聚合物锂离子电池软包装铝塑膜的研究进展_张学建

聚合物锂离子电池软包装铝塑膜的研究进展

张学建,张艳,胡亚召

摘要:软包装铝塑膜是聚合物锂离子电池的重要原材料，

随着聚合物锂离子电池市场的广泛推广，软包装铝塑膜成为了软包装行业的热点之一。

本文概况了聚合物锂电池软包装材料铝塑膜现阶段技术研究和市场应用的情况，包括５部分：技术研究、竞品分析、专利分析、市场动态和应用前景。从技术角度解析了铝塑膜开发的要求和难点；检索专利了解产品专利保护范围；剖析竞品分析其结构及性能；了解市场情况，展望了发展前景。

关键词:聚合物锂离子电池；

软包装铝塑膜；发展前景中图分类号:ＴＱ３１

文献标识码:Ａ

文章编号：１００９－５６２４－（２０１３

）０６－００４２－０７1引言

聚合物锂离子电池软包装材料是由铝箔、多种塑

料膜和粘合剂（包括粘接性树脂）组成的复合软包装材料。由于它对腐蚀性的酸、碱、盐或有机溶剂等液态化学物质具有较高的稳定性，它的设计、制造及其应用技术是聚合物锂电池行业要解决的三大技术难题之一

［１－３］

。

据高工锂电产业研究所（ＧＢＩＩ）调查，２０１２年中国锂电池铝塑膜的需求量为１６００万平方米，同比增长２３％；市场规模为６．２亿元，同比增长２１％。由于中国铝塑膜基本上被日本企业垄断，所以价格保持比较稳定的态势；韩国栗村铝塑膜逐渐被聚合物锂电池生产厂家认可，市场份额上升，但总量还是难以与日本ＤＮＰ和昭和抗衡。国内企业推出的铝塑膜产品市场

评价不高，不少国内企业也在积极研发中，预计未来３～５年国产化率将会有一定的提升，而价格也将随之下降［４］。

2聚合物锂离子电池软包装铝塑膜

的技术研究

液态锂离子电池和聚合物锂离子电池所用的正负极材料是相同的，电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同，锂离子电池使用的是液体电解质，而聚合物锂离子电池则以聚合物电解质来代替，这种聚合物可以是“干态”的，也可以是“胶态”的，目前大部分采用聚合物胶体电解质［５－８］。

表１液态锂离子电池与聚合物锂离子电池结构差异

Ｔａｂｌｅ１ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｂｅｔｗｅｅｎＴｈｅｌｉｑｕｉｄｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎ

ｂａｔｔｅｒｙａｎｄｔｈｅＰｏｌｙｍｅｒｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ

由于聚合物锂离子电池使用了胶体电解质不会

收稿日期：２０１３－０９－３０

作者简介：张学建（１９７４－），男，河北保定人，工程师，现在中国乐凯

胶片股份有限公司研究开发部水性氟涂层背板项目经理。

（中国乐凯股份有限公司，保定０７１０５４

）

象液体泄露，所以装配简单，使得整体电池很轻、很薄。也不会产生漏液与燃烧、爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的比容量［９］；聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高５０％以上。此外，聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比液态锂离子电池有所提高。基于以上优点，聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池［５］。

具有流动性、渗透性、腐蚀性、溶解性的电解液是软包装材料设计主要考虑的问题。电解液是由多种有机溶剂和锂盐组成，主要成分有ＥＣ（碳酸乙烯酯）、ＰＣ（碳酸丙烯酯）、ＤＥＣ（二乙基碳酸酯）、ＤＭＥ（二甲氧基乙烷）、ＤＭＣ（二甲基碳酸酯）、ＬｉＰＦ６（六氟磷酸锂）、ＬｉＡＳＦ６（六氟砷酸锂）、ＬｉＣｏＯ２（钴酸锂）等。从电解液中有机溶剂的组成看，它们是极性强、渗透性强的溶剂，根据有机物“极性相似相容”的原理，它们正是铝塑复合包装材料常用粘合剂的良好有机溶剂，对粘合剂的溶解性很好，也就是说它们能严重破坏（溶胀、溶解或反应）复合膜层问粘结作用，使粘合强度降低或脱层，从而也就失去了复合包装材料优异的阻隔保护性能；从电解液中锂盐的组成看，它们极易水解，遇水便迅速产生具有强腐蚀性的氢氟酸和其它气体［１０、１１］。而氢氟酸一旦随溶剂渗透到铝塑复合膜中间的铝箔层，将很快破坏与胶粘层相连接的铝箔表面，使内膜与铝箔分离，更为严重的是将加快电化学腐蚀速度，能将铝箔腐蚀穿。锂离子电池的工作温度一般为－１０～５５℃，但是温度的过激变化则对铝塑膜会产生破坏作用［１２、１３］，从而对铝塑膜及原材料的性能提出了更高的要求。２．１聚合物锂电池软包装铝塑膜的技术要求

2.1.1具有良好的耐穿刺性能

由于电池芯封装过程中一般须要３次抽真空，３次热压封口。由于铜网和铝网边缘存在毛刺，抽真空时，软包装膜会内收缩，毛刺一旦刺穿内膜到达铝箔，电解液和氢氟酸将与铝箔直接接触，会对铝箔产生腐蚀，甚至会将铝箔腐蚀穿、气胀或漏液，导致电池报废。

2.1.2热封层具有抗污染、高强度、严密热封的性能

电池芯在第２次热压封口和第３次热压封口时，内膜上粘附有电解液，这要求内膜具有抗污染高强度热封的性能。另外，此时内膜层间必须保持较高的剥离强度，以保证第３次热压封口后的严密牢固性。2.1.3内膜具有耐高温热封不短路的性能

电源通过５０～１００μｍ厚，２～６ｍｍ宽的金属箔（铝和铜或铝和镍）作为正负电极引出，在热压封口时，金属电极比其它地方凸起，受压力大，如果内膜中热封层以内不具有耐１７５℃以上高温软化材料，金属电极很容易被压到复合膜中间的铝层上造成短路。

2.1.4良好的冷冲压成型性

为了使电芯表面平整光洁，方正，封边平整，封口严密牢固，减小电芯外部尺寸，利于机械化生产，提高劳动效率和成品率，通常要求软包装膜具备良好的冷冲压成型的特性。

２．２锂离子电池软包装膜原材料的性能要求

2.2.1尼龙的性能要求

尼龙厚度优选为１２～４０μｍ［１４］，需要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，同时保证产品的成品率，以及由于跌落等对电池造成的冲击震荡等在电池的使用过程中进行保护内部，因此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。

2.2.2铝箔的性能要求

由于锂离子电池要求非常优良的耐水蒸气性能，良好的粘合强度以保证热封性能不受影响，因此该中