一种基于锂电池焊点保护的PI胶带及其制备方法

技术领域

本发明涉及焊点保护技术领域，具体涉及一种基于锂电池焊点保护的PI胶带及其制备方法。

背景技术

在锂离子电池的组装生产过程中，一般使用专用胶带对锂离子电池的极耳部位进行固定、绝缘和保护。这种锂电池专用胶带通常采用高分子PI薄膜为基材，在此基础上涂上专用胶水，厚度为20-100mm。锂电池专用胶带通常要具有较好的粘性好，胶带揭开不留残胶，耐高温，耐电解液，电气绝缘性高等性能。

丙烯酸酯胶具有操作简单、室温快速固化且固化速率可调，可油面粘接，双组分配比不需严格计量以及粘接性强且适用性广等特点；因此，丙烯酸酯胶近年来被广泛应用于轨道交通、电子、电器、汽车、航空和舰船等行业的结构粘接。

但是，现有丙烯酸酯胶耐高温性能差，无法实现不粘刀的情况下，剥离力提升到3N/mm以上，且黏贴焊点部位，85℃烘烤24H后实现粘结不开胶。

因此，亟需一种基于锂电池焊点保护的PI胶带及其制备方法来解决以上问题。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于锂电池焊点保护的PI胶带及其制备方法：通过以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟丙酯以及丙烯酸为聚合单体，在引发剂的作用下通过碳碳双键实现聚合，形成聚丙烯酸类胶水，之后向聚丙烯酸类胶水加入改性酚醛树脂以及改性固化剂，制成耐高温胶水，将耐高温胶水涂布到PI薄膜上制成胶带，得到该基于锂电池焊点保护的PI胶带，解决了现有丙烯酸酯胶耐高温性能差，无法实现不粘刀的情况下，剥离力提升到3N/mm以上，且黏贴焊点部位，85℃烘烤24H后实现粘结不开胶的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于锂电池焊点保护的PI胶带，包括以下重量份组分：

聚丙烯酸类胶水100-150份、改性酚醛树脂4-6份以及改性固化剂2.5-4.5份；

所述改性酚醛树脂由以下步骤制备得到：

步骤一：将苯酚、甲醛溶液以及氢氧化钠溶液加入至安装有搅拌器、导气管、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在搅拌速率为200-300r/min的条件下恒温加热至70-75℃，控制升温速率为1-3℃/min，之后继续恒温搅拌反应1-2h，得到中间体1，将中间体1旋转蒸发去除水分，之后加入钼酸，在温度为85-95℃，搅拌速率为300-500r/min的条件下继续搅拌反应50-90min，反应结束，将反应产物冷却至室温，得到中间体2；

反应原理如下：

步骤二：将三氯氧磷和无水三氯化铝加入至安装有温度计、搅拌器以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在搅拌速率为200-300r/min的条件下恒温加热至60-65℃，控制升温速率为1-3℃/min，之后将苯酚和二氯乙烷混合均匀后加入至恒压滴液漏斗中，逐滴加入苯酚和二氯乙烷的混合溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后继续恒温搅拌反应10-20h，反应结束后，向反应产物中加入蒸馏水继续搅拌10-20min，过滤，将滤液先常压蒸馏去除低沸物二氯乙烷，之后减压蒸馏，在压力为0.399KPa的条件下收集140-160℃的馏分，得到中间体2；

反应原理如下：

步骤三：将中间体2、氯代苯以及氢氧化钾加入至安装有温度计、搅拌器以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为-5-0℃，搅拌速率为800-1200r/min的条件下搅拌至10-20min，之后加入中间体3继续搅拌反应10-30min，反应结束后将反应产物在温度为80-90℃的条件下旋转蒸发去除氯代苯，之后将蒸发产物加入至氯仿中溶解，之后依次用盐酸溶液、蒸馏水洗涤2-3次，静置分层，将有机层旋转蒸发去除氯仿，得到改性酚醛树脂。

反应原理如下：

作为本发明进一步的方案：步骤一中的所述甲醛溶液为甲醛溶解于去离子水所形成的质量分数为35-40％的溶液，所述氢氧化钠溶液为氢氧化钠溶解于去离子水所形成的质量分数为30-40％的溶液，所述苯酚、甲醛、氢氧化钠、钼酸的摩尔比为1.0：1.2-1.4：0.01-0.03：0.04-0.08。

