锂电池胶带知识汇总

6胶带耐电解液特性胶粘带三大力学性能只是通用胶带的要求。相对于各种特殊领域应用，每种均有 特殊性能要求，如耐温、绝缘、透湿性等。在锂电池胶带作为一种专用胶带，对胶带 的特殊要求是要有耐电解液性能。6.1电解液是什么电解液是锂离子电池四大关键材料（正极、负极、隔膜、电解液）之一，号称锂 离子电池的“血液”，在电池中正负极之间起到传导电子的作用，是锂离子电池获得 高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐（六氟磷酸锂，LiFL6）、必要的添加剂等原料，在一定条件下，按一定比例配制而成的。电解液中的溶剂常见的有碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸（2）乙酯、碳酸二甲酯等溶剂，这些溶剂对高聚物（胶水也是一种高聚物）有一定的溶解作用。另外，电解质锂盐如六氟硼酸锂接触湿气时，会产生 HF气体，HF有很强腐蚀性， 也会对高聚物产生腐蚀。6.2耐电解液到底是耐什么以上分析可以看出，电池内部用的极耳胶带和终止胶带一直泡在电解液中，所以 耐电解液性能最少有两点耐性是最直观的，一是胶带的耐溶剂性能，二是耐HF侵蚀性能。聚合物在溶剂中长期浸泡时，尤其是良溶剂浸泡时会首先溶胀，然后溶解。胶带 中的胶水层也是一种高聚物，如果不能长时间耐受电解液侵蚀，就会产生胶带失粘现 象。同样的如果胶带不能耐受HF腐蚀，也会出现胶带粘性失效情况，引起绝缘问题， 导致短路。那是不是胶带只要达到这两点耐性就可以满足使用要求了呢？显然不是，因为胶带在锂电池生产过程中为了标示不同工艺或者为追溯产线，会 选择不同颜色的胶带。这些胶带在浸泡时会溶出少量色粉，色粉溶人电解液后，有可能对电池的循环性 能造成影响。所以对胶带还有一个要求，就是尽量不掉色或者轻微掉色不影响循环。6.3电池胶带为什么能耐电解液胶带能耐受电解液浸泡，主要是因为胶水交联生成了特殊的网状结构，交联以后 的聚合物耐溶剂性能会得到显著改善。原胶水配方中含有大量可交联基团，实际涂布过程中，为了形成较好的网状结构，一般会采取混合固化体系，让交联基团出现较大的反应比例，因固化剂交互作用，让 逆反应尽可能的到抑制。另一方面，为了避免HF影响，胶水体系中也引入大量羧基（酸性），让胶水本 身呈弱酸性，也能有效抑制HF对胶带的侵蚀。而针对掉色问题，一是选用耐性更好色浆，色浆本身是有色粉研磨得来，而色粉 本身的耐性指标也不一样，选择合适的色粉也能明显改善掉色问题。二是胶水的交联 密度增大，也能增加胶水对色粉包裹能力，减少色粉与电解液的接触，弱化掉色问题。6.4耐电解液性能发展趋势和其它性能要求一样，锂电池行业耐电解液性能的要求也是逐步发展的。最初耐电解液只要求贴铝箔 80C*4h不变色不脱落，现在已经有要求 85C*72h 的要求。可以预见的是，电池中内部使用的胶带一定要求更长时间耐性能符合要求。而且 随着新材料和新技术的发展，一定会有粘性更好胶水，耐性更好的颜料，更好标识色 的新颜色，满足电池行业发展的要求。7锂电胶带耐温性能作为锂电池内部使用的胶带，耐电解液性能是用户关注的最主要性能。 其他性能， 如高温性能在电池胶带中也需考虑。7.1什么是胶带耐温性能胶带耐温性能是指胶带抵抗温度，保持胶粘特性的能力。通俗点讲就是在一定温 度下，胶带保持初始粘结状态的能力。耐温性能包含耐高温和低温两个方面。而在耐高温和耐低温之间的温度范围，即 为胶带的可使用的温度范围。一般的，讨论的胶带的耐温性能，除非特别指明是耐低温性能，都指耐高温性能。