[发明专利]用于聚合物锂离子电池复合材料的尼龙材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要用于聚合物锂离子电池的复合材料尼龙材料。

背景技术

聚酰胺俗称尼龙(Nylon)，英文名称Polyamide(简称PA)，是分子主链上含有重复酰胺基团-[NHCO]-的热塑性树脂总称。PA是一种高结晶度聚合物，一拉伸马上会结晶，因此不能连续拉伸，在传统两步法生产线上加工必须添加特殊的助剂才能生产，且价格昂贵。尼龙薄膜是一种极易吸潮的产品，吸潮后将对使用造成不利影响，如尺寸变化导致印刷时套印不准，表面的水膜导致复合强度不足、起泡等。尼龙的改性品种数量繁多，如增强尼龙，单体浇铸尼龙(MC尼龙)，反应注射成型(RIM)尼龙，芳香族尼龙，透明尼龙，高抗冲(超韧)尼龙，电镀尼龙，导电尼龙，阻燃尼龙，尼龙与其他聚合物共混物和合金等，满足不同特殊要求，广泛用作金属，木材等传统材料代用品，作为各种结构材料。尼龙中的主要品种是尼龙PA6和尼龙PA66，其次是尼龙PA11、尼龙PA12、尼龙PA 610、尼龙PA612，另外还有尼龙PA1010、尼龙PA46、尼龙PA7、尼龙PA9、尼龙PA13，新品种有尼龙PA 6I、尼龙PA 9T和特殊尼龙MXD6(阻隔性树脂)等。现有技术中比较适合聚合物锂离子电池的复合材料尼龙材料：PA6、PA66、PA610、PA11、PA12、PA6尼龙的横切面为圆形，亦有三角形，其性能：断裂强度为5.9～9.5，干湿为5.1～8.0，拉力强度86000～134000。伸长率为16～28％，回弹率4％，比重1∶14，吸湿率4.5％，耐热性180℃软化，溶点215℃，耐酸或碱性，5％盐煮沸分解，硝酸硫酸冷浓盐酸中部份分解。溶解性及化学性，一般溶剂不溶于苯酸及浓甲酸中溶解。防腐蚀性耐蛀不腐，长期曝晒，强力下降.色变黄。其中聚酰胺6树脂，也称聚己内酰胺，简称PA6，俗称尼龙6或锦纶6。其结构式为：H-[HN-(CH2)5COl]n-OH。BOPA薄膜是以聚酰胺6(PA6)为原材料制成的。聚酰胺分子内含有极性酰胺基(-CO-NH-)，其中的-NH-基能和-C＝O基形成氢键，氢键的形成是聚酰胺具有较高结晶性的重要因素之一，但不是所有聚酰胺中的分子都能结晶，还有一部分非结晶性的聚酰胺存在，这部分非结晶性的聚酰胺分子链中的酰胺基可以与水分子配位，即具有吸水性。有人提出PA6分子中每2个酰胺基可以与3个水分子配位，其中1个水分子以强的氢键存在，另外2个水分子以松散的结合状态存在。水渗透到尼龙中使现存的键变弱，正是由于其分子结构的这些特点，聚酰胺6具有以下特性：优异的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性；具有自润滑性；耐高温；具有良好的氧气阻隔性、耐穿刺和耐撕裂性；缺点是吸水性强。

而PA66是一种通用的工程塑料，因其本身具有较高的拉伸强度、冲击强度、良好的耐磨性和耐腐蚀性、自润滑性等优点，被广泛应用于机械、汽车、电器等行业。PA66是一种极性聚合物，它的吸水性较大，一般在3％～4％之间。由于自身吸水性大，因此存在干态和低温冲击强度低以及吸水后变形等缺点。

由于聚合物锂离子电池的复合包装材料必须具有：足够的力学性能(如拉伸强度、冲击强度、刚性、韧性等)；良好的尺寸稳定性；良好的耐温、耐油、耐酸碱、耐有机溶剂性能；对水分的阻隔性较好，耐紫外线等。而现有技术为满足聚合物锂离子电池所用铝塑复合膜软包装材料外层的多层共挤复合，通常选用PET和尼龙BOPA/铝箔作为聚合物锂离子电池的外包装阻隔层，这种多层共挤复合通常将最近几年新开发出的许多阻隔性能优良阻隔材料，如MXD6特殊尼龙膜、镀氧化硅薄膜作为聚合物锂离子电池所用铝塑复合膜软包装材料外层的阻隔基材，但由于多层共挤复合的上述材料物理机械性能存在较大的差异性，往往难以满足聚合物锂离子电池外阻隔层的同步成型，使得在多层共挤复合过程中，各层材料流动性的不一致，导致在阻隔性上难度最大的冷冲压成型软包装材料的冷冲压成型深度、铝箔伸长率和冷冲压前后铝箔厚度变化之间的关系变的极为复杂，而达不到在多层共挤出的PP、PE或CPP以及铝箔的最外层尼龙PA或PET复合后，很难达到冷冲压成型性要求冷冲压深度为3-12mm或以上，冲压深度不足3mm就会产生分层、破裂、针孔漏光现象，失去形状保持性，并且找不到合适的解决方案。国内能够解决上述技术问题的厂家几乎微乎其微，无法满足聚合物锂离子电池所用铝塑复合膜软包装材料外层PET和尼龙BOPA最内层PP，CPP、PE的复合强度达到冲深值和冲深直角的要求，达不到尼龙/AL阻隔、冲深、绝缘作用的要求。导致大量投入的研发资金前功尽弃。