聚合物鋰離子電池軟包裝鋁塑膜的研究進(jìn)展_張學(xué)建

1、聚合物鋰離子電池軟包裝鋁塑膜的研究進(jìn)展張學(xué)建, 張艷, 胡亞召摘要:軟包裝鋁塑膜是聚合物鋰離子電池的重要原材料，隨著聚合物鋰離子電池市場(chǎng)的廣泛推廣，軟包裝鋁塑膜成為了軟包裝行業(yè)的熱點(diǎn)之一。本文概況了聚合物鋰電池軟包裝材料鋁塑膜現(xiàn)階段技術(shù)研究和市場(chǎng)應(yīng)用的情況，包括部分：技術(shù)研究、競(jìng)品分析、專(zhuān)利分析、市場(chǎng)動(dòng)態(tài)和應(yīng)用前景。從技術(shù)角度解析了鋁塑膜開(kāi)發(fā)的要求和難點(diǎn)；檢索專(zhuān)利了解產(chǎn)品專(zhuān)利保護(hù)范圍；剖析競(jìng)品分析其結(jié)構(gòu)及性能；了解市場(chǎng)情況，展望了發(fā)展前景。關(guān)鍵詞:聚合物鋰離子電池；軟包裝鋁塑膜；發(fā)展前景中圖分類(lèi)號(hào):文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:文章編號(hào)：（）1引言聚合物鋰離子電池軟包裝材料是由鋁箔、多種塑料膜和粘合劑（包括粘接

2、性樹(shù)脂）組成的復(fù)合軟包裝材料。由于它對(duì)腐蝕性的酸、堿、鹽或有機(jī)溶劑等液態(tài)化學(xué)物質(zhì)具有較高的穩(wěn)定性，它的設(shè)計(jì)、制造及其應(yīng)用技術(shù)是聚合物鋰電池行業(yè)要解決的三大技術(shù)難題之一。據(jù)高工鋰電產(chǎn)業(yè)研究所（）調(diào)查，年中國(guó)鋰電池鋁塑膜的需求量為萬(wàn)平方米，同比增長(zhǎng)；市場(chǎng)規(guī)模為億元，同比增長(zhǎng)。由于中國(guó)鋁塑膜基本上被日本企業(yè)壟斷，所以?xún)r(jià)格保持比較穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)；韓國(guó)栗村鋁塑膜逐漸被聚合物鋰電池生產(chǎn)廠家認(rèn)可，市場(chǎng)份額上升，但總量還是難以與日本和昭和抗衡。國(guó)內(nèi)企業(yè)推出的鋁塑膜產(chǎn)品市場(chǎng)評(píng)價(jià)不高，不少?lài)?guó)內(nèi)企業(yè)也在積極研發(fā)中，預(yù)計(jì)未來(lái)年國(guó)產(chǎn)化率將會(huì)有一定的提升，而價(jià)格也將隨之下降。2聚合物鋰離子電池軟包裝鋁塑膜的技術(shù)研究液態(tài)鋰離子

3、電池和聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料是相同的，電池的工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同，鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì)，而聚合物鋰離子電池則以聚合物電解質(zhì)來(lái)代替，這種聚合物可以是“干態(tài)”的，也可以是“膠態(tài)”的，目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。表液態(tài)鋰離子電池與聚合物鋰離子電池結(jié)構(gòu)差異 由于聚合物鋰離子電池使用了膠體電解質(zhì)不會(huì)收稿日期：作者簡(jiǎn)介：張學(xué)建（），男，河北保定人，工程師，現(xiàn)在中國(guó)樂(lè)凱膠片股份有限公司研究開(kāi)發(fā)部水性氟涂層背板項(xiàng)目經(jīng)理。（中國(guó)樂(lè)凱股份有限公司，保定）信息記錄材料年第卷第期象液體泄露，所以裝配簡(jiǎn)單，使得整體電池很輕、很薄。也不會(huì)產(chǎn)生漏液與燃燒、爆炸等安全上的問(wèn)

4、題，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個(gè)電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會(huì)比目前的液態(tài)鋰離子電池提高以上。此外，聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比液態(tài)鋰離子電池有所提高?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，聚合物鋰離子電池被譽(yù)為下一代鋰離子電池。具有流動(dòng)性、滲透性、腐蝕性、溶解性的電解液是軟包裝材料設(shè)計(jì)主要考慮的問(wèn)題。電解液是由多種有機(jī)溶劑和鋰鹽組成，主要成分有（碳酸乙烯酯）、（碳酸丙烯酯）、（二乙基碳酸酯）、（二甲氧基乙烷）、（二甲基碳酸酯）、（六氟磷酸鋰）、（六氟砷酸鋰）、（鈷酸鋰）等。從電解液中有機(jī)溶劑的組成看，它們是極性強(qiáng)、滲透性強(qiáng)的