胶带耐温性能影响因素从大的方面讲主要包括两个方面，一是基材的耐温，二是 胶水的耐温。7.2基材耐温性能影响因素总的来说不管是基材耐温，还是胶水的耐温，其实考察的都是高分子材料的抗蠕 变能力。对不同高分子材料来说Tg （玻璃化转变温度）大的，理论上聚合物可以耐更 高温度。举个例子，请看表1中数据。序号1 聚合物名称聚合物简称聚合Tg/ r1聚乙烯PE-682聚丙烯PP-103聚酯薄膜PET694聚酰亚胺PI280290表1典型塑料的Tg数据可以看出这几种基材的耐温性能是从高到底的顺序是PIPETPPPE。胶水的耐温中，也类似同类型的胶水也有一样的Tg高的耐温好，往往为了提高胶水的耐温一般会采取交联的方式，让聚合物形成网状结构，进一步提高耐温性能。7.3胶水耐温性能影响因素胶水的耐温性能和胶水链段结构有关系，上面讲的Tg是表征聚合物性能的一个重要指标，从分子运动的角度看，它是链段开始“冻结”的温度，也就是玻璃态向流 动态转变的温度。因此：凡是导致链段的活动能力增加的因素均使 Tg下降，而导致链 段活动能力下降的因素均使Tg上升。明白以上理论，胶水的耐温主要有以下影响因素：a、主链结构，同样结构胶水，分子链长的耐温性能好；b、支链结构，同样主链长度，有支链结构的耐温性能好；c、交联结构，同样分子量，有交联结构的耐温性能好；d、主链键能大的耐温性好。而对于不同类型胶水，Si-O键键能最大，因而硅胶有最好的耐温性。7.4锂电池胶带耐温性能常见测试方法表征电池胶带耐温性能一般有两种测试方法。第一种是直接黏贴在被粘物表面在一定温度下烘烤一段时间，热剥离和冷剥离胶 带，看胶带在被粘物表面的是否会形成残胶。针对电池胶带常见的测试表面为钢板、 铝箔、铜箔、隔膜、铝塑膜。第二种方法是测试高温持粘性能，使用标准持粘测试版，悬挂标准砝码后在一定 温度下烘烤一段时间，观察胶带是否会出现粘性失效情况。7.5各种锂电胶带耐温性能要求在锂电池中胶带最高使用温度不会超过110C, 一旦长期超过110 c,锂电中的隔膜微孔会封闭，造成电子转移障碍。所以一般来说锂电池胶带耐温要求不用超过110C,但为了避免不可预见的情况，胶带性能比实际要求的性能要溢出。常见胶带耐温要求见表2。序号 ：终止胶带耐温温度/C130耐温时间/h2极耳胶带1300.53保护膜8548；4动力保护膜120245封边高温胶12024表2各类电池胶带的耐温性能8解卷力除三大性能、耐温、耐电解液外，电池胶带解卷力也越来越受到锂电生产企业的 关注。解卷力是指胶带从胶带卷揭开时所需要力的大小，一般用N/25mm的标准单位标示，表征的是拉开25mm宽胶带所需拉力大小。为了让大家有个比较直观认识，举个例子，普通封箱胶带解卷力在5.0N/25mm左右，大约相当于拿起一瓶500mL矿泉水使用的力。8.1解卷力的影响因素胶水的粘性同样条件下胶水粘性越大，拉开就需要更大的力气，因而解卷力就越大。基材的特性其他因素一致，只替换基材时，基材的表面张力值会对胶带解卷力产生明显影响。一般的未做过处理基材，制成胶带解卷力从大到小的顺序为 PIPETPPPE，前三种基材为锂电池胶带常用基材，比较有代表性。序号； 聚合物名称；聚合物简称；表面张力1聚乙烯PE312聚丙烯PP424聚酰亚胺PI46表1典型薄膜的非电晕面张力数据离型处理基材和胶水都不变时，不同离型处理剂处理过的基材，解卷力表现出明显不同。常应用在亚克力胶带中离型剂有非硅类和有机硅类，一般非硅类处理过的基材解 卷力比硅类解卷力大很多。在锂电池专用胶带上，为防止硅对电池胶带原料带来的污染，使用非硅离型剂。