簡(jiǎn)述鋰離子聚合物電池的芯內包裝

　　鋰離子聚合物電池在同等容量的前提下，體積小，重量輕，循環(huán)壽命長(cháng)（大于1000 次），無(wú)記憶效應（可隨用隨充電而不影響性能），廣泛應用于手機、掌上電腦，手提電腦，便攜軍用工具，便攜攝像機、DVD 影碟機，正加速開(kāi)發(fā)應用于電動(dòng)車(chē)（電動(dòng)自行車(chē)、摩托車(chē)及汽車(chē)）。正是由于鋰離子聚合物電池本身所具有的優(yōu)異性能及其非常廣泛的應用前景，被譽(yù)為二十一世紀的綠色化學(xué)能源。它的研制成功，主要取決于三大技術(shù)難題的解決，即制膜技術(shù)、層壓技術(shù)和軟包裝技術(shù)。

　　這里的軟包裝技術(shù)指的是鋰離子聚合物電池芯內包裝（成型）材料的設計制造工藝技術(shù)和該材料的應用工藝技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)軟包裝技術(shù)）。

　　1 軟包裝材料的重要性

　　軟包裝技術(shù)是鋰離子聚合物電池這一頂尖的高新技術(shù)行業(yè)中要解決的三大技術(shù)難題之一，它被放在如此重要的地位，說(shuō)明該產(chǎn)品有高的技術(shù)含量，在設計、制造及其應用上都和普通的復合包裝材料在性能上有質(zhì)的差別。到目前為止，國際上仍沒(méi)有一家公司的該項目產(chǎn)品能夠完全滿(mǎn)足鋰離子聚合物電池對該產(chǎn)品的綜合技術(shù)要求。因此，鋰離子聚合物電池芯內包裝成型材料不僅僅是鋰離子聚合物電池的包裝問(wèn)題，而且是構成鋰離子聚合物電池的一個(gè)不可缺少的重要組成部分。如果對這種軟包裝材料的重要性認識不夠，將很不利于它的設計和開(kāi)發(fā)。

　?。?）鋰離子聚合物電池要求軟包裝材料的阻隔性（如水分、氧氣）比普通鋁塑復合膜的阻隔性高10000 倍，如此高的阻隔性，已經(jīng)超出了儀器的檢測精度。

　?。?） 產(chǎn)品不能脫離包裝而存在，包裝的使用壽命與產(chǎn)品的庫存及使用壽命同期。包裝已成為產(chǎn)品的一個(gè)不可缺少的重要組成部分，產(chǎn)品的壽命周期，實(shí)際上就是包裝逐漸失效的過(guò)程，沒(méi)有包裝，就沒(méi)有產(chǎn)品，或者說(shuō)包裝失效，產(chǎn)品隨之報廢。

　?。?）產(chǎn)品的使用過(guò)程（不斷地充放電過(guò)程），是一個(gè)動(dòng)態(tài)的電化學(xué)反應過(guò)程，軟包裝材料本身要能有效抵制內部電解液對它的溶脹、溶解、滲透、吸收及電化學(xué)反應。

　?。?） 電池內的電解液是由多種有機溶劑和遇水分能迅速產(chǎn)生強腐蝕性氫氟酸的鋰鹽存在。

　　多種有機溶劑通常會(huì )溶脹，溶解、吸收軟包裝材料，尤其是它們是通用復合材料用膠粘劑的良好溶劑，會(huì )破壞復合層間粘結效果，改變電解液中各組份的濃度，進(jìn)而影響電池的電性能。而強腐蝕性氫氟酸的存在，將嚴重腐蝕鋁箔，使內膜與鋁箔分離，進(jìn)而把鋁箔腐蝕穿孔，從而破壞了整個(gè)包裝。

　?。?） 軟包裝材料內膜必須耐電池電芯周邊毛刺的穿刺及高溫和壓力作用下熱封時(shí)金屬電極與軟包裝材料中鋁箔的絕緣性。鋰離子聚合物電池芯周邊有銅網(wǎng)和鋁網(wǎng)的毛刺，在抽真空收縮時(shí)，毛刺會(huì )猛刺內膜，可能會(huì )刺穿內膜直至鋁箔，那么電芯內的氫氟酸將直通鋁箔造成點(diǎn)狀腐蝕，加速電化學(xué)腐蝕，改變電解液的組成，嚴重時(shí)將鋁箔腐蝕穿而漏液，同時(shí)也會(huì )造成短路，導致電池報廢。金屬電極片厚度100u 左右，在170℃左右的熱封溫度和3kg/CM2 左右的壓力下熱封時(shí)，內膜中如果沒(méi)有耐高溫的絕緣層存在的話(huà)，金屬電極常常被壓到包裝鋁箔上，造成短路，使電池報廢，成品率降低。

　　由于這種特殊的高性能要求，使該產(chǎn)品軟包裝技術(shù)成為鋰離子聚合物電池行業(yè)的三大技術(shù)難題之一。

　　2 軟包裝材料的結構和分類(lèi)

　　鋰離子聚合物電池芯內包裝材料按不同的方式可能有多種分類(lèi)方法。但最常見(jiàn)的有如下兩種分類(lèi)方法：按是否需要冷沖壓成型分類(lèi)和內膜熱封層是否具有與金屬電極直接熱封的性能分類(lèi)。

