聚合物锂电池软包装材料铝塑膜的性能评价方法

2016-05-30万玲玉卞沛文

科技风 2016年7期

关键词：腐蚀

万玲玉卞沛文

摘要：聚合物锂电池作为储能技术研究的热点，其软包装材料铝塑膜越来越得到人们的关注。铝塑膜是由铝箔、聚烯烃膜和粘合剂（包括粘接性树脂）组成的复合软包装材料。作为锂电池的外壳，它必须对空气中的水氧和电池内部的腐蚀性酸、碱、盐以及有机溶剂等具有非常高的稳定性，它的设计、制造及应用加工技术是聚合物锂电池行业要解决的主要技术难题之一。一款高质量的铝塑膜必须具备以下特性：1）良好的热封性能；2）不与电解液起反应；3）高的柔韧性、机械强度及延展性；4）内外表面均具有高的绝缘性。铝塑膜性能的好坏对锂电池的寿命有非常大的影响，因此针对其性能优劣的评价方法变得尤为重要。

关键词：铝塑膜；热封；腐蚀；阻隔

软包电池中，铝塑膜的主要作用是外壳，因电池的正负极材料及电解液在充放电过程中极易与水和氧反应，破坏电池内部结构，所以单体电池需要保持在一个完全封闭的系统中。作为锂电池的外壳，铝塑膜在其中起着至关重要的作用。为了全面了解锂电池铝塑膜的各项性能，建立铝塑膜的性能评价标准，筛选出性价比良好的铝塑膜产品，需对铝塑膜的性能评价方法进行全面的探索。

1 测试方法

1.1 外观

目测铝塑膜表面是否有坑点、划痕等，各复合层间是否有杂物、气泡等。使用千分尺取不少于10个点测量铝塑膜的厚度和宽度，并判断其均匀性。

1.2 热封强度

热封强度（内表层与内表层粘结强度/剥离强度，内表层与极耳胶粘结强度/剥离强度）：在一定的温度、时间、压力的封装条件下，将两片铝塑膜或与极耳粘合，取一定宽度封口裁切成条，使用拉力测试设备测试剥离强度。观察剥离后的铝塑膜内表层是否呈均匀乳白色，要求 Al 层与内表层不分层。软包装材料的热封工艺参数主要有热封时间、热封压力和热封温度，一般情况下，新的包装材料的应用都需要重新调整这3个参数，使热封效果达到最佳。在热封强度能达到要求的基础上，考虑到热辐射和热传导对电池性能的影响，热封时间越短越好，热封温度越低越好。

1.3 冲深能力

冲深能力：将铝塑膜用良好的成型模具冲深，在一定取值范围内调整成型深度，直至铝塑膜边角出现破裂，记录出现破裂前的深度最大值。

1.4 耐电解液腐蚀性能

铝塑膜中与电解液接触的是内层的PP层以及周边的热封口，这些地方必须具备良好的耐电解液腐蚀性能。将成型后的铝塑膜先封焊两边，不加极耳和电芯，注入一定量的电解液，在一定温度条件下烘烤一定的时间后进行观察。观察封焊成型后铝塑膜是否有腐蚀、漏液、膨胀、分层现象。PP层的耐电解液性能可以用泡完电解液后测试剥离力来评测。检测电解液浸泡过后的热封强度：将经过电解液浸泡后的铝塑膜焊接处裁剪成一定宽度的样品，进行热封强度的测试。

1.5 阻隔性能

锂电池的电解液极易与水氧发生反应，降低电化学活性。铝塑膜具有良好的阻隔性能可以很好的延长电池的循环寿命。将封装袋置于水浴或高温高湿环境中，一段时间后取出，观察铝塑膜是否异常，且通过称重或水分测试判断其吸水量，表征铝塑膜的阻隔性能。

2 测试结果分析

2.1 铝塑膜材料的外观

作为锂离子电池的密封外壳，铝塑膜必须满足表面无坑点、划痕等，各复合层间不能有杂物、气泡等。厚度必须要符合相应的规格要求且各处均匀，宽度符合工艺要求。

2.2 热封强度分析

影响铝塑膜的密封性能除了铝塑膜本身的质量需要过关外，其周边封口的密封效果必须满足要求。经过对热封时间、热封压力和热封温度的实验探索，可以知道铝塑膜密封后剥离有四种状态，如图1从左至右依次所示。

從图中可以看出第二种状态是最佳的热封状态。状态一为未封合，状态三与状态四为过封，铝塑膜内层PP已经完全溶解与中间的铝层脱离，其中状态四的铝层已经被热压变形。

2.3 冲深能力分析

铝塑膜的冲深后必须满足以下条件：冲坑的四个边角最薄处不小于原来50%的厚度、内层PP层厚度为60～65微米。否则会造成电池成型后有漏点，严重影响电池性能。

2.4 耐电解液性能分析

放置一定时间的注完液的电池，观察铝塑膜封装袋的外观，必须满足四种铝塑膜外观平整，无任何电解液泄漏。