一種複合膜及其製備方法與流程

2023-07-27 00:17:06 1

本發明涉及複合膜及其製備方法，且特別涉及具有良好柔韌性並改善層間變形或者層間剝落現象的複合膜及其製備方法。

背景技術：

通常，容納液體的包袋(pouch)或者包裝材料要求內部的液體不能流出到外部，外部的水分及異物不流入到內部。作為這種包袋或包裝材料通常使用高分子樹脂。通過壓力機適用拉伸(drawing)或者摺疊(folding)工藝使這種高分子樹脂維持如四角形或者圓形的固定形態，從而應用於多種產品的包裝。

現有的包袋或者包裝材料用高分子樹脂，為了防止液體向外部流出或者外部的水分及異物流入到內部，經過厚膜化或高密度化，但這種方式限制上述包裝材料的柔韌性或者彈性的提高，並且將其它層層疊而形成複合化的情況，會存在由熱膨係數差導致的多種變形或剝落現象。

技術實現要素：

技術問題

本發明所要解決的技術問題是提供一種複合膜，其確保柔韌性或彈性，並通過能夠改善層間變形或層間剝落現象，從而防止內部的液體向外流出，外部的水分或異物流入到內部。

另外，本發明所要解決的技術問題是提供一種既經濟又簡單的所述複合膜的製備方法。

解決問題的手段

為了解決上述問題，根據本發明一實施例的複合膜包括：第一保護層；及在上述第一保護層上使用膠粘劑附著的織物層。在一實施例中，上述第一保護層包括聚丙烯系高分子樹脂、聚乙烯系高分子樹脂及其它們的共聚物中的一種或其混合物。上述聚乙烯系高分子樹脂可包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMAA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)，或者乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMMA)。

在一實施例中，上述第一保護層的厚度為10μm至40μm。上述織物層可包括棉織物、麻織物、毛織物、絹絲織物、混紡織物、交織物、無紡布或者極細砂布。另外，上述織物層也可包括戈爾特斯(Gore-tex)。在一實施例中，上述織物層的厚度為100μm至2,000μm。

上述複合膜在上述第一保護層和上述織物層之間還可包括金屬層。上述金屬層可包括鋁(Al)、銅(Cu)、鐵(Fe)、碳(C)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鎳(Ni)或者它們的合金。上述金屬層可包括金屬箔或者金屬薄膜。在一實施例中，上述金屬層的厚度為0.1μm至100μm。上述金屬層的厚度優選為0.1μm至10μm。

另外，上述複合膜在上述金屬層和上述織物層之間還可包括第二保護層。上述第二保護層可包括尼龍、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯或者它們的衍生物。在一實施例中，上述第二保護層的厚度為10μm至30μm。上述膠粘劑可為丙烯酸系膠粘劑或者環氧系膠粘劑。

為了解決上述另一技術問題，根據本發明一實施例的複合膜的製備方法包括：提供第一保護層的步驟；在上述第一保護層的一面上形成金屬層的步驟；以及在不與上述第一保護層接觸的上述金屬層的另一面上形成織物層的步驟。在另一實施例中，在形成上述織物層的步驟之前，還包括在上述金屬層的另一面上形成第二保護層的步驟，並在不與上述金屬層接觸的上述第二保護層的另一面上還可形成織物層。

形成上述織物層的步驟包括，在上述第二保護層的另一面上塗覆膠粘劑後疊層上述織物層，然後進行乾燥的步驟。形成上述織物層的步驟可包括，通過壓力機對上述織物層施壓的步驟。另外，上述複合膜的製備方法也可在上述第一保護層上形成上述織物層，或者在上述織物層上形成上述第一保護層。

發明的效果

根據本發明的實施例，通過在構成複合膜基底層的保護層表面上疊層織物層，從而提供具有良好的柔韌性或彈性，並且通過上述織物層抑制或者改善，由上述基底層與織物層之間的熱膨脹係數差導致的層間變形或者層間剝落的現象，以提高包裝的壽命及產品信賴度的複合膜及其製備方法。

