多层塑料铝箔复合膜

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1、多层塑料铝箔复合膜（铝塑复合膜） 液态软包装锂离子电池采用同聚合物锂离子电池相类似的铝塑复合膜作为 电池的外壳，取代一般锂离子电池的钢制或铝制外壳。这种铝塑复合膜大致可 以分为三层：内层为粘结层，多采用聚乙烯或聚丙烯材料，起封口粘结作用； 中间层为铝箔，能够防止电池外部水汽的渗入，同时防止内部电解液的渗出； 外层为保护层，多采用高熔点的聚酯或尼龙材料，有很强的机械性能，防止外 力对电池的损伤，起保护电池的作用。这种包装膜价格便宜，制作成本低，作 为电池壳制作工艺简单方便，这样既降低了电池成本又简化了工艺过程。高质 量的铝塑复合膜的研制和开发是液态软包装锂离子电池这一高新技术产品研制 成功的关键

2、。作为液态软包装锂离子电池的外壳，该铝塑复合膜不再仅仅是电 池的简单外包装，而且是构成液态软包装锂离子电池的一个不可缺少的重要组 成部分。如果对这种软包装材料的重要性认识不够，将很不利于软包装电池的 设计和开发。它在液态软包装锂离子电池的研制中有如此重要的地位，说明该 产品有高的技术含量，在设计、制造及其应用上都和普通的复合包装材料在性 能上有质的差别。到目前为止，国际上仍没有一家公司的该项目产品能够完全 满足液态软包装锂离子电池对该产品的综合技术要求。国内外各生产厂正抓紧 对自己的产品进行不断改良，铝塑复合膜的生产技术也正处于不断研究发展之 中。2.1.2 液态软包装锂离子电池对铝塑复合膜的

3、一般要求1、具有极好的热封合性整个电池外壳的成型是靠铝塑复合膜的热封来实现的， 这就要求铝塑复合膜内层热封性能良好，有足够的剥离强度，而且热封接缝处 耐电解液的浸泡能力良好。一般要求内膜被电解液浸泡渗透到封口（在大约 12 天）时，封口强度大于40N/15mm。锂离子电池对高温也很敏感，一般使用温度 低于60C，要求软包装材料在热封强度足够的情况下，热封温度越低越好。就 一般而言，热封温度应不高于150C，采用更高的热封温度时，必须采用适当 的边缘降温措施，以防止热封时的传导和辐射对电池起破坏作用。2、铝塑复合膜不与电解液起反应电池的使用过程，是一个动态的电化学反应过 程（不断地充放电），作为

4、电池外壳的铝塑复合膜要能有效抵制内部电解液对 它的溶胀、溶解、渗透、吸收及电化学反应。电池内的电解液是由多种有机溶 剂和遇水分能迅速产生强腐蚀性氢氟酸的锂盐存在。多种有机溶剂通常会溶 胀，溶解、吸收软包装材料，尤其是它们是通用复合材料用胶粘剂或粘接树脂 的良好溶剂，破坏复合层间粘接效果，而强腐蚀性氢氟酸的存在，将严重腐蚀 铝箔，使内膜与铝箔分离，进而把铝箔腐蚀穿孔，从而破坏了整个包装。尤其 是铝塑复合膜的内层材料既不能被电解液所溶解，又不能与电解液起溶胀作 用。如果内层材料被电解液所溶解，由于电池的工作电压高达 3.6V 以上，所 溶解的成分将发生电化学反应而产生气体，使电池发生气胀而报废；如

5、果软包 装材料溶胀了电解液，将改变电解液的组成而影响电池的性能。3、具有极高的阻水阻氧性能液态软包装锂离子电池要求铝塑复合膜的阻隔性 （如水分、氧气）比普通铝塑 复 合 膜 的 阻 隔 性 高 10000 倍 ， 一 般 水蒸气渗透系数要求达到10-410-6g/m2 d latm，氧气渗透系数 要求达到 10-110-3cm3/m2 d1atm。4、具有高的柔韧性、机械强度及延展性液态软包装锂离子电池的生产和装配， 对软包装材料的柔韧性提出了较高的要求，而使用过程中的安全性保障对软包 装材料的机械强度及热封强度提出了高的要求。铝塑复合膜在做成电池壳时要 进行冷压成型，即将平面的铝塑复合膜拉伸

