液态软包装锂离子电池采用同聚合物锂离子电池相类似的铝塑复合膜作为 电池的外壳，取代一般锂离子电池的钢制或铝制外壳。这种铝塑复合膜大致可以分为三层：内层为粘结层，多采用聚乙烯或聚丙烯材料，起封口粘结作用；中间层为铝箔，能够防止电池外部水汽的渗入，同时防止内部电解液的渗出；外层为保护层，多采用高熔点的聚酯或尼龙材料，有很强的机械性能，防止外力对电池的损伤，起保护电池的作用。这种包装膜价格便宜，制作成本低，作为电池壳制作工艺简单方便，这样既降低了电池成本又简化了工艺过程。高质量的铝塑复合膜的研制和开发是液态软包装锂离子电池这一高新技术产品研制成功的关键。作为液态软包装锂离子电池的外壳，该铝塑复合膜不再仅仅是电池的简单外包装，而且是构成液态软包装锂离子电池的一个不可缺少的重要组成部分。如果对这种软包装材料的重要性认识不够，将很不利于软包装电池的设计和开发。它在液态软包装锂离子电池的研制中有如此重要的地位，说明该产品有高的技术含量，在设计、制造及其应用上都和普通的复合包装材料在性能上有质的差别。到目前为止，国际上仍没有一家公司的该项目产品能够完全满足液态软包装锂离子电池对该产品的综合技术要求。国内外各生产厂正抓紧对自己的产品进行不断改良，铝塑复合膜的生产技术也正处于不断研究发展之中。 2.1.2 液态软包装锂离子电池对铝塑复合膜的一般要求
1、具有极好的热封合性整个电池外壳的成型是靠铝塑复合膜的热封来实现的，这就要求铝塑复合膜内层热封性能良好，有足够的剥离强度，而且热封接缝处耐电解液的浸泡能力良好。一般要求内膜被电解液浸泡渗透到封口（在大约 12 天）时，封口强度大于40N/15mm。锂离子电池对高温也很敏感，一般使用温度低于 60℃，要求软包装材料在热封强度足够的情况下，热封温度越低越好。就一般而言，热封温度应不高于150℃，采用更高的热封温度时，必须采用适当的边缘降温措施，以防止热封时的传导和辐射对电池起破坏作用。
2、铝塑复合膜不与电解液起反应电池的使用过程，是一个动态的电化学反应过程（不断地充放电），作为电池外壳的铝塑复合膜要能有效抵制内部电解液对它的溶胀、溶解、渗透、吸收及电化学反应。电池内的电解液是由多种有机溶剂和遇水分能迅速产生强腐蚀性的锂盐存在。多种有机溶剂通常会溶胀，溶解、吸收软包装材料，尤其是它们是通用复合材料用胶粘剂或粘接树脂的良好溶剂，破坏复合层间粘接效果，而强腐蚀性的存在，将严重腐蚀铝箔，使内膜与铝箔分离，进而把铝箔腐蚀穿孔，从而破坏了整个包装。尤其是铝塑复合膜的内层材料既不能被电解液所溶解，又不能与电解液起溶胀作用。如果内层材料被电解液所溶解，由于电池的工作电压高达 3.6V 以上，所溶解的成分将发生电化学反应而产生气体，使电池发生气胀而报废；如果软包装材料溶胀了电解液，将改变电解液的组成而影响电池的性能。
3、具有极高的阻水阻氧性能液态软包装锂离子电池要求铝塑复合膜的阻隔性（如水分、氧气）比普通
铝塑复合膜的阻隔性高 10000 倍，一般水蒸气渗透系数要求达到10-4~10-6g/m2·d·1atm，氧气渗透系数要求达到 10-1~10-3cm3/m2·d·1atm。
4、具有高的柔韧性、机械强度及延展性液态软包装锂离子电池的生产和装配，对软包装材料的柔韧性提出了较高的要求，而使用过程中的安全性保障对软包装材料的机械强度及热封强度提出了高的要求。铝塑复合膜在做成电池壳时要
进行冷压成型，即将平面的铝塑复合膜拉伸成长方体型腔，这就要求复合材料整体要有良好的延展性。特别是铝箔，要选用软态的，否则在拉伸成型时四周的 R 处易产生皱褶和针孔，会降低材料的阻隔性能。在电芯包装完毕后进行最后整型和折热封边（一般热封区宽度为 3~5mm）时，同样要求组成铝塑复合膜的各层薄膜有良好的机械物理性能，否则在折边的折线处会出现断裂、反弹等问题。
5、电性能良好电性能的实质是包装膜对电池充放率的影响，这种影响包括电绝缘性，对电解液组分平衡性影响，复合膜特别是铝箔以内膜被电解液浸泡后的电绝缘性等等。电性能指标正在进一步的摸索探讨之中。
1、按是否需要冷冲压成型分为冷冲压成型膜和非冷冲压成型膜。
