箔(Aluminum-AL)接著的研發(fā):
[0022]鋁箔(Aluminum-AL)為極性材質，但于退火過程后會殘留少量油份及雜質直接影響功能性處理層與鋁箔(AL)間的接著強度，進而使功能性處理層的阻隔能力下降。為克服此技術，需于涂布機上增設在線(in-line)高周波處理機，以驅除AL表面油質及雜質，以確
保接著質量。
[0023](三)接著層的研發(fā):
[0024]本發(fā)明與一般制造軟性復合包材貼合用的有機溶劑型接著劑(SB-A)或無溶劑型接著劑(NSB-A)不同，因二者都必需是能不被氟化氫氣體穿透接觸而被溶解或破壞其接著強度；不被水氣(H20)穿透后因接觸而降低接著強度；不因使用在油電汽機車時處在80°C高溫下而軟化導致分層。因此必需采用耐高溫且熱固化型的特殊接著劑，國內尚無生產此項產品必需購自日本。(附件四:日本AD502及無溶劑型接著劑書面資料)(四)薄膜和鋁箔表面處理程度(Corona Tretment Dyne)技術的研發(fā):
[0025]1、塑料薄膜為復合工程需要，表面(單面)必需經過電暈處理(coronatreatment)使其外表極性化(polarty),通常以表面張力單位「達因子(dyne)」表示處理程度，該處理也會隨著時間而自動退化，導致印刷工程及貼合工程產生接著強度不足甚或無法接著(一般標準是=ONY薄膜在52 dyne, PET薄膜在52 dyne, OPP,CPP薄膜在38 dyne,PE薄膜在38 dyne，VM薄膜在36 dyne以上)，所以【背景技術】為了解表面處理退化問題，通常于貼合機上直接裝設電暈處理機(corona treatment machine) in-line作業(yè),雖一次作業(yè)減少二次分別工程的污染，郄大大的降低效率。
[0026]2、鋁箔(AL)表面在生產制造過程中，因需退火作業(yè)導致殘留微量油質，而產生表面張力必需再行in-line電暈處理，但其速度卻不能滿足貼合工程速度，造成效率嚴重下降。
[0027]3、本案發(fā)明人技術改良在于將先前in-line作業(yè)上重新電暈處理前，在機臺上增置加溫系統，進行材料直接預熱，除能滿足電暈處所須達因子外，更使貼合生產線速度提聞，提升質量，減少損耗。
[0028](五)生產機器、加工設備的增設與更新:
[0029]增購加工器具-貼合涂布版的版胴版目，及版目的結構經數十次修正，最后成功的以網目35#的涂布量，測試取得最佳涂布量，及所要求的層間接著強度。
[0030]涂布機增設在線(In-line)高周波處理設備與加溫預熱系統，以提高各積材表面處理(達因dnye)達到最佳涂布品質及復合強度。
[0031]功能性處理涂布工場增設「環(huán)境濕度控制系統」，將作業(yè)環(huán)境的相對濕度控制在40RH%以下，以免功能性處理層受潮影響其接著層強度及阻隔功能。
[0032]增設「均溫溫度自動控制室」(Curing room)，以便能以分階段溫控方式來進行鋁塑膜熟化作業(yè)。
[0033]更新在線溫控系統，為穩(wěn)定在線(in-line)作業(yè)溫度，原為柴油燃燒加熱供應系統，更新為天然氣加熱供應系統，達節(jié)能減碳效益，同時避免柴油燃燒帶來碳洛(overheat)污染貼合材料，影響質量。
[0034]增設無溶劑接著劑供料自動控制加溫系統及溫度自動控制涂布槽，于貼合設備的涂布單元上。
[0035](六)檢測儀器的增設:
[0036]生產工場設置獨立溫度控制烘箱，以利每收卷一卷即刻取樣加速測試涂布層及接著層的強度。
[0037]增設分析天平