6、成长方体型腔，这就要求复合材料 整体要有良好的延展性。特别是铝箔，要选用软态的，否则在拉伸成型时四周 的 R 处易产生皱褶和针孔，会降低材料的阻隔性能。在电芯包装完毕后进行最 后整型和折热封边（一般热封区宽度为35mm ）时，同样要求组成铝塑复合膜 的各层薄膜有良好的机械物理性能，否则在折边的折线处会出现断裂、反弹等 问题。5、电性能良好电性能的实质是包装膜对电池充放率的影响，这种影响包括电绝 缘性，对电解液组分平衡性影响，复合膜特别是铝箔以内膜被电解液浸泡后的 电绝缘性等等。电性能指标正在进一步的摸索探讨之中。1、按是否需要冷冲压成型分为冷冲压成型膜和非冷冲压成型膜。 冷冲压成型膜的典型结构

7、为：NY1525/AL4060/NPP5070PET12/NY1525/AL4060/NPP5070NY1525/AL4060/NPE5070PET12/NY1525/AL4060/NPE5070 非冷冲成型膜结构为：NY1525/AL2630/NPP5070PET12/AL2630/NPP5070NY1525/AL2630/NPE5070PET12/NY15/AL2630/NPE5070PET12/AL2630/NPE5070PET12/NY15/AL2630/NPP50702、按内膜热封层是否具有与金属电极热封的性能分为： 可直接与金属电极热封膜：NY1525/AL2630/NPE5070

8、PET12/AL2630/NPE5070PET12/NY15/AL2630/NPE5070NY1525/AL4060/NPE5070 不能直接与金属电极热封膜：NY1525/AL2630/NPP5070PET12/AL2630/NPP5070PET12/NY15/AL2630/NPP5070NY1525/AL4060/NPP50703、根据内层热封层材料的不同分为:EAA （乙烯一丙稀酸共聚物）类NY25/AL4060/NY25/LDPE18/EAA3040PET12/AL4060/PET12/LDPE18/EAA3040CPP （聚丙烯）类PET12（NY1225）/AL4060/CPP30

9、80NY25/AL4060/CPP3080注：以上材料名称后的数字代表该层材料的厚度，单位为口 m。例如：PET12指 选用12 口 m厚的聚酯薄膜，AL4060指选用4060 u m厚的铝箔。NPP5070 是指热封层是 PP 类的特殊多功能层，特点是不能与金属直接热封。 NPE5 070 是指热封层为改性聚乙烯类的特殊多功能层，特点是可以与金属电极直接热 封。日本 SUMITOMO 电工最近又研究出一种新型的包装材料（软包装膜），这种 材料的结构为PET12/AL20 （40） /X100,其中铝箔的厚度为20 口 m （或40 口 m），X 材料是特殊的阻隔层，对 H2O 和 HF 有良

10、好的阻隔作用，耐电解液且 密封性好。此包装材料为真空状态密闭储存及运输，制袋或冷压成型在露点约 40C环境下生产，X100层贴有保护层，在生产时将其撕开。包装好的电池在 60C, 95%R.H的环境下做测试，连续120d后成品电池的含水量基本保持一 致。这是目前所知的最佳材料之一。日本的最大优势是耐电解液稳定性好，从 而导致阻隔性也好，产品使用寿命较长，它最大的弱点是耐穿刺性差，导致产 品成品率低及电性能不良。国内真正深入该膜研究开发的厂家寥寥可数，江苏 连云港中金医药包装有限公司生产的铝塑复合膜能与日本和韩国相比，其优势 是在有一定的耐电解液稳定性的基础上，耐穿刺性好，导致成品率高，电性能

11、较好。锂离子电池的发展有两个趋势：一个趋势是电池向小型化、薄型化的方 向发展；一种是向大容量和大功率充放电的方向发展。前者要求所需的软包装 材料在阻隔性保证的前提下向更薄、更柔韧的方向发展；后者要求软包装材料 的阻隔性向更高的方向发展并且与电解液的相互作用的程度向更小的方向发 展。这两种发展趋势，对包装材料的选择、对包装复合技术的要求、特别是对 包装材料结构设计的要求更高。由于软包装材料是电池成型的最后一道质量保 证关口，对电池性能的影响又极大，因此，除了电池所需活性材料及制造工艺 的进步之外，液态软包装锂离子电池的发展和应用领域的拓展，将主要取决于 软包装技术及其材料的发展。软包装技术的难点

