铝塑膜在软包电芯中的应用！

在锂电池产业链的上游材料中起到封装作用的铝塑膜，可以说是软包电池的核心材料，能占到总材料成本10-20%。铝塑膜生产技术的难度远高于隔膜、电解液、正负极等材料，是锂电池中目前还未完全实现国产化的材料。

电芯外包装使用铝塑膜作为包装材料的电芯；软包电芯采用热封装技术。

铝塑膜介绍

铝塑复合膜，简称铝塑膜，是一种用于封装锂离子电池的复合软包装外壳材料，常用于软包电池中。通过铝塑膜对组装后的单片电芯进行密封，能够起到保护内部电极、隔绝外界环境的重要作用。由于封装电芯的材料要抵挡电解液的溶胀、溶解和吸收，同时保证氧气和水分的严格阻隔，因此铝塑膜要具备耐穿刺性、高阻隔性、耐电解液性、耐高温绝缘性以及高冷冲压成型性这五大特性。

为了保证铝塑膜具备以上特性，需要由三层材料通过胶粘剂复合而成，结构上由外到内依次为外阻层、阻透层以及热封层：

外阻层的材料一般以尼龙为主，要求具备抗冲击、耐穿刺、耐摩擦以及耐热绝缘等性能，用以保护中间的铝箔不被划伤。外阻层还要阻止空气渗透，同时保证包装铝箔具有良好的形变能力。

阻透层通常由铝箔组成，具有良好的抗针孔性和双面复合性，加工后能够稳定成型。金属铝在室温下与空气反应生成氧化膜，从而阻止水汽渗入，起到保护内部电芯的作用。这一层也是铝塑膜冲深形变的主要结构。

热封层的材料必须具备良好的热封粘贴性、绝缘性以及耐电解液腐蚀，因此一般以聚丙烯薄膜（CPP）为主。其主要作用是在封装过程中PP层加热融化黏合，同时阻止泄漏的电解液腐蚀铝箔。

将以上三层材料进行复合的胶粘剂具有较强的耐电解液性能，同时具备耐高温耐老化性能以及良好的粘结性能。其材料一般为无溶剂聚氨酯胶粘剂或无苯型聚氨酯胶粘剂（醇溶性或水性）等。

产品以外观分银膜或黑膜两类。产品结构如下所示

 铝塑膜国家标准及检测方法

检测方法

①剥离强度（AL/CPP）

取宽15mm、长200mm长条形样，以200mm/min速度测试剥离力度。

②电解液浸泡剥离强度

取宽15mm、长200mm的样品放入电解液中，恒温85℃，测试AL层与PP层的复合强度。(标准电解液EC:DEC:DMC=1:1:1，LiPF61mol/L)

③二封强度

取宽100mm、长150mm样品封装成袋子，注入3g电解液，85℃恒温恒湿72h，倒出电解液封装（压力0.4-0.6MPa，温度180℃，时间4-5s）测试热封强度。

④冲坑

样品（170mm*110mm）以不同深度成型（97mm*55mm），观察样品是否有破裂、凹槽、起麻点、分层现象。成型冲深度≥7mm。

⑤水浴

将样品在冲坑机上冲坑后，放入温度60℃的恒温水浴，拿出来检测是否破裂、凹槽、起麻点、分层现象

铝塑膜生产工艺简介

铝塑膜的主流制造工艺可分为干法和热法。

干法工艺

是将铝箔与CPP通过胶粘剂直接粘结后压合而成。由于这一过程CPP不需要经过高温后二次结晶，因此干法加工的铝塑膜具备良好的冲深成型性能，同时具有较好的外观。优异的防短路性能，也使其主要应用于高容量软包消费电池、动力电池中。干法工艺中，电解液容易腐蚀CPP与胶粘剂发生反应，因此对CPP的要求更高，需要有较好的阻隔性能。

铝塑膜制作工艺

热法工艺

是通过改性聚乙烯（MPP）将铝箔与CPP相粘结，在一定温度下进行热合成。长时间的高温烘烤会使金属铝脆化，降低了铝塑膜整体的冲深性能。但热法工艺下的铝塑膜拥有良好的耐电解液和抗水性能，可以应用在容量要求不高的消费类电池中。

下图为干法和热法结构对比。

①性能对比

（1）干法的优势在于冲深成型性能，防止短路性能，外观（杂质、针孔、鱼眼少），裁剪性能好。另外防电解液和隔水性良好。

（2）热法优势在于耐电解液和隔水性方面，其冲坑深成型性能差，防短路性能差，外观差，裁剪性能差

②制造方法对比

（1）干法膜：采用CPP熔融温度一般比热封高，约162℃。Al和CPP之间用粘结剂粘合，直接压合而成。

（2）热法膜：热法的CPP一般采用较低的熔点CPP，其熔融温度在140℃左右。Al和CPP间用MPP粘结，然后再缓慢升温升压条件热合成，制作过程过。并且由于长时间高温烘烤作用使Al脆化，导致冲深性能降低。

