锂电池软包装用铝箔的表面处理及内层粘合剂的制备

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锂离子电池用软包装膜是一种复合膜材料,其主要由外层、外层粘结层、铝箔层、化学转化膜层、内层粘结层以及热封层构成。其中,铝箔层的化学转化处理以及内层粘结层材料的制备是其复合材料的关键。因此,本文针对软包装膜材料的铝箔层以及内层粘结层进行研究,探讨了铝箔层不同的处理工艺对于其性能的影响,研究了两种环保型铝箔表面化学处理方法,并制备了内层粘结层,即官能化聚丙烯(PP),并研究了其非等温结晶动力学。主要的研究内容如下:  采用涂布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),接触角测试(CAM)表征了两种不同处理工艺得到的铝箔表面的形貌、组分以及浸润性的差异,并通过T型剥离实验研究了不同处理工艺得到的铝箔与内层粘结层的粘结性能。研究发现,虽然性能稍差于铬浸泡工艺处理的铝箔,铬涂布工艺也有望应用于处理锂离子电池软包装膜材料的铝箔层。  采用六氟钛酸(H2TiF6)处理铝箔层,在铝箔层表面成功制备了环保的钛化学转化膜层。由正交试验得到效果最佳的钛处理条件以及配方为:处理时间为4min,处理温度为25℃,六氟钛酸浓度为2.3g/L。通过SEM、EDS、原子力显微镜(AFM)以及X射线光电子能谱(XPS)对处理前后铝箔的表面进行了分析,结果表明钛化学转化膜主要成分包含金属氧化物(TiO2和Al2O3)以及金属氟化物(AlF3),且涂层主要在铝箔表面的金属间化合物处形成。盐雾实验结果表明钛处理后的铝箔其耐腐蚀性能大幅提高,明显优于未处理或者碱洗处理铝箔。T型剥离测试表明经过钛处理的铝箔与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30倍,这意味着钛处理铝箔的方法或许能代替传统的铬处理,在包装业中具备非常良好的应用前景。  采用氯化铈(CeCl3)处理液处理铝箔层,在铝箔层表面成功制备了铈化学转化处理涂层。通过SEM、EDS、AFM以及XPS分析了铈处理铝箔的表面形貌以及组分,研究发现,所制备的铈涂层均匀分布于铝箔表面,且存在“泥裂”结构,涂层含有多种组分,主要为氧化铈以及三氧化二铈。T型剥离测试表明铈处理铝箔与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20倍,这主要归因于铝箔粗糙的表面以及铈氧化物与PP-g-MAH间的相互作用。  第五章中,采用马来酸酐(MAH)、丙烯酸(AA)以及甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)三种不同的极性单体接枝PP得到三种不同官能化PP,即PP-g-MAH,PP-g-AA,PP-g-GMA,并将其分别作为铝塑膜的内层粘合剂以研究不同官能化PP对于铝箔/内层粘结层粘结强度的影响。通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)证明三种接枝单体已成功接枝到PP基体上。T型剥离测试表明PP-g-MAH膜与钛/铈处理铝箔的粘结性能最好。通过差示扫描量热仪(DSC)研究了不同官能化PP的非等温结晶行为,并通过三个模型(Jeziorny法,Ozawa法以及Mo法)研究了不同官能化PP的非等温结晶动力学。研究结果表明:在结晶速率一定时,三种官能化PP的Tcon以及Tcp值的大小为PP-g-MAH>PP-g-AA>PP-g-GMA。Mo法可以很好地描述这三种官能化PP的非等温结晶动力学,在一定的相对结晶度下,根据Mo法得到聚合物的结晶速率由大到小的顺序如下:PP-g-AA>PP-g-GMA>PP>PP-g-MAH。本章还运用了Kissinger的方程计算了官能化PP与纯PP的结晶活化能,研究的结果表明:在一定的相对结晶度下,PP-g-AA具备最高的结晶速率,PP-g-GMA其次,这是由于在结晶过程中,快速成核占主导地位,AA和GMA可以促进结晶,而MAH由于五元环的存在会阻碍结晶。
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