超詳細：聚合物鋰離子電池極耳詳解

　　現在我們所使用的數碼產(chǎn)品中，絕大多數都是使用的鋰離子電池，包括近幾年火熱的新能源電動(dòng)汽車(chē)，也廣泛應用。因為鋰的原子量很小，所以用鋰作陽(yáng)極的電池具有很高的能量密度。此外，鋰電池還有著(zhù)體積小、質(zhì)量輕、壽命長(cháng)、性能好、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，因此倍受青睞。鋰離子電池的組成部分為：正極、隔膜、負極、有機電解液、電池外殼，了解鋰電池結構的都知道這些；但是，你知道什么是聚合物鋰電池極耳嗎？

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，極耳是鋰離子聚合物電池產(chǎn)品的一種原材料。分為三種材料：電池的正極使用鋁（Al）材料，負極使用鎳（Ni）材料，或者負極也有銅鍍鎳（Ni—Cu）材料，它們都是由膠片和金屬帶兩部分復合而成。膠片是極耳上絕緣的部分，其作用是在電池封裝時(shí)防止金屬帶與鋁塑膜之間發(fā)生短路，并且封裝時(shí)通過(guò)加熱（140℃左右）與鋁塑膜熱熔密封粘合在一起防止漏液。

一、聚合物鋰電池極耳分類(lèi)

1.按極耳金屬帶材質(zhì)：

①鋁（Al）極耳：一般用作正極極耳，如果電池為鈦酸鋰負極時(shí)，也用作負極極耳。

②鎳（Ni）極耳：用作負極極耳，主要用在數碼類(lèi)小電池上，例如：手機電池、移動(dòng)電源電池、平板電腦電池、智能傳遞設備電池等。

③銅鍍鎳（Ni—Cu）極耳：用作負極極耳，主要應用于動(dòng)力電池和高倍率電池。

2.按照極耳膠（國內市場(chǎng)）：

①黑膠極耳：一般用在中低端數碼類(lèi)小電池上。

②黃膠極耳：一般用在中低端動(dòng)力電池和高倍率電池上。

③白膠極耳：一般用在高端數碼電池、動(dòng)力電池和高倍率電池上。

3.極耳的成品包裝分為：

①盤(pán)式極耳（整條金屬帶通過(guò)設備加上膠片后整條的卷繞成盤(pán)），用在自動(dòng)化生產(chǎn)產(chǎn)線(xiàn)

②板式極耳（金屬帶加上膠片后裁切成單個(gè)的，然后成排擺放用兩片薄透明塑料片夾在中間），用于普通生產(chǎn)產(chǎn)線(xiàn)。

二、聚合物鋰電池極耳金屬帶材質(zhì)

　　1.AL1050鋁合金為純鋁中添加少量銅元素形成，具有極佳的成形加工特性、高耐腐蝕性、良好的焊接性和導電性。

　　2.TU1為無(wú)氧銅，氧和雜質(zhì)含量極低，純度高，導電導熱性極好，延展性極好，透氣率低，無(wú)“氫病”或極少“氫病”；加工性能、焊接、耐蝕耐寒性均好。

三、各品牌極耳膠結構與性質(zhì)

1.各品牌極耳膠結構

　　目前極耳膠都是從日本進(jìn)口而來(lái)，極耳膠生產(chǎn)技術(shù)難點(diǎn)是：PP材料的分子量要控制在一個(gè)比較窄的范圍內，目前國內的技術(shù)生產(chǎn)出的PP膠還達不到要求。

　　極耳膠結構：極耳膠一般由三層材料熱壓在一起而構成，除凸版及昭和制造單層改性PP構成及騰森制造五層極耳膠以外。一般極耳膠由中間骨架層及兩表面改性PP層構成，兩表面的改性PP材質(zhì)相同。日立和騰森為了追求超高的粘合層與金屬帶的粘合強度，兩個(gè)表面的改性PP材質(zhì)不同，一面是親金屬性改性PP，另一個(gè)表面是親塑性改性PP。這種極耳膠，制作極耳時(shí)一旦極耳膠表面用反了，則必定會(huì )造成電芯漏液氣脹事故。

　　目前國內市場(chǎng)上，極耳制造所使用的極耳膠分為白膠、黑膠、黃膠和單層膠。其中高端電芯客戶(hù)大多采用單層凸版80μm和50μm白膠。一般中低端客戶(hù)采用DNP黑膠和DNP黃膠。三層結構的白膠在日本和韓國大量采用。單層白膠在日韓電芯公司用的極少，基本都用三層結構白膠。

