铝塑膜在软包电池中的应用

一、软包电芯介绍

电芯外包装使用铝塑膜作为包装材料的电芯；软包电芯采用热封装技术。

二、铝塑膜介绍

铝塑膜需具有高阻隔性、良好的成型性、耐电解液性能；产品以外观分银膜或黑膜两类。产品结构如下所示

三、铝塑膜国家标准

四、检测方法

4.1 剥离强度（AL/CPP）

取宽15mm、长200mm长条形样，以200mm/min速度测试剥离力度。

4.2 电解液浸泡剥离强度

取宽15mm、长200mm的样品放入电解液中，恒温85℃，测试AL层与PP层的复合强度。(标准电解液EC:DEC:DMC=1:1:1，LiPF61mol/L)

4.3 二封强度

取宽100mm、长150mm样品封装成袋子，注入3g电解液，85℃恒温恒湿72h，倒出电解液封装（压力0.4-0.6MPa，温度180℃，时间4-5s）测试热封强度。

4.4 冲坑

样品（170mm*110mm）以不同深度成型（97mm*55mm），观察样品是否有破裂、凹槽、起麻点、分层现象。成型冲深度≥7mm。

4.5 水浴

将样品在冲坑机上冲坑后，放入温度60℃的恒温水浴，拿出来检测是否破裂、凹槽、起麻点、分层现象

五、铝塑复合膜

铝塑复合膜也叫铝塑包装膜（简称铝塑膜），铝塑膜属于复合材料，由三层构成：尼龙层、AL层与PP层。三层各有特性。

尼龙层保证铝塑膜的外形，保证在制造成锂电子电池之前，膜不会发生变形，也起保护AL的作用。

Al层就是一层金属AL构成，保证铝塑膜骨架层。其作用是防止水的渗入。锂离子电池怕水份侵入，电池正负极片含水量都在ppm级。尼龙不防水，无法起到保护作用。而金属Al在室温下会与空气中的氧气反应生成致密氧化膜，导致水气无法渗入，保护电池内部。另外Al层在铝塑膜成型提供冲坑可塑性。

PP层是聚炳烯高分子材料，这种材料特性是在100℃温度下会发生熔化，并且具有黏性。所以电池的热封主要靠就是PP层在封头加热作用下熔化粘在一起，然后移去封头，降温可固化粘结。此外PP不会被电芯内部电解液溶解、溶胀等，是电芯内部环境直接保护和绝缘作用，可有效阻止电解液等与Al接触，避免其腐蚀。

六、干法和热法铝塑膜对比

铝塑膜根据制造工艺不同分为干法和湿法两种，干法工艺为在PP和铝层中间直接加粘结剂直接复合，采用绝缘粘结剂，无需高温处理帮防短路性能要好于热法工艺。且粘结剂本身延展性要好于PP层，不需要高温处理不影响成型。热法工艺是铝层和CPP层之前用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，由于其分子结构被破坏，导致韧性降低，成型过程中容易破裂。下图为干法和热法结构对比。

6.1 性能对比

（1）干法的优势在于冲深成型性能，防止短路性能，外观（杂质、针孔、鱼眼少），裁剪性能好。另外防电解液和隔水性良好。

（2）热法优势在于耐电解液和隔水性方面，其冲坑深成型性能差，防短路性能差，外观差，裁剪性能差

6.2 制造方法对比

（1）干法膜：采用CPP熔融温度一般比热封高，约162℃。Al和CPP之间用粘结剂粘合，直接压合而成。

（2）热法膜：热法的CPP一般采用较低的熔点CPP，其熔融温度在140℃左右。Al和CPP间用MPP粘结，然后再缓慢升温升压条件热合成，制作过程过。并且由于长时间高温烘烤作用使Al脆化，导致冲深性能降低。

注：两款铝塑膜CPP熔融温度存在较大差异，所以干法封装温度一般比热法温度高10-15℃。

七、铝塑膜成型工序

软包电池可根据客户需求设计成任意形状和尺寸型号，娄外形尺寸设计好后，需开相应的模具让铝塑膜冲压成型。此成型工序也作冲坑。简单说，就是模具在压力作用下，在铝塑膜上冲出一个能够装卷芯的坑。如下示意图

铝塑膜冲好并裁剪成型后，一般称为Pocket袋。一般在电芯较薄时候选择冲单坑，在电芯较厚时候选冲双坑，因为一边变形量太大会突破铝塑膜变形极限而导致破裂。

八、软包电池顶封和侧封工序

顶/侧封是软包电池的第一道封装工序。顶/侧封实际包含两个工序，顶封和侧封。首先要把卷绕好的卷芯放到冲坑里，然后沿虚线位置将包装膜对折，如下示意图。

封装效果如下所示，CPP残存70-80%为最佳，如下示意图。

下图为铝塑膜装入卷芯后，需要封装的几个位置，其中包括顶封、侧封、一封区和二封区，下如示意图

（1）把卷芯放到壳中，将顶封对齐后，将其放到夹具中，在顶侧封机里进行顶封与侧封。

（2）顶侧封机一般有4个夹具，左边是顶封、右边是侧封。封装时两个封头温度（硬封在180-190℃），压力0.3-0.5Mpa，时间3-5s，上下封头压合在铝塑膜上，铝塑膜的PP层在温度压力时间作用下就熔化粘合在一起，完成顶侧封工序。

（3）侧封简单，直接将PP层与PP层粘合，需要控制封印厚度。

（4）顶封是软包较难的一个制造工艺，许多电芯漏液情况主要发生在顶封工序。顶封区域显示，顶封主要是封信极耳，极耳是由极耳胶与金属组装成，极耳也是通过极耳胶与铝塑膜PP层粘合的。

