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影响软包锂电池设备热封工艺的关键因素有哪些?

2021-09-26 10:05:41

影响软包锂电池设备热封工艺的关键因素有哪些?


现在商场上锂电池的封装方法首要分为方形封装、圆柱封装以及铝塑膜封装。方形封装和圆柱封装首要以金属外壳为主,包括铝壳和钢壳。铝塑膜封装首要应用于软包锂离子电池的封装。以铝塑膜封装的软包电池首要应用于3C范畴,近年来逐渐浸透到新能源轿车作业,为各个类型的轿车供应了安全、安稳的动力输出。


跟着动力锂离子电池出产技能不断提高和新式电池的研制不断加快,国家关于动力锂电池的各项功用要求越来越严峻,政府补助规范不断提高,补助金额逐渐下降,直至没有补助构成商场推进技能翻开。优胜劣汰是商场的规矩,锂离子电池的能量密度、安全性、本钱等要害政策有必要遭到严峻的操控。在三种锂离子电池中,软包电池具有质量小、内阻小、安全性高、能量密度高档优势,在动力电池范畴占有重要方位。


一、铝塑膜简介


软包锂电池设备所用的封装资料是铝塑复合膜,简称铝塑膜。铝塑膜的规划、制造技能要求较高,现在国内90%的商场首要被日本的DNP/昭和电工、韩国栗村等日韩企业独占,国内企业例如新纶科技、佛塑科技等公司,也正在加快铝塑膜的开发和出产,但是与日韩企业比较仍有必定距离。铝塑膜的厚度有不同规范,其结构首要是由三种资料复合而成,由内到外分别为CPP层、Al层、尼龙层,
对裸电芯进行封装前,要进行铝塑膜的冲切,将铝塑膜冲成所需的规范后,进行电芯封装。冲切凹坑的较内侧资料是流延型聚丙烯薄膜(CPP),其具有必定熔点,封装时双面CPP层资料相对在必定温度和压力下融化并粘结到一同,如图2所示。CPP层资料与金属Ni、Al及极耳胶具有超卓的热封粘结性,自身具有超卓的耐电解液和抗HF功用,一同CPP层也有较好的绝缘性和物理防护功用,能够有用避免电极与锂离子电池软包资料之间的短路然后引起的铝塑膜腐蚀。


中心的Al层资料首要意图是避免空气中水分的进入,水分进入电芯内部会与电解液反响生成HF并构成副反响发生许多气体,构成锂电池鼓胀,是锂电池的重要危险之一。Al层具有必定的强度能够避免外力对电芯的危害。较外层的尼龙层首要是避免空气中氧的浸透,坚持电芯内部环境。较外层选用尼龙层也是因为其具有超卓的冲深功用,在前期的铝塑膜中外层选用PET,但是因为PET自身张力大,导致发生曲折,成型性差而被弃用。


铝塑膜的制造方法首要有热法和干法两种,热法工艺是铝层和CPP层之间用MPP粘结,在必定温度下热压组成。高温下MPP中范德华力被损坏,老化,抗短路功用会急剧下降。一同,因为其分子间结构被损坏,导致耐性下降,成型过程中简略分裂。干法工艺为在PP和铝层中心加粘结剂直接复合,选用绝缘粘结剂,无需高温处理故防短路功用要好于热法工艺。且粘结剂自身延展性好于PP层,不需求高温处理不影响成型。
二、热封影响要素议论

首要需求了解铝塑膜热封的意图是将电芯与外界环境地阻隔开来,即全部有或许影响外界水分、空气进入、电解液外漏的封装不良都是不应该出现的。软包电芯封装首要分为顶侧封以及终封工序。


顶封工序首要是铝塑膜、极耳胶以及铜镍极耳直接的封装,具有较大的破损或许性。侧封是铝塑膜CPP层之间的封装,没有太多的问题,首要要避免褶皱和气泡的出现。终封是抽真空封装,因为锂电池预充化成会发生气体,电解液也会简略粘到铝塑膜PP层上,导致封装不良。


在出产过程中,技能员常用人机料法环测六个方面来探析失效的方法。首要,我们要排除掉非有必要的影响要素,非有必要的影响要素有人员、环境和查验方法。人员的操作水峻峭作业阅历对封装效果有必定影响,这儿我们设定人员的操作水平是必定的且没有问题的。查验方法是必定的,关于封装效果的查验是清楚清楚的,不需求进行失常分析。封装翻开之前需求对车间环境进行收拾和供认,包括桌面异物、杂质以及环境温湿度等等,全部正常后方可进行作业,在这儿也不进行独自议论。下面将分析影响热封效果的首要要素,即物料、设备和工艺。