2.各品牌極耳膠性能

　　DNP黃膠結構為中間功能層UHR（為無(wú)紡布結構），表面兩層為改性PPa。

　　UHR層厚度為14g/m2≈12μm，表面改性PPa厚度為44μm。

　　UHR熔點(diǎn)為310~340℃，PPa熔點(diǎn)為147℃。

　　黃膠極耳有分層的危險。但黃膠極耳的封裝條件比白膠容易調節。前期日本極耳膠供應商也提到黃膠的不足，表現為三點(diǎn)：

　?、贅O耳膠是由中間一層UHR和表面兩層改性PP膠熱壓在一起的。 

　?、谥虚g層無(wú)紡布，水分會(huì )從無(wú)紡布中通過(guò)毛細管滲透作用引入到電池內部，使得電池發(fā)鼓氣脹。  

　?、蹮o(wú)紡布容易分層，熱壓效果不好，電芯使用時(shí)間或擱置時(shí)間長(cháng)了容易造成漏液。

　　DNP黑膠結構為中間功能層PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）薄膜，表面兩層為改性PPa。PEN層厚度為12μm,表面改性PPa厚度為44μm。PEN熔點(diǎn)為265℃，PPa熔點(diǎn)為147℃。黑膠其功能層PEN和PP層為不同物質(zhì)復合,存在分層風(fēng)險,高端客戶(hù)一般不采用此膠。

　　白膠:白膠又分為單層白膠、三層白膠、五層白膠。

　　單層白膠一般由一層改性PP構成，類(lèi)似于初期的鋁塑膜內層，熔點(diǎn)在140℃以上，與鋁塑膜的內層CPP熔點(diǎn)接近。

　　三層結構白膠表面兩層改性PP和中間骨架層PP經(jīng)共擠制得，不存在分層風(fēng)險,高端客戶(hù)及動(dòng)力電芯一般都采用此類(lèi)極耳膠。

四、各種極耳膠性能比較

1.黃膠極耳和黑膠極耳的比較

　　DNP黑膠其功能層PEN和PPa層為不同物質(zhì)復合，界面多，經(jīng)過(guò)電解液浸泡后本身會(huì )分層剝離。PEN熔點(diǎn)為265℃，PPa熔點(diǎn)為147℃。且黑膠PPa層里還有3種不同融點(diǎn)的物質(zhì)，黑色素:66℃，PE 105℃，PP167℃，界面更加不穩定。 

　　黃膠極耳功能層本身融點(diǎn)300℃以上，所以熱封時(shí)會(huì )更好操作。中間功能層改用了無(wú)紡纖維層代替原來(lái)的聚萘二甲酸乙二醇酯，界面融合較黑膠好，但仍然無(wú)法解決不同物質(zhì)之間的徹底融合問(wèn)題。黃膠由于本身PPa層技術(shù)的原因，在熱封后會(huì )變得異常堅硬，失去柔韌性，在封裝電池和后期加工(轉鎳、加板)時(shí)，易使極耳膠及極耳金屬斷裂，從而使電池產(chǎn)生漏液、氣脹等。

2.黃膠極耳和白膠極耳的比較

　　白膠采用三層具有不同功能的PP材料經(jīng)共擠制得，其功能層熱封溫度較寬165~167℃，略低于電池封裝溫度（180-220℃)，可以有效的防止切面短路問(wèn)題，增大了電池封裝時(shí)可操作的溫度范圍，提高了電池生產(chǎn)的成品率。

　　黃膠極耳由于本身PP層技術(shù)的原因，在熱封后會(huì )變得異常堅硬,失去柔韌性，在封裝電池和后期加工（轉鎳、加板）時(shí)，易使極耳膠及極耳金屬斷裂，從而使電池產(chǎn)生漏液、氣脹等，而白膠極耳由于3個(gè)功能層使用的材料屬于同類(lèi)物質(zhì)（PP類(lèi)），在熱封后仍可以保持極高的柔韌性。

