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新能源电池行业中的铝塑膜技术

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发表于 2017-8-4 21:14:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
铝塑膜是软包电池核心材料,对于电池轻量化起着关键作用。相较于钢壳、铝壳或塑料壳等包装材料,铝塑膜具有质量轻、厚度薄、外形设计灵活等优势,正在逐渐成为市场主流。2016年我国锂电池铝塑膜的需求量达到9500 万平,同比增长高达44%。% [5 U8 f. N3 N( M
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| 铝塑膜基本介绍
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铝塑膜的特点和优势

1 z& }) z* w: l# c. q铝塑复合膜是由外层尼龙层(ON 层)、中间铝箔层(AL 层)、内层热封层(CPP 或PP)构成的复合材料,层与层之间通过胶黏剂进行压合粘结。
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相较于钢壳、铝壳或塑料壳等包装材料,铝塑膜具备质量轻、厚度薄、外形设计灵活等优势,在3C消费电子、动力电池、储能等许多领域得到了广泛应用。
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铝塑膜应用场景

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铝塑膜是软包装锂电池电芯封装的关键材料,单片电池组装后用铝塑膜密封形成电池。

/ J# ]7 N# Q) N* Y由于软包锂电池节省了系统的体积和重量,比容量相较于其他类型电池更高,且具备安全性能好、内阻小、外形设计灵活等优点,许多车企开始采用软包电池技术路线,比如畅销车型leaf和volt,2016年leaf以48777量的销售排名全球电动车销量第一。
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铝塑膜与软包电池示意图
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由于电池内部有电解液的存在,要求软包材料能够抵挡有机溶剂的溶胀、溶解和吸收,同时还要求保证氧气和水分的严格阻隔。
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因此,铝塑膜材料的设计、制造及应用技术都和普通的复合包装材料有质的差别,其技术难度超过隔膜、正极、负极、电解液,铝塑膜也是锂离子电池材料领域技术难度较高的环节,综合毛利率可以达到40%以上。
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铝塑膜能力要求

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铝塑膜的结构
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软包锂电池有两大技术方向,一是满足小型化和轻薄化需求,主要满足消费类电子产品需求,这就要求铝塑膜在保证水、氧阻隔性同时向轻薄、柔韧性发展;二是满足高密度大容量和大充放电倍率的需求,主要应用与动力电池和储能领域,要求铝塑膜具有更高机械轻度、更高阻隔性和长期使用寿命。
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* A& l  H2 c; M' v, x' b# y因此目前市场上常规铝塑膜的厚度一般分为88μm、113μm、153μm 三档,其中86μm 和113μm 两档用于消费类电子产品,153μm用于新能源车动力锂电池和工业储能领域。
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铝塑膜分类

" d4 ?& b; m" L从铝塑膜的结构来看,主要分为表层尼龙层(ON层)、中间铝箱层(AL层),以及内层热封层(CPP或PP),为满足锂电池的需求,各层对材料和技术都有很高的要求。
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铝塑膜结构

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不同制备方法铝塑膜结构区分

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表层尼龙层
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作用:主要是保护中间层铝箔层不受划伤,并且在加工过程中能够连续操作而不破坏外观,以及在电池的使用过程中防止由于跌落等对电池造成的冲击震荡等来进行保护内部。
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- O# K( P( Q! U- y2 ]" H* m& a要求:对外层材料的最主要要求就是抗冲击性能好、耐穿刺性能好、耐热及绝缘性能,耐摩擦性能好。9 Y4 c, S- J+ x) J$ v  Z3 ~; j
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厚度:尼龙层的优选厚度为12~40μm。9 I( I# M' k' s. p

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中间铝箔层

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作用:铝箔层的主要作用是防止水分的侵入,金属Al在室温下会与空气中的氧反应生成氧化膜,阻止水汽渗入从而保护电芯内部。同时铝箔层在铝塑膜成型的时候还提供了冲坑的塑性。
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要求:材料一般使用纯铝类或铝-铁类合金的0材(软质材)。