冷冲压成型膜的典型结构为：
NY15~25/AL40~60/NPP50~70
PET12/NY15~25/AL40~60/NPP50~70
NY15~25/AL40~60/NPE50~70
PET12/NY15~25/AL40~60/NPE50~70
非冷冲成型膜结构为：
NY15~25/AL26~30/NPP50~70
复合膜
PET12/AL26~30/NPP50~70
NY15~25/AL26~30/NPE50~70
PET12/NY15/AL26~30/NPE50~70
PET12/AL26~30/NPE50~70
PET12/NY15/AL26~30/NPP50~70
2、按内膜热封层是否具有与金属电极热封的性能分为：
可直接与金属电极热封膜：
NY15~25/AL26~30/NPE50~70
PET12/AL26~30/NPE50~70
PET12/NY15/AL26~30/NPE50~70
NY15~25/AL40~60/NPE50~70
不能直接与金属电极热封膜：
NY15~25/AL26~30/NPP50~70
PET12/AL26~30/NPP50~70
PET12/NY15/AL26~30/NPP50~70
NY15~25/AL40~60/NPP50~70
3、根据内层热封层材料的不同分为:
EAA（乙烯－丙稀酸共聚物）类
NY25/AL40~60/NY25/LDPE18/EAA30~40
PET12/AL40~60/PET12/LDPE18/EAA30~40
CPP（聚丙烯）类
PET12(NY12～25)/AL40~60/CPP30~80
NY25/AL40~60/CPP30~80
注：以上材料名称后的数字代表该层材料的厚度，单位为μm。例如：PET12指选用 12μm 厚的聚酯薄膜，AL40~60 指选用 40~60μm 厚的铝箔。NPP50~70是指热封层是 PP 类的特殊多功能层，特点是不能与金属直接热封。NPE50~70
是指热封层为改性聚乙烯类的特殊多功能层，特点是可以与金属电极直接热封。
日本SUMITOMO 电工最近又研究出一种新型的包装材料（软包装膜），这种材料的结构为 PET12/AL
20（40）/X100，其中铝箔的厚度为 20μm（或 40μm），X 材料是特殊的阻隔层，对 H2O 和 HF 有良好的阻隔作用，耐电解液且密封性好。此包装材料为真空状态密闭储存及运输，制袋或冷压成型在露点约－40℃环境下生产，X100 层贴有保护层，在生产时将其撕开。包装好的电池在60℃，95％R.H.的环境下做测试，连续 120d 后成品电池的含水量基本保持一致。这是目前所知的最佳材料之一。日本的最大优势是耐电解液稳定性好，从而导致阻隔性也好，产品使用寿命较长，它最大的弱点是耐穿刺性差，导致产品成品率低及电性能不良。国内真正深入该膜研究开发的厂家寥寥可数，江苏连云港中金医药包装有限公司生产的铝塑复合膜能与日本和韩国相比，其优势是在有一定的耐电解液稳定性的基础上，耐穿刺性好，导致成品率高，电性能较好。锂离子电池的发展有两个趋势：一个趋势是电池向小型化、薄型化的方向发展；一种是向大容量和大功率充放电的方向发展。前者要求所需的软包装材料在阻隔性保证的前提下向更薄、更柔韧的方向发展；后者要求软包装材料的阻隔性向更高的方向发展并且与电解液的相互作用的程度向更小的方向发展。这两种发展趋势，对包装材料的选择、对包装复合技术的要求、特别是对包装材料结构设计的要求更高。由于软包装材料是电池成型的最后一道质量保证关口，对电池性能的影响又极大，因此，除了电池所需活性材料及制造工艺的进步之外，液态软包装锂离子电池的发展和应用领域的拓展，将主要取决于软包装技术及其材料的发展。
软包装技术的难点