作为本发明进一步的方案：步骤二中的所述三氯氧磷、无水三氯化铝、苯酚、二氯乙烷以及蒸馏水的用量比为30-35g：1.5-2.0g：35-40g：20mL：10-20mL。

作为本发明进一步的方案：步骤三中的所述中间体2、氯代苯、氢氧化钾以及中间体3的用量比为10g：30mL：3.5g：5-10g，所述盐酸溶液的质量分数为10-15％。

作为本发明进一步的方案：所述改性固化剂由以下步骤制备得到：

将硫脲和二乙烯三胺加入至安装有温度计、搅拌器以及回流冷凝管的四口烧瓶中，在搅拌速率为100-300r/min的条件下恒温加热至130-135℃，控制升温速率为1-5℃/min，之在搅拌速率为300-500r/min的条件下恒温搅拌反应2-3h，反应结束后将反应产物冷却至室温，得到改性固化剂。

反应原理如下：

作为本发明进一步的方案：所述硫脲和二乙烯三胺的摩尔比为0.5-0.75：1。

一种基于锂电池焊点保护的PI胶带的制备方法，包括以下步骤：

S1：甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟丙酯以及丙烯酸加入至安装有搅拌器以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为100-105℃、搅拌速率为500-700r/min的条件下边搅拌边逐滴加入偶氮二异丁腈溶液作为引发剂，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后升温至110-115℃继续搅拌反应2.5h，反应结束后将反应产物旋转蒸发，得到固含量为50-80％的黏稠状流体，得到聚丙烯酸类胶水；

S2：向聚丙烯酸类胶水中加入改性酚醛树脂以及改性固化剂，在搅拌速率为2000-3000r/min的条件下分散3-8h，得到耐高温胶水，将耐高温胶水涂布到PI薄膜上制成胶带，得到该基于锂电池焊点保护的PI胶带。

作为本发明进一步的方案：步骤S1中的所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸以及偶氮二异丁腈溶液的质量比为20-45g：15-25g：5-25g：30-50g：75-150mL，所述偶氮二异丁腈溶液为偶氮二异丁腈按照0.5-1.5g：100mL溶解于甲基异丁基甲酮所形成的溶液。

本发明的有益效果：

本发明的一种基于锂电池焊点保护的PI胶带及其制备方法，通过以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟丙酯以及丙烯酸为聚合单体，在引发剂的作用下通过碳碳双键实现聚合，形成聚丙烯酸类胶水，之后向聚丙烯酸类胶水加入改性酚醛树脂以及改性固化剂，制成耐高温胶水，将耐高温胶水涂布到PI薄膜上制成胶带，得到该基于锂电池焊点保护的PI胶带，该耐高温胶水以聚丙烯酸类胶水为主体，使用改性固化剂增加胶体的内聚力，实现不粘刀，主要是增加了交联的密度，减少了溶剂残留，通过添加改性酚醛树脂，提高胶层的粘接性的同时大幅度提升其耐温稳定性，保证了锂离子电池在工作时散发的热量不会导致焊点开胶。

在制备该基于锂电池焊点保护的PI胶带的过程中也制备了一种改性酚醛树脂，通过苯酚、甲醛反应生成中间体1，之后中间体1与钼酸反应后聚合形成高分子，从而将钼元素引入高分子的分子链中，得到中间体2，通过苯酚、三氯氧磷在无水三氯化铝的催化作用下生成中间体3，通过中间体2与中间体3反应，从而将中间体3引入中间体2中，即将苯环以及磷元素引入高分子的分子链中，从而形成一种含有磷元素、钼元素以及多苯环的酚醛树脂，酚醛树脂本身含有大量苯环从而具有优良的阻燃耐热性能，酚醛树脂中含有大量酚羟基，容易发生氧化反应和吸水反应，通过利用中间体2将其反应去除并同时引入磷元素和苯环，引入的苯环稳定性高，引入的钼元素、磷元素可以以形成键能很高的化学键，从而提高酚醛树脂的耐热性，因此，添加改性酚醛树脂可以有效的提升基于锂电池焊点保护的PI胶带的耐高温性能。

