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影響軟包鋰電池設備熱封工藝的關鍵因素有哪些?

2021-09-26 10:05:41

影響軟包鋰電池設備熱封工藝的關鍵因素有哪些?


現在商場上鋰電池的封裝方法首要分為方形封裝、圓柱封裝以及鋁塑膜封裝。方形封裝和圓柱封裝首要以金屬外殼為主,包括鋁殼和鋼殼。鋁塑膜封裝首要應用于軟包鋰離子電池的封裝。以鋁塑膜封裝的軟包電池首要應用于3C范疇,近年來逐漸浸透到新能源轎車作業,為各個類型的轎車供應了安全、安穩的動力輸出。


跟著動力鋰離子電池出產技能不斷提高和新式電池的研制不斷加快,國家關于動力鋰電池的各項功用要求越來越嚴峻,政府補助規范不斷提高,補助金額逐漸下降,直至沒有補助構成商場推進技能翻開。優勝劣汰是商場的規矩,鋰離子電池的能量密度、安全性、本錢等要害政策有必要遭到嚴峻的操控。在三種鋰離子電池中,軟包電池具有質量小、內阻小、安全性高、能量密度高檔優勢,在動力電池范疇占有重要方位。


一、鋁塑膜簡介


軟包鋰電池設備所用的封裝資料是鋁塑復合膜,簡稱鋁塑膜。鋁塑膜的規劃、制造技能要求較高,現在國內90%的商場首要被日本的DNP/昭和電工、韓國栗村等日韓企業獨占,國內企業例如新綸科技、佛塑科技等公司,也正在加快鋁塑膜的開發和出產,但是與日韓企業比較仍有必定距離。鋁塑膜的厚度有不同規范,其結構首要是由三種資料復合而成,由內到外分別為CPP層、Al層、尼龍層,
對裸電芯進行封裝前,要進行鋁塑膜的沖切,將鋁塑膜沖成所需的規范后,進行電芯封裝。沖切凹坑的較內側資料是流延型聚丙烯薄膜(CPP),其具有必定熔點,封裝時雙面CPP層資料相對在必定溫度和壓力下融化并粘結到一同,如圖2所示。CPP層資料與金屬Ni、Al及極耳膠具有超卓的熱封粘結性,自身具有超卓的耐電解液和抗HF功用,一同CPP層也有較好的絕緣性和物理防護功用,能夠有用避免電極與鋰離子電池軟包資料之間的短路然后引起的鋁塑膜腐蝕。


中心的Al層資料首要意圖是避免空氣中水分的進入,水分進入電芯內部會與電解液反響生成HF并構成副反響發生許多氣體,構成鋰電池鼓脹,是鋰電池的重要危險之一。Al層具有必定的強度能夠避免外力對電芯的危害。較外層的尼龍層首要是避免空氣中氧的浸透,堅持電芯內部環境。較外層選用尼龍層也是因為其具有超卓的沖深功用,在前期的鋁塑膜中外層選用PET,但是因為PET自身張力大,導致發生曲折,成型性差而被棄用。


鋁塑膜的制造方法首要有熱法和干法兩種,熱法工藝是鋁層和CPP層之間用MPP粘結,在必定溫度下熱壓組成。高溫下MPP中范德華力被損壞,老化,抗短路功用會急劇下降。一同,因為其分子間結構被損壞,導致耐性下降,成型過程中簡略分裂。干法工藝為在PP和鋁層中心加粘結劑直接復合,選用絕緣粘結劑,無需高溫處理故防短路功用要好于熱法工藝。且粘結劑自身延展性好于PP層,不需求高溫處理不影響成型。
二、熱封影響要素議論

首要需求了解鋁塑膜熱封的意圖是將電芯與外界環境地阻隔開來,即全部有或許影響外界水分、空氣進入、電解液外漏的封裝不良都是不應該出現的。軟包電芯封裝首要分為頂側封以及終封工序。


頂封工序首要是鋁塑膜、極耳膠以及銅鎳極耳直接的封裝,具有較大的破損或許性。側封是鋁塑膜CPP層之間的封裝,沒有太多的問題,首要要避免褶皺和氣泡的出現。終封是抽真空封裝,因為鋰電池預充化成會發生氣體,電解液也會簡略粘到鋁塑膜PP層上,導致封裝不良。


在出產過程中,技能員常用人機料法環測六個方面來探析失效的方法。首要,我們要排除掉非有必要的影響要素,非有必要的影響要素有人員、環境和查驗方法。人員的操作水峻峭作業閱歷對封裝效果有必定影響,這兒我們設定人員的操作水平是必定的且沒有問題的。查驗方法是必定的,關于封裝效果的查驗是清楚清楚的,不需求進行失常分析。封裝翻開之前需求對車間環境進行收拾和供認,包括桌面異物、雜質以及環境溫濕度等等,全部正常后方可進行作業,在這兒也不進行獨自議論。下面將分析影響熱封效果的首要要素,即物料、設備和工藝。