　?。?）按是否需要冷沖壓成型分為冷沖壓成型膜和非冷沖壓成型膜。

　　冷沖成型膜的典型結構為：

　　I、NY15-25/AL40-60/NPP50-70

　?、?、PET12/NY15-25/AL40-60/NPP50-70

　?、?、NY15-25/AL40-60/NPE50-70

　?、?、PET12/NY15/AL26-30/NPE50-70

　　非冷沖壓成型膜結構為：

　　I、NY15-25/AL26-30/NPP50-70

　?、?、PET12/AL26-30/NPP50-70

　?、?、NY15-25/AL26-30/NPE50-70

　?、?、PET12/AL26-30/NPE50-70

　?、?、PET12/NY15/AL26-30/NPP50-70

　　注：NPP50-70 是指熱封層是PP 類(lèi)的特殊多功能層，特點(diǎn)是不能與金屬直接熱封。

　　NPE50-70是指熱封層為改性聚乙烯類(lèi)的特殊多功能層，特點(diǎn)是可以與金屬電極直接熱封。

　?。?）按內膜熱封層是否具有與金屬電極熱封的性能分為：

　　A 可直接與金屬電極熱封膜：

　　NY15-25/AL26-30/NPE50-70

　　PET12/AL26-30/NPE50-70

　　PET12/NY15/AL26-30/NPE50-70

　　NY15-25/AL40-60/NPE50-70

　　B 不能直接與金屬電極熱封膜：

　　NY15-25/AL26-30/NPP50-70

　　PET12/AL26-30/NPP50-70

　　PET12/NY15/AL26-30/NPP50-70

　　NY15-25/AL40-60/NPP50-70

　　3 軟包裝材料的技術(shù)要求

　　由于鋰離子聚合物電池96 年才在實(shí)驗室開(kāi)發(fā)成功，而批量化生產(chǎn)不過(guò)三四年的時(shí)間，該包裝膜的開(kāi)發(fā)研制比電池更晚一些，沒(méi)有形成國際標準，國內進(jìn)行深入研究的廠(chǎng)家微乎其微，更沒(méi)有標準可循。我公司開(kāi)發(fā)的電池包裝膜，是經(jīng)過(guò)對國內具有實(shí)力的鋰離子電池廠(chǎng)（夏門(mén)寶龍工業(yè)、惠州TCL 全能、東莞新能源ATL、順德精進(jìn)電子等）將近兩年的溝通與合作，逐步形成了產(chǎn)品質(zhì)量的一些基本要求。這些基礎要求，成為目前產(chǎn)品的技術(shù)指標，其中有些指標可以定量描述，能通過(guò)合適的方法檢測，有的卻不能用先進(jìn)的方法檢測出來(lái)。有些要求只能定性描述，找不到合適的方法檢測。另外，隨著(zhù)電池廠(chǎng)工藝的改進(jìn)，技術(shù)的進(jìn)步，對電池性能要求的提高，很多指標也要相應變化，特別是隨著(zhù)電池膜對電池本身電性能研究的深入，還會(huì )提出更新的技術(shù)要求。這些要求都將是今后技術(shù)標準的重要組成部分。下面將該產(chǎn)品現有的技術(shù)要求介紹一下。

　　一、外觀(guān)：不允許有針孔、異物、粘連、涂層不均勻、復合導間分離及明顯損傷、氣泡、皺紋、臟物等缺陷。

　　二、厚度：復合膜總厚度150u 以?xún)龋ǔ尚停?20u 以?xún)龋ǚ浅尚停?/P>

　　三、阻隔性：

　　1、 水蒸汽透過(guò)量＜10-4g/m2·d.1atm

　　2、 氧氣透過(guò)量＜0.1cm3/m2·d.1atm

　　四、冷沖壓成型性；

　　1、 冷沖壓深度為3-8mm

　　2、 不允許分層、破裂、針孔漏光

　　3、 形狀保持性，變形度a＜50

　　五、熱封強度：內膜被電解液浸泡滲透到三封口（在大約12 天）時(shí)，封口強度＞40u/15mm。

　　六、耐水泡性能：成品電池放在常溫水沖浸泡二十天封口嚴密，不產(chǎn)生鼓氣現象。

　　七、電絕緣性：熱封極片電阻率＞1×107s2·cm-1電極與復合膜鋁箔間的電阻率八、內膜耐穿刺性能：內膜能經(jīng)受電芯周邊毛刺穿刺及熱封時(shí)金屬電極不與膜中間AL 箔短路。

　　成品點(diǎn)狀腐蝕率和短路率＜1‰。

　　九、耐電解液穩定性：電解液會(huì )溶脹、溶解吸收內層復合膜，特別是膜層間膠粘劑或粘結樹(shù)脂，其中產(chǎn)生的HF 會(huì )腐蝕復合膜中間的AL 箔，造成AL 箔與內膜的分離，從而產(chǎn)生漏液或氣脹，使電池報廢。三封口時(shí)，AL 箔以?xún)雀鲗娱g剝離強度＞2.5N/15mm，從而保證封口的嚴密牢固性。

　　十、電性能：電性能指標正在進(jìn)一步的摸索探討之中，生產(chǎn)廠(chǎng)家暫時(shí)保密，不愿詳細透露。

　　電性能的實(shí)質(zhì)是包裝膜對電池充放率的影響，這種影響包括電絕緣性，對電解液組分平衡性影響，復合膜特別是AL 箔以?xún)饶け浑娊庖航莺蟮碾娊^緣性等等。

　　十一、其它：膜的厚度偏差、尺寸偏差、熱封耐折剝離、原膜層間初始剝離強度，斷裂強度（＞100N）、斷裂伸長(cháng)率（＞35%）等。

　　總之：該膜所要求的指標很多，其中最重要的指標也是與普通復合膜不同的地方是

　?、贅O高的阻隔性；

　?、诹己玫睦錄_壓成型性；

　?、勰痛┐绦?；

　?、苣碗娊庖悍€定性；

　?、蓦娦阅埽òń^緣性）。