簡(jiǎn)述鋰離子聚合物電池的芯內(nèi)包裝

　　前言

　　鋰離子聚合物電池在同等容量的前提下，體積小，重量輕，循環(huán)壽命長(zhǎng)（大于1000 次），無(wú)記憶效應(yīng)（可隨用隨充電而不影響性能），廣泛應(yīng)用于手機(jī)、掌上電腦，手提電腦，便攜軍用工具，便攜攝像機(jī)、DVD 影碟機(jī)，正加速開(kāi)發(fā)應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)（電動(dòng)自行車(chē)、摩托車(chē)及汽車(chē)）。正是由于鋰離子聚合物電池本身所具有的優(yōu)異性能及其非常廣泛的應(yīng)用前景，被譽(yù)為二十一世紀(jì)的綠色化學(xué)能源。它的研制成功，主要取決于三大技術(shù)難題的解決，即制膜技術(shù)、層壓技術(shù)和軟包裝技術(shù)。

　　這里的軟包裝技術(shù)指的是鋰離子聚合物電池芯內(nèi)包裝（成型）材料的設(shè)計(jì)制造工藝技術(shù)和該材料的應(yīng)用工藝技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)軟包裝技術(shù)）。

　　1 軟包裝材料的重要性

　　軟包裝技術(shù)是鋰離子聚合物電池這一頂尖的高新技術(shù)行業(yè)中要解決的三大技術(shù)難題之一，它被放在如此重要的地位，說(shuō)明該產(chǎn)品有高的技術(shù)含量，在設(shè)計(jì)、制造及其應(yīng)用上都和普通的復(fù)合包裝材料在性能上有質(zhì)的差別。到目前為止，國(guó)際上仍沒(méi)有一家公司的該項(xiàng)目產(chǎn)品能夠完全滿(mǎn)足鋰離子聚合物電池對(duì)該產(chǎn)品的綜合技術(shù)要求。因此，鋰離子聚合物電池芯內(nèi)包裝成型材料不僅僅是鋰離子聚合物電池的包裝問(wèn)題，而且是構(gòu)成鋰離子聚合物電池的一個(gè)不可缺少的重要組成部分。如果對(duì)這種軟包裝材料的重要性認(rèn)識(shí)不夠，將很不利于它的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。

　?。?）鋰離子聚合物電池要求軟包裝材料的阻隔性（如水分、氧氣）比普通鋁塑復(fù)合膜的阻隔性高10000 倍，如此高的阻隔性，已經(jīng)超出了儀器的檢測(cè)精度。

　　（2） 產(chǎn)品不能脫離包裝而存在，包裝的使用壽命與產(chǎn)品的庫(kù)存及使用壽命同期。包裝已成為產(chǎn)品的一個(gè)不可缺少的重要組成部分，產(chǎn)品的壽命周期，實(shí)際上就是包裝逐漸失效的過(guò)程，沒(méi)有包裝，就沒(méi)有產(chǎn)品，或者說(shuō)包裝失效，產(chǎn)品隨之報(bào)廢。

　?。?）產(chǎn)品的使用過(guò)程（不斷地充放電過(guò)程），是一個(gè)動(dòng)態(tài)的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，軟包裝材料本身要能有效抵制內(nèi)部電解液對(duì)它的溶脹、溶解、滲透、吸收及電化學(xué)反應(yīng)。

　?。?） 電池內(nèi)的電解液是由多種有機(jī)溶劑和遇水分能迅速產(chǎn)生強(qiáng)腐蝕性氫氟酸的鋰鹽存在。

　　多種有機(jī)溶劑通常會(huì)溶脹，溶解、吸收軟包裝材料，尤其是它們是通用復(fù)合材料用膠粘劑的良好溶劑，會(huì)破壞復(fù)合層間粘結(jié)效果，改變電解液中各組份的濃度，進(jìn)而影響電池的電性能。而強(qiáng)腐蝕性氫氟酸的存在，將嚴(yán)重腐蝕鋁箔，使內(nèi)膜與鋁箔分離，進(jìn)而把鋁箔腐蝕穿孔，從而破壞了整個(gè)包裝。