注：两款铝塑膜CPP熔融温度存在较大差异，所以干法封装温度一般比热法温度高10-15℃。

近年来，随着工艺的不断进步，干法工艺制作的铝塑膜耐电解液性能增强，热法工艺制作的铝塑膜冲深性能逐步提高。国内有企业创新工艺，提出了干热复合法，使得两种方法的优势均得以保留。

铝塑膜在软包电芯中封装工艺简介

4.1）成型工序

软包电池可根据客户需求设计成任意形状和尺寸型号，外形尺寸设计好后，需开相应的模具让铝塑膜冲压成型。此成型工序也作冲坑。如下示意图

铝塑膜冲好并裁剪成型后，一般称为Pocket袋。一般在电芯较薄时候选择冲单坑，在电芯较厚时候选冲双坑，因为一边变形量太大会突破铝塑膜变形极限而导致破裂。

4.2）软包电池顶封和侧封工序

顶/侧封是软包电池的第一道封装工序。顶/侧封实际包含两个工序，顶封和侧封。首先要把卷绕好的卷芯放到冲坑里，然后沿虚线位置将包装膜对折，如下示意图。

封装效果如下所示，CPP残存70-80%为最佳，如下示意图。

下图为铝塑膜装入卷芯后，需要封装的几个位置，其中包括顶封、侧封、一封区和二封区，下如示意图

（1）把卷芯放到壳中，将顶封对齐后，将其放到夹具中，在顶侧封机里进行顶封与侧封。

（2）顶侧封机一般有4个夹具，左边是顶封、右边是侧封。封装时两个封头温度（硬封在180-190℃），压力0.3-0.5Mpa，时间3-5s，上下封头压合在铝塑膜上，铝塑膜的PP层在温度压力时间作用下就熔化粘合在一起，完成顶侧封工序。

（3）侧封简单，直接将PP层与PP层粘合，需要控制封印厚度。

（4）顶封是软包较难的一个制造工艺，许多电芯漏液情况主要发生在顶封工序。顶封区域显示，顶封主要是封极耳，极耳是由极耳胶与金属组装成，极耳也是通过极耳胶与铝塑膜PP层粘合的。

（5）极耳胶和铝塑膜PP熔化粘合，冷却固化形成封装，需要控制封印厚度以免顶封漏液。

顶封分为硬封和软封，依电池厂家工艺而定。

①软封工艺

软封主要是封头上有软介质，一般是下封头采用硅胶材质导热进行封装。此工序简单便捷，不用考虑极耳厚度就可以封装，因为硅胶条的热传导能力不能金属封头。因而在软封头一侧实施温度补偿，一般温度较硬封头高10-15℃。软封头缺点就是封印不美观，易造成电芯漏液

上封头：铜（粘贴铁氟龙）

下封头：铜+硅胶条（下封头放硅胶条厚度0.5-1mm和铁氟龙）

②硬封工艺

硬封直接上下封头采用铜质材质传热，并开有极耳凹槽，具体槽深依不同规格型号极耳定。封头的平整度对顶封至关重要。再者是对温度、压力、时间的控制，封印厚度控制是直观检测顶封效果的。

4.3） 软包电池注液和预封工艺

软包电池在顶侧封后，需要做X-RAY检查其卷芯平行度，然后干燥除水份。干燥后在进行注液和预封工序。

电芯在侧封完成之后，就只剩下气袋一边开口，就口就是用来注液的。注液完成后，需要马上进行气袋预封，也叫作一封。一封原理与侧封相同，一封完成后，电芯内部就是完全与外部环境隔绝。后续进行化成工序。化成过程中会产生气体，气体会流向气袋。有些电芯厂会使用夹具化成，这样气体会被充是民挤到气袋中，同时SEI界面也更佳。

在化成后有些电芯，特别是厚电芯，由于内部应力较大，可能会产生一定变形。所以有些电芯厂在化成后有夹具整形工序（冷热压工序），也叫夹具Baking(烘烤)。

4.4）二封工艺

在化成过程中产生的气体，我们要将气体抽出再进行第二次封装。分2个工序，Degassing（排气）与二封，还有后面一个剪气袋工序，一般同时进行。

二封时，首先由铡刀将气袋刺破，同时抽真空，这样气袋气体与一部分电解液被抽出。然后马上用二封封头在二封区进行封装，保证电芯的气密性。最后把封装完的电芯剪去气袋，一个软包电芯基本成型。二封是锂离子电池最后一道工序，因为二封边上铝塑膜会残留电解液，其在封装时候温度较侧封边高10-15℃。

注：二封边没封好易出现漏液胀气等现象。

二封剪完气袋需要进行裁边与折边，就是将一封边与二封边裁到合适宽度，然后折叠，保证电芯不超标准。