软包装技术的主要难点是包装材料设计与制造。首先，软包装材料对阻隔性的要求，比普通的铝塑复合材料的阻隔性高10000 倍，这么高的阻隔性采用普通的复合材料及复合技术难以满足要求。一般需要采用极厚的铝箔，并采用 4 到7 层结构的复合材料，综合应用各种复合技术，如，在同一个材料的生产过程中，可能需要同时采用干复法、挤复法、连续挤复合法、三合一挤出法、热复法或流涎复合法、多层共挤法等。这样，对软包装材料的生产技术提出了较高的要求。其次，复合内层热封材料的选择。液态软包装锂离子电池所用的电解液是由多种酯组成有机电解液，其中的电解质在存在水分的情况下会水解成酸性极强的物质。根据相似相溶原则，酯类有机物与多数热封性材料具有可溶胀性。不与电解液起作用且必须有足够强的耐酸性能的低熔点热封性材料，比较难以寻。再者，软包装材料的设计难度较高。在设计软包装材料的过程中，既要保证前述五种要求的满足，又要保证软包装材料的生产能够实现，还要兼顾软包装材料对液态软包装锂离子电池的影响程度及锂离子电池的发展趋势（以不断提前开发所需软包装材料），其困难度是较高的。最后，软包装材料的质量判定周期长。由于液态软包装锂离子电池所要求的阻水、阻氧性能超过了包装领域测试仪的最小精度，故很难定量地对所开发的软包装材料进行测试。现在一般采用的是实际包装电池的最后判定法。根据电池的检验特性及软包装材料对电池的影响程度及影响速率，一般判定软包装材料最终是否合格的实验需持续三个月以上。
热封区极耳与包装材料内层的配合
1、电池生产中，极耳的长度一般大于 20mm，宽度在 3~5mm 范围内选用。极耳的厚度则根据包装材料内层热封层的厚度和极耳的直流载流量来选择，一般为0.05mm、0.08mm 或 0.1mm。由于热封时是在有压力的状态下进行的，要注意包装材料两边的厚度总体控制，特别在极耳区热封模具要有凹凸形状，保证极耳与包装材料有严格的厚度控制。
2、用 EAA 类内层包装材料时热封区极耳处上下要加一层 EAA 胶块。在热封时，将多余的 EAA 挤出，这样在极耳与铝塑包装材料的断面处形成保护膜，可防止极耳与铝塑包装材料中的铝箔发生短路并保证密封性。
3、用 CPP 类内层材料时，在该结构包装材料中的薄膜层 CPP30~80 前没有
采用 PET 膜，使 CPP 膜与铝箔直接接触短路。因此要求在热封区极耳处做预先处理，防止极耳与包装材料中的铝箔或断面短路并同时要保证密封性。如在极耳处预先作好带有薄绝缘层的方形胶块。方形胶块外层为用 PE 或 PP 做成的绝缘层材料；内层为由改良 PE 或 PP 构成的极耳热封层材料。胶块宽度比极耳的宽度两边各大 2mm，长度一般至少为 5mm。极耳处的胶块与包装材料热封区一起热封，同时极耳的胶块一般露出包装材料 2mm 左右（不热封）。带胶块的极耳可做成连续的整盘状态，与超声波焊机配合使用，使自动化生产更为便利。目前较多日本公司是采用这种方法。
4、大电流电池要特别注意在热封区热封条件（极耳对数、极耳的厚度、热封区宽度等）与热封设备的
工艺操作配合，以确保电池长期储存和运行的密封性。
由表中可见，对于锂离子电池的包装材料来说选用铝箔的厚度应在 30μm 以上，此区间铝箔的阻隔性能是理想的，其它复合层也要首选有较好阻隔性能的材料。一般电解液的含水量为 30×10-5以下。如果电池在室温和湿度为 95％R.H.的环境下长时间存储时，电池内电解液的含水量能保持在 30×10-6左右，这种包装材料的阻隔性能才算是优秀的。
内层材料
电池芯的极耳要通过两层铝塑复合膜进行热封，这就要求包装材料内层热封性能良好，使内层材料与极耳（铜箔、镍箔、铝箔）有良好的亲和粘附性能，有足够的剥离强度，同时要保证极耳与包装材料不断路和电池内电解液长时间不外漏。就目前来说，内层采用的材料通常有 EAA（乙烯－丙烯酸共聚物）和CPP（聚丙烯或改良 PP），这两种材料是国内外经过反复的实验和研究，得出的可适用于锂离子电池包装用的内层材料。二者的性能比较如表 4-2 所示。
铝塑复合膜的选定与性能测试
根据上述讨论，综合比较，选定了一种基本结构为六层的铝塑复合膜，其中铝箔厚度为 40μm，最外层为尼龙材料，最内层为 PP，复合膜总厚度是 113m，截面结构如图 4-1 所示。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议