軟包鋰電池鋁塑膜及其沖壓成型工藝

鋁塑膜的是由外層尼龍層（ON）、粘合劑、中間層鋁箔（Al）、粘合劑、內層熱封層（CPP）構成的多層膜，是軟包鋰電池的封裝材料。電池用鋁塑膜被要求具備如下特點：

（1）具備極高的阻隔性；

（2）具有良好的熱封性能；

（3）材料耐電解液及強酸腐蝕；

（4）具有良好的延展性、柔韌性和機械強度。

鋁塑膜緊要成分是ON/AL/CPP三層物質，每層之間以粘結劑粘合。依據復合工藝的不同，可以將鋁塑膜分為干法和熱法兩種，如圖1所示。干法工藝是鋁和聚丙烯用粘合劑粘結后筆直壓合而成，熱法工藝是鋁和聚丙烯之間用MPP粘結著，在緩慢升溫升壓熱壓合而成。干法工藝鋁塑膜緊要優點有沖深成型效果好，外觀一致性好，不易出現針孔、魚眼、雜質等不良，但其耐電解液性較差。熱法工藝可以提高Al層與PP層之間的粘附力，使內表層防電解液溶脹脫落能力大大提升，但是這種特殊解決的MPP要較高的溫度將其熔化才能起到粘結用途，冷卻后，因與PP的收縮系數存在較大差異，很容易出現向內卷曲的情況。

圖1兩種鋁塑膜示意圖

1各部分用途

Nylon：可以有效阻止空氣尤其是氧的滲透，維持電芯內部的環境，同時可以保證包裝鋁箔具備良好的形變能力。

Al：可以有效阻止空氣中水分的滲透，維持電芯內部的環境，具有一定的厚度強度能夠戒備外部對電芯的損傷。

PP：不會被電芯內有機溶劑溶解、溶脹等，是電芯內部環境的最筆直的包裝保護，絕緣，有效阻止內部電解質等與Allayer接觸，戒備Allayer被腐蝕。

2評價辦法

為了全面知道鋰電池鋁塑膜的各項性能，建立鋁塑膜的性能評價標準，篩選出性價比良好的鋁塑膜產品，對鋁塑膜的性能評價辦法進行簡單總結。

（1）鋁塑膜材料的外觀

目測鋁塑膜表面是不是有坑點、劃痕等，各復合層間是不是有雜物、氣泡等。使用千分尺取不少于10個點測量鋁塑膜的厚度和寬度，并判斷其平均性。

（2）熱封強度

在一定的溫度、時間、壓力的封裝條件下，將兩片鋁塑膜或與極耳粘合，取一定寬度封口裁切成條，使用拉力探測設備探測剝離強度。觀察剝離后的鋁塑膜內表層是不是呈平均乳白色，要求Al層與內表層不分層。軟包裝材料的熱封工藝參數緊要有熱封時間、熱封壓力和熱封溫度，一般情況下，要重優化調整這3個參數，使熱封效果達到最佳。

（3）沖深能力

鋁塑膜用良好的成型模具沖深，在一定取值范圍內調整成型深度，直至鋁塑膜邊角出現破碎，記錄出現破碎前的深度最大值。鋁塑膜的沖深后非得滿足以下條件：沖坑的四個邊角最薄處不小于原來50%的厚度、內層PP層厚度為60~65微米。否則會造成電池成型后有漏點，嚴重影響電池性能。

（4）耐電解液腐蝕性能

鋁塑膜中與電解液接觸的是內層的PP層以及周邊的熱封口，這些地方非得具備良好的耐電解液腐蝕性能。將成型后的鋁塑膜先封焊兩邊，不加極耳和電芯，注入一定量的電解液，在一定溫度條件下烘烤一定的時間后進行觀察。觀察封焊成型后鋁塑膜是不是有腐蝕、漏液、膨脹、分層現象。

（5）阻隔性能

將封裝袋置于水浴或高溫高濕環境中，一段時間后取出，觀察鋁塑膜是不是異常，且通過稱重或水分探測判斷其吸水量，表征鋁塑膜的阻隔性能。

3沖壓成型工藝

鋁塑膜沖坑成型過程示意圖2如示，下，上模版與下模版（凹模）將鋁塑膜夾緊，保持一定的壓力P，凸模以平緩的速度向下運行，使鋁塑膜達到要求的深度。

圖2鋁塑膜沖壓成型示意圖

如圖3，目前公司實際加工采用的沖壓工藝有以下兩種：(1)延伸性沖深：壓邊圈對鋁塑膜壓力較大，鋁塑膜邊緣部分被固定，被固定的部分不出現形變，難以對沖深部分進行補償，成形時邊緣部分完全由底部補償，沖深淺，可調性差，目前采用較少；(2)補償性沖深：壓邊圈對鋁塑膜壓力可調，鋁塑膜沖深部位可由邊緣及底部材料補償，鋁塑膜整體運動變形，厚度比較平均，沖深能力強。

圖3鋁塑膜沖壓成型工藝比較

成形鋁塑膜外殼如圖4所示，其邊角位置減薄最為嚴重，是影響成形鋁塑膜外殼整體質量的關鍵性因素，應當作為掂量鋰電池鋁塑膜外殼成形質量檢驗的關鍵點。影響鋁塑膜沖壓成形質量的工藝參數緊要有模具(凸模和凹模)設計、壓邊力和沖壓速度等。

圖4沖壓成型鋁塑膜

模具設計包括模具長寬尺寸、凸模和凹模的R角、模具的表面粗糙度、上沖頭和下模之間的沖切間隙等。凸模圓角半徑與凹模摩擦系數的選擇對鋁塑膜沖壓工藝質量影響較大，模具表面粗糙度過大時，粗糙度大造成摩擦力大，流動阻力也相應變大，從而妨礙材料流動，不利于包裝袋成形工藝時的流動補充，從而造成鋁塑膜沖壓成形鋁層的過度變薄。沖坑尺寸、深度、四角R角、邊線R角是依據電芯尺寸、鋁塑膜特性與沖坑模具相關的。沖深與R角存在優化的關系，R角設計還應當與電芯尺寸配合，戒備鋁塑膜封裝造成對電芯邊角的損傷。

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