锂电池胶带的研究进展

邱燕平，黄志奇，钟 宏，尹朝辉

（1.江西中辉新材料有限公司技术研发中心，江西 新余 338000；2.宁德新能源科技有限公司，福建 宁德 352000）

近几年来我国锂电池胶带生产水平发展较快，但是对锂电池胶带的研究历史背景和现状、前人研究锂电池胶带工作成就以及争论焦点进行严谨而系统总结的文献较少。本研究从锂电池胶带的历史背景和现状、原料特性及使用选择等方面对锂电池胶带的研究发展进行介绍[1]，为从事该领域研究的人员提供参考和建议。

1 锂电池胶带研究历史及背景

锂离子电池主要有正极、负极与电解质等3要素构成，其正极材料是导电高分子聚合物或无机化合物，负极常使用锂金属或锂碳层间化合物，电解质是采用固态或者胶态高分子电解质或有机电解液[2]。锂离子电池以其轻便小巧外形，相比其他类型电池，锂电池因具有较高的电压、较长使用寿命、可无记忆重复充电使用以及为电子设备提供持久电力等优良性能而被广泛应用。随着移动电子终端设备的不断发展，为锂离子电池的发展带来强劲动力和广阔市场（现在人们生活中随处可见锂电池并且变得不可或缺），同时，新能源动力汽车的发展、国家新能源产业政策的导向与支持，很多省市将新能源锂电池作为新产业转型与升级的突破口，因而锂电池得到快速发展[3]。与此同时，锂电池胶带被大量应用于锂离子电池上，起到绝缘和固定的作用，这是锂离子电池上不可或缺的重要材料。

锂电池胶带是指在锂电池电芯中段生产工序（卷绕/叠片、外壳焊接和封口等工序）[4]中用于电极绕卷、极片保护和卷芯终止等作用的压敏胶粘带，其主要作用是在锂电池上起到绝缘和固定的作用，锂电池胶带的发展是伴随锂离子电池的发展而发展。

锂电池分为液态锂离子电池（LIB）和聚合物锂离子电池（PLB）2。其中，液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池，电池正极采用的锂化合物为LiCoO2或，负极采用锂-碳层间化合物[5]。锂原电池通常以金属锂或者锂合金为负极，以MnO2、SOCl2和 （CF）n等 材 料 为 正 极 ， 锂 二 次电池研发分为金属锂二次电池、锂离子电池与锂聚合物电池等3个阶段。锂金属在1958年被引入电池领域，1970年前后一次锂原电池实用化，并在军工和民用领域得到应用。后来基于环保与资源的考虑，研究重点转向可反复使用的二次电池，1987年前我国开始生产锂电池，2000年我国锂离子电池已商业化生产，2000年燃料电池、太阳能电池和磷酸铁锂电池成为世界瞩目的新能源发展问题的焦点[6]。随着正极材料、负极材料与电解质的革新、可充放二次锂电池不断发展，如今锂电池技术仍在继续发展并将进一步改善人类生活。

2 锂电池胶带研究现状

锂电池胶带是一种具有特殊功能特性的压敏胶带[7]，具有一定的初粘性、持粘性、耐温性和耐化学腐蚀性，且在无污染情况下可反复使用、剥离后对被粘物表面无污染等特性。锂电池胶带因用于锂电池的不同部位需要、不同功效要求、不同性能标准和不同生产公司等，为了满足客户及市场需求而分为不同特性的锂电池胶带。我国锂电池胶带生产厂家参差不齐，技术研发水平相对落后，缺少核心技术，多处于加工生产阶段。近几年来，整体行业水平发展较快。

锂电池胶带的特性主要是由基材、胶粘剂和用途等因素决定的，所以锂电池胶带一般按基材、胶粘剂和用途来进行分类。锂电池胶带的种类繁多，生产厂家多根据客户对材料的使用要求开发和生产锂电池胶带，其中，胶粘剂的成分决定了锂电池胶带的特性与用途，常用的胶粘剂有丙烯酸酯胶粘剂、橡胶胶粘剂等。使用不同胶粘剂为原料制备的锂电池胶带具有不同的特性：用丙烯酸酯胶粘剂制备的丙烯酸酯锂电池胶带具有良好的抗老化性和耐候性、较高的耐温性和良好的热稳定性，对极性表面有着良好的粘接性、对非极性表面的粘接力较小，起始剥离强度较低等；用橡胶胶粘剂制备的橡胶锂电池胶带具有在高温下有更高的抗剪切力、与各种表面均可粘贴、良好的初粘力，但抗老化性、抗溶剂性较差。

2.1 锂电池胶带制备

不同的锂电池厂家因其电池类型、型号及生产设备不同而使用不同的锂电池胶带，综合起来锂电池胶带制备应用工序大致为：①基材处理，PP、PET和PI薄膜基材通过表面电晕处理得到一面粗糙一面光滑的薄膜基材，也可再通过在非上胶面涂布离型剂得到离型膜，或者可以再加一层数字油墨得到数字膜；②涂胶，在处理薄膜的电晕面涂布压敏胶水，通过高温烘道使胶水烘干、固化；③收卷，通过设备冷却，再按规格要求收卷得到半成品；④裁切，半成品收卷时收成的母卷需经过复卷再分切或分条得到成品（半成品收卷时只收小卷可直接分切或分条得到成品）即可包装出售。加工胶带所经过的设备有胶带涂布机、精密复卷机、精密分条机、精密分切机，为了保证胶带在生产过程不被污染特别是不被磁性物质污染，所有过程需在万级以上洁净区域完成。