（5）极耳胶和铝塑膜PP熔化粘合，冷却固化形成封装，需要控制封印厚度以免顶封漏液。

九、软包电池顶封简述

顶封分为硬封和软封，依电池厂家工艺而定。

9.1 软封工艺

软封主要是封头上有软介质，一般是下封头采用硅胶材质导热进行封装。此工序简单便捷，不用考虑极耳厚度就可以封装，因为硅胶条的热传导能力不能金属封头。因而在软封头一侧实施温度补偿，一般温度较硬封头高10-15℃。软封头缺点就是封印不美观，易造成电芯漏液

上封头：铜（粘贴铁氟龙）

下封头：铜+硅胶条（下封头放硅胶条厚度0.5-1mm和铁氟龙）

9.2 硬封工艺

硬封直接上下封头采用铜质材质传热，并开有极耳凹槽，具体槽深依不同规格型号极耳定。封头的平整度对顶封至关重要。再者是对温度、压力、时间的控制，封印厚度控制是直观检测顶封效果的。

十、软包常用极耳胶简述

10.1 凸版单层白胶

熔点140℃，封装温度较窄，封装难以控制，一般自动化程度高的工厂使用。较适合硬封工艺。

10.2 凸版3层白胶

白胶结构是多层薄膜共挤成，热封层/高温阻断层/热封层。热封层与高温阻断层均属于同物质。即为CPP层通过改性得到PP层，与铝塑膜CPP层相聚合，为同物质，其熔点相同不分层。（缺点：纯PP材质熔点不高，160℃，导致其高温阻断层温度较黑/黄胶低）

厚度：100um±10um

结构：三层PP/CPP/PP

熔点：130-137℃ / 162-167℃ / 130-137℃

10.3 DNP黑胶

热封PP/PET 或PEN / 热封PP层，功能层和PP层为不同物质复合，界面多，经封装或电解液浸泡易分层。其黑胶的热封PP里面含有3种熔点不同物质。黑色素：66℃，PE 105℃，PP 137℃,界面不稳定。

厚度：72±10um，100±10um

结构：三层 PP/ PEN/ PP

熔点：137℃/ 265℃/ 137℃

10.4 DNP黄胶

黄胶本质上是黄胶的改良品，结构与黑胶相同。热封PP/无纺布 / 热封PP，PP层为同种CPP改性PP层。主要是依靠功能层无纺布，在热封过程中不流动，且骨架层耐高温，封装温度高，普遍使用。

厚度：100±10um

结构：三层 PP/ 无纺布/ PP

熔点：130℃/300℃/ 130℃

综上可知，黄胶极耳有分层影响，但黄胶极耳封装条件比白胶容易调节，黄胶极耳功能层本身熔点300℃以上，所以热封时好操作。黄胶不足表现以下3点

（1）极耳胶是由中间一层无纺布和表面两层改性PP胶热压在一起的，有界面存在

（2）中间无纺布，水分会从无纺布中通过毛细管效应渗透进入电芯内部，使电池气胀

（3）无纺布易分层，热压效果不良，电芯使用时间或搁置时间过长容易造成漏液。

（4）DNP黑胶结构中间功能层PEN膜，骨架温度较高，封装容易，易操作。但黑胶功能层PEN和PP为不同物质复合，存在分层风险，商端客户一般不采用此胶。

（5）三层结构白胶表面两层改性PP和中间层骨架PP共挤制得，不存在分层风险，高d客户及动力电芯一般采用此胶。

10.5 顶封温度

铝塑膜需要较好的封装效果，较宽的封装温度。封装温度与铝塑膜采用CPP材质直接相关。

干法铝塑膜推荐封装温度

硬封：温度180-190℃，压力0.3-0.5Mpa，时间3-5s

软封：上封头185-195℃，下封头200-220℃，压力0.3-0.5Mpa，时间3-5s

十一、软包电池注液和预封工艺

软包电池在顶侧封后，需要做X-RAY检查其卷芯平行度，然后干燥除水份。干燥后再进行注液和预封工序。

电芯在侧封完成之后，就只剩下气袋一边开口，就口就是用来注液的。注液完成后，需要马上进行气袋预封，也叫作一封。一封原理与侧封相同，一封完成后，电芯内部就是与外部环境隔绝。后续进行化成工序。化成过程中会产生气体，气体会流向气袋。有些电芯厂会使用夹具化成，这样气体会被充是民挤到气袋中，同时SEI界面也更佳。

在化成后有些电芯，特别是厚电芯，由于内部应力较大，可能会产生一定变形。所以有些电芯厂在化成后有夹具整形工序（冷热压工序），也叫夹具Baking(烘烤)。

十二、二封工艺

在化成过程中产生的气体，我们要将气体抽出再进行第二次封装。分2个工序，Degassing（排气）与二封，还有后面一个剪气袋工序，一般同时进行。

二封时，首先由铡刀将气袋刺破，同时抽真空，这样气袋气体与一部分电解液被抽出。然后马上用二封封头在二封区进行封装，保证电芯的气密性。最后把封装完的电芯剪去气袋，一个软包电芯基本成型。二封是锂离子电池最后一道工序，因为二封边上铝塑膜会残留电解液，其在封装时候温度较侧封边高10-15℃。

注：二封边没封好易出现漏液胀气等现象。

二封剪完气袋需要进行裁边与折边，就是将一封边与二封边裁到合适宽度，然后折叠，保证电芯不超标准。