胶带在锂离子聚合物电池外部的应用

李雅男，张 晶

（1.天津力神电池股份有限公司，天津300384；2.天津机电职业技术学院，天津300131）

胶带在锂离子聚合物电池外部的应用

李雅男1，张 晶2*

（1.天津力神电池股份有限公司，天津300384；2.天津机电职业技术学院，天津300131）

胶带是生活中常见的材料也是现代工业生产中的重要材料，应用十分广泛。讨论了丙烯酸压敏胶带的绝缘和固定作用在锂离子聚合物电池外部的应用。针对应用中易出现的胶带翘起问题，分析了产生翘起的原因，介绍了适合的抗翘起产品。同时对比了聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯作为胶带基材在耐温、耐电压上的性能，总结了这三种材料作为胶带在电池上的使用现状及成本，展望了胶带在锂电池外部应用的未来市场及研发方向。

锂离子聚合物电池；聚酰亚胺PI胶带；聚酯PET胶带；聚丙烯PP胶带；双面胶带；内聚力

前言

随着市场信息化电子化时代的到来，小型化移动电子设备终端逐渐在人们生活中随处可寻并且变得不可缺少。锂离子电池以其轻巧的外形、相对其他类型电池较高的电压、长时间的使用寿命以及无记忆等优良性能，为电子设备提供持久的电力，人们使用的更方便，更长久。笔记本等移动终端里目前最常用的是锂离子聚合物电池。与此同时，胶带被大量应用于锂离子聚合物电池外部，起到绝缘和固定的作用。

1 起绝缘作用的胶带应用

为防止锂离子聚合物电池过充和过放，需要焊接电路板保护。为避免保护板及上面器件锋利的边角挫伤电池及确保电池在放入电子设备中不发生漏电现象，保证消费者使用电子产品的安全性，需要将电池除去对外连接的正、负极耳部分之外的电池边缘、保护板周围都要包裹上绝缘胶带。

以在手机中使用的锂离子聚合物电池为例，为其做绝缘包裹需要很多种胶带，如图1所示。按照贴装的位置分类：有侧边胶带、底部胶带、PCM保护胶带、负极保护胶带、凹槽胶带和双面胶带。

图1 电池外部包裹胶带示意图Fig.1 Insulation tape outside of battery illustration

图1中除双面胶带外，其他胶带都起绝缘作用。这些外部用胶带在贴好后放置一定时间后很容易发生开胶，尤其是侧边胶带问题最为突出。因此抗翘起性能是电池外部用胶带的一项关键性能指标。这与胶带的基材、胶水的选择有关。胶带包裹的方式常用的有U型（180°弯折见图2）和L型（90°弯折见图3）两种。

图2 电池侧边U型包裹示意图Fig.2 Side insulation tape U type illustration

图3 电池侧边L型包裹示意图Fig.3 Side insulation tape L type illustration

侧边胶带由于用在L型包裹时受电池厚度限制，包裹胶带的粘贴宽度不能太宽，整体胶带宽度为8～10mm；胶带在U型包裹时受电池切边宽度的限制，最窄达到了3 mm，使胶带在U型包裹两侧时只有不到1.5mm的接触面积，这时胶带更容易出现开胶的现象。以3mm侧边为例，使用相同聚酰亚胺材质的胶带，取粘结力分别为6N/25mm、8N/25mm、10N/25mm的样品各40片，每种都贴在20支同一款聚合物电池的左右两个侧边上，进行高温高湿实验，条件为温度50℃，湿度90%，72h后取出，发现每种粘结力都发生开胶，因此得出结论只提高粘结力无法改善开胶问题。后经过调整胶带的内聚力，重复该实验，粘结力在6N/25mm和8N/25mm时没有出现开胶。同时实验还发现侧边宽度越窄，则使内聚力对抗翘起性能的影响越突出，建议侧边胶带展平宽度不要小于4mm。分析原因，胶带的黏性有三个重要参数：初粘力、粘结力、内聚力，三者呈三角形关系。一般电池外部胶带开胶，仅增加胶带的粘结力会造成内聚力和初粘力的降低。见图4。只有三个性能彼此达到最佳平衡点，才能保证胶带性能的最优化。

图4 胶带粘结力、内聚力、初粘力关系图Fig.4 The diagram of bond force,cohesive force and initial adhesion force

目前已经找到性能满足使用要求可靠的胶带。以聚酰亚胺胶带为例，厚度0.05mm的3M98C-12、AveryMZS815；厚度0.03mm的3MBI-02、NittoAS020-PI12NMAS020PIB12NM（哑黑）、Tesa66330等胶带可以应用在4mm以上宽度的U型包裹上。

2 起固定作用的胶带应用

在电池上固定电子元气件如PTC、TCO、PCM，需要使用双面胶带。如图1中的双面胶带用于固定电池上的PCM。将电池固定在电子设备中的指定位置，一般也是使用双面胶带。如图3电池表面贴有离型纸的双面胶带，将离型纸揭掉就可以在需要的位置粘贴固定电池。有时粘贴面积小也容易发生开胶，目前NittoAS-57在厚度要求严格，并且较小接触面积如宽度3mm左右粘接上有比较出色的表现，且性价比较高。

