鋁塑膜的是由外層尼龍層, 粘合劑, 中間層鋁箔 (Al) , 粘合劑, 內層熱封層 (CPP) 構成的多層膜, 是軟包鋰電池的封裝材料. 電池用鋁塑膜被要求具備如下特點:
(1) 具備極高的阻隔性;
(2) 具有良好的熱封性能;
(3) 材料耐電解液及強酸腐蝕;
(4) 具有良好的延展性, 柔韌性和機械強度.
鋁塑膜主要成分是ON/AL/CPP三層物質, 每層之間以粘結劑粘合. 根據複合工藝的不同, 可以將鋁塑膜分為幹法和熱法兩種, 如圖1所示. 幹法工藝是鋁和聚丙烯用粘合劑粘結後直接壓合而成, 熱法工藝是鋁和聚丙烯之間用MPP粘結著, 在緩慢升溫升壓熱壓合而成. 幹法工藝鋁塑膜主要優勢有沖深成型效果好, 外觀一致性好, 不易出現針孔, 魚眼, 雜質等不良, 但其耐電解液性較差. 熱法工藝可以提高Al層與PP層之間的粘附力, 使內表層防電解液溶脹脫落能力大大提升, 但是這種特殊處理的MPP需要較高的溫度將其熔化才能起到粘結作用, 冷卻後, 因與PP的收縮係數存在較大差異, 很容易出現向內捲曲的情況.
圖1兩種鋁塑膜示意圖
1各部分作用
Nylon: 可以有效阻止空氣尤其是氧的滲透, 維持電芯內部的環境, 同時可以保證包裝鋁箔具備良好的形變能力.
Al: 可以有效阻止空氣中水分的滲透, 維持電芯內部的環境, 具有一定的厚度強度能夠防止外部對電芯的損傷.
PP: 不會被電芯內有機溶劑溶解, 溶脹等, 是電芯內部環境的最直接的包裝保護, 絕緣, 有效阻止內部電解質等與Allayer接觸, 避免Allayer被腐蝕.
2評價方法
為了全面了解鋰電池鋁塑膜的各項性能, 建立鋁塑膜的性能評價標準, 篩選出性價比良好的鋁塑膜產品, 對鋁塑膜的性能評價方法進行簡單總結.
(1) 鋁塑膜材料的外觀
目測鋁塑膜表面是否有坑點, 劃痕等, 各複合層間是否有雜物, 氣泡等. 使用千分尺取不少於10個點測量鋁塑膜的厚度和寬度, 並判斷其均勻性.
(2) 熱封強度
在一定的溫度, 時間, 壓力的封裝條件下, 將兩片鋁塑膜或與極耳粘合, 取一定寬度封口裁切成條, 使用拉力測試設備測試剝離強度. 觀察剝離後的鋁塑膜內表層是否呈均勻乳白色, 要求Al層與內表層不分層. 軟包裝材料的熱封工藝參數主要有熱封時間, 熱封壓力和熱封溫度, 一般情況下, 需要重優化調整這3個參數, 使熱封效果達到最佳.
(3) 沖深能力
鋁塑膜用良好的成型模具沖深, 在一定取值範圍內調整成型深度, 直至鋁塑膜邊角出現破裂, 記錄出現破裂前的深度最大值. 鋁塑膜的沖深後必須滿足以下條件: 沖坑的四個邊角最薄處不小於原來50%的厚度, 內層PP層厚度為60~65微米. 否則會造成電池成型後有漏點, 嚴重影響電池性能.
(4) 耐電解液腐蝕性能
鋁塑膜中與電解液接觸的是內層的PP層以及周邊的熱封口, 這些地方必須具備良好的耐電解液腐蝕性能. 將成型後的鋁塑膜先封焊兩邊, 不加極耳和電芯, 注入一定量的電解液, 在一定溫度條件下烘烤一定的時間後進行觀察. 觀察封焊成型後鋁塑膜是否有腐蝕, 漏液, 膨脹, 分層現象.
(5) 阻隔性能
將封裝袋置於水浴或高溫高濕環境中, 一段時間後取出, 觀察鋁塑膜是否異常, 且通過稱重或水分測試判斷其吸水量, 表徵鋁塑膜的阻隔性能.
3衝壓成型工藝
鋁塑膜沖坑成型過程示意圖2如示, 下, 上模版與下模版 (凹模) 將鋁塑膜夾緊, 保持一定的壓力P, 凸模以平緩的速度向下運行, 使鋁塑膜達到要求的深度.
圖2鋁塑膜衝壓成型示意圖
如圖3, 目前企業實際生產採用的衝壓工藝有以下兩種: (1)延伸性沖深: 壓邊圈對鋁塑膜壓力較大, 鋁塑膜邊緣部分被固定, 被固定的部分不產生形變, 難以對沖深部分進行補償, 成形時邊緣部分完全由底部補償, 沖深淺, 可調性差, 目前採用較少; (2)補償性沖深: 壓邊圈對鋁塑膜壓力可調, 鋁塑膜沖深部位可由邊緣及底部材料補償, 鋁塑膜整體運動變形, 厚度比較均勻, 沖深能力強.
圖3鋁塑膜衝壓成型工藝對比
成形鋁塑膜外殼如圖4所示, 其邊角位置減薄最為嚴重, 是影響成形鋁塑膜外殼整體質量的關鍵性因素, 應該作為衡量鋰離子電池鋁塑膜外殼成形質量檢驗的關鍵點. 影響鋁塑膜衝壓成形質量的工藝參數主要有模具(凸模和凹模)設計, 壓邊力和衝壓速度等.
圖4衝壓成型鋁塑膜
模具設計包括模具長寬尺寸, 凸模和凹模的R角, 模具的表面粗糙度, 上沖頭和下模之間的沖切間隙等. 凸模圓角半徑與凹模摩擦係數的選擇對鋁塑膜衝壓工藝質量影響較大, 模具表面粗糙度過大時, 粗糙度大造成摩擦力大, 流動阻力也相應變大, 從而阻礙材料流動, 不利於包裝袋成形工藝時的流動補充, 從而造成鋁塑膜衝壓成形鋁層的過度變薄. 沖坑尺寸, 深度, 四角R角, 邊線R角是根據電芯尺寸, 鋁塑膜特性與沖坑模具相關的. 沖深與R角存在優化的關係, R角設計還應該與電芯尺寸配合, 避免鋁塑膜封裝造成對電芯邊角的損傷.