在制备该基于锂电池焊点保护的PI胶带的过程中也制备了一种改性固化剂，通过硫脲和二乙烯三胺反应聚合，从而将硫元素引入，生成含有硫元素的胺类固化剂，通过硫脲经行改性后的胺类固化剂产物的分子量变大，不但增强了反应活性，同时对固化产物的热变形温度具有较大程度的提高，进一步提升基于锂电池焊点保护的PI胶带的耐高温性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例为一种改性酚醛树脂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将0.1mol苯酚、0.12mol甲醛溶解于去离子水所形成的质量分数为35％的甲醛溶液以及0.001mol氢氧化钠溶解于去离子水所形成的质量分数为30％的氢氧化钠溶液加入至安装有搅拌器、导气管、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在搅拌速率为200r/min的条件下恒温加热至70℃，控制升温速率为1℃/min，之后继续恒温搅拌反应1h，得到中间体1，将中间体1旋转蒸发去除水分，之后加入0.004mol钼酸，在温度为85℃，搅拌速率为300r/min的条件下继续搅拌反应50min，反应结束，将反应产物冷却至室温，得到中间体2；

步骤二：将30g三氯氧磷和1.5g无水三氯化铝加入至安装有温度计、搅拌器以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在搅拌速率为200r/min的条件下恒温加热至60℃，控制升温速率为1℃/min，之后将35g苯酚和20mL二氯乙烷混合均匀后加入至恒压滴液漏斗中，逐滴加入苯酚和二氯乙烷的混合溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后继续恒温搅拌反应10h，反应结束后，向反应产物中加入10mL蒸馏水继续搅拌10min，过滤，将滤液先常压蒸馏去除低沸物二氯乙烷，之后减压蒸馏，在压力为0.399KPa的条件下收集140℃的馏分，得到中间体2；

步骤三：将10g中间体2、30mL氯代苯以及3.5g氢氧化钾加入至安装有温度计、搅拌器以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为-5℃，搅拌速率为800r/min的条件下搅拌至10min，之后加入5g中间体3继续搅拌反应10min，反应结束后将反应产物在温度为80℃的条件下旋转蒸发去除氯代苯，之后将蒸发产物加入至氯仿中溶解，之后依次用质量分数为10％的盐酸溶液、蒸馏水洗涤2次，静置分层，将有机层旋转蒸发去除氯仿，得到改性酚醛树脂。

实施例2：

本实施例为一种改性酚醛树脂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将0.1mol苯酚、0.14mol甲醛溶解于去离子水所形成的质量分数为40％的甲醛溶液以及0.003mol氢氧化钠溶解于去离子水所形成的质量分数为40％的氢氧化钠溶液加入至安装有搅拌器、导气管、温度计以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在搅拌速率为300r/min的条件下恒温加热至75℃，控制升温速率为3℃/min，之后继续恒温搅拌反应2h，得到中间体1，将中间体1旋转蒸发去除水分，之后加入0.008mol钼酸，在温度为95℃，搅拌速率为500r/min的条件下继续搅拌反应90min，反应结束，将反应产物冷却至室温，得到中间体2；

步骤二：将35g三氯氧磷和2.0g无水三氯化铝加入至安装有温度计、搅拌器以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在搅拌速率为300r/min的条件下恒温加热至65℃，控制升温速率为3℃/min，之后将40g苯酚和20mL二氯乙烷混合均匀后加入至恒压滴液漏斗中，逐滴加入苯酚和二氯乙烷的混合溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后继续恒温搅拌反应20h，反应结束后，向反应产物中加入20mL蒸馏水继续搅拌20min，过滤，将滤液先常压蒸馏去除低沸物二氯乙烷，之后减压蒸馏，在压力为0.399KPa的条件下收集160℃的馏分，得到中间体2；

步骤三：将10g中间体2、30mL氯代苯以及3.5g氢氧化钾加入至安装有温度计、搅拌器以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为0℃，搅拌速率为1200r/min的条件下搅拌至20min，之后加入10g中间体3继续搅拌反应30min，反应结束后将反应产物在温度为90℃的条件下旋转蒸发去除氯代苯，之后将蒸发产物加入至氯仿中溶解，之后依次用质量分数为15％的盐酸溶液、蒸馏水洗涤3次，静置分层，将有机层旋转蒸发去除氯仿，得到改性酚醛树脂。