[0038]增置檢驗室濕度控制機
[0039]135 °C高溫滅菌鍋
[0040]殘留溶劑檢知機
[0041]隨著21世紀微電子技術的發(fā)展，小型化設備日益增多，對于電源提出了很高的要求。因此綠能電池隨之進入了大規(guī)模應用階段。其中鋰電池(LIB)是當今國際公認的理想綠能電源。鋰電池因具備有體積小、電容量大、電壓高、低污染、高節(jié)能減碳等優(yōu)點，已被廣泛應用在NotBook、Pad、移動電話、數字相機等3C產品，正逐步擴大于油電汽、機車、腳踏車領域也將為鋰電池帶來莫大的成長空間，也是未來綠能電池設計發(fā)展的趨勢。
[0042]本發(fā)明人基于促進綠能產業(yè)提高國際競爭力，憑累積多年生產、制造軟性復合包裝材豐富的經驗，積極努力開發(fā)、研究改良，終于突破上述技術完成此項發(fā)明。
[0043]鋰離子電池與其他電池特性及應用領域比較:
[0044]
【權利要求】
1.一種鋁塑膜，其特征在于，包含有: 一外層，外層基材為無印刷或于內面或表面進行印刷圖案； 一第一接著層，為一接著劑，是將外層內面與一中間層作結合； 一第一底涂層，為功能性處理層，具有阻濕、阻氣的結構； 一中間層，為鋁箔層，成型之用，并具有阻光、阻濕及阻氣的結構； 一第二底涂層，為功能性處理層，具有阻濕、阻氣的結構； 一第二接著層，為一接著劑，是將一底層內面與一中間層作結合； 一底層，位于中間層內面下方，為熱封材質，具耐溫度、防濕性、防有機溶劑氣體及耐腐蝕性的結構； 以鋁塑膜專用于鋰電池封裝應用的材料，由于鋰電池有機電解液中的鹽類易與水氣反應生成氟化氫(HF)極具腐蝕性，以功能性處理層，處理于多層次復合膜內部，作為保護中間層及阻隔的結構處理。
2.根據權利要求1所述的鋁塑膜，其特征在于:該外層為尼龍薄膜(ONY)，作為主材料，具有耐摩擦、延伸性及抗張強度，底層為聚丙烯(CPP)作為副基材。
3.根據權利要求1所述的鋁塑膜，其特征在于:該外層為尼龍薄膜(ONY)，作為主材料，具有耐摩擦、延伸性及抗張強度，底層為聚乙烯(PE)作為副基材。
4.根據權利要求1所述的鋁塑膜，其特征在于:該外層為聚酯薄膜(PET)復合在尼龍(ONY)薄膜上，作為主材料，具有耐摩擦、延伸性及抗張強度，底層為聚乙烯(PE)作為副基材。
5.根據權利要求1所述的鋁塑膜，其特征在于:該外層為聚酯薄膜(PET)復合在尼龍(ONY)薄膜上，作為主材料，具有耐摩擦、延伸性及抗張強度，底層為聚丙烯(PP)作為副基材。
6.根據權利要求1所述的鋁塑膜，其特征在于:該第一接著層及第二接著層為無溶劑型接著劑。
7.根據權利要求1所述的鋁塑膜，其特征在于:該第一接著層及第二接著層為有機溶劑型接著劑。
8.根據權利要求1所述的鋁塑膜，其特征在于:該第一底涂層是以改性壓克力(PMMA)，及聚乙烯醇、調節(jié)劑、奈米氧化硅、偶聯劑、增粘劑和水組成的，調節(jié)劑為甲醇與乙醇的混合物，偶聯劑由氨基硅烷、醇鈦酸脂、醇烷氧基鈦酸酯組成，增粘劑為聚乙烯。
9.根據權利要求1所述的鋁塑膜，其特征在于:該第二底涂層是以改性壓克力(PMMA)，及聚乙烯醇、調節(jié)劑、奈米氧化硅、偶聯劑、增粘劑和水組成的，調節(jié)劑為甲醇與乙醇的混合物，偶聯劑由氨基硅烷、醇鈦酸脂、醇烷氧基鈦酸酯組成，增粘劑為聚乙烯。
【文檔編號】B32B15/08GK103507331SQ201210212181
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月26日 優(yōu)先權日:2012年6月26日
【發(fā)明者】劉德成 申請人:劉德成