1.物料


来料查验是避免失常流入的重要方法,也是下降不合格品率,下降出产本钱的重要方法呢。封装工序中来料方面首要是两个方面:一是铝塑膜自身,二是裸电芯来料。铝塑膜自身问题失常首要包括铝塑膜自身自带的和冲坑引进的失常。铝塑膜自身要查询其色彩是否正常,外观表面是否有气泡、污迹、划伤等。铝塑膜自身的其它功用会由供货商供应相应查验数据,例如铝箔和PP层剥离强度、加工功用、抗浸透功用等等。锂电池企业也会对来料进行相应查验以供认投入运用。铝塑膜冲坑是为了封装的超卓、美丽,冲坑引进的不良首要有CPP破损、凹坑失常等,这些失常会导致锂电池注液铝塑膜腐蚀、边角应力大等。冲坑质量的好坏要害是冲坑磨具的规划,冲坑磨具首要有凹模、凸模、压板以及其它辅佐设备,需求根据电池的形状规范进行模具的长度、宽度以及深度的规划。再根据冲坑深度规划凹凸模的空位,根据铝塑膜加工特性规划凹凸模的表面粗糙度。裸电芯来料方面首要存在的问题是极耳表面有污染,或许会构成封装不良。


2.设备


设备模具的规划、结构规划对封装效果无疑是重要的。在顶封工序,因为有正负极耳的存在,铝塑膜和极耳胶间存在高低不平的接触面,既要保证招塑膜PP层与极耳外表面的PP层粘接、密封超卓,又要保证非极耳区铝塑膜PP层面对面的粘接、密封超卓。设备封装模具规划和封头的选择就比较要害,选用硬封时能够选用在硬封头上添加硅胶,以硅胶的变形来补偿顶封处的缺少,也能够对硬封模具进行模具规划,挖一个凹槽来与极耳匹配进行封装。选用软封时则不需求考虑那么多,不过得留神软封的封装工艺,验证封装的密封性,以及耐高温胶的老化问题。封装厚度过大或过小都不利于铝塑膜的封装,厚度过大本质上是铝塑膜没有封装好,在设备方面或许因为压力小或传感器失常,紧缩空气气压不安稳。封装厚度过小则意味着过封了,或许会导致PP层过融,显露铝层。在设备上能够加装相应的限位设备以抵达较佳的封装效果。此外温度传感器失常时也会导致达不到设定的工艺温度而引起过封或欠封,导致封装不良。


3.工艺


封装工艺是较要害的影响环节,封装工艺中的要害要素有温度、压力以及时刻。封装的较佳状况是PP膜抵达熔点后,粘结到一同,封装外观超卓无气泡无褶皱,封装强度高,密封性好,通过绝缘查验。封装强度用拉伸试验机来查验,其示意图如图3所示。此外在试样拉伸方法上能够选择横向拉伸和纵向拉伸,拉伸试验机有卧式拉伸试验机和立式拉伸试验机,一般来说立式的试验机一般来说是电子试验机,传感器在移动端,所以立式的能够做剥离,拉伸,紧缩,尖利度这些试验。就安稳性来说剥离力专用卧式试验机要比立式的电子试验机要好一点,两者都要选好适合的传感器的量程。外观上通过目测来查验,密封性通过抽真空后查验。绝缘查验是对极耳和铝塑膜施加瞬间高压,以查验是否封装超卓,提前检出不良品,避免不良品流出。
在选用一款铝塑膜后,需求进行温度、压力和时刻三要素DOE以供认较佳的封装工艺。铝塑膜的PP融化温度一般在180℃~190℃,能够在必定范围内选取几个温度点进行相同压力下和热封时刻的热封试验,通过热封强度和效果来供认较佳封装温度。相应的,也能够供认热封压力和时刻对强度和封装效果的影响。通过相关分析后,能够供认哪个要素为首要影响要素。一般来说,封装强度随封装温度升高而升高,当温度抵达必定高度时或许会导致过封,PP熔胶溢出热封区域,冷却后构成裂纹然后下降热封强度。热封较佳时刻与温度有关,温度较低时热封时刻对强度影响不大,这是因为PP层在低温下没有抵达熔点,热封层没有熔合在一同。当温度足够高时,热封时刻与热封强度呈正相关。封装压力会影响封装厚度,但是相关于温度和时刻来说,是个不太重要的要素。在日常封装设备运用过程中还要留神封头的平整度、平行度,供认封头温度、温度传感器是否正常等,当发现温度失常时要处理相应的问题。


电芯封装是影响电芯较终功用的要害工序,铝塑膜的封装影响要素首要有设备及模具的选择、封装工艺的供认,封装工艺中的封装温度和封装时刻又占有了首要方位。非有必要的影响要素有来料的质量、操作员的才调以及车间环境等。只要将各个方面协调好,才调做好电芯封装作业,在避免电解液腐蚀的一同,将电芯内部与外部环境隔脱离,避免水蒸气的进入,保证锂电池的循环寿数和运用安全性。

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