超詳細(xì)：聚合物鋰離子電池極耳詳解

來源：聚合物鋰電池?作者：聚合物鋰電池??發(fā)布時間：2019-07-31 17:42:31??閱讀數(shù):1551

　　現(xiàn)在我們所使用的數(shù)碼產(chǎn)品中，絕大多數(shù)都是使用的鋰離子電池，包括近幾年火熱的新能源電動汽車，也廣泛應(yīng)用。因為鋰的原子量很小，所以用鋰作陽極的電池具有很高的能量密度。此外，鋰電池還有著體積小、質(zhì)量輕、壽命長、性能好、無污染等優(yōu)點，因此倍受青睞。鋰離子電池的組成部分為：正極、隔膜、負(fù)極、有機(jī)電解液、電池外殼，了解鋰電池結(jié)構(gòu)的都知道這些；但是，你知道什么是聚合物鋰電池極耳嗎？

　　簡單來說，極耳是鋰離子聚合物電池產(chǎn)品的一種原材料。分為三種材料：電池的正極使用鋁（Al）材料，負(fù)極使用鎳（Ni）材料，或者負(fù)極也有銅鍍鎳（Ni—Cu）材料，它們都是由膠片和金屬帶兩部分復(fù)合而成。膠片是極耳上絕緣的部分，其作用是在電池封裝時防止金屬帶與鋁塑膜之間發(fā)生短路，并且封裝時通過加熱（140℃左右）與鋁塑膜熱熔密封粘合在一起防止漏液。

聚合物鋰電池

一、聚合物鋰電池極耳分類

1.按極耳金屬帶材質(zhì)：

①鋁（Al）極耳：一般用作正極極耳，如果電池為鈦酸鋰負(fù)極時，也用作負(fù)極極耳。

②鎳（Ni）極耳：用作負(fù)極極耳，主要用在數(shù)碼類小電池上，例如：手機(jī)電池、移動電源電池、平板電腦電池、智能傳遞設(shè)備電池等。

③銅鍍鎳（Ni—Cu）極耳：用作負(fù)極極耳，主要應(yīng)用于動力電池和高倍率電池。

聚合物鋰電池極耳

2.按照極耳膠（國內(nèi)市場）：

①黑膠極耳：一般用在中低端數(shù)碼類小電池上。

②黃膠極耳：一般用在中低端動力電池和高倍率電池上。

③白膠極耳：一般用在高端數(shù)碼電池、動力電池和高倍率電池上。

聚合物鋰電池極耳膠

3.極耳的成品包裝分為：

①盤式極耳（整條金屬帶通過設(shè)備加上膠片后整條的卷繞成盤），用在自動化生產(chǎn)產(chǎn)線

②板式極耳（金屬帶加上膠片后裁切成單個的，然后成排擺放用兩片薄透明塑料片夾在中間），用于普通生產(chǎn)產(chǎn)線。

聚合物鋰電池極耳成品包裝

二、聚合物鋰電池極耳金屬帶材質(zhì)

聚合物鋰電池極耳金屬帶材質(zhì)

　　1.AL1050鋁合金為純鋁中添加少量銅元素形成，具有極佳的成形加工特性、高耐腐蝕性、良好的焊接性和導(dǎo)電性。

　　2.TU1為無氧銅，氧和雜質(zhì)含量極低，純度高，導(dǎo)電導(dǎo)熱性極好，延展性極好，透氣率低，無“氫病”或極少“氫病”；加工性能、焊接、耐蝕耐寒性均好。

三、各品牌極耳膠結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1.各品牌極耳膠結(jié)構(gòu)

　　目前極耳膠都是從日本進(jìn)口而來，極耳膠生產(chǎn)技術(shù)難點是：PP材料的分子量要控制在一個比較窄的范圍內(nèi)，目前國內(nèi)的技術(shù)生產(chǎn)出的PP膠還達(dá)不到要求。

各品牌聚合物鋰電池極耳膠結(jié)構(gòu)

　　極耳膠結(jié)構(gòu)：極耳膠一般由三層材料熱壓在一起而構(gòu)成，除凸版及昭和制造單層改性PP構(gòu)成及騰森制造五層極耳膠以外。一般極耳膠由中間骨架層及兩表面改性PP層構(gòu)成，兩表面的改性PP材質(zhì)相同。日立和騰森為了追求超高的粘合層與金屬帶的粘合強(qiáng)度，兩個表面的改性PP材質(zhì)不同，一面是親金屬性改性PP，另一個表面是親塑性改性PP。這種極耳膠，制作極耳時一旦極耳膠表面用反了，則必定會造成電芯漏液氣脹事故。

　　目前國內(nèi)市場上，極耳制造所使用的極耳膠分為白膠、黑膠、黃膠和單層膠。其中高端電芯客戶大多采用單層凸版80μm和50μm白膠。一般中低端客戶采用DNP黑膠和DNP黃膠。三層結(jié)構(gòu)的白膠在日本和韓國大量采用。單層白膠在日韓電芯公司用的極少，基本都用三層結(jié)構(gòu)白膠。

