一种微弧氧化镁箔的制备方法和应用与流程

1.本发明涉及软包电池材料技术领域，尤其涉及一种微弧氧化镁箔的制备方法和应用。


背景技术：

2.软包电池采用铝塑膜包装，相同电池容量下比铝壳电池轻20％左右的新型电池，相比圆柱和方形铝壳，软包电池在能量密度、安全性和灵活度上具备明显优势，已经广泛应用到3c消费类、新能源汽车和储能领域。铝塑膜是软包电池电芯封装的关键材料，为电池提供良好的阻隔性、耐电解液稳定性、冷冲压成型性、抗穿刺性和绝缘性，是一种制备技术要求苛刻的复合材料。铝塑膜的制备主要有干法和热法两种，干法工艺简单，但其耐电解液性较差。热法工艺可以提高铝(al,aluminum)层与聚丙烯(pp,polypropylene)层之间的粘附力，使内表层防电解液溶胀脱落能力大大提升，但是这种特殊处理的金属化聚丙烯 (mpp)需要较高的温度将其熔化才能起到粘结作用，冷却后，因与pp的收缩系数存在较大差异，很容易出现向内卷曲的情况，并且铝塑膜生产属于重资产行业，目前高端铝塑膜相关技术依赖从日本韩国进口。
3.在此之前，我们提出“一种微弧氧化铝箔的制备方法和应用”发明申请中，在铝箔表面原位生长以氧化铝为主的陶瓷薄膜，取代铝塑膜在软包电池外包装中的应用。但为了进一步提升软包电池能量密度以及结构强度，我们需要采用比铝箔更小密度以及更高比强度的镁箔为基材，提出一种微弧氧化镁箔的制备方法和应用，在镁箔表面原位生长以氧化镁为主的陶瓷薄膜，取代铝塑膜在软包电池外包装中的应用，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种微弧氧化镁箔的制备方法和应用。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种微弧氧化镁箔，在普通镁箔表面通过微弧氧化的方法原位均匀生成一层氧化镁陶瓷涂层，该陶瓷涂层主要成分为mgo；微弧氧化镁箔的结构包括：10 微米的mao陶瓷层、40微米的镁箔层和10微米的mao陶瓷层。
7.优选地，一种微弧氧化镁箔的制备方法，包括以下步骤：
8.s1、前期清洗，用清水清洗镁箔，如果待处理镁箔表面有油污，可用清洁剂和清水依次清洗或冲洗镁箔表面，去除镁箔表面油污，如果待处理镁箔表面清洁无油污，此步骤可省略；
9.s2、微弧氧化，将清洗之后的镁箔置于微弧氧化装置的阳极，并且浸没在微弧氧化电解质槽液中，在恒流或者恒压模式下，通过微弧放电生成氧化镁陶瓷涂层；
10.s3、水洗，将微弧氧化镁箔放置于去离子水水槽中，浸没加喷淋清洗各一遍，去除表面残留电解质槽液；
11.s4、后期处理，根据需求，将水洗完成的微弧氧化镁箔进行复合涂层或封孔处理，如无需求，此步骤可省略。
12.优选地，步骤s2中使用的微弧氧化装置输出功率为75kw，电解液为常用镁合金微弧氧化碱性电解液配方。
13.优选地，步骤s4中可将微弧氧化镁箔置于电泳槽液中，制成微弧氧化加电泳复合涂层(mcc)镁箔。
14.一种微弧氧化镁箔的应用，微弧氧化镁箔用于软包电池电芯封装过程中。
15.本发明具有以下有益效果：
16.(1)本发明提出的制备方法制备出的微弧氧化镁箔，取代了铝塑膜在软包电池外包装中的应用，可以摆脱对铝塑膜卡脖子技术的依赖，同时微弧氧化镁箔具有比铝箔更优越的天然柔性，从而可以继续使用目前的冲坑工艺制作软包电池，但是由于在镁箔的表面添加了一层陶瓷涂层，同时镁比铝具有更高的比强度，大大提升了软包电池外包装的结构强度，将使得电池在针刺实验中表现更好。
17.(2)与聚烯烃基膜低熔点相比，陶瓷涂层本身可承受两千五百摄氏度的高温冲击，膜层可耐高击穿电压2000v，并且具有良好的耐腐蚀与绝缘性能，同时与现在铝箔膜涂覆技术投资以及制造工艺相比，微弧氧化镁箔制作工艺成本较低，可一步生成，容易实现大规模工业化生产。
附图说明
18.图1为微弧氧化镁箔处理工艺流程示意图；
19.图2为微弧氧化镁箔与传统干法或热法铝塑膜膜层结构对比示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.一种微弧氧化镁箔，在普通镁箔表面通过微弧氧化的方法原位均匀生成一层氧化镁陶瓷涂层，该陶瓷涂层主要成分为mgo。
