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国产软包锂电池铝塑膜技术面对的困境

时间:2022-08-12 13:33:25来源:钜大LARGE

导语:​与其他电池相较,软包锂电池因具有安全性能好、重量轻、容量大、内阻小、设计灵活的优势,被广泛应用于消费电子、汽车、特种、医疗、电动工具等行业。

  软包锂电池的本质其实只是液态锂离子电池套上一层聚合物外壳,而它性能如此优异,其中功不可没的当属聚合物外壳中的铝塑膜。接着笔者就为大家解析一下神奇的铝塑膜。

  一、铝塑膜的简介

  铝塑膜的是由外层尼龙层、粘合剂、中间层铝箔、粘合剂、内层热封层构成的多层膜,是软包锂电池的封装材料。铝塑膜与其他常用塑膜相比具有以下的优点:

  1)铝塑膜具有极高的阻隔性:比普通铝塑复合膜的阻隔性高10000倍;

  2)有良好的冷冲压成型性:能够根据客户产品需求,契合新的电芯型号。

  3)有很好的耐穿刺性:由于聚合物锂电池芯周边有铜、铝网毛刺造成点状腐蚀,加速电化,抽真空收聚时,毛刺会猛刺内膜,可能刺穿内膜直至铝箔,电芯内的氢氟酸将直通铝箔学腐蚀,改变电解液组成,严重时将铝箔腐蚀穿而漏液,同时会造成短路,导致电池报废,因此耐刺穿性尤为重要。

  4)有良好的耐电解液稳定性:多种有机溶剂通常会溶胀,溶解、吸收软包装材料,他们是胶黏剂的良好溶剂,会破坏复合层粘结效果,改变电解液中组份的浓度,进而影响电池的电性能。而强腐蚀性氢氟酸的存在,将严重腐蚀铝箔,使内膜与铝箔分离,进而把铝箔腐蚀穿孔,从而破坏整个包装,而铝塑膜良好的耐电解液稳定性,保证了整个电池的安全

  5)铝塑膜耐高温,绝缘性强:金属电极片厚度100u左右,在170℃和3kg/cm2左右的压力下热封时,内膜中如果没有耐高温的绝缘层存在,金属电极常常被压倒包装铝箔上,造成短路,使电池报废,成品率降低,因此耐高温,耐绝缘是外壳的必备属性。

  二、铝塑膜的结构及分类

  铝塑膜的主要成分由ON/ALCPP共三层物质构成,表层ON层(尼龙层)为装饰性ON层,也起保护AL层不刮伤之作用;中间为形态成型和防止水分侵入的AL层;内层CPP(聚丙烯)层为耐电解液层。

  按照制备工艺不同,铝塑膜可分为如下两类,以下为典型的打日本印刷(DNP)和昭和电工铝塑膜的结构示意图:

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  干法应用广泛,昭和ALF产量95%为干法,主要应用于手机电池、MP3、MP4等高能量重度的电池上。另外还大量应用在电动车、航模、等大倍率、高容量动力电池上;热法只可能应用在对容量要求不高的电池上。

  三、铝塑膜的制备工艺

  大致上讲,铝塑膜的制备方法分为干法和热合两类:

  干法:AL和CPP之间用接着剂粘结之后,直接压合而成。优势在于重申成型性能,防短路性能,外观(杂质、针孔、鱼眼少),裁切性能上。另外耐电解液和隔水性良好。

  热合:AL和CPP之间用MPP接着,然后在缓慢升温升压的条件下热合成,制作过程较长。并且由于长时间高温烘焙作用,使ALF脆化,从而导致冲深性能劣化。优势只在于耐电解液和抗水性方面,而其冲深成型性能,防短路性能,外观,裁切性能均不理想。

  四、国内铝塑膜厂商面临的困境

  目前我国铝塑膜产品的性能,只有极少数企业的几项技术指标可达到日本企业的水平,存在的主要问题是耐电解液和冲深不过关,国内铝塑膜的冲深在5mm左右,国外的在8mm,甚至达15mm,总体与国外产品还有一定差距。尤其是反应条件和精度控制,这种高精度的材料制造过程中,经常是差之毫厘谬以千里,工艺控制的难度就体现在分毫之间。目前,国内铝塑膜厂商存在着以下五大困境:

  1)铝箔表面处理工艺落后、污染大:由于采用水洗出油和“铬酐”钝化处理,污染大。同时由于水有表面张力,导致铝箔微孔中的油无法清洗干净,导致后续工序产生缺陷;

  2)铝箔的水处理工艺会产生“氢脆”,因此国产铝塑膜耐拆度差;

  3)铝箔表面涂布UV层、铝箔挺度不够、干式法复合时易褶皱、宽幅产品无法制作且良率差;

  4)对于CPP,国内主要采用淋膜机淋涂,与高导热的铝箔表面复合时,易卷曲、产生层状结晶;

  5)由于国内胶粘剂配方技术原因,导致产品易出现分层剥离问题。

  国内锂电池厂商面临巨大成本压力,迫切要求降低锂电池原材料成本,因此铝塑膜实现进口替代、国产化的需求日益凸显。


标签: 锂电池

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