2.2 锂电池胶带的基材

基材是锂电池胶带中的载体，其影响了锂电池胶带的温度使用范围、抗拉伸度、抗剪切力和材料成本等因素。常见的基材有BOPP（双向拉伸聚丙烯薄膜）、PET（耐高温聚酯薄膜）、PI（聚酰亚胺薄膜）和nomex（间位芳纶或芳纶1313）纸等；聚合物薄膜因具有尺寸稳定、弹性较高、绝缘性良好、耐酸碱性较好、抗撕裂强度较佳以及抗增塑剂等优良性能而成为锂电池胶带的常用载体基材。

不同的基材赋予锂电池胶带不同的特性，郭培钧等[8]通过同一丙烯酸酯胶水中加入适量交联剂和颜料后分别制成BOPP和PET基材胶粘带，以BOPP膜为基材的产品耐温性和耐电解液性比PET基胶带差。基材的耐温性能决定了锂电池胶带的使用温度环境上限，耐温性能，PI基材＞PET基材＞BOPP基材，PI基材耐温性能相对最好，BOPP基材耐温性能相对最差。基材成本与耐温性能相反，BOPP锂电池胶带成本相对最低、PI锂电池胶带成本相对最高。

2.3 热熔锂电池胶带

随着新材料的开发，锂电池胶带行业引进了一些新的胶粘剂种类，如单面热熔锂电池胶带，锂电池用双面热熔胶带。

在“一种锂电池用单面胶带及其制备方法”专利[9]中详细介绍了单面热熔锂电池胶带的结构、制备方法及使用工艺，并阐述这类锂电池胶带的基础特性。单面热熔锂电池胶带由密封热熔压敏胶层和基膜层组成，该单面胶带粘性较好，能够耐锂电池的电解液腐蚀，不与锂电池内的电解液发生化学反应，保持了锂电池的性能。使用单面热熔锂电池胶带的锂电池极组和外包装材料粘接稳固，不会发生相对位移，抗摔能力较好，安全性较高，使用寿命较长，质量稳定。

锂电池用双面胶带中的一面有粘性，通常为丙烯酸酯胶；另一面常温无粘性，遇热发黏，通常为热熔胶。在使用中胶带一面在常温下对铝箔和聚乙烯膜有粘接性，另一面要在80 ℃以上环境才会对聚丙烯面有粘接性，较适合锂电池的生产工艺需求。张涛辉等[10]详细介绍了锂电池用双面胶带的结构、制备方法及使用工艺，并阐述了这类锂电池胶带的特性。王升等[11]发明的胶带具有粘接强度较高、使用面积较少等特性。市场上锂电池用的双面胶带有东莞市澳中电子材料公司、江西中辉新材料公司等锂电池生产厂家。

2.4 锂电池终止胶带

锂电池终止胶带是指锂电池电芯中段生产工序卷绕/叠片中用于电极绕卷和卷芯终止等的压敏胶粘带，这种胶带除了具有压敏胶带一般性能外，还在基材选择、黏附性、耐温性和耐电解液性能等方面有着特殊要求，是一类特殊的压敏胶粘制品。锂电池终止胶带是电池中使用较多的一类压敏胶带。

郭培钧等[8]以丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和醋酸乙烯酯等单体为原料，加入引发剂并采用溶液聚合法成功制备出一种初粘性为9#钢球，剥离强度为8.3～8.5 N/25 mm，持粘性为299 min的丙烯酸酯压敏胶。其性能符合锂电池生产工艺需求。

陈鹏[12]介绍了锂电池终止胶带的定义、作用及结构组成，并与传统的橡胶型胶带进行对比，以其成本低廉、外形美观、制作工艺简单，以及在浸泡电解液3 d后不脱胶、黏附性较好、不变色、不被腐蚀和耐电解液性能较好等特点，满足了锂电池厂家的应用需求。

2.4.1 超薄锂电池终止胶带

随着各种电子设备的小型化发展，市场对电池大小和厚度要求越来越苛刻，随之锂电池材料的厚度也要求越来越薄。梁文学等[13]以植物油基环氧油酸甲酯（EMO）为原料，合成了功能性高分子单体丙烯酸油酸甲酯（AMO），将AMO 分别与甲基丙烯酸甲酯等硬单体及一些功能性单体进行聚合,制备出了墨绿色、无卤素和超薄的锂离子电池终止胶带。之后，江西中辉新材料公司等锂电池生产厂家也相继开发出了9 μm、12 μm的超薄锂离子电池终止胶带。

