锂离子电池软包装材料的制备及性能研究

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锂离子电池软包装材料是一种以铝箔为基质的多层复合膜,又称铝塑膜。一般情况下,铝塑膜从外到内分别为外层、外层粘接层、铝箔层、表面处理层、内层粘接剂层及内层热封层等六层。通常,表面处理层及内层粘接剂层对铝塑膜的各项性能起到非常重要的作用。因此,在本论文中分别使用了不同的处理方法对铝箔的表面进行处理,并对不同处理工艺处理的铝箔表面形貌、组成以及复合成铝塑膜后整体性能的影响进行了研究。主要的研究内容如下:  采用环境友好型钛锆工艺取代传统的铬浸泡工艺处理铝箔层,并通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱(EDS)、原子力显微镜(AFM)以及接触角测试(CAM)来表征了两种不同处理工艺(钛锆处理、铬处理)得到的铝箔表面的形貌、组分以及浸润性的差异,并通过T型剥离测试对不同处理工艺得到的铝箔与内层粘结层的粘结性能以及热封层之间的热封性能进行了研究。其中,SEM、EDS以及X射线光电子能谱(XPS)分析结果表明,铝箔表面的钛锆处理层主要包含金属氧化物及氢氧化物(Al(OH)3、Al2O3、TiO2和ZrO2)、金属氟化物(AlF3)以及钛和锆的有机络合物。T型剥离测试表明经过钛锆处理的铝箔与PP-g-MAH膜的粘结强度是未经过处理的铝箔与PP-g-MAH膜的粘结强度的12倍,这意味着钛锆处理铝箔的方法非常有希望能代替传统的铬浸泡处理,在锂离子电池包装材料领域具备非常良好的应用前景。  采用三氯化铈(CeCl3)以及硅烷偶联剂KH570改性后的三氯化铈(M-Ce)无机盐溶液来分别处理铝箔层,且在铝箔层表面成功制备了环保的富铈化学转化膜层。同时,通过SEM、EDS以及AFM对比分析了KH570在铝箔表面的转化涂层中所起到的作用,结果表明经过纯铈(Ce)及改性铈处理液(M-Ce)处理后的铝箔表面会形成一层富铈的化学转化处理层。但是,经过M-Ce处理后,由于Si-O-Si交联结构的形成使得铝箔表面的涂层更加均一,裂纹更加致密和紧凑。此外,T型剥离测试结果显示,纯铈处理的铝箔与PP-g-MAH膜的粘结强度是未处理的铝箔与PP-g-MAH膜的粘结强度的3.5倍,而经过M-Ce处理后的铝箔与PP-g-MAH膜的粘结强度是未经过处理的铝箔与PP-g-MAH膜的粘结强度的9.5倍,这意味着经过改性铈处理后,Si-O-Al键的形成可以更进一步地提高铝塑膜的强度。而另一方面KH570中的非极性基团可以与PP-g-MAH聚合物之间存在分子间的相互作用也可以进一步地提高铝箔与粘结剂之间的粘结强度。  第四章中,为了获得与铬浸泡相同的表面处理效果,采用具有表面活性的商业化表面活性剂(JBEC)对铬处理液进行改性,并对铝箔层进行处理液涂布处理,在铝箔层表面成功制备了铬化学转化处理涂层。通过SEM、EDS及AFM分别分析了铬浸泡处理和涂布处理铝箔的表面形貌以及组分。同时,通过T型剥离测试分别对铬涂布及浸泡处理过后的铝箔与PP-g-MAH膜复合后的复合膜进行了粘接、热封以及耐电解液性能的测试。结果表明铬涂布处理铝箔的各项性能均优于铬浸泡处理及未处理的铝箔表面性能。且当JBEC的含量为0.5 wt%时,涂布处理后的铝箔具备最好的剥离、热封及耐电解液性能。这在使用涂布处理方法代替传统的铬浸泡处理方法上具有非常重要的意义。
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