复合塑膜材料及其制备方法、电池及用电装置与流程

本技术涉及功能材料，特别涉及一种复合塑膜材料及其制备方法、电池及用电装置。

背景技术：

1、近年来，随着新能源行业的快速发展，电子产品、电动车等用电装置更新换代的速度越来越快，人们追求用电装置的轻量化，因此，安全性能好、重量较轻的软包电池受到关注。

2、传统的软包电池大部分采用铝塑膜进行封装，铝塑膜主要由尼龙外层、铝层和聚丙烯(pp)内层组成，各层之间通过设置粘接层粘合。然而，传统的铝塑膜强度偏低，耐穿刺性能较差且耐腐蚀较弱，导致电池在封装后的工序转换过程中，容易因电池之间的碰撞摩擦或外界物品与电池之间的碰撞摩擦而破损，且铝塑膜内层会与电解液接触，容易受到耐电解液腐蚀，外层会接触外界环境，也容易受到水、氧等腐蚀而受损，当铝塑膜外层或内层破损后，中间层的铝层就会露出来，在用电装置使用过程中，电池中裸露的铝层可能会与其它金属器件相接触形成原电池，发生原电池腐蚀反应，同时也会带来电池鼓涨漏液的风险，影响用电装置的安全性能。

3、因此，传统技术仍有待改进。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种复合塑膜材料及其制备方法、电池及用电装置，该复合塑膜材料兼具优异的抗穿透强度及耐腐蚀性。

2、本技术是通过如下的技术方案实现的。

3、本技术的第一方面，提供一种复合塑膜材料，所述复合塑膜材料包括依次层叠设置的第一塑膜层、功能膜层和第二塑膜层；

4、所述功能膜层包括复合金属层，所述复合金属层的组分包括镍元素和铁元素，且所述镍元素在所述复合金属层中的质量占比k1％满足：k1％≥50％。

5、上述复合塑膜材料包括依次层叠设置的第一塑膜层、功能膜层和第二塑膜层，功能膜层中的复合金属层的组分包括镍元素和铁元素，镍元素和铁元素协同，具有良好的耐水、氧基电解液腐蚀的能力，且控制镍元素在复合金属层中的质量占比k1％≥50％，在保持优异的耐腐蚀能力的同时，提高功能膜层的力学强度，使复合塑膜材料兼具优异的抗穿透强度及耐腐蚀性。

6、在其中一些实施例中，k1％满足：50％≤k1％≤90％；

7、可选地，k1％满足：65％≤k1％≤85％。

8、进一步调控镍元素在复合金属层中的质量占比k1％，进一步提高复合塑膜材料的抗穿透强度及耐腐蚀性。

9、在其中一些实施例中，所述铁元素在所述复合金属层中的质量占比k2％满足：k2％≥10％；

10、可选地，所述铁元素在所述复合金属层中的质量占比k2％满足：10％≤k2％≤50％。

11、进一步调控铁元素在复合金属层中的质量占比k2％，进一步提高复合塑膜材料的抗穿透强度及耐腐蚀性。

12、在其中一些实施例中，所述镍元素在所述复合金属层中的质量占比k1％及所述铁元素在所述复合金属层中的质量占比k2％满足：k1％+k2％≥98％。

13、在其中一些实施例中，所述复合金属层满足如下(1)～(3)中至少一个条件：

14、(1)所述复合金属层的厚度为20μm～40μm；

15、可选地，所述复合金属层的厚度为25μm～35μm；

16、(2)所述复合金属层的至少一个表面的表面粗糙度为0.8～3.2μm；

17、所述复合金属层的至少一个表面的表面粗糙度为1.6μm～3.2μm；

18、通过调控复合金属层表面的粗糙度，可以提高复合金属层与其他层之间的粘接力，进而提高复合塑膜材料的粘结性能，应用于制备电池时，可进一步提高电池的使用寿命和安全性能。

19、(3)所述复合金属层的拉伸强度为600mpa～910mpa。

20、在其中一些实施例中，所述功能膜层满足如下(4)～(5)中至少一个条件：

21、(4)所述功能膜层还包括设于所述复合金属层靠近所述第一塑膜层一侧的第一耐腐蚀金属层；

22、可选地，所述第一耐腐蚀金属层的厚度为1μm～5μm；

23、可选地，所述第一耐腐蚀金属层中的金属包括al、cr和ni中的至少一种；

24、(5)所述功能膜层还包括设于所述复合金属层靠近所述第二塑膜层一侧的第二耐腐蚀金属层；

25、可选地，所述第二耐腐蚀金属层的厚度为1μm～5μm；

26、可选地，所述第二耐腐蚀金属层中的金属包括al、cr和ni中的至少一种。

27、通过设置第一耐腐蚀金属层及第二耐腐蚀金属层，在保持优异的力学强度的同时，进一步提高复合塑膜材料的耐腐蚀性能。

28、在其中一些实施例中，所述功能膜层的厚度为20μm～40μm；

29、可选地，所述功能膜层的厚度为25μm～40μm；

30、可选地，所述功能膜层的厚度为25μm～35μm。

31、进一步调整功能膜层整体的厚度，进一步提高复合塑膜材料的力学强度。

32、在其中一些实施例中，所述复合金属层的至少一个表层中的所述镍元素的质量占比为h1，所述复合金属层的两个表层之间的任一层中的所述镍元素的质量占比为h2，h1和h2满足：h1＞h2；