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厚度:铝箔芯层的厚度一般30~50μm。

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内层CPP 层

. S# y! B! r* Q$ J作用:软包电池失效的主要因素是电芯胀气和漏液,而电芯胀气的主要原因是由极耳与聚丙烯薄膜(CPP)粘合不良引起的。6 ^2 y4 ^/ M) [- y: p7 T' q2 M
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要求:CPP材料必须与金属Ni、Al及极耳胶块有良好的热封粘贴性,具有耐电解液、绝缘性和耐戳穿性能,能防止电极与锂离子电池软包装材料之间的短路,同时要求与其铝箔层间的复合强度高。
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" H$ }9 V3 L9 ^3 Z7 b厚度: CPP 层一般是20~100μm的厚度。
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层间胶粘剂
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要求:胶粘剂特别是层与层之间的胶层,需要有较强的耐电解液性能、耐温热老化性能和较强的粘接性能,同时胶粘剂层不能与电解液发生化学反应。0 {* I2 ]) h' L& ?; a, S

6 \6 l' |6 g1 f7 g4 }: x3 X+ e铝塑膜的制备方法# T6 b4 F8 \/ {% \* J3 [

: [  |4 Q2 t! R0 z$ G铝塑膜的制备主要有干法和热法两种。干法制备在AL和CPP之间用接着剂粘结后,直接压合而成。而热法在AL层和CPP层之间用MPP接着,然后再缓慢升温升压的条件热合成,制作过程较长。/ X1 Z0 H9 v# Z3 u% n  n/ r

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干法和热法工艺区别

& ]6 t8 b* v6 e% Q, U7 Z* j) e7 N干法应用广泛,昭和ALF产量95%为干法,主要应用于手机电池、MP3、MP4 等高能量重度的电池上。另外还大量应用在电动车、航模等大倍率、高容量动力电池上;热法只可应用在对容量要求不高的电池上。
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' O$ y) D) g. q+ ^2 L! I% w
干法和热法工艺对比

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发表于 2017-8-4 22:02:48 | 显示全部楼层
感谢楼主分享,学习了。再顺便请教一下钛酸锂电池注液工序对人体危害大吗?该工段设备管理方面的工作好做吗?谢谢赐教。
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发表于 2017-8-5 08:45:03 | 显示全部楼层
锂电最近很火啊
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发表于 2017-8-6 17:37:12 | 显示全部楼层
锂电应该是发展方向。
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发表于 2017-9-27 09:30:17 | 显示全部楼层
2017华南(深圳)锂电技术发展高峰论坛) j: |2 y0 L' K" j! w  R6 q
时间:2017年11月27-28日  地点:深圳会展中心6楼桂花厅
. k) P% @) J1 K3 }$ S# {" ~( I0 |/ `8 r6 E" z! r
【论坛背景】
( P. @/ _7 x% u4 e: B" |  \    欢迎参加2017华南(深圳)锂电技术发展高峰论坛,论坛将于11月27-28日在深圳会展中心6楼桂花厅隆重举办,同期举办:IBTE2017深圳国际锂电技术展览会, 2017华南(深圳)电动汽车技术发展高峰论坛,中国锂电池行业年度品牌评选活动。
# B  p6 N- B) Q* g7 S 论坛时间:      9 [1 y/ `% b3 V2 u
时间:2017年11月27-28日  9:00-16:30   ! a! W4 _: I# h$ F8 }9 ~4 a
地点:深圳会展中心6楼桂花厅
3 ]( Y1 h0 `8 m+ ~2 F/ B聚焦魅力深圳,共享无限商机: \+ S- i0 `. F
徐蓉(Angel xu)  / Z( o4 P9 u8 P# _9 i* p
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地址:上海普陀区祁连山南路2888号(耀光中环大厦)A座15A
! e' V8 j5 e( o4 m直线:+86-21-6183 4280  O+ f( S6 j7 a9 ~% E) i: M7 E
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