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國產軟包鋰電池鋁塑膜技術面臨的困境

鉅大LARGE  |  點擊量:3572次  |  2018年05月31日  

  與其他電池相較,軟包鋰電池因具有安全性能好、重量輕、容量大、內阻小、設計靈活的優勢,被廣泛應用于消費電子、汽車、特種、醫療、電動工具等行業。

  軟包鋰電池的本質其實只是液態鋰離子電池套上一層聚合物外殼,而它性能如此優異,其中功不可沒的當屬聚合物外殼中的鋁塑膜。接著筆者就為大家解析一下神奇的鋁塑膜。

  一、鋁塑膜的簡介

  鋁塑膜的是由外層尼龍層、粘合劑、中間層鋁箔、粘合劑、內層熱封層構成的多層膜,是軟包鋰電池的封裝材料。鋁塑膜與其他常用塑膜相比具有以下的優點:

  1)鋁塑膜具有極高的阻隔性:比普通鋁塑復合膜的阻隔性高10000倍;

  2)有良好的冷沖壓成型性:能夠根據客戶產品需求,契合新的電芯型號。

  3)有很好的耐穿刺性:由于聚合物鋰電池芯周邊有銅、鋁網毛刺造成點狀腐蝕,加速電化,抽真空收聚時,毛刺會猛刺內膜,可能刺穿內膜直至鋁箔,電芯內的氫氟酸將直通鋁箔學腐蝕,改變電解液組成,嚴重時將鋁箔腐蝕穿而漏液,同時會造成短路,導致電池報廢,因此耐刺穿性尤為重要。

  4)有良好的耐電解液穩定性:多種有機溶劑通常會溶脹,溶解、吸收軟包裝材料,他們是膠黏劑的良好溶劑,會破壞復合層粘結效果,改變電解液中組份的濃度,進而影響電池的電性能。而強腐蝕性氫氟酸的存在,將嚴重腐蝕鋁箔,使內膜與鋁箔分離,進而把鋁箔腐蝕穿孔,從而破壞整個包裝,而鋁塑膜良好的耐電解液穩定性,保證了整個電池的安全

  5)鋁塑膜耐高溫,絕緣性強:金屬電極片厚度100u左右,在170℃和3kg/cm2左右的壓力下熱封時,內膜中如果沒有耐高溫的絕緣層存在,金屬電極常常被壓倒包裝鋁箔上,造成短路,使電池報廢,成品率降低,因此耐高溫,耐絕緣是外殼的必備屬性。

  二、鋁塑膜的結構及分類

  鋁塑膜的主要成分由ON/ALCPP共三層物質構成,表層ON層(尼龍層)為裝飾性ON層,也起保護AL層不刮傷之作用;中間為形態成型和防止水分侵入的AL層;內層CPP(聚丙烯)層為耐電解液層。

  按照制備工藝不同,鋁塑膜可分為如下兩類,以下為典型的打日本印刷(DNP)和昭和電工鋁塑膜的結構示意圖:

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  干法應用廣泛,昭和ALF產量95%為干法,主要應用于手機電池、MP3、MP4等高能量重度的電池上。另外還大量應用在電動車、航模、等大倍率、高容量動力電池上;熱法只可能應用在對容量要求不高的電池上。

  三、鋁塑膜的制備工藝

  大致上講,鋁塑膜的制備方法分為干法和熱合兩類:

  干法:AL和CPP之間用接著劑粘結之后,直接壓合而成。優勢在于重申成型性能,防短路性能,外觀(雜質、針孔、魚眼少),裁切性能上。另外耐電解液和隔水性良好。

  熱合:AL和CPP之間用MPP接著,然后在緩慢升溫升壓的條件下熱合成,制作過程較長。并且由于長時間高溫烘焙作用,使ALF脆化,從而導致沖深性能劣化。優勢只在于耐電解液和抗水性方面,而其沖深成型性能,防短路性能,外觀,裁切性能均不理想。

  四、國內鋁塑膜廠商面臨的困境

  目前我國鋁塑膜產品的性能,只有極少數企業的幾項技術指標可達到日本企業的水平,存在的主要問題是耐電解液和沖深不過關,國內鋁塑膜的沖深在5mm左右,國外的在8mm,甚至達15mm,總體與國外產品還有一定差距。尤其是反應條件和精度控制,這種高精度的材料制造過程中,經常是差之毫厘謬以千里,工藝控制的難度就體現在分毫之間。目前,國內鋁塑膜廠商存在著以下五大困境:

  1)鋁箔表面處理工藝落后、污染大:由于采用水洗出油和“鉻酐”鈍化處理,污染大。同時由于水有表面張力,導致鋁箔微孔中的油無法清洗干凈,導致后續工序產生缺陷;

  2)鋁箔的水處理工藝會產生“氫脆”,因此國產鋁塑膜耐拆度差;

  3)鋁箔表面涂布UV層、鋁箔挺度不夠、干式法復合時易褶皺、寬幅產品無法制作且良率差;

  4)對于CPP,國內主要采用淋膜機淋涂,與高導熱的鋁箔表面復合時,易卷曲、產生層狀結晶;

  5)由于國內膠粘劑配方技術原因,導致產品易出現分層剝離問題。

  國內鋰電池廠商面臨巨大成本壓力,迫切要求降低鋰電池原材料成本,因此鋁塑膜實現進口替代、國產化的需求日益凸顯。

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