33、可选地，在所述复合金属层的两个表层中的所述镍元素的质量占比均选自h1；

34、可选地，所述表层的厚度为1μm～5μm；

35、可选地，h1满足：75％≤h1≤100％。

36、调控复合金属层中镍元素的分布，使至少一个表层中的镍元素的质量占比要大于两个表层中间的层级中镍元素的质量占比，在保证强度的同时进一步提高复合金属层的耐腐蚀性。

37、在其中一些实施例中，以所述复合金属层的一半厚度处的水平线所处的层为中心层，在所述中心层向所述复合金属层的至少一个表层垂直延伸的方向上，分布的镍元素的质量占比呈升高的趋势；

38、可选地，在所述中心层分别向所述复合金属层的两个表层垂直延伸的方向上，镍元素的质量占比均呈升高的趋势；

39、可选地，所述中心层的厚度为2μm～10μm。

40、调控复合金属层中镍元素的分布，在中心层向表层延伸的方向上，分布的镍元素的质量占比呈升高的趋势，换言之，越靠近表层的区域，镍元素的质量占比越高。

41、在其中一些实施例中，在所述复合金属层中，所述中心层两侧的层中分布的镍的质量占比以所述中心层为对称轴线呈对称关系；

42、换言之，中心层两侧的层中分布的镍的质量占比以相同的规律递增。

43、可选地，所述复合金属层的厚度为dμm，所述复合金属层中位于所述表层与所述中心层之间的任意一层中镍的质量占比为y，所述复合金属层中位于所述表层与所述中间层之间的任意一层到所述中心层的垂直距离为r，h＝2r/d；

44、y与所述镍元素在所述复合金属层中的质量占比k1％满足如下关系：

45、y＝(2-2k1％)×h+2k1％-1，(2k1％-1)≤y≤1。

46、进一步地，本技术发明人通过大量实验总结出复合金属层中位于所述表层与所述中心层之间的任意一层中镍的质量占比为y的关系公式，以控制中心层两侧的层中分布的镍的质量占比以相同的特定规律递增。

47、在其中一些实施例中，所述第二塑膜层满足如下(6)～(7)中至少一个条件：

48、(6)所述第二塑膜层的厚度为30μm～50μm；

49、(7)所述第二塑膜层的组分包括聚丙烯。

50、在其中一些实施例中，所述第一塑膜层的组分包括尼龙材料和对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种；

51、可选地，所述第一塑膜层包括尼龙材料层和苯二甲酸乙二醇酯层中的至少一层；

52、可选地，所述第一塑膜层包括依次层叠的尼龙材料层和苯二甲酸乙二醇酯层，且相比于所述苯二甲酸乙二醇酯层，所述尼龙材料层更靠近所述功能膜层。

53、在其中一些实施例中，所述尼龙材料层的厚度为20μm～30μm，所述苯二甲酸乙二醇酯层的厚度为5μm～20μm。

54、在其中一些实施例中，各个层之间还设有粘接层；

55、可选地，各个所述粘接层的厚度分别独立地选自1μm～5μm；可选为1μm～2μm；

56、可选地，所述粘接层的粘结组分包括聚烯烃树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚酯多元醇和聚异氰酸酯中的至少一种。

57、本发明的第二方面，提供第一方面的复合塑膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下所述复合金属层的制备步骤：