3.白膠極耳和單層白膠的比較

　　單層白膠類(lèi)似于初期的鋁塑膜內層,因只有一個(gè)融點(diǎn),熱封溫度超過(guò)融點(diǎn)則易導致完全熔解短路,熱封溫度在不足時(shí)則形成軟化,這將導致和鋁塑膜的CPP層不能完全融解聚合，電池容易漏液脹氣。三層結構的白膠極耳，由于外層采用與鋁塑膜內層類(lèi)似的材料，保證了與鋁塑膜的融合，而表面改性PP與中間層PP之間的30℃以上的溫差具有更廣的熱封溫度，使封裝的操作性更強，保證了極耳膠與鋁塑膜之間的封裝可靠性。下表為谷口80μm厚三層白膠極耳與凸版會(huì )社80μm厚單層白膠極耳硬封封裝拉力測試比較: 

4.三層白膠極耳和三層或五層白膠（分正反面）極耳的比較

　　如前所述，三層白膠極耳外層采用與鋁塑膜內層類(lèi)似的材料,具有更廣的熱封溫度,保證了與鋁塑膜的融合,而3層PP間明顯的溫差使封裝的操作性更強。

　　極耳膠表面分正反面的極耳膠極耳，如果在制作極耳的過(guò)程中用反了，則電芯在極耳膠處必然會(huì )發(fā)生漏液事故，國內已經(jīng)發(fā)生多次此類(lèi)事故。而如果嚴格控制極耳制作過(guò)程，不發(fā)生用錯極耳膠正反面的問(wèn)題，其極耳膠與金屬帶之間的熔接強度比正常三層極耳膠極耳的要高。

　　下表為谷口100μm厚三層白膠極耳與日立100μm厚三層白膠（分正反面）極耳及滕森105 μm厚五層白膠（分正反面）極耳軟封封裝拉力測試比較：

5.日立三層白膠和單層白膠

6.日立三層白膠和單層白膠DSC圖

7.電池極耳生產(chǎn)流程（白膠）

　　動(dòng)力銅鍍鎳極耳：銅保證導電性；經(jīng)過(guò)表面處理后鎳起到防止銅氧化的作用，如果要保證銅鍍鎳極耳的焊錫性，還需要對極耳的表面鈍化膜進(jìn)行二次處理。市場(chǎng)上一些公司的極耳不進(jìn)行二次處理也能勉強上錫，但極耳的耐電液腐蝕性差些。

　　目前，在極耳工業(yè)生產(chǎn)中，鍍鎳主要采用電鍍鎳和化學(xué)鍍鎳工藝兩種，電鍍鎳層厚度1.8±0.3um，化學(xué)鍍鎳層厚度1.0±0.3um。

8.動(dòng)力極耳金屬帶削邊處理

　　動(dòng)力極耳的金屬帶厚度超過(guò)0.2mm時(shí)，其臺階厚度超過(guò)PP膠厚度，則金屬帶需做側邊削邊處理，否則易導致絕緣阻抗降低、產(chǎn)生脹氣漏液的風(fēng)險。

五、聚合物鋰電池極耳的測試

1.電解液浸泡后滲透測試

2.電解液浸泡后熱封強度測試

3.電解液浸泡后滲透測試

　　參照：日本某EV電芯廠(chǎng)家對EV與ESS極耳的技術(shù)要求。

　　電解液浸泡65℃×28天，極耳膠與金屬導體的玻璃強度要求＞15N/15mm。

　　總結：國內電動(dòng)EV用極耳的耐電解液判定之最低標準為：

　?、?5℃×24h電解液浸泡，極耳膠與金屬導體的玻璃強度PeelStrength ＞15N/15mm；

　?、?5℃×24h電解液浸泡，滲透液不能侵入膠體內。

4.彎折測試

　　厚度＜0.2mm時(shí)：鋁、鎳Tab≥7次；鍍鎳銅≥6次；

　　厚度≥0.2mm時(shí)：鋁、鎳、鍍鎳銅Tab≥5次；

　　符合EV動(dòng)力應用的耐震、耐疲勞韌性測試。

　?、巽~鍍鎳動(dòng)力極耳——鍍層密著(zhù)性測試

　　要求：鍍層無(wú)發(fā)黑。

　　長(cháng)時(shí)間大電流、行駛震動(dòng)等情況下鍍層性能不足時(shí)會(huì )：

　　電芯內部——鍍層脫落至極片——微短路——自放電；

　　電芯外部——PACK焊接處鍍層松動(dòng)——接觸內阻變大——or焊接處脫落。

　?、诮饘贅O耳導體關(guān)鍵參數對比

　?、郾P(pán)式極耳——膠塊脆化程度測試

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