簡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（大于1000 次），無記憶效應（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，正加速開發(fā)應用于電動車（電動自行車、摩托車及汽車）。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，被譽為二十一世紀的綠色化學能源。它的研制成功，主要取決于三大技術難題的解決，即制膜技術、層壓技術和軟包裝技術。

　　這里的軟包裝技術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和該材料的應用工藝技術（以下簡稱軟包裝技術）。

　　1 軟包裝材料的重要性

　　軟包裝技術是鋰離子聚合物電池這一頂尖的高新技術行業(yè)中要解決的三大技術難題之一，它被放在如此重要的地位，說明該產(chǎn)品有高的技術含量，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的差別。到目前為止，國際上仍沒有一家公司的該項目產(chǎn)品能夠完全滿足鋰離子聚合物電池對該產(chǎn)品的綜合技術要求。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題，而且是構成鋰離子聚合物電池的一個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。

　　（2） 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)品的一個不可缺少的重要組成部分，產(chǎn)品的壽命周期，實際上就是包裝逐漸失效的過程，沒有包裝，就沒有產(chǎn)品，或者說包裝失效，產(chǎn)品隨之報廢。

　　（3）產(chǎn)品的使用過程（不斷地充放電過程），是一個動態(tài)的電化學反應過程，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，會破壞復合層間粘結效果，改變電解液中各組份的濃度，進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，進而把鋁箔腐蝕穿孔，從而破壞了整個包裝。

　?。?） 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，毛刺會猛刺內膜，可能會刺穿內膜直至鋁箔，那么電芯內的氫氟酸將直通鋁箔造成點狀腐蝕，加速電化學腐蝕，改變電解液的組成，嚴重時將鋁箔腐蝕穿而漏液，同時也會造成短路，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，內膜中如果沒有耐高溫的絕緣層存在的話，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)品軟包裝技術成為鋰離子聚合物電池行業(yè)的三大技術難題之一。

　　2 軟包裝材料的結構和分類

　　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方法。但最常見的有如下兩種分類方法：按是否需要冷沖壓成型分類和內膜熱封層是否具有與金屬電極直接熱封的性能分類。

　　（1）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

　　Ⅲ、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

　　Ⅵ、PET12/NY15/AL26-30/NPP50-70

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

　　NPE50-70是指熱封層為改性聚乙烯類的特殊多功能層，特點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 軟包裝材料的技術要求

　　由于鋰離子聚合物電池96 年才在實驗室開發(fā)成功，而批量化生產(chǎn)不過三四年的時間，該包裝膜的開發(fā)研制比電池更晚一些，沒有形成國際標準，國內進行深入研究的廠家微乎其微，更沒有標準可循。我公司開發(fā)的電池包裝膜，是經(jīng)過對國內具有實力的鋰離子電池廠（夏門寶龍工業(yè)、惠州TCL 全能、東莞新能源ATL、順德精進電子等）將近兩年的溝通與合作，逐步形成了產(chǎn)品質量的一些基本要求。這些基礎要求，成為目前產(chǎn)品的技術指標，其中有些指標可以定量描述，能通過合適的方法檢測，有的卻不能用先進的方法檢測出來。有些要求只能定性描述，找不到合適的方法檢測。另外，隨著電池廠工藝的改進，技術的進步，對電池性能要求的提高，很多指標也要相應變化，特別是隨著電池膜對電池本身電性能研究的深入，還會提出更新的技術要求。這些要求都將是今后技術標準的重要組成部分。下面將該產(chǎn)品現(xiàn)有的技術要求介紹一下。

　　一、外觀：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 以內（成型），120u 以內（非成型）。

　　三、阻隔性：

　　1、 水蒸汽透過量＜10-4g/m2·d.1atm

　　2、 氧氣透過量＜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，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(xiàn)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金屬電極不與膜中間AL 箔短路。

　　成品點狀腐蝕率和短路率＜1‰。

　　九、耐電解液穩(wěn)定性：電解液會溶脹、溶解吸收內層復合膜，特別是膜層間膠粘劑或粘結樹脂，其中產(chǎn)生的HF 會腐蝕復合膜中間的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，AL 箔以內各層間剝離強度＞2.5N/15mm，從而保證封口的嚴密牢固性。

　　十、電性能：電性能指標正在進一步的摸索探討之中，生產(chǎn)廠家暫時保密，不愿詳細透露。

　　電性能的實質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 箔以內膜被電解液浸泡后的電絕緣性等等。

　　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；

　　③耐穿刺性；

　?、苣碗娊庖悍€(wěn)定性；

　?、蓦娦阅埽òń^緣性）。