58、提供阳极材料和阴极材料；所述阳极材料包括镍元素和铁元素，所述阴极材料为钛合金；

59、将所述阳极材料和阴极材料置于电镀液中进行电镀处理，在所述阴极材料表面沉积镍元素和铁元素，形成所述复合金属层；

60、其中，所述电镀液的组分包括镍盐、铁盐和水；

61、或，包括如下所述复合金属层的制备步骤：

62、采用靶材进行物理气相沉积处理，制备所述复合金属层；所述靶材的组分包括镍元素和铁元素。

63、在其中一些实施例中，所述电镀处理满足如下(8)～(10)中至少一个条件：

64、(8)所述电镀处理的电流为9.5a/cm2～10.8a/cm2；

65、(9)所述电镀处理的温度为45℃～60℃；

66、(10)所述电镀处理的速度为1.0m/min～1.6m/min。

67、通过调控电镀处理的工艺条件，可调控形成的复合金属层的厚度。

68、在其中一些实施例中，所述电镀液满足如下(11)～(13)中至少一个条件：

69、(11)所述电镀液的ph值为2～3.5；

70、(12)在所述电镀液中，所述镍盐的浓度为100g/l～150g/l，所述铁盐的浓度为25g/l～75g/l；

71、可选地，所述镍盐包括水溶性镍盐；

72、可选地，所述镍盐包括niso4和nicl2中的至少一种；

73、可选地，所述铁盐包括水溶性铁盐；

74、可选地，所述铁盐包括feso4；

75、(13)所述电镀液的组分还包括表面活性剂；

76、可选地，所述表面活性剂的浓度为1g/l～2.5g/l；

77、可选地，所述表面活性剂包括阴离子表面活性剂；

78、可选地，所述表面活性剂包括十二烷基磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的至少一种。

79、通过调控电镀液的组分及其浓度，可调控制得的复合金属层的中元素的质量占比、表面粗糙度等。

80、本技术的第三方面，提供一种电池，所述电池包括第一方面的复合塑膜材料。

81、上述复合塑膜材料兼具优异的抗穿透性及耐腐蚀性，可提升电池的使用寿命及安全性能。

82、本技术的第四方面，提供一种用电装置，所述用电装置包括第三方面的电池。

技术特征：

1.一种复合塑膜材料，其特征在于，所述复合塑膜材料包括依次层叠设置的第一塑膜层、功能膜层和第二塑膜层；

2.如权利要求1所述的复合塑膜材料，其特征在于，k1％满足：50％≤k1％≤90％；

3.如权利要求1～2任一项所述的复合塑膜材料，其特征在于，所述铁元素在所述复合金属层中的质量占比k2％满足：k2％≥10％；

4.如权利要求1～2任一项所述的复合塑膜材料，其特征在于，所述镍元素在所述复合金属层中的质量占比k1％及所述铁元素在所述复合金属层中的质量占比k2％满足：k1％+k2％≥98％。

5.如权利要求1～2任一项所述的复合塑膜材料，其特征在于，所述复合金属层满足如下(1)～(3)中至少一个条件：

6.如权利要求1～2任一项所述的复合塑膜材料，其特征在于，所述功能膜层满足如下(4)～(5)中至少一个条件：

7.如权利要求6所述的复合塑膜材料，其特征在于，所述功能膜层的厚度为20μm～40μm；

8.如权利要求1～2任一项所述的复合塑膜材料，其特征在于，所述复合金属层的至少一个表层中的所述镍元素的质量占比为h1，所述复合金属层的两个表层之间的任一层中的所述镍元素的质量占比为h2，h1和h2满足：h1＞h2；

9.如权利要求8所述的复合塑膜材料，其特征在于，以所述复合金属层的一半厚度处的水平线所处的层为中心层，在所述中心层向所述复合金属层的至少一个表层垂直延伸的方向上，分布的镍元素的质量占比呈升高的趋势；

10.如权利要求9所述的复合塑膜材料，其特征在于，在所述复合金属层中，所述中心层两侧的层中分布的镍的质量占比以所述中心层为对称轴线呈对称关系；

11.如权利要求1～2任一项所述的复合塑膜材料，其特征在于，所述第二塑膜层满足如下(6)～(7)中至少一个条件：

12.如权利要求1～2任一项所述的复合塑膜材料，其特征在于，所述第一塑膜层的组分包括尼龙材料和对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种；

13.如权利要求12所述的复合塑膜材料，其特征在于，所述尼龙材料层的厚度为20μm～30μm，所述苯二甲酸乙二醇酯层的厚度为5μm～20μm。

14.如权利要求1～2任一项所述的复合塑膜材料，其特征在于，各个层之间还设有粘接层；

15.如权利要求1～14任一项复合塑膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下所述复合金属层的制备步骤：

16.如权利要求15所述的复合塑膜材料的制备方法，其特征在于，所述电镀处理满足如下(8)～(10)中至少一个条件：

17.如权利要求15～16任一项所述的复合塑膜材料的制备方法，其特征在于，所述电镀液满足如下(11)～(13)中至少一个条件：

18.一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求1～14任一项所述的复合塑膜材料。

19.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括如权利要求18所述的电池。

技术总结
本发明涉及一种复合塑膜材料及其制备方法、电池及用电装置，该复合塑膜材料包括依次层叠设置的第一塑膜层、功能膜层和第二塑膜层；所述功能膜层包括复合金属层，所述复合金属层的组分包括镍元素和铁元素，且所述镍元素在所述复合金属层中的质量占比K1％满足：K1％≥50％。

技术研发人员：刘桓基,孙信,李璇,吴李力,宋佩东
受保护的技术使用者：宁德时代新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23