另外，根據本發明的實施例，提供一種在作為基底層的保護層中，難以流入如電解液的液體及外部的水分，因此用作容納例如包含電解液的鋰離子電池、電容器或者雙電層電容器的能量儲存裝置的包袋的電池外裝材使用時，作為外皮能夠使織物層暴露外部的複合膜及其製備方法。

另外，根據本發明的一實施例，提供一種複合膜，其不僅具有良好的柔韌性和彈性，並通過使用具有優秀防水性能的基底層及織物層，可用作如可穿戴的或者穿戴式手錶、皮帶、眼鏡、電池的穿戴式智能設備的外裝材料使用，以及提供一種包含上述外裝材料的電池及其製備方法。

附圖說明

圖1是示出根據本發明一實施例的複合膜的截面圖。

圖2是示出根據本發明另一實施例的複合膜的截面圖。

圖3是示出根據本發明另一實施例的複合膜的截面圖。

圖4是示出根據本發明一實施例的複合膜的製備方法的流程圖。

圖5是示出根據本發明另一實施例的複合膜的製備方法的流程圖。

圖6是示出根據本發明另一實施例的複合膜的製備方法的流程圖。

圖7是示出根據本發明另一實施例的複合膜的製備方法的流程圖。

圖8是示出根據本發明一實施例的電池外裝材料以及包含其的電池的透視分解圖。

具體實施方式

以下參照附上的附圖對本發明的優選實施例進行詳細的說明。

本發明的實施例是為了使所屬技術領域的知曉普通技術知識的人員能夠更好理解本發明而提供的。以下實施例可修改為多種形態，本發明的範圍不能以如下實施例所限定。反而，以下實施例能夠更充實並完全地公開本發明，並對所屬技術領域的技術人員完全的傳達本發明的技術思想。

另外，在以下附圖中，各層的厚度及大小是為說明的便利及明確性而有所誇大，在附圖中同一符號稱同一要素。如本發明所使用的用語「以及/或者」包括所列舉的種類的一種及一種以上的所有組合。

在本發明中所使用的用語是為了說明特定實施例，不是為了限定本發明。如本發明中使用的單個形態，在文脈中如果沒有分明指出其它情況，其可包括多個形態。另外，本說明書中所使用的「包括(comprise)」以及/或者「包括(comprising)」不是特指所提及的形狀、步驟、數字、動作、部件、要素以及/或者它們的組合的存在，不排除存在或者附加一種以上的其它形狀、步驟、數字、動作、部件、要素以及/或者它們的組合。

本說明書中的第一、第二等術語是用於說明多種部件、零件、領域、層以及/或者部分，但是這些部件、零件、領域、層以及/或者部分不能被這些術語所限定。這些術語僅用於區分一個部件、零件、領域、層或者部分與其它領域、層或者部分。因此，以下使用的術語第一部件、零件、領域、層或者部分在不脫離本發明教導的情況下，可以指稱為第二部件、零件、領域、層或者部分。

圖1是根據本發明一實施例的複合膜10的截面圖。

參考圖1可知，複合膜10包括在表面第一保護層11以及第一保護層11上以膠粘層13為媒介而附著的表面織物層12。第一保護層11可以是熱融合層。將複合膜10摺疊與第一保護層11的暴露的底面11S相對後，可相互進行熱融合，或者在其它基板上增加第一保護層11之後，通過加熱使複合膜融合到上述基板上。

上述熱融合層可包括聚丙烯系高分子樹脂、聚乙烯系高分子樹脂或者它們的共聚物(例如，乙烯-丙烯共聚物)。可優選包括聚乙烯系高分子樹脂或者其共聚物。上述聚乙烯系高分子樹脂與上述聚丙烯系高分子樹脂相比，由於具有更低的熔點，相對在低溫，例如80℃至130℃下，可進行熱融合工藝。