1.物料


來料查驗是避免失常流入的重要方法,也是下降不合格品率,下降出產本錢的重要方法呢。封裝工序中來料方面首要是兩個方面:一是鋁塑膜自身,二是裸電芯來料。鋁塑膜自身問題失常首要包括鋁塑膜自身自帶的和沖坑引進的失常。鋁塑膜自身要查詢其色彩是否正常,外觀表面是否有氣泡、污跡、劃傷等。鋁塑膜自身的其它功用會由供貨商供應相應查驗數據,例如鋁箔和PP層剝離強度、加工功用、抗浸透功用等等。鋰電池企業也會對來料進行相應查驗以供認投入運用。鋁塑膜沖坑是為了封裝的超卓、美麗,沖坑引進的不良首要有CPP破損、凹坑失常等,這些失常會導致鋰電池注液鋁塑膜腐蝕、邊角應力大等。沖坑質量的好壞要害是沖坑磨具的規劃,沖坑磨具首要有凹模、凸模、壓板以及其它輔佐設備,需求根據電池的形狀規范進行模具的長度、寬度以及深度的規劃。再根據沖坑深度規劃凹凸模的空位,根據鋁塑膜加工特性規劃凹凸模的表面粗糙度。裸電芯來料方面首要存在的問題是極耳表面有污染,或許會構成封裝不良。


2.設備


設備模具的規劃、結構規劃對封裝效果無疑是重要的。在頂封工序,因為有正負極耳的存在,鋁塑膜和極耳膠間存在高低不平的接觸面,既要保證招塑膜PP層與極耳外表面的PP層粘接、密封超卓,又要保證非極耳區鋁塑膜PP層面對面的粘接、密封超卓。設備封裝模具規劃和封頭的選擇就比較要害,選用硬封時能夠選用在硬封頭上添加硅膠,以硅膠的變形來補償頂封處的缺少,也能夠對硬封模具進行模具規劃,挖一個凹槽來與極耳匹配進行封裝。選用軟封時則不需求考慮那么多,不過得留神軟封的封裝工藝,驗證封裝的密封性,以及耐高溫膠的老化問題。封裝厚度過大或過小都不利于鋁塑膜的封裝,厚度過大本質上是鋁塑膜沒有封裝好,在設備方面或許因為壓力小或傳感器失常,緊縮空氣氣壓不安穩。封裝厚度過小則意味著過封了,或許會導致PP層過融,顯露鋁層。在設備上能夠加裝相應的限位設備以抵達較佳的封裝效果。此外溫度傳感器失常時也會導致達不到設定的工藝溫度而引起過封或欠封,導致封裝不良。


3.工藝


封裝工藝是較要害的影響環節,封裝工藝中的要害要素有溫度、壓力以及時刻。封裝的較佳狀況是PP膜抵達熔點后,粘結到一同,封裝外觀超卓無氣泡無褶皺,封裝強度高,密封性好,通過絕緣查驗。封裝強度用拉伸試驗機來查驗,其示意圖如圖3所示。此外在試樣拉伸方法上能夠選擇橫向拉伸和縱向拉伸,拉伸試驗機有臥式拉伸試驗機和立式拉伸試驗機,一般來說立式的試驗機一般來說是電子試驗機,傳感器在移動端,所以立式的能夠做剝離,拉伸,緊縮,尖利度這些試驗。就安穩性來說剝離力專用臥式試驗機要比立式的電子試驗機要好一點,兩者都要選好適合的傳感器的量程。外觀上通過目測來查驗,密封性通過抽真空后查驗。絕緣查驗是對極耳和鋁塑膜施加瞬間高壓,以查驗是否封裝超卓,提前檢出不良品,避免不良品流出。
在選用一款鋁塑膜后,需求進行溫度、壓力和時刻三要素DOE以供認較佳的封裝工藝。鋁塑膜的PP融化溫度一般在180℃~190℃,能夠在必定范圍內選取幾個溫度點進行相同壓力下和熱封時刻的熱封試驗,通過熱封強度和效果來供認較佳封裝溫度。相應的,也能夠供認熱封壓力和時刻對強度和封裝效果的影響。通過相關分析后,能夠供認哪個要素為首要影響要素。一般來說,封裝強度隨封裝溫度升高而升高,當溫度抵達必定高度時或許會導致過封,PP熔膠溢出熱封區域,冷卻后構成裂紋然后下降熱封強度。熱封較佳時刻與溫度有關,溫度較低時熱封時刻對強度影響不大,這是因為PP層在低溫下沒有抵達熔點,熱封層沒有熔合在一同。當溫度足夠高時,熱封時刻與熱封強度呈正相關。封裝壓力會影響封裝厚度,但是相關于溫度和時刻來說,是個不太重要的要素。在日常封裝設備運用過程中還要留神封頭的平整度、平行度,供認封頭溫度、溫度傳感器是否正常等,當發現溫度失常時要處理相應的問題。


電芯封裝是影響電芯較終功用的要害工序,鋁塑膜的封裝影響要素首要有設備及模具的選擇、封裝工藝的供認,封裝工藝中的封裝溫度和封裝時刻又占有了首要方位。非有必要的影響要素有來料的質量、操作員的才調以及車間環境等。只要將各個方面協調好,才調做好電芯封裝作業,在避免電解液腐蝕的一同,將電芯內部與外部環境隔脫離,避免水蒸氣的進入,保證鋰電池的循環壽數和運用安全性。

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