5、溶劑，根據(jù)有機(jī)物“極性相似相容”的原理，它們正是鋁塑復(fù)合包裝材料常用粘合劑的良好有機(jī)溶劑，對(duì)粘合劑的溶解性很好，也就是說(shuō)它們能?chē)?yán)重破壞（溶脹、溶解或反應(yīng)）復(fù)合膜層問(wèn)粘結(jié)作用，使粘合強(qiáng)度降低或脫層，從而也就失去了復(fù)合包裝材料優(yōu)異的阻隔保護(hù)性能；從電解液中鋰鹽的組成看，它們極易水解，遇水便迅速產(chǎn)生具有強(qiáng)腐蝕性的氫氟酸和其它氣體、。而氫氟酸一旦隨溶劑滲透到鋁塑復(fù)合膜中間的鋁箔層，將很快破壞與膠粘層相連接的鋁箔表面，使內(nèi)膜與鋁箔分離，更為嚴(yán)重的是將加快電化學(xué)腐蝕速度，能將鋁箔腐蝕穿。鋰離子電池的工作溫度一般為，但是溫度的過(guò)激變化則對(duì)鋁塑膜會(huì)產(chǎn)生破壞作用、，從而對(duì)鋁塑膜及原材料的性能提出了更高的要求。聚

6、合物鋰電池軟包裝鋁塑膜的技術(shù)要求2.1.1具有良好的耐穿刺性能由于電池芯封裝過(guò)程中一般須要次抽真空，次熱壓封口。由于銅網(wǎng)和鋁網(wǎng)邊緣存在毛刺，抽真空時(shí)，軟包裝膜會(huì)內(nèi)收縮，毛刺一旦刺穿內(nèi)膜到達(dá)鋁箔，電解液和氫氟酸將與鋁箔直接接觸，會(huì)對(duì)鋁箔產(chǎn)生腐蝕，甚至?xí)X箔腐蝕穿、氣脹或漏液，導(dǎo)致電池報(bào)廢。2.1.2熱封層具有抗污染、高強(qiáng)度、嚴(yán)密熱封的性能電池芯在第次熱壓封口和第次熱壓封口時(shí)，內(nèi)膜上粘附有電解液，這要求內(nèi)膜具有抗污染高強(qiáng)度熱封的性能。另外，此時(shí)內(nèi)膜層間必須保持較高的剝離強(qiáng)度，以保證第次熱壓封口后的嚴(yán)密牢固性。2.1.3內(nèi)膜具有耐高溫?zé)岱獠欢搪返男阅茈娫赐ㄟ^(guò)厚，寬的金屬箔（鋁和銅或鋁和鎳）作為正負(fù)

7、電極引出，在熱壓封口時(shí)，金屬電極比其它地方凸起，受壓力大，如果內(nèi)膜中熱封層以?xún)?nèi)不具有耐以上高溫軟化材料，金屬電極很容易被壓到復(fù)合膜中間的鋁層上造成短路。2.1.4良好的冷沖壓成型性為了使電芯表面平整光潔，方正，封邊平整，封口嚴(yán)密牢固，減小電芯外部尺寸，利于機(jī)械化生產(chǎn)，提高勞動(dòng)效率和成品率，通常要求軟包裝膜具備良好的冷沖壓成型的特性。鋰離子電池軟包裝膜原材料的性能要求2.2.1尼龍的性能要求尼龍厚度優(yōu)選為，需要保護(hù)中間層鋁箔層不受劃傷，并且在加工過(guò)程中能夠連續(xù)操作，同時(shí)保證產(chǎn)品的成品率，以及由于跌落等對(duì)電池造成的沖擊震蕩等在電池的使用過(guò)程中進(jìn)行保護(hù)內(nèi)部，因此對(duì)外層材料的最主要要求就是抗沖擊性能好

8、、耐穿刺性能好、耐熱及絕緣性能，耐摩擦性能好。2.2.2鋁箔的性能要求由于鋰離子電池要求非常優(yōu)良的耐水蒸氣性能，良好的粘合強(qiáng)度以保證熱封性能不受影響，因此該中綜述間鋁箔層必須有良好的抗針孔性，穩(wěn)定的可加工成型性，優(yōu)良的雙面復(fù)合性。鋁箔芯層具有阻隔水蒸汽等的作用，材料一般使用純鋁類(lèi)或鋁鐵類(lèi)合金的材（軟質(zhì)材）。鋁箔芯層的厚度一般，。另外，為了提高與樹(shù)脂薄膜的粘合性、提高耐腐蝕性，優(yōu)選對(duì)鋁箔芯層用硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑進(jìn)行底涂層處理及鉻酸鹽處理等轉(zhuǎn)化處理。2.2.3C PP 的性能要求 聚合物鋰離子電池失效的主要因素是電芯脹氣，而電芯脹氣的主要原因是由極耳與流延聚丙烯薄膜（）粘合不良引起的，因此流