2.4.2 锂电池数码终止胶带

现今市场上对产品的品质质量提出可控性及可追述的要求，锂电池数码终止胶带是为符合市场这一需求而开发的另一种锂电池终止胶带。是在锂电池终止胶带上，增加印刷数码标示，其性能要求与锂电池终止胶带一致。

数码胶带通常由胶粘剂层、保护层、油墨层、底涂层、基层和离型层组成胶带结构，以双向拉伸PET或PP薄膜为基材，印刷油墨为数字功能层，基材的非数字面涂布单组分非硅离型剂作为解卷涂层；在基材涂数字面上再涂布丙烯酸酯胶粘剂层，以此制成锂电池数码胶带[14]。

2.5 锂电池耐高温胶带

锂电池耐高温胶带是为了使锂电池在生产和使用等高温极限条件下具有良好的稳定性，需要锂电池能够在高温环境下能长时间保持结构稳定、化学性能不变，保证锂电池在高温环境下不短路、不漏电及液体泄露等[15]特性而开发出的一种电池胶带。最初的锂电池耐高温胶带是有机硅硅胶胶带，但是近年来锂电池行业提出电芯内不能含有硅元素，因此现在市面上用的耐高温胶带大部分为丙烯酸酯电池胶带。

钟宏等[16]以丙烯酸异辛酯（2-EHA）、丙烯酸丁酯（BA）、醋酸乙烯（VAc）、甲基丙烯酸月桂酯（LMA）和甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）等单体为原料，以过氧化苯甲酰（BPO）和偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，通过溶液聚合得到一种聚丙烯酸酯压敏胶，在加入适量的交联剂后，制成了PI基材的胶粘带，在初粘性和粘接性能符合要求条件下，高温180 ℃/12 h不残胶，电解液中85 ℃/48 h不脱胶。

2.6 锂电池极耳胶带

李文等[17]在制作锂电池电芯时需要在极耳上焊接Tab lead（TAB引线），这样对极耳进行加长，方便下道工序在顶侧封时将密封剂融化进行密封。Tab lead焊接采用超声波进行焊接，在焊接完成后，极耳上会有焊点产生。由于极耳伸出高度位置不一定符合要求。一般需要对极耳进行折弯，在这种情况下容易产生短路，所以需要对焊接的位置进行加贴绝缘胶带，而且极耳的2面都需要粘贴上绝缘胶带。

2.7 双层锂电池保护膜胶带

锂电池外壳坚硬、菱角分明，要求保护包边的锂电池胶带具有柔软性、粘性较强、贴合较好以及长时间不起翘，这类胶带称之为双层锂电池保护膜胶带。万中梁等[18]通过双层PET薄膜和双层胶粘剂层的复合结构使胶带在耐磨坚韧的同时更柔软；通过涂布添加酚醛树脂的高粘改性亚克力胶粘剂使粘性更强，从而达到胶带贴合性更好、不容易起翘，且在130 ℃烘烤0.5 h以上撕下不残胶，可以更好地保护电池。

2.8 动力电池胶带

动力电池胶带是采用PET薄膜为基材，在PET薄膜上涂覆非硅类压敏胶（丙烯酸酯胶水或橡胶胶水），用于电动汽车软包装动力电池的壳体、设置在壳体内的电芯、盖封壳体的顶盖、电芯顶面、两大侧面以及底面等部位起绝缘维护和固定作用的电池胶带。

2.9 锂电池保护膜

锂电池保护膜胶带主要采用PET膜和BOPP膜为基材，涂布丙烯酸胶水，用于软包电池以及聚合物锂电芯生产过程中铝塑膜表面的粘贴及保护。特点是洁净度较高、粘性适中，粘贴铝塑膜时不起翘，不会破坏条形喷码，耐一定的高温而不残胶，抗刮伤，耐穿刺，产品符合ROHS标准等。

3 锂电池胶带的发展前景

由于环保的需要，我国新能源的开发已提上日程，新能源的起用与国家的支持是密不可分的。我国已采取相应的政策来扶持新能源产业的发展，扩大现有的规模，增加新能源的市场，降低生产成本，增大企业的利益与竞争力，为新能源的进一步发展做好铺垫[19]。现在人们越来越重视环境保护和寻求不可再生能源的替代品，各国都在研制环保型汽车，电动汽车是其中重要方案之一。提高动力电池能量密度将延长电动汽车续航里程，对发展电动汽车技术具有重要意义[20]。锂电池因具有寿命较长、比能量较高、放电性较好、安全性较高和体积较小等优点，在储能领域的应用日益广泛[21]。再加上政策扶持，锂电池目前已经成为了蓄电池领域的主要发展方向[22，23]。

随着对现有材料和电池设计技术的改进以及新材料的出现，锂离子的应用范围不断拓展，锂电池胶带作为锂电池生产制造中必备的材料之一其发展前景广阔。民用已从信息产业的移动电话、PDA 笔记本电脑等拓展到能源交通、电动汽车，风能电站蓄电等领域。军用则涵盖了海陆空武器装备上的电子设备，锂离子电池为电子产品提供了动力能源的配套产品。未来在移动通讯工具和设备，以及电动汽车等领域将广泛应用，其潜在需求巨大[24]。