　?。?） 軟包裝材料內(nèi)膜必須耐電池電芯周邊毛刺的穿刺及高溫和壓力作用下熱封時(shí)金屬電極與軟包裝材料中鋁箔的絕緣性。鋰離子聚合物電池芯周邊有銅網(wǎng)和鋁網(wǎng)的毛刺，在抽真空收縮時(shí)，毛刺會(huì)猛刺內(nèi)膜，可能會(huì)刺穿內(nèi)膜直至鋁箔，那么電芯內(nèi)的氫氟酸將直通鋁箔造成點(diǎn)狀腐蝕，加速電化學(xué)腐蝕，改變電解液的組成，嚴(yán)重時(shí)將鋁箔腐蝕穿而漏液，同時(shí)也會(huì)造成短路，導(dǎo)致電池報(bào)廢。金屬電極片厚度100u 左右，在170℃左右的熱封溫度和3kg/CM2 左右的壓力下熱封時(shí)，內(nèi)膜中如果沒(méi)有耐高溫的絕緣層存在的話，金屬電極常常被壓到包裝鋁箔上，造成短路，使電池報(bào)廢，成品率降低。

　　由于這種特殊的高性能要求，使該產(chǎn)品軟包裝技術(shù)成為鋰離子聚合物電池行業(yè)的三大技術(shù)難題之一。

　　2 軟包裝材料的結(jié)構(gòu)和分類(lèi)

　　鋰離子聚合物電池芯內(nèi)包裝材料按不同的方式可能有多種分類(lèi)方法。但最常見(jiàn)的有如下兩種分類(lèi)方法：按是否需要冷沖壓成型分類(lèi)和內(nèi)膜熱封層是否具有與金屬電極直接熱封的性能分類(lèi)。