在一實施例中，上述聚乙烯系高分子樹脂可包括聚乙烯(PE)、低密度聚乙烯(LDPE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)或者高密度聚乙烯(HDPE)。在另一實施例中，上述聚乙烯系高分子樹脂可以是包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMAA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)或者乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMMA)的聚乙烯共聚物。低熔點的聚乙烯系高分子樹脂，即使因織物層12減少熱傳導率並增加複合膜的厚度，在相對低溫度下可進行熱融合或者密封包裝，從而提高利用複合膜10的包裝工藝的信賴度及速度。作為一實施例，複合膜10可用作低溫工藝的電池外裝材料。

前述的第一保護層11中，有關層的材料是示例性的，本發明並不限於此。例如，第一保護層11也可包括對水分或者電解液具有穩定性，並能夠進行熱融合的材料，即PET樹脂、尼龍樹脂等聚酯系樹脂、聚醯胺系樹脂。

第一保護層11可具有10μm至40μm的厚度。第一保護層11的厚度小於10μm的情況，會發生針對如鹽或者電解液的內容物產生耐化學性及洩露問題，並降低防止從外部流入水分的特性。另外，利用複合膜10的包裝或者封裝工藝時，由於減小根據第一保護層11的底面之間的熱融合工藝的粘合厚度，無法維持充分的機械強度及緊密特性。第一保護層11的厚度超過40μm的情況，在包裝或者封裝工藝中難以進行複合膜10的拉伸或者摺疊工序，並且由於複合膜10的厚度變厚，柔韌性下降。

織物層12從外部環境保護包括第一保護層11的內部層，基於織物層12的纖維構造具有的柔韌性既防止上述內部層的破裂，又防止複合膜10的外周面12S(例如，上述外周面指包袋的外皮)發生破裂，從而提升產品的壽命，並確保包裝或者封裝工藝中，在拉伸或者摺疊工序中的複合膜10的耐性及信賴度。另外，織物層12基於纖維構造的特異性，提高複合膜10的彈性或柔韌性，並在上述內部層與織物層12之間或者上述內部層具有多個疊層構造的情況，織物層12吸收並補充由內部層之間的熱膨脹係數差導致的應力產生的變形或者層間剝落現象，從而穩定的維持複合膜10的構造。

另外，織物層12用作包裝材料時，其就有柔韌性並能夠實現具有便於用戶使用的質感或者觸感的界面，使產品性提高並擴大其的應用。例如，複合膜10用作如智能衣服或者智能鞋的穿戴式智能設備的外裝材料，或者用作這種設備的能源的電池的包袋的情況，不需要額外的外裝材料，其本身可作為外裝材料附著現有的衣服、鞋、包或者露營用具上或實現一體化。因此，其能夠被廣泛的應用並可創造出具有新規格及設計的產品。

在一實施例中，織物層12可包括棉織物、麻織物、毛織物、絹絲織物、混紡織物、交織物、無紡布或者極細砂布。在另一實施例中，織物層12可為複合纖維層，例如，可包括疊層有防水加工膜的戈爾特斯(Gore-tex)。但是，這些材料僅是示例性的，本發明並不限於此。例如，織物層12可以是與膠粘劑13一起安置到第一保護層11上之後，在包括室溫(例如，25℃)的20℃至50℃溫度下，經過乾燥後形成的材料，或者是通過壓力機施壓後形成的任何材料。這種織物層12的疊層工序僅是示例性的，本發明並不限於此。

織物層12可形成為100μm至2,000μm的厚度。織物層12厚度小於約100μm的情況，容易被外部的衝擊損壞，並對熱膨脹係數差導致的層間變形或者層間剝落現象的抑制率較小，不適合用作外皮。另外，織物層12的厚度超過2,000μm的情況，利用複合膜10的包裝工藝，例如，包袋的製造過程中，例如難以進行拉伸或摺疊工序，從而導致加工成本的上升及不良品的發生，並且增加複合膜10本身的厚度從而降低彈性或柔韌性。

膠粘劑13可為丙烯酸系膠粘劑或者環氧系膠粘劑，本發明並不限於此。膠粘劑13既能夠將織物層12附著到第一保護層11上，且具有一定範圍的彈性力，因此複合膜10在拉伸或者摺疊時，使第一保護層11與織物層12相互不產生分離。