图5 可移除胶带示意图Fig.5 Removable adhesion illustration

用双面胶带固定后，有时考虑到电池更换，胶带还要有方便的可移除功能。Tesa、3M、Nitto均有相应产品可以实现这一功能。这款胶带贴在电池表面后随电池一起被贴在手机中同时外露一个手柄，当电池需要更换时，抓住手柄向外平行一拉，胶带就自动与电池和电池仓表面脱离，没有任何残胶出现，电池安全地被取出。被贴表面很干净，不需要清除残胶，轻松更换新的电池，减少了因残胶难以清除造成的壳体、电池等器件的报废，并且节约了人工成本、操作时间，直接产生可观的经济价值，非常实用。

3 市场分析

随着消费类电子市场趋于稳定，2016年全球智能终端设备出货量有望达到24亿台，较2015年增长1%～2%。为了争取更多的市场，各大厂家开始控制成本，原料成本会面临严峻的考验。从表1中0.025厚度薄膜PI（聚酰亚胺）、PET（聚酯）、PP（聚丙烯）的耐温和耐电压对比数据看：

表1 材料温度及耐电压对比Table 1 Temperature and breakdown voltage

PET、PP胶带可以满足锂离子聚合物电池外部胶带的使用要求。从价格上看，PI＞PET＞PP。PP、PET的价格较PI胶带低廉50%以上。在柔韧性方面，PP＞PET＞PI，PP材质柔软容易起皱，但不容易翘起，用料普通，目前市场上已经有替代PI的新型PET材料，颜色有银色、哑黑色等并且涂布了抗翘起胶水，其品质和价格逐步被各大客户认可并采用。也有的客户放弃使用胶带，而转用胶水的案例。根据力神电池2013～2015年消费类电池外部胶带用量的数据分析：

表2 2013～2015年外部胶带用量Table 2 Outside tape consumption in 2013～2015

2013年PET、PP胶带用量占胶带总用量的10%，2014年PI胶带随消费类电子产品用电池改用胶水的影响用量减少，但PET、PP胶带用量仍占胶带总用量的12%，2015年PET、PP胶带的用量占到了30%。综上所述2015年之前市场上聚合物锂电池外部多使用以聚酰亚胺为基材的胶带。今后，PI胶带在消费类电子产品中用量会慢慢减少，PP胶带相对PI、PET材质性价比高，相信未来PET、PP胶带用量会因替换PI而逐渐增大，PI胶带的用量会保持稳定或者逐步下降。

4 结束语

锂离子电池的广泛应用带动了电池胶带的大量使用，随着电池寿命完结，废品回收再利用是我们终将面临的课题。目前，胶带的基材多是将胶水涂布在不同基材的塑料上，回收塑料需要先脱胶，这样回收的成本相对较高，增加了循环再利用的难度。如果胶水可以在常温25℃下粘住金属、塑料等被贴物，不需要高温加热，使其快速干燥，并且同时拥有500V以上的耐电绝缘性能，这样的胶水被灌封在笔一样大小的容器中，按照使用的要求，更换不同的挤出喷头，轻便的刷在需要粘结的面积上或者需要绝缘的地方。避免了使用需要循环回收的塑料，环保经济同时节约更多资源，可以成为未来的研发方向。相信随着科技的进步，新技术新工艺的不断涌现，会使胶带的应用变得更简单，更方便。

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Application of Tape on the Outside of Polymer Lithium-ion Battery

LI Ya-nan1and ZHANG Jing2
（1.Tianjin LiShen Battery Joint-stock Co.Ltd.,Tianjin 300131,China;2.Tianjin Vocational College of Mechanics and Electricity,Tianjin 300131, China）

Adhesive tape is a common material in daily life and also an important material in modern industrial production,it is used in many fields.The application of insulation and bonding of acrylic pressure-sensitive adhesive tape which used on the outside of polymer lithium-ion battery was discussed.Against the unwrap frequent occurrence in application,the cause has been found,anti flagging products has been introduced.At the same time,polyimide,polyester,polypropylene as the tape raw material have been contrasted the performance on the heat resistance and voltage resistance.The status and cost of three materials as tape used on the outside battery have been illustrated.The application and research direction in the future of the tape used on the battery were predicted.

Polymer lithium-ion battery;PI tape;PET tape;PP tape;double side adhesive tape;cohesive force

TQ436.3

A

1001-0017（2016）06-0455-03

2016-06-20 *基金项目：

李雅男（1981-），女，天津人，助理工程师，天津力神电池股份有限公司资源开发主任工程师，研究方向为电池用胶带。

*通讯联系人：张晶（1981-），女，天津人，天津机电职业技术学院讲师，研究方向为材料。E-mail:liyn@lishsen.com.cn.