22.一种微弧氧化镁箔的制备方法，包括以下步骤：
23.s1、前期清洗，如果待处理镁箔表面有油污，可用清洁剂和清水依次清洗或冲洗镁箔表面，去除镁箔表面油污，如果待处理镁箔表面清洁无油污，此步骤可省略；
24.s2、微弧氧化，将清洗之后的镁箔置于微弧氧化装置的阳极，并且浸没在微弧氧化电解质槽液中，在恒流或者恒压模式下，通过微弧放电生成氧化铝陶瓷涂层；
25.s3、水洗，将微弧氧化镁箔放置于去离子水水槽中，浸没加喷淋清洗各一遍，去除表面残留电解质槽液；
26.s4、后期处理，根据需求，将水洗完成的微弧氧化镁箔进行复合涂层或封孔处理，如无需求，此步骤可省略。
27.进一步地，步骤s2中使用的微弧氧化装置输出功率为75kw，电解液为常用镁合金微弧氧化碱性电解液配方。
28.进一步地，步骤s4中可将微弧氧化镁箔置于电泳槽液中，制成微弧氧化加电泳复
合涂层(mcc)镁箔。
29.一种微弧氧化镁箔的应用，微弧氧化镁箔用于软包电池电芯封装过程中，用于取代传统干法铝塑膜和热法铝塑膜在软包电池中的应用。
30.为了进一步提升软包电池能量密度以及结构强度，本方案采用比铝箔更小密度以及更高比强度的镁箔为基材，提出一种微弧氧化镁箔的制备方法和应用，在镁箔表面原位生长以氧化镁为主的陶瓷薄膜，取代铝塑膜在软包电池外包装中的应用。
31.本方案中，传统干法铝塑膜的结构包括25微米的尼龙层、2-3微米的复合胶层、40微米的铝箔层、2-3微米的复合胶层和40微米的cpp膜(如图2上端左侧所示)，其总厚度为109-111微米；传统热法铝塑膜的结构包括25微米的尼龙层、2-3微米的复合胶层、40微米的铝箔层、2-3微米的mpp和30微米的 cpp膜(如图2上端右侧所示)，其总厚度为109-111微米。
32.附注1：需要说明的是：cpp膜即流延聚丙烯薄膜(cast polypropylene)，mpp即为金属化聚丙烯薄膜(metallized polypropylene)。
33.而微弧氧化镁箔的结构包括10微米的mao陶瓷层、40微米的镁箔层和10 微米的mao陶瓷层(如图2下端所示)，其总厚度为60微米，相较于传统方法的铝塑膜来说，微弧氧化镁箔的厚度更小，可以减少电池软包封装的体积，从而有效提高电池的能量密度。镁合金基材的密度是1.8g/cm3,铝合金基材的密度是2.7g/cm3,这样采用镁合金基材可以更进一步提升软包电池的能量密度。
34.传统铝塑膜的cpp膜厚为30-40um，孔隙率为40％，聚乙烯pe熔点135℃，聚丙烯pp熔点165℃，刺穿强度为0.27n/um，弹性模量为3gpa，而微弧氧化镁箔膜的膜厚为10-40um，孔隙率为0-40％，膜层耐热冲击可承受2500℃以下热冲击，耐刺穿强度明显高于0.27n/um，显微硬度为1000-1500最大可达3000hv，也明显高于传统铝塑膜的显微硬度，弹性模量为大于200gpa。
35.如下表格所示铝合金a380和镁合金am60性能对比，铝合金杨氏模量为 71gpa，延伸率为3.5％，镁合金杨氏模量为45gpa，延伸率为15％，镁箔具有比铝箔更优越的天然柔性，从而可以继续使用目前的冲坑工艺制作软包电池。由于在镁箔的表面添加了一层陶瓷涂层，而且镁比铝具有更高的比强度(铝合金117，镁合金150，见下表格),大大提升了软包电池外包装的结构强度，这些优势将使得微弧氧化镁箔封装的电池在针刺安全实验中表现更好。
36.参数铝合金a380镁合金am60密度，g/cm32.71.8抗拉强度，mpa315270比强度117150杨氏模量，gpa7145延伸率，％3.515
37.比强度＝抗拉强度/密度。
38.本方案采用新型轻合金基材镁箔，进一步减轻了单位体积电池包的重量从而提升了电池的能量密度；并且陶瓷涂层本身可承受两千五百摄氏度的高温冲击，膜层可耐高击穿电压2000v，并且具有良好的耐腐蚀与绝缘性能绝缘，同时与现在铝箔膜涂覆技术投资以及制造工艺相比，微弧氧化镁箔制作工艺成本较低，可一步生成，容易实现大规模工业化生
产。
39.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。