圖2是根據本發明另一實施例的複合膜20的截面圖。

參考圖2可知，複合膜20包括表面的第一保護層11、第一保護層11上形成的表面的金屬層21及金屬層21上通過膠粘劑13附著的表面的織物層12。圖2的構成部件中，針對與圖1的構成部件具有相同參考符號的構成部件可參考前述的說明。

金屬層21從外部環境中浸透水分或者氣體至下肢的第一保護層11，以防止第一保護層11的膨脹或劣化。另外，包裝或者封裝工藝時，其內容物為如電解質的液相物質的情況，通過第一保護層11防止洩露，維持整體包裝的強度。

金屬層21可包括鋁(Al)、銅(Cu)、鐵(Fe)、碳(C)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鎳(Ni)或者它們的合金。例如，金屬層21為增強機械強度可包含鐵，為提高柔韌性及彈性作為主要成分可包含鋁。在金屬層21包含含有鐵的材料時，可使用由鐵84～88.2％、碳0.5％以下、鉻11～15％及錳0.3～0.5％構成的合金，或者由鐵63.7～75.9％、碳0.1～0.3％、鉻12～18％及鎳7～12％構成的合金。

金屬層21的厚度為0.1μm至100μm的範圍，優選為1μm至20μm的範圍。金屬層21的厚度小於0.1μm的情況，在包裝及封裝工藝中進行拉伸或者摺疊工序時，容易發生破裂、斷裂或者損壞。金屬層的厚度超過100μm的情況，難以進行拉伸或者摺疊工序，導致較難進行包裝或封裝工藝，從而降低包裝的產品的柔韌性以及對其的期望壽命。

金屬層21可為金屬箔或者金屬薄膜。金屬層21為金屬箔的情況，通過在金屬層21的表面塗層或者層壓第一保護層11，以形成為製造複合膜20的中間製造物。金屬層21為金屬薄膜的情況，通過在第一保護層11上進行如濺射或者熱蒸發的蒸鍍工序，或者無電解電鍍工序，或者這兩種的複合過程以形成金屬層21。

金屬層21為上述金屬薄膜的情況，可增加複合膜20的柔韌性及彈性。上述金屬薄膜的厚度為0.1μm至10μm範圍內。薄膜化金屬層21的複合膜10為例，用作包含固體電解質的電池的電池外裝材料時有用。與使用液體電解質的電池相比，使用固體電解質的電池時，減少電解質洩露到電池外裝材料的顧慮，因此，如前述，具有薄膜化金屬層21或者省略金屬層21的優勢。

織物層12通過膠粘劑13附著到金屬層21上。織物層12增強複合膜20的柔韌性及彈性，從而增加複合膜20本身作為外皮使用的包裝及封裝的柔韌性及彈性。例如，將複合膜20作為水桶或者充電有電解液的電池的外裝材使用時，緩解由電解液導致的第一保護層的11脹氣以及第一保護層11與金屬層21之間的熱膨脹係數差導致的剝落及變形，從而提升產品的壽命。

圖3是根據本發明另一實施例的複合膜30的截面圖。

參考圖3可知，複合膜30包括第一保護層11、第一保護層11上的金屬層21、金屬層21上的第二保護層31，以及第二保護層31通過膠粘劑13附著的織物層12。圖3的複合膜30具有與圖2的複合膜20類似的構造，以下重點說明其區別點。

第二保護層31通過在金屬層21的表面上經過塗層或者層壓為一定厚度而形成。第二保護層31的作用為從外部保護內部層，並防止由複合膜10形成的包袋的外周面發生破裂，從而便於整體成型。

第二保護層31可包括尼龍、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯或者它們的衍生物，本發明並不限於此。第二保護層31通過將前述的高分子樹脂液相塗層到金屬層21的表面上，或者將高分子樹脂預先製作成膜形態，並經過各種層壓方法疊層而形成。另外，通過將第二保護層31進行多層化，或者在第二保護層31的表面上複合化氟系樹脂或者丙烯酸系樹脂層，從而保護第二保護層31的表面或者提高成型的加工性。