8.2非硅离型剂非硅离型剂成分叫做烷基或者聚乙烯亚胺类高分子聚合物。这种高分子聚合物低温烘烤即可完成固化，能在基材表面牢固附着，离型力一般 大于N 1.5N/25mm。因为非硅离型剂不含硅，所以不会有硅转移，不会在电池内部引 入半导体硅元素，带来电池的安全隐患。生产非硅离型膜时，一般涂布量为 0.02g-0.1g即可满足要求，非硅离型力溶解 性较差，一般溶解时需要有加热，溶剂一定要选择溶解后透明性比较好的。目前，市场能经常接触到的非硅离型剂，一般是来自英国、德国、法国和日本的 产品，当然国产的产品市场上也能见到，但很多在低档场合使用。8.3锂电胶带为什么要调节解卷力锂电池在初期生产中，尤其是在国内，多以手工操作为主，这一时期胶带解卷力 对工艺影响不大。随着锂电池产业的发展，尤其是动力电池的大发展，需要单体电池性能有更好的 一致性，这样才能保证电池组的性能一致性同时确保动力电池的安全性。手工作业方式存在着一致性差的特点，变得不能满足生产需要。所以很多工厂均 在大型自动化设备上进行投入，从最开始单独工位的卷绕，贴极片胶，到全工位的自 动化系统。全自动机器使用，对胶带解卷力一致性也提出要求，机器是按照参数去自动运行 的，如果胶带解卷力太松，则贴合时容易导致贴合面打皱，引起停机等问题；解卷力 太紧，也会导致机器拉不动、胶带变形、粘贴不到位等问题。8.4常用锂电胶带的解卷力由于每家锂电池生产厂家使用的设备的区别，所以要求的解卷力范围也会比较 大。!序号!胶带类别剥离解卷力1终止胶带1.03.00.51.52终止胶带3.06.02.04.03极耳胶带3.05.01.03.04极耳胶带4.06.02.04.05极耳胶带6.09.01.03.06保护膜0.020.100.51.5表2各类电池胶带的耐温性能以上只列出市场常见胶带剥离力和解卷力的对应关系。有些产品解卷力和粘性不是线性关系原因是胶水和隔离剂涂布浓度不一样，这和 产品的要求有关。如序号5的极耳胶带，就是高剥离轻解卷的代表，一般应用在极耳对贴，具有初 粘小，切刀不粘胶特点。而序号4的极耳胶带则主要应用在极耳的包裹搭口贴，具有 胶带背面和胶面粘贴效果好、不翘起的特点。所以，电池胶带的解卷力，需要针对客户的特殊需求去开发。但我么相信不远的 将来，锂电生产的机器设备的做到标准化后，胶带的性能也必然会从群雄争霸这种不 统一的状态转变到全行业的按照统一标准生产上来，这将提高整个行业的效率和降低 无谓的损耗。9陶瓷隔膜用终止胶带9.1隔膜是什么锂电池由正、负极材料、电解液、隔膜四大材料组成。隔膜作为电池的“第三极”，是锂离子电池中的关键内层组件之一。隔膜吸收电 解液后，可隔离正、负极，以防止短路，同时允许锂离子的传导。在过度充电或者温度升高时，隔膜通过闭孔来阻隔电流传导，防止爆炸。隔膜性 能的优势决定电池的界面结构和内阻，进而影响电池的容量、循环性能，充放电电流 密度等关键特性，性能优异的隔膜对提高电池及动力电池的综合性能有重要作用。锂离子电池隔膜生产材料目前还是以聚烯烃为首选，聚烯烃材料具有强度高、防 火、耐化学试剂、耐酸碱腐蚀性好、生物相容性好、无毒等优点，在众多领域得到了 广泛的应用。9.2陶瓷隔膜随着市场对锂电池能量密度要求越来越高，电池快速充电导致的热量累积问题也 越来越突出。如何解决这一问题，摆在锂电研究工作者面前，各种材料均纳入研究领域，如正 极、负极材料、电解液、隔膜等。隔膜作为锂电池的四大材料之一，自然也有很多种研究方案出炉。陶瓷隔膜是改性隔膜的一种。主要是为了解决电池热稳定性问题。目前被广泛选择的方案就是在乙烯隔膜两边再涂覆陶瓷涂层以增加电池的安全性能。