9、延聚丙烯薄膜（）的設(shè)計(jì)是鋰離子軟包裝材料的關(guān)鍵因素、。聚合物鋰離子電池對(duì)其軟包裝材料的材料的要求主要有以下個(gè)方面：（）必須與金屬、及極耳膠塊有良好的熱封粘貼性。（）具有良好的耐電解液和抗性能。（）必須有極佳的絕緣性和良好的耐戳穿性能，能防止電極與鋰離子電池軟包裝材料之間的短路。（）與其鋁箔層間的復(fù)合強(qiáng)度要高。層一般使用的厚度。作為內(nèi)層，可使用單層樹(shù)脂薄膜或多層（二層或三層共擠）樹(shù)脂薄膜。2.2.4膠粘劑的性能要求層間膠粘劑特別是內(nèi)層與鋁箔之間的膠層需要有較強(qiáng)的耐電解液性能、耐溫?zé)崂匣阅芎洼^強(qiáng)的粘接性能，同時(shí)膠粘劑層不能與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。3聚合物鋰離子電池軟包裝鋁塑膜 的競(jìng)品分析由于大日本

10、印刷（）和昭和電工的鋰電池鋁塑膜市場(chǎng)份額占到以上、，所以競(jìng)品以和昭和電工鋁塑膜作為競(jìng)品進(jìn)行分析。鋁塑膜（表）結(jié)構(gòu)一：結(jié)構(gòu)二：結(jié)構(gòu)三：結(jié)構(gòu)四：表公司鋰電鋁塑包裝膜的性能表昭和鋁塑膜（表）結(jié)構(gòu)一：結(jié)構(gòu)二：結(jié)構(gòu)三：結(jié)構(gòu)四：結(jié)構(gòu)一和二為常規(guī)尼龍型鋁塑包裝膜，主要用于小電芯的包裝。結(jié)構(gòu)三和四為動(dòng)力和儲(chǔ)能型包裝膜，主要用于大電芯用的包裝膜如電汽車(chē)鋰電池。表昭和電工鋁塑膜（結(jié)構(gòu)一）性能檢測(cè)結(jié)果信息記錄材料年第卷第期干法和熱法鋁塑膜性能對(duì)比干法的優(yōu)勢(shì)在于沖深成型性能，防短路性能，外觀（雜質(zhì)、針孔和魚(yú)眼少），耐電解液、隔水性和裁切性能。熱法的優(yōu)勢(shì)在于耐電解液和抗水性方面，而沖深成型性能差，防短路性能差，外觀差，

11、裁切性能差。4聚合物鋰離子電池軟包裝鋁塑膜的專(zhuān)利分析在國(guó)知局、日本專(zhuān)利局、歐洲專(zhuān)利局、美國(guó)專(zhuān)利局網(wǎng)站，檢索到鋰電池包裝鋁塑膜技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利共計(jì)件，其中篇為鋁塑膜專(zhuān)利、其它為鋁箔、聚酯膜、膠粘劑、熱塑膜的相關(guān)專(zhuān)利，在己授權(quán)的篇專(zhuān)利中，昭和電工和的專(zhuān)利占，中國(guó)僅篇。專(zhuān)利保護(hù)范圍分析：（）鋁箔外有一層保護(hù)涂層（含轉(zhuǎn)化處理層）：、 、。（）保護(hù)粘接層（或）：、（）保護(hù)鋁箔（或鍍鋁層）：、（）耐熱性樹(shù)脂層（尼龍、等）：、（）膠粘劑：、從專(zhuān)利內(nèi)容來(lái)看，日本專(zhuān)利較為詳細(xì)、理論依據(jù)充分；中國(guó)申請(qǐng)的專(zhuān)利則過(guò)于簡(jiǎn)單，與日本己公開(kāi)的專(zhuān)利有明顯的相近之處，唯一篇中國(guó)己授權(quán)的中金醫(yī)藥的專(zhuān)利也與日本技術(shù)相關(guān)。5聚合物鋰離子