第二保護層31可形成為10μm至30μm的厚度。第二保護層31的厚度小於10μm的情況，不容易實現包裝或者封裝工藝中如拉伸或者摺疊過程。第二保護層31的厚度超過30μm的情況，會使利用複合膜10的包裝的厚度變厚，並非優選。

以下，對本發明的複合膜的製備方法進行說明。由於材料及厚度等已在前面進行了說明，因此省略對其的說明。

圖4是說明根據本發明一實施例的複合膜10的製備方法的流程圖。圖5是說明根據本發明另一實施例的複合膜10的製備方法的流程圖。共同參考圖1，對製備方法進行說明。

參考圖4可知，根據另一實施例的複合膜10的製備方法可包括第一保護層形成步驟S11及織物層形成步驟S12。本發明可在第一保護層11上，無需金屬層21，通過膠粘劑13直接形成織物層12。

參考圖5可知，根據另一實施例的複合膜10的製備方法可包括織物層形成步驟S11'以及第一保護層形成步驟S12'。在織物層12上無需金屬層21可直接形成第一保護層11。在此，第一保護層11通過塗層或者層壓方式直接形成在織物層12上。

在一些實施例中，通過前述的層壓方式的情況，適用通過壓力機施壓的方式，以便使第一保護層11和織物層12能夠迅速而強烈地附著。作為示例，不具有金屬層21的複合膜10可有效用作包含固體電解質的電池的電池外裝材。例如，與使用液體電解質的電池相比，使用固體電解質的電池，無需顧慮電解質洩露到電池外裝材。因此，如前述不具有金屬層21的複合膜10可加工成電池外裝材。

圖6是示出根據本發明另一實施例的複合膜20的製備方法的流程圖。在此，共同參考圖2。

參考圖6可知，根據一實施例的複合膜20的製備方法包括金屬層形成步驟S21及第一保護層/織物層形成步驟S22。在金屬層21的形成步驟S21中，通過適用通常的成型工藝，將毛材形成為期望厚度的箔。在拉伸或者摺疊工藝時，為了使金屬層21不發生破裂，並提升延伸率，可在惰性氣體氛圍中進行熱處理等追加工藝。在第一保護層11/織物層12的形成步驟S22中，在金屬層21的一面上塗層或層壓第一保護層11後，在金屬層21的另一面上通過膠粘劑13附著織物層12。在此，形成第一保護層11後形成織物層12，或者形成織物層12後形成第一保護層11。在另一實施例中，可同時形成第一保護層11和織物層12。

金屬層21可在第一保護層11的表面上適用濺射或者鍍金工序以形成期望厚度的金屬薄膜。首先提供第一保護層11，該工藝之後，在沒有形成第一保護層11的金屬層21的表面上通過膠粘劑13形成織物層12。織物層12中間夾著膠粘劑13，位於金屬層21的表面上，從而其能夠在室溫得到乾燥或者通過壓力機施加恆壓而形成。

圖7是示出根據本發明另一實施例的複合膜30的製備方法的流程圖。對此，共同參考圖3。

參考圖7可知，根據另一實施例的複合膜30的製備方法包括金屬層形成步驟S31、第一保護層/第二保護層形成步驟S32，以及織物層形成步驟S33。

第一保護層11/第二保護層31形成步驟S32通過在金屬層21的一面上形成第一保護層11，在金屬層21的另一面上形成第二保護層31而構成。選擇性的，通過金屬層21的一面上形成第二保護層31，金屬層21的另一面上形成第一保護層11而構成。如前述，第一保護層11及第二保護層31通過塗層或層壓方式分別形成在金屬層21的一面或者另一面上。織物層12形成步驟S33通過在第二保護層31上中間夾著膠粘劑13定位織物層12，並在室溫乾燥或者通過壓力機施壓而得到實施。

圖8是示出根據本發明一實施例的電池外裝材320及包含其的電池的透視圖。

參考圖8可知，根據一實施例的電池外裝材320包括，形成有能夠容納電極組件310的空間部325的外裝材本體324，以及至少一面與外裝材本體324鄰接的外裝材蓋部322。隨著除了外裝材蓋部322一體連接的一側邊以外的外裝材本體324的3邊的邊緣，形成有為了與外裝材蓋部322粘合的密封部324a。

