鋰電池鋁塑膜及其沖壓成型工藝

鋁塑膜主要成分是ON/AL/CPP三層物質(zhì)，每層之間以粘結(jié)劑粘合。根據(jù)復(fù)合工藝的不同，可以將鋁塑膜分為干法和熱法兩種...

??鋁塑膜的是由外層尼龍層（ON）、粘合劑、中間層鋁箔（Al）、粘合劑、內(nèi)層熱封層（CPP）構(gòu)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：

?具備極高的阻隔性；

?具有良好的熱封性能；

?材料耐電解液及強酸腐蝕；

?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(zhì)，每層之間以粘結(jié)劑粘合。根據(jù)復(fù)合工藝的不同，可以將鋁塑膜分為干法和熱法兩種，如圖1所示。干法工藝是鋁和聚丙烯用粘合劑粘結(jié)后直接壓合而成，熱法工藝是鋁和聚丙烯之間用MPP粘結(jié)著，在緩慢升溫升壓熱壓合而成。

干法工藝鋁塑膜主要優(yōu)勢有沖深成型效果好，外觀一致性好，不易出現(xiàn)針孔、魚眼、雜質(zhì)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(nèi)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(jié)作用，冷卻后，因與PP的收縮系數(shù)存在較大差異，很容易出現(xiàn)向內(nèi)卷曲的情況。

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(nèi)部的環(huán)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(nèi)部的環(huán)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(nèi)有機溶劑溶解、溶脹等，是電芯內(nèi)部環(huán)境的最直接的包裝保護，絕緣，有效阻止內(nèi)部電解質(zhì)等與 Al layer 接觸，避免 Al layer 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(chǎn)品，對鋁塑膜的性能評價方法進行簡單總結(jié)。

（1）鋁塑膜材料的外觀

目測鋁塑膜表面是否有坑點、劃痕等，各復(fù)合層間是否有雜物、氣泡等。使用千分尺取不少于 10個點測量鋁塑膜的厚度和寬度，并判斷其均勻性。

（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(shè)備測試剝離強度。

觀察剝離后的鋁塑膜內(nèi)表層是否呈均勻乳白色，要求Al層與內(nèi)表層不分層。軟包裝材料的熱封工藝參數(shù)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(yōu)化調(diào)整這 3個參數(shù)，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，在一定取值范圍內(nèi)調(diào)整成型深度，直至鋁塑膜邊角出現(xiàn)破裂，記錄出現(xiàn)破裂前的深度最大值。鋁塑膜的沖深后必須滿足以下條件：沖坑的四個邊角最薄處不小于原來 50%的厚度、內(nèi)層 PP 層厚度為 60~65微米。否則會造成電池成型后有漏點，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(nèi)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。將成型后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后進行觀察。觀察封焊成型后鋁塑膜是否有腐蝕、漏液、膨脹、分層現(xiàn)象。

（5）阻隔性能

將封裝袋置于水浴或高溫高濕環(huán)境中，一段時間后取出，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，表征鋁塑膜的阻隔性能。

?3 沖壓成型工藝

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 鋁塑膜沖壓成型示意圖

如圖3，目前企業(yè)實際生產(chǎn)采用的沖壓工藝有以下兩種：

( 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(chǎn)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(diào)性差，目前采用較少；

( 2) 補償性沖深：壓邊圈對鋁塑膜壓力可調(diào)，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 鋁塑膜沖壓成型工藝對比

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(zhì)量的關(guān)鍵性因素，應(yīng)該作為衡量鋰離子電池鋁塑膜外殼成形質(zhì)量檢驗的關(guān)鍵點。影響鋁塑膜沖壓成形質(zhì)量的工藝參數(shù)主要有模具 ( 凸模和凹模) 設(shè)計、壓邊力和沖壓速度等。

圖4 沖壓成型鋁塑膜

模具設(shè)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系數(shù)的選擇對鋁塑膜沖壓工藝質(zhì)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(yīng)變大，從而阻礙材料流動，不利于包裝袋成形工藝時的流動補充，從而造成鋁塑膜沖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(jù)電芯尺寸、鋁塑膜特性與沖坑模具相關(guān)的。沖深與R角存在優(yōu)化的關(guān)系，R角設(shè)計還應(yīng)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。