实施例3：

本实施例为一种改性固化剂的制备方法，包括以下步骤：

将0.5mol硫脲和1mol二乙烯三胺加硫脲和二乙烯三胺加入至安装有温度计、搅拌器以及回流冷凝管的四口烧瓶中，在搅拌速率为100r/min的条件下恒温加热至130℃，控制升温速率为1℃/min，之在搅拌速率为300r/min的条件下恒温搅拌反应2h，反应结束后将反应产物冷却至室温，得到改性固化剂。

实施例4：

本实施例为一种改性固化剂的制备方法，包括以下步骤：

将0.75mol硫脲和1mol二乙烯三胺加硫脲和二乙烯三胺加入至安装有温度计、搅拌器以及回流冷凝管的四口烧瓶中，在搅拌速率为300r/min的条件下恒温加热至135℃，控制升温速率为5℃/min，之在搅拌速率为500r/min的条件下恒温搅拌反应3h，反应结束后将反应产物冷却至室温，得到改性固化剂。

实施例5：

本实施例为一种基于锂电池焊点保护的PI胶带的制备方法，包括以下步骤：

S1：20g甲基丙烯酸甲酯、15g丙烯酸丁酯、5g甲基丙烯酸羟丙酯以及30g丙烯酸加入至安装有搅拌器以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为100℃、搅拌速率为500r/min的条件下边搅拌边逐滴加入75mL偶氮二异丁腈按照0.5g：100mL溶解于甲基异丁基甲酮所形成的偶氮二异丁腈溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后升温至110℃继续搅拌反应2.5h，反应结束后将反应产物旋转蒸发，得到固含量为50％的黏稠状流体，得到聚丙烯酸类胶水；

S2：向100g聚丙烯酸类胶水中加入4g来自于实施例1中的改性酚醛树脂以及2.5g来自于实施例3中的改性固化剂，在搅拌速率为2000r/min的条件下分散3h，得到耐高温胶水，将耐高温胶水涂布到PI薄膜上制成胶带，得到该基于锂电池焊点保护的PI胶带。

实施例6：

本实施例为一种基于锂电池焊点保护的PI胶带的制备方法，包括以下步骤：

S1：45g甲基丙烯酸甲酯、25g丙烯酸丁酯、25g甲基丙烯酸羟丙酯以及50g丙烯酸加入至安装有搅拌器以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为105℃、搅拌速率为700r/min的条件下边搅拌边逐滴加入150mL偶氮二异丁腈按照1.5g：100mL溶解于甲基异丁基甲酮所形成的偶氮二异丁腈溶液，控制滴加速率为1滴/s，滴加完毕后升温至115℃继续搅拌反应2.5h，反应结束后将反应产物旋转蒸发，得到固含量为80％的黏稠状流体，得到聚丙烯酸类胶水；

S2：向150g聚丙烯酸类胶水中加入6g来自于实施例2中的改性酚醛树脂以及4.5g来自于实施例4中的改性固化剂，在搅拌速率为3000r/min的条件下分散8h，得到耐高温胶水，将耐高温胶水涂布到PI薄膜上制成胶带，得到该基于锂电池焊点保护的PI胶带。

对比例1：

对比例1与实施例6的不同之处在于，不添加改性酚醛树脂。

对比例2：

对比例2与实施例6的不同之处在于，不添加改性固化剂。

对比例3；

对比例3与实施例6的不同之处在于，不添加改性酚醛树脂、改性固化剂。

对实施例5-6以及对比例1-3的基于锂电池焊点保护的PI胶带的性能进行测试，测试结果如下表所示：

参阅上表数据，根据实施例与对比例3比较，可以得知只使用单一的聚丙烯酸类胶水得耐高温性能差，通过添加改性酚醛树脂、改性固化剂明显增加其耐高温性能，通过实施例与对比例1-2比较，可以得知添加改性酚醛树脂对提升其耐高温性能起到主要作用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。