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锂电池铝塑膜及其冲压成型工艺

2024-07-18

铝塑膜是由外层尼龙层（ON）、粘合剂、中间层铝箔（Al）、粘合剂、内层热封层（CPP）组成的多层膜，是软包锂电池的封装质料。电池用铝塑膜被要求具备如下特点：

（1）具备极高的阻隔性；

（2）具有良好的热封性能；

（3）质料耐电解液及强酸腐化；

（4）具有良好的延展性、柔韧性和机械强度。

铝塑膜主要身分是ON/AL/CPP三层物质，每层之间以粘结剂粘合。凭据复合工艺的差别，可以将铝塑膜分为干法和热法两种，如图1所示。干法工艺是铝和聚丙烯用粘合剂粘结后直接压合而成，热法工艺是铝和聚丙烯之间用MPP粘结着，在缓慢升温升压热压合而成。干法工艺铝塑膜主要优势有冲深成型效果好，外观一致性好，不易泛起针孔、鱼眼、杂质等不良，但其耐电解液性较差。热法工艺可以提高Al层与PP层之间的粘附力，使内表层防电解液溶胀脱落能力大大提升，可是这种特殊处理的MPP 需要较高的温度将其熔化才华起到粘结作用，冷却后，因与PP的收缩系数保存较大差别，很容易泛起向内卷曲的情况。

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图1 两种铝塑膜示意图

1 各部分作用

Nylon ：可以有效阻止空气尤其是氧的渗透，维持电芯内部的情况，同时可以包管包装铝箔具备良好的形变能力。

Al ：可以有效阻止空气中水分的渗透，维持电芯内部的情况，具有一定的厚度强度能够避免外部对电芯的损伤。

PP ：不会被电芯内有机溶剂溶解、溶胀等，是电芯内部情况的最直接的包装�；�，绝缘，有效阻止内部电解质等与 Al layer 接触，制止 Al layer 被腐化。

2 评价要领

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，对铝塑膜的性能评价要领进行简单总结。

（1）铝塑膜质料的外观

目测铝塑膜外貌是否有坑点、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个点丈量铝塑膜的厚度和宽度，并判断其均匀性。

（2）热封强度

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。视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。软包装质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，需要重优化调解这 3个参数，使热封效果抵达最佳。

（3）冲深能力

铝塑膜用良好的成型模具冲深，在一定取值规模内调解成型深度，直至铝塑膜边角泛起破裂，纪录泛起破裂前的深度最大值。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。不然会造成电池成型后有漏点，严重影响电池性能。

（4）耐电解液腐化性能

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化性能。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视察。视察封焊成型后铝塑膜是否有腐化、漏液、膨胀、分层现象。

（5）阻隔性能

将封装袋置于水浴或高温高湿情况中，一段时间后取出，视察铝塑膜是否异常，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。

3 冲压成型工艺

铝塑膜冲坑成型历程示意图2如示，下，上模版与下模版（凹模）将铝塑膜夹紧，坚持一定的压力P，凸模以平缓的速度向下运行，使铝塑膜抵达要求的深度。

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图2 铝塑膜冲压成型示意图

如图3，目前企业实际生产接纳的冲压工艺有以下两种： ( 1) 延伸性冲深：压边圈对铝塑膜压力较大，铝塑膜边沿部分被牢固，被牢固的部分不爆发形变，难以对冲深部分进行赔偿，成形时边沿部分完全由底部赔偿，冲深浅，可调性差，目前接纳较少；( 2) 赔偿性冲深：压边圈对铝塑膜压力可调，铝塑膜冲深部位可由边沿及底部质料赔偿，铝塑膜整体运动变形，厚度比较均匀，冲深能力强。

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图3 铝塑膜冲压成型工艺比照

成形铝塑膜外壳如图4所示，其边角位置减薄最为严重，是影响成形铝塑膜外壳整体质量的要害性因素，应该作为权衡锂离子电池铝塑膜外壳成形质量检验的要害点。影响铝塑膜冲压成形质量的工艺参数主要有模具 ( 凸模和凹模) 设计、压边力和冲压速度等。

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图4 冲压成型铝塑膜

模具设计包括模具长宽尺寸、凸模和凹模的R角、模具的外貌粗糙度、上冲头和下模之间的冲切间隙等。凸模圆角半径与凹模摩擦系数的选择对铝塑膜冲压工艺质量影响较大，模具外貌粗糙度过大时，粗糙度大造成摩擦力大，流动阻力也相应变大，从而阻碍质料流动，倒运于包装袋成形工艺时的流动增补，从而造成铝塑膜冲压成形铝层的太过变薄。冲坑尺寸、深度、四角R角、边线R角是凭据电芯尺寸、铝塑膜特性与冲坑模具相关的。冲深与R角保存优化的关系，R角设计还应该与电芯尺寸配合，制止铝塑膜封装造成对电芯边角的损伤。

资料来源：

[1]聚合物锂电池软包装质料铝塑膜的性能评价要领_万玲玉.

[2]锂离子电池电芯铝塑膜外壳冲压成形工艺_赵越

[3]锂离子电池用铝塑复合膜精密冲压工艺研究_张鹏博

[4]软包装锂离子电池铝塑复合膜的热封工艺_范洋

[5]电解液浸泡对铝塑复合膜热封强度的影响_范洋

[6]软包装磷酸铁锂电池包装膜与涂碳铝集流体性能研究_张露

本文转自民众号：锂电派

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