软包锂电池:热封工艺影响因素

软包锂电池所用的封装材料是铝塑复合膜,简称铝塑膜。对裸电芯进行封装前,要进行铝塑膜的冲切,将铝塑膜冲成所需的规格后,进行电芯封装。冲切凹坑的最内侧材料是流延型聚丙烯薄膜(CPP),其具有一定熔点,封装时两面CPP层材料相对在一定温度和压力下融化并粘结到一起。

CPP层材料与金属Ni、Al及极耳胶具有良好的热封粘结性,本身具有良好的耐电解液和抗HF性能,同时CPP层也有较好的绝缘性和物理防护性能,可以有效防止电极与锂离子电池软包材料之间的短路从而引起的铝塑膜腐蚀。

中间的Al层材料主要目的是防止空气中水分的渗入,水分渗入电芯内部会与电解液反应生成HF并形成副反应产生大量气体,造成锂电池鼓胀,是锂电池的重要隐患之一。Al层具有一定的强度可以防止外力对电芯的损伤。

最外层的尼龙层主要是防止空气中氧的渗透,维持电芯内部环境。最外层采用尼龙层也是由于其具有良好的冲深性能,在早期的铝塑膜中外层采用PET,但是由于PET自身张力大,导致产生弯曲,成型性差而被弃用。

铝塑膜的制造方法主要有热法和干法两种。

热法工艺是铝层和CPP层之间用MPP粘结,在一定温度下热压合成。高温下MPP中范德华力被破坏,老化,抗短路性能会急剧下降。同时,由于其分子间结构被破坏,导致韧性降低,成型过程中容易破裂。

干法工艺为在PP和铝层中间加粘结剂直接复合,采用绝缘粘结剂,无需高温处理故防短路性能要好于热法工艺。且粘结剂本身延展性好于PP层,不需要高温处理不影响成型。

在选用一款铝塑膜后,需要进行温度、压力和时间三因素DOE以确认最佳的封装工艺。铝塑膜的PP融化温度一般在180℃~190℃,可以在一定范围内选取几个温度点进行相同压力下和热封时间的热封实验,通过热封强度和效果来确定最佳封装温度。相应的,也可以确定热封压力和时间对强度和封装效果的影响。

通过相关分析后,可以确认哪个因素为主要影响因素。一般来说,封装强度随封装温度升高而升高,当温度达到一定高度时可能会导致过封,PP熔胶溢出热封区域,冷却后形成裂纹从而降低热封强度。热封最佳时间与温度有关,温度较低时热封时间对强度影响不大,这是因为PP层在低温下没有达到熔点,热封层没有熔合在一起。

当温度足够高时,热封时间与热封强度呈正相关。封装压力会影响封装厚度,但是相对于温度和时间来说,是个不太重要的因素。在日常封装设备使用过程中还要注意封头的平整度、平行度,确认封头温度、温度传感器是否正常等,当发现温度异常时要解决相应的问题。

电芯封装是影响电芯最终性能的关键工序,铝塑膜的封装影响因素主要有设备及模具的选择、封装工艺的确定,封装工艺中的封装温度和封装时间又占据了主要位置。窗拿磐敬笕教ㄍ藩的影响因素有来料的质量、操作员的能力以及车间环境等。只有将各个方面协调好,才能做好电芯封装工作,在防止电解液腐蚀的同时,将电芯内部与外部环境隔离开,防止水蒸气的渗入,确保锂电池的循环寿命和使用安全性。

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