12、 软包装技术的主要难点是包装材料设计与制造。首先，软包装材料对阻隔性的 要求，比普通的铝塑复合材料的阻隔性高 10000 倍，这么高的阻隔性采用普通 的复合材料及复合技术难以满足要求。一般需要采用极厚的铝箔，并采用 4 到 7 层结构的复合材料，综合应用各种复合技术，如，在同一个材料的生产过程 中，可能需要同时采用干复法、挤复法、连续挤复合法、三合一挤出法、热复 法或流涎复合法、多层共挤法等。这样，对软包装材料的生产技术提出了较高 的要求。其次，复合内层热封材料的选择。液态软包装锂离子电池所用的电解 液是由多种酯组成有机电解液，其中的电解质在存在水分的情况下会水解成酸 性极强的物质。根据相似相

13、溶原则，酯类有机物与多数热封性材料具有可溶胀 性。不与电解液起作用且必须有足够强的耐酸性能的低熔点热封性材料，比较 难以寻找。再者，软包装材料的设计难度较高。在设计软包装材料的过程中， 既要保证前述五种要求的满足，又要保证软包装材料的生产能够实现，还要兼 顾软包装材料对液态软包装锂离子电池的影响程度及锂离子电池的发展趋势（以不断提前开发所需软包装材料），其困难度是较高的。最后，软包装材料 的质量判定周期长。由于液态软包装锂离子电池所要求的阻水、阻氧性能超过 了包装领域测试仪的最小精度，故很难定量地对所开发的软包装材料进行测 试。现在一般采用的是实际包装电池的最后判定法。根据电池的检验特性及软

14、包装材料对电池的影响程度及影响速率，一般判定软包装材料最终是否合格的 实验需持续三个月以上。热封区极耳与包装材料内层的配合1、电池生产中，极耳的长度一般大于20mm，宽度在35mm范围内选用。极耳 的厚度则根据包装材料内层热封层的厚度和极耳的直流载流量来选择，一般为 0.05mm、0.08mm或0.1mm。由于热封时是在有压力的状态下进行的，要注意包 装材料两边的厚度总体控制，特别在极耳区热封模具要有凹凸形状，保证极耳 与包装材料有严格的厚度控制。2、用EAA类内层包装材料时热封区极耳处上下要加一层 EAA胶块。在热封 时，将多余的EAA挤出，这样在极耳与铝塑包装材料的断面处形成保护膜，可 防

15、止极耳与铝塑包装材料中的铝箔发生短路并保证密封性。3、用CPP类内层材料时，在该结构包装材料中的薄膜层CPP3080前没有 采用PET膜，使CPP膜与铝箔直接接触短路。因此要求在热封区极耳处做预 先处理，防止极耳与包装材料中的铝箔或断面短路并同时要保证密封性。如在 极耳处预先作好带有薄绝缘层的方形胶块。方形胶块外层为用PE或PP做成 的绝缘层材料；内层为由改良PE或PP构成的极耳热封层材料。胶块宽度比 极耳的宽度两边各大2mm，长度一般至少为5mm。极耳处的胶块与包装材料热 封区一起热封，同时极耳的胶块一般露出包装材料2mm左右（不热封）。带胶 块的极耳可做成连续的整盘状态，与超声波焊机配合使用，使自动化生产更为 便利。目前较多日本公司是采用这种方法。4、大电流电池要特别注意在热封区热封条件（极耳对数、极耳的厚度、热封区 宽度等）与热封设备的工艺操作配合，以确保电池长期储存和运行的密封性。表4-1尔同厚度铝箔的透朮性泄崗b 4-1 Vapor peimtnbility of Al foil with Vanoni thickiiess厚度/pm水蒸气透过率/（g-in 2411）91.08-1C.70130.604.80180-1.2d2500 4650-1500由表中可见，对于锂离子电池的包装材料来说选用铝箔的厚度应在30um以 上，此区间铝箔的阻隔性能是理想的，其它