電池外裝材320，例如，如前述的複合膜，包括織物層322a/金屬層322b/第一保護層322c。織物層322a構成電池的包裝外皮，第一保護層322c作為熱融合層構成電池的包裝內皮。如果在將外裝材本體324與外裝材蓋部322粘合的狀態下，熱融合密封部324a，會使密封部324a的第一保護層(熱融合層)相互粘合，從而密封電池外裝材。針對上述層構造，可適用前述的根據多種實施例的複合膜，例如，具有第一保護層/織物層，第一保護層/金屬層/第二保護層/織物層的構造的膜，可參考前述內容。

電極組件310通過在第一電極312、第二電極314以及在它們之間介入分離膜313，以製造成纏繞的卷餅(jellyroll)的形態，或者將它們疊層的板狀疊層型電極組件。第一電極312與第二電極314具有相反極性，能夠各自對應陽極或者陰極。第一電極312及第二電極314包括集流體以及至少塗覆到集流體一面上的電極活性物質，即陽極活性物質或者陰極活性物質。或者，第一電極312及第二電極314可具有根據本申請在2010年10月16日申請的韓國專利號1088073的電極構造，其僅是示例性的，本發明並不限於此。

第一電極312或者第二電極314用作陽極的使用時，作為電極集流體可以使用不鏽鋼、鎳、鋁、鈦或者它們的合金、用碳、鎳、鈦、銀處理表面的鋁或者不鏽鋼等。其中，優選為鋁或者鋁合金。第一電極312或者第二電極314用作陰極使用時，作為電極集流體可以使用不鏽鋼、鎳、銅、鈦或者它們的合金、用碳、鎳、鈦、銀處理表面的銅或者不鏽鋼等。其中，優選為銅或者銅合金。

作為陽極活性物質，通常均可使用含鋰過渡金屬氧化物或者含鋰硫屬化合物。代表性的，可使用LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4，或者LiNi1-x-yCoxMyO2(0＝x＝1,0＝y＝1,0＝x+y＝1,M為Al,Sr,Mg,La等金屬)等金屬氧化物。作為陰極活性物質可使用晶體碳、非晶碳、碳複合、碳纖維等碳材、鋰金屬、鋰合金等。分離膜313防止第一電極312與第二電極314之間的短路，並提供鋰離子的傳輸通道，可以使用如公知的聚丙烯、聚乙烯等聚烯烴系高分子膜或者它們的多層膜、微多孔膜、織布、無紡布。

在電極組件310的第一電極312及第二電極314上，通過焊接如雷射焊接、超聲波焊接、電阻焊接，或者導電性膠粘劑分別附著第一電極接頭315及第二電極接頭316以使其能夠通電。電極接頭315、316朝向電極組件310纏繞的方向和垂直方向，從電極組件310突出。

電極組件310的第一電極插頭315和第二電極插頭316，通過密封部324a中外裝材本體324與外裝材蓋部322連接的邊和位於對面的密封部引出。電極插頭315、316上附著有由絕緣材料製成的保護帶317從而防止電極之間的短路。

雖然沒有在附圖中示出，在第一電極插頭315和第二電極插頭316中，通過電氣聯接保護電路模塊，從而防止電池的過量充電及過量放電，並預防在外部短路時電池處於危險狀態。前述的電池外裝材及使用其的電池均包括在本發明的實施例中。

以上說明的內容只是為實施根據本發明的複合膜及其製備方法而示出的實施例，並非來限定本發明實施範圍，本發明並不限於以上的實施例。如在權利要求書中所請求的，故凡依本發明申請專利範圍所述的構造、特徵及原理所做的等效變化或修飾，均應包括於本發明專利保護範圍內。

附圖標記說明：

10，20，30：複合膜；

11：第一保護層；12：織物層；

13：膠粘劑；21：金屬層；

31：第二保護層。