　?。?）按是否需要冷沖壓成型分為冷沖壓成型膜和非冷沖壓成型膜。

　　冷沖成型膜的典型結(jié)構(gòu)為：

　　I、NY15-25/AL40-60/NPP50-70

　?、?、PET12/NY15-25/AL40-60/NPP50-70

　　Ⅲ、NY15-25/AL40-60/NPE50-70

　　Ⅳ、PET12/NY15/AL26-30/NPE50-70

　　非冷沖壓成型膜結(jié)構(gòu)為：

　　I、NY15-25/AL26-30/NPP50-70

　?、颉ET12/AL26-30/NPP50-70

　?、?、NY15-25/AL26-30/NPE50-70

　　Ⅴ、PET12/AL26-30/NPE50-70

　?、?、PET12/NY15/AL26-30/NPP50-70

　　注：NPP50-70 是指熱封層是PP 類(lèi)的特殊多功能層，特點(diǎn)是不能與金屬直接熱封。

　　NPE50-70是指熱封層為改性聚乙烯類(lèi)的特殊多功能層，特點(diǎn)是可以與金屬電極直接熱封。

　?。?）按內(nèi)膜熱封層是否具有與金屬電極熱封的性能分為：

　　A 可直接與金屬電極熱封膜：

　　NY15-25/AL26-30/NPE50-70

　　PET12/AL26-30/NPE50-70

　　PET12/NY15/AL26-30/NPE50-70

　　NY15-25/AL40-60/NPE50-70

　　B 不能直接與金屬電極熱封膜：

　　NY15-25/AL26-30/NPP50-70

　　PET12/AL26-30/NPP50-70

　　PET12/NY15/AL26-30/NPP50-70

　　NY15-25/AL40-60/NPP50-70

　　3 軟包裝材料的技術(shù)要求

　　由于鋰離子聚合物電池96 年才在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)成功，而批量化生產(chǎn)不過(guò)三四年的時(shí)間，該包裝膜的開(kāi)發(fā)研制比電池更晚一些，沒(méi)有形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)進(jìn)行深入研究的廠家微乎其微，更沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)可循。我公司開(kāi)發(fā)的電池包裝膜，是經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)具有實(shí)力的鋰離子電池廠（夏門(mén)寶龍工業(yè)、惠州TCL 全能、東莞新能源ATL、順德精進(jìn)電子等）將近兩年的溝通與合作，逐步形成了產(chǎn)品質(zhì)量的一些基本要求。這些基礎(chǔ)要求，成為目前產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，其中有些指標(biāo)可以定量描述，能通過(guò)合適的方法檢測(cè)，有的卻不能用先進(jìn)的方法檢測(cè)出來(lái)。有些要求只能定性描述，找不到合適的方法檢測(cè)。另外，隨著電池廠工藝的改進(jìn)，技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)電池性能要求的提高，很多指標(biāo)也要相應(yīng)變化，特別是隨著電池膜對(duì)電池本身電性能研究的深入，還會(huì)提出更新的技術(shù)要求。這些要求都將是今后技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分。下面將該產(chǎn)品現(xiàn)有的技術(shù)要求介紹一下。

　　一、外觀：不允許有針孔、異物、粘連、涂層不均勻、復(fù)合導(dǎo)間分離及明顯損傷、氣泡、皺紋、臟物等缺陷。

　　二、厚度：復(fù)合膜總厚度150u 以?xún)?nèi)（成型），120u 以?xún)?nèi)（非成型）。

　　三、阻隔性：

　　1、 水蒸汽透過(guò)量＜10-4g/m2·d.1atm

　　2、 氧氣透過(guò)量＜0.1cm3/m2·d.1atm

　　四、冷沖壓成型性；

　　1、 冷沖壓深度為3-8mm

　　2、 不允許分層、破裂、針孔漏光

　　3、 形狀保持性，變形度a＜50

　　五、熱封強(qiáng)度：內(nèi)膜被電解液浸泡滲透到三封口（在大約12 天）時(shí)，封口強(qiáng)度＞40u/15mm。

　　六、耐水泡性能：成品電池放在常溫水沖浸泡二十天封口嚴(yán)密，不產(chǎn)生鼓氣現(xiàn)象。

　　七、電絕緣性：熱封極片電阻率＞1×107s2·cm-1電極與復(fù)合膜鋁箔間的電阻率八、內(nèi)膜耐穿刺性能：內(nèi)膜能經(jīng)受電芯周邊毛刺穿刺及熱封時(shí)金屬電極不與膜中間AL 箔短路。

　　成品點(diǎn)狀腐蝕率和短路率＜1‰。

　　九、耐電解液穩(wěn)定性：電解液會(huì)溶脹、溶解吸收內(nèi)層復(fù)合膜，特別是膜層間膠粘劑或粘結(jié)樹(shù)脂，其中產(chǎn)生的HF 會(huì)腐蝕復(fù)合膜中間的AL 箔，造成AL 箔與內(nèi)膜的分離，從而產(chǎn)生漏液或氣脹，使電池報(bào)廢。三封口時(shí)，AL 箔以?xún)?nèi)各層間剝離強(qiáng)度＞2.5N/15mm，從而保證封口的嚴(yán)密牢固性。

　　十、電性能：電性能指標(biāo)正在進(jìn)一步的摸索探討之中，生產(chǎn)廠家暫時(shí)保密，不愿詳細(xì)透露。

　　電性能的實(shí)質(zhì)是包裝膜對(duì)電池充放率的影響，這種影響包括電絕緣性，對(duì)電解液組分平衡性影響，復(fù)合膜特別是AL 箔以?xún)?nèi)膜被電解液浸泡后的電絕緣性等等。

　　十一、其它：膜的厚度偏差、尺寸偏差、熱封耐折剝離、原膜層間初始剝離強(qiáng)度，斷裂強(qiáng)度（＞100N）、斷裂伸長(zhǎng)率（＞35%）等。

　　總之：該膜所要求的指標(biāo)很多，其中最重要的指標(biāo)也是與普通復(fù)合膜不同的地方是

　?、贅O高的阻隔性；

　?、诹己玫睦錄_壓成型性；

　?、勰痛┐绦裕?/p>

　?、苣碗娊庖悍€(wěn)定性；

　　⑤電性能（包括絕緣性）。