12、電池軟包裝鋁塑膜的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)應(yīng)用領(lǐng)域（表）表聚合物鋰離子電池的應(yīng)用范圍目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)分析目前，盡管一些中國(guó)、日本、韓國(guó)企業(yè)進(jìn)行了大量研究工作，但是聚合物鋰電池軟包裝鋁塑膜核心技術(shù)目前完全被日本大日本印刷株式會(huì)社（）和昭和電工株式會(huì)社（）兩家公司所壟斷。國(guó)內(nèi)真正深入聚合物鋰離子電池外包裝膜研究開(kāi)發(fā)的廠家綜述有夏門(mén)寶龍工業(yè)、惠州全能、東莞新能源、順德精進(jìn)電子、上海紫江股份公司等，由于投入的資金太大，課題太難，近年的研究成果不多，而且?guī)缀跆幱谕顟B(tài)。聚合物鋰電池作為第代鋰電池，自從年商業(yè)化以來(lái)，到得到市場(chǎng)認(rèn)可大概用了、年的時(shí)間，直到在手機(jī)中應(yīng)用，才有了大幅度地發(fā)展。聚合物鋰電池市場(chǎng)占有率低的主要原因

13、是（）發(fā)展時(shí)間短，一些技術(shù)還需要完善。比如電容量從小容量的手機(jī)到大容量的電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)等都需要不斷地研發(fā)新的膠態(tài)（固態(tài)）電解液，提高電池的電容量；（）目前正處于液態(tài)鋰電池市場(chǎng)萎縮、而聚合物鋰電池剛剛開(kāi)始高速發(fā)展的階段。如聚合物鋰電池具有輕、薄、可任意設(shè)計(jì)形狀的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足大容量電池的要求，而液態(tài)鋰電池受到技術(shù)限制。目前，聚合物鋰離子電池市場(chǎng)份額約，與液態(tài)鋰電池的市場(chǎng)份額無(wú)法相比，所以聚合物鋰離子電池用的鋁塑軟包裝膜的市場(chǎng)占有比例也很低。發(fā)展?fàn)顩r目前，由于液態(tài)鋰電池存在爆炸等安全隱患，聚合物鋰電池已經(jīng)代替液態(tài)鋰電池廣泛用于全球各大著名廠商如、三星、等的多種移動(dòng)數(shù)碼產(chǎn)品上。國(guó)內(nèi)某機(jī)構(gòu)日前對(duì)

14、年全球鋰電池應(yīng)用市場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在對(duì)手機(jī)、筆記本平板電腦、電動(dòng)工具、數(shù)碼相機(jī)攝像機(jī)個(gè)行業(yè)的前位供應(yīng)商進(jìn)行排名后指出，東莞聚合物鋰電池產(chǎn)量去年排名全球第一。一種新型的移動(dòng)電源，就充分利用了聚合物鋰電池的輕、薄以及能量密度高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需接駁電源，就可以為手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、掌上電腦、游戲機(jī)、藍(lán)牙耳機(jī)進(jìn)行充電的功能，極大地解決了移動(dòng)數(shù)碼產(chǎn)品缺電的問(wèn)題。國(guó)產(chǎn)聚合物鋰電池產(chǎn)品質(zhì)量與成品率與日韓產(chǎn)品相比還存在一定的差距，國(guó)內(nèi)真正能進(jìn)入蘋(píng)果、亞馬遜等高端電子品牌供應(yīng)鏈的廠家只有、天津力神、深圳欣旺達(dá)、德賽電池等寥寥可數(shù)的幾家。我國(guó)聚合物鋰電池不良品至少有，而日韓的產(chǎn)品則低于。產(chǎn)品認(rèn)證目前聚合物鋰電池通

15、過(guò)、認(rèn)證，聚合物電芯也擁有、等國(guó)際認(rèn)證。所以用于聚合物鋰電池的軟包裝鋁塑膜也有可能需要相關(guān)認(rèn)證。6聚合物鋰離子電池軟包裝鋁塑膜的發(fā)展前景年，聚合物鋰離子電池在手機(jī)電池中的應(yīng)用比例為，而到年，聚合物鋰離子電池的應(yīng)用比例已經(jīng)達(dá)到了。預(yù)計(jì)在未來(lái)的幾年中，隨著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的逐步成熟，以及智能手機(jī)滲透率的快速上升，聚合物鋰離子電池將是未來(lái)手機(jī)電池中的主流，而相應(yīng)的也將帶動(dòng)其市場(chǎng)滲透率的快速上升。到年，聚合物鋰離子電池在手機(jī)中的應(yīng)用比例將達(dá)到。最薄的聚合物鋰電池可以做到，這相對(duì)于鋰電池的絕對(duì)存在著巨大的優(yōu)勢(shì)。年全球筆記本電池采用聚合物電池的比例僅為。到年，聚合物鋰離子電池在筆記本電腦中的滲透率已經(jīng)達(dá)到了。預(yù)計(jì)