2.各品牌極耳膠性能

　　DNP黃膠結(jié)構(gòu)為中間功能層UHR（為無紡布結(jié)構(gòu)），表面兩層為改性PPa。

　　UHR層厚度為14g/m2≈12μm，表面改性PPa厚度為44μm。

　　UHR熔點為310~340℃，PPa熔點為147℃。

　　黃膠極耳有分層的危險。但黃膠極耳的封裝條件比白膠容易調(diào)節(jié)。前期日本極耳膠供應(yīng)商也提到黃膠的不足，表現(xiàn)為三點：

　　①極耳膠是由中間一層UHR和表面兩層改性PP膠熱壓在一起的。

　?、谥虚g層無紡布，水分會從無紡布中通過毛細(xì)管滲透作用引入到電池內(nèi)部，使得電池發(fā)鼓氣脹。

　?、蹮o紡布容易分層，熱壓效果不好，電芯使用時間或擱置時間長了容易造成漏液。

　　DNP黑膠結(jié)構(gòu)為中間功能層PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）薄膜，表面兩層為改性PPa。PEN層厚度為12μm,表面改性PPa厚度為44μm。PEN熔點為265℃，PPa熔點為147℃。黑膠其功能層PEN和PP層為不同物質(zhì)復(fù)合,存在分層風(fēng)險,高端客戶一般不采用此膠。

　　白膠:白膠又分為單層白膠、三層白膠、五層白膠。

　　單層白膠一般由一層改性PP構(gòu)成，類似于初期的鋁塑膜內(nèi)層，熔點在140℃以上，與鋁塑膜的內(nèi)層CPP熔點接近。

　　三層結(jié)構(gòu)白膠表面兩層改性PP和中間骨架層PP經(jīng)共擠制得，不存在分層風(fēng)險,高端客戶及動力電芯一般都采用此類極耳膠。

聚合物鋰電池極耳膠性能

四、各種極耳膠性能比較

1.黃膠極耳和黑膠極耳的比較

　　DNP黑膠其功能層PEN和PPa層為不同物質(zhì)復(fù)合，界面多，經(jīng)過電解液浸泡后本身會分層剝離。PEN熔點為265℃，PPa熔點為147℃。且黑膠PPa層里還有3種不同融點的物質(zhì)，黑色素:66℃，PE 105℃，PP167℃，界面更加不穩(wěn)定。

　　黃膠極耳功能層本身融點300℃以上，所以熱封時會更好操作。中間功能層改用了無紡纖維層代替原來的聚萘二甲酸乙二醇酯，界面融合較黑膠好，但仍然無法解決不同物質(zhì)之間的徹底融合問題。黃膠由于本身PPa層技術(shù)的原因，在熱封后會變得異常堅硬，失去柔韌性，在封裝電池和后期加工(轉(zhuǎn)鎳、加板)時，易使極耳膠及極耳金屬斷裂，從而使電池產(chǎn)生漏液、氣脹等。

2.黃膠極耳和白膠極耳的比較

　　白膠采用三層具有不同功能的PP材料經(jīng)共擠制得，其功能層熱封溫度較寬165~167℃，略低于電池封裝溫度（180-220℃)，可以有效的防止切面短路問題，增大了電池封裝時可操作的溫度范圍，提高了電池生產(chǎn)的成品率。

　　黃膠極耳由于本身PP層技術(shù)的原因，在熱封后會變得異常堅硬,失去柔韌性，在封裝電池和后期加工（轉(zhuǎn)鎳、加板）時，易使極耳膠及極耳金屬斷裂，從而使電池產(chǎn)生漏液、氣脹等，而白膠極耳由于3個功能層使用的材料屬于同類物質(zhì)（PP類），在熱封后仍可以保持極高的柔韌性。

3.白膠極耳和單層白膠的比較

　　單層白膠類似于初期的鋁塑膜內(nèi)層,因只有一個融點,熱封溫度超過融點則易導(dǎo)致完全熔解短路,熱封溫度在不足時則形成軟化,這將導(dǎo)致和鋁塑膜的CPP層不能完全融解聚合，電池容易漏液脹氣。三層結(jié)構(gòu)的白膠極耳，由于外層采用與鋁塑膜內(nèi)層類似的材料，保證了與鋁塑膜的融合，而表面改性PP與中間層PP之間的30℃以上的溫差具有更廣的熱封溫度，使封裝的操作性更強(qiáng)，保證了極耳膠與鋁塑膜之間的封裝可靠性。下表為谷口80μm厚三層白膠極耳與凸版會社80μm厚單層白膠極耳硬封封裝拉力測試比較:

聚合物鋰電池白膠極耳和單層白膠的比較

4.三層白膠極耳和三層或五層白膠（分正反面）極耳的比較

　　如前所述，三層白膠極耳外層采用與鋁塑膜內(nèi)層類似的材料,具有更廣的熱封溫度,保證了與鋁塑膜的融合,而3層PP間明顯的溫差使封裝的操作性更強(qiáng)。

　　極耳膠表面分正反面的極耳膠極耳，如果在制作極耳的過程中用反了，則電芯在極耳膠處必然會發(fā)生漏液事故，國內(nèi)已經(jīng)發(fā)生多次此類事故。而如果嚴(yán)格控制極耳制作過程，不發(fā)生用錯極耳膠正反面的問題，其極耳膠與金屬帶之間的熔接強(qiáng)度比正常三層極耳膠極耳的要高。

　　下表為谷口100μm厚三層白膠極耳與日立100μm厚三層白膠（分正反面）極耳及滕森105 μm厚五層白膠（分正反面）極耳軟封封裝拉力測試比較：

鋰電池極耳軟封封裝拉力測試比較