该项技术最早由松下公司提出，并很快商业化。国内自2011年前后才有工厂开始尝试涂覆纳米级陶瓷材料，现在基本能商用。9.3陶瓷隔膜的黏贴要点陶瓷隔膜表面涂布了纳米陶瓷粉，表面相对于聚合物薄膜来说，粗糙程度大大增 加。隔膜表面粗糙程度增加，自然会增加粘结难度。所以对应用在陶瓷隔膜上的终止 胶带又提出新要求。界其实并没有使用胶带标准的硬指标，这个新需求针对具体电池生产厂家不同而 不同，主要方向有两个，一个是将胶层做厚一点，另一个做法是将同样胶层厚度下将 压敏胶粘剂层做软一点，也就是将初粘增大一点。9.4陶瓷隔膜用终止胶带参数对比具体这两种产品如何选择，主要看电池生产厂家的具体需求。一般对胶带厚度有 要求的可选择30微米高初粘胶带，如果对厚度不敏感产品可选择 45 U m厚的PET终 止胶带，两款胶带对比性能如下。表1两款胶带性能对比序号项目30um胶带45um胶带1基材厚度/um2022522胶水厚度/um1022523剥离强度/N/25mm3.06.04.56.04初粘/#1075耐温/c1301306耐电解液/85C*24h通过通过:10溶胀胶带圆柱锂电池具有很多优点，如制作工艺成熟，自动化程度高，利于标准化生产， 易于成组等。但圆柱锂电池相比聚合物电池也有明显的劣势，如密堆时柱体之间的间 隙大，导致能量密度低；壳体材料的韧性不足，电流过载或经受撞击时容易造成壳体 压力急剧升高，导致爆炸。大多数时候，圆柱类电池的不安全性是因为电芯在壳体内震动引起的开发溶胀胶带主要是为了解决这一问题。电池花魅带）解决即柱电池电芯在柱体内晃劫，震动等影响如池安全效储网契10.1圆柱电池的问题圆柱电池电芯和壳体之间，为了在装配时能将电芯顺利装进壳体，设计时一定会存在 间隙，一般该间隙径向应小于200 u m。间隙由于机械加工的不确定性，有时会超过200 u m，这在具体的产品上会表现出，装入电芯的壳体，电芯不能得到很好的固定。这样对在震动比较剧烈的应用领域，彳艮 有可能造成电池内部电芯出现不能供电等问题，从而造成整个电池组实际使用寿命缩短，也有可能造成电池的报废。10.2溶胀胶带的结构改性亚克力胶水主要有 耐电解液性能，确保浸泡后胶水不会被电解液溶解。而 且这种胶水粘性低，能很好的黏贴在铝箔、铜箔、隔膜表面。特殊合成树脂起到重要的溶胀性能，在电解液浸泡和高温下（7090C）在厚度方向尺寸会膨胀，变大。10.3溶胀胶带基本指标树脂害展100. 20010.4关键指标解析溶胀胶带最关键的性能指标是膨胀系数，该指标一般可达到300%左右，按照胶带50m 的厚度，整体膨胀300%胶带可膨胀至150 u m上下，如果圆柱电池间隙最宽处是 200 u m，当圆柱电芯缠绕一整圈溶胀胶带时，直径将 增加300 u m。这样电芯与壳体的 就能紧密接触，进而保证电芯在高频震动环境下的使用安全。10.5溶胀胶带不能解决的问题安全只是相对的，没有绝对的安全。溶胀胶带虽然能避免一些安全问题，如由于卷绕电芯晃动造成的电芯安全问题隐患。由以下几种原因造成的安全问题没办法避免。一是，电芯卷绕时外径一致性太差，导致外径小的虽然缠了溶胀胶带，仍然会造成内部电芯有比较大的晃动；二是，电芯卷绕时松紧度控制的太差，导致一些卷绕较松的电芯本身内部由于层与层之间的间隙造成的安全问题，这种情况贴了溶胀胶带也没有效果；三是，电芯卷绕的内部缺陷，有可能导致电芯在使用一段时间后，直接造成内部短路， 导致安全问题发生。溶胀胶带在圆柱电池安全性上能起到一些举足轻重的作用，但需要和工艺及制程控制结合起来，才能发挥最大功效。