16、，聚合物鋰離子電池的市場(chǎng)滲透率在年將達(dá)到。聚合物鋰離子電池作為未來(lái)幾年數(shù)碼電池發(fā)展的方向，這將給鋰電池的發(fā)展帶來(lái)很大的影響。因信息記錄材料 年 第 卷 第期 綜 述 未來(lái)將成為替代傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的新一代產(chǎn)品， 也 是鋰離子電池發(fā)展的主流趨勢(shì) 。深圳市欣旺達(dá)電子 有限公司董秘孫威指出，聚合物鋰電池是目前最成 熟的電池技術(shù)， 如果把電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)也計(jì)算在內(nèi)， 聚 合物鋰電池未來(lái)的市場(chǎng)將會(huì)難以估量。 為， 在動(dòng)力鋰電池 、 大型儲(chǔ)能市場(chǎng)還未大規(guī)模打開(kāi) 的情況下， 手機(jī)電池仍然將作為聚合物鋰電池的最 為主要的應(yīng)用領(lǐng)域 。 目前在航模車(chē)模 、 電動(dòng)玩具 （尤其遙控飛行玩具） 、 電動(dòng)工具 、 電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域廣

17、泛 氫鎳電池和鉛酸電池 。 歐盟各國(guó)禁 使用鎘鎳電池 、 止含有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)品進(jìn)入， 不久將在北美等發(fā) 達(dá)國(guó)家實(shí)行 。 鉛酸電池 、 鎘鎳電池受到限制， 聚合 物鋰離子電池的高比能量 、 高比功率 、 與環(huán)境友好 的性能遠(yuǎn)超過(guò)氫鎳電池， 聚合物鋰離子電池將是鉛 鎘鎳電池的最好替代品 。 液態(tài)鋰離子電池 酸電池 、 安全隱患迫使 、 松下等日本電池公司轉(zhuǎn)向生 產(chǎn)聚合物鋰離子電池 。 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 聚合物鋰電池因獨(dú)具的優(yōu)勢(shì)， 全球出貨量 從 年的 增長(zhǎng)到 年的 ， 增長(zhǎng) ， 預(yù)計(jì) 年達(dá)到 （如圖 所 。 同時(shí)， 聚合物鋰電池所用的軟包裝鋁塑膜與聚合物 示 ） 鋰電池的出貨量呈正比增長(zhǎng)趨勢(shì)。 參 考

18、文 獻(xiàn) 李永安， 徐立球， 李學(xué)兵聚合物鋰離子蓄電池芯軟包裝材 料的設(shè)計(jì)電源技術(shù)， （） 劉繼福，郭純武，劉嘉鑫聚合物鋰電池軟包裝材料的瓶頸突 破中國(guó)包裝， （）： 鄭 榮 鵬 聚 合 物 鋰 離 子 電 池 的 軟 包 裝 技 術(shù) 電 池 工 業(yè) ， ，（）： 中 國(guó) 新 鋰 電 池 鋁 塑 膜 行 業(yè) 調(diào) 研 報(bào) 告 高 工 新 聞 心資料： 錢(qián)伯章聚合物鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀與展望國(guó)外塑料， ，（）： 金明鋼我國(guó)固態(tài)鋰離子電池工業(yè)發(fā)展近況電池工業(yè) ， ， （）： 馮華君， 陳淵， 代克化等一種新型鋰離子電池用聚合物電 解質(zhì)復(fù)合 膜 的制 備 和性 能 表征 物理 化 學(xué)學(xué) 報(bào) ， ， （） ： ， ， ： 秦楠 鋰離子電池用軟包裝復(fù)合材料的制備及其性能研究 合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖 年至 年聚合物鋰電池出貨圖 黃麗， 舍明 鋼 ， 尤會(huì) 跨 等聚 合 物鋰 離子 蓄 電池 氣 脹原 因 的初步探討電源技術(shù)， ， （）： 聚合物鋰離子電池被認(rèn)為是未來(lái)最具發(fā)展?jié)摿?和應(yīng)用市場(chǎng)的電池產(chǎn)品。 預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)， 它將取 代液態(tài)鋰離子電池近 的市場(chǎng)份額，中國(guó)軟包裝 鋁塑膜的市值將達(dá)到 億元。聚合物鋰離子 電池越來(lái)越多的成為新一代移動(dòng)數(shù)碼設(shè)