鋁塑膜的是由外層尼龍層（ON）、粘合劑、中間層鋁箔（Al）、粘合劑、內(nèi)層熱封層（CPP）構(gòu)成的多層膜，是軟包鋰電池的封裝材料。電池用鋁塑膜被要求具備如下特點：

（1）具備極高的阻隔性；

（2）具有良好的熱封性能；

（3）材料耐電解液及強酸腐蝕；

（4）具有良好的延展性、柔韌性和機械強度。

鋁塑膜主要成分是ON/AL/CPP三層物質(zhì)，每層之間以粘結(jié)劑粘合。根據(jù)復(fù)合工藝的不同，可以將鋁塑膜分為干法和熱法兩種，如圖1所示。干法工藝是鋁和聚丙烯用粘合劑粘結(jié)后直接壓合而成，熱法工藝是鋁和聚丙烯之間用MPP粘結(jié)著，在緩慢升溫升壓熱壓合而成。干法工藝鋁塑膜主要優(yōu)勢有沖深成型效果好，外觀一致性好，不易出現(xiàn)針孔、魚眼、雜質(zhì)等不良，但其耐電解液性較差。熱法工藝可以提高Al層與PP層之間的粘附力，使內(nèi)表層防電解液溶脹脫落能力大大提升，但是這種特殊處理的MPP 需要較高的溫度將其熔化才能起到粘結(jié)作用，冷卻后，因與PP的收縮系數(shù)存在較大差異，很容易出現(xiàn)向內(nèi)卷曲的情況。

圖1 兩種鋁塑膜示意圖

1 各部分作用

Nylon ：可以有效阻止空氣尤其是氧的滲透，維持電芯內(nèi)部的環(huán)境，同時可以保證包裝鋁箔具備良好的形變能力。

Al ：可以有效阻止空氣中水分的滲透，維持電芯內(nèi)部的環(huán)境，具有一定的厚度強度能夠防止外部對電芯的損傷。

PP ：不會被電芯內(nèi)有機溶劑溶解、溶脹等，是電芯內(nèi)部環(huán)境的最直接的包裝保護，絕緣，有效阻止內(nèi)部電解質(zhì)等與 Al layer 接觸，避免 Al layer 被腐蝕。

2 評價方法

為了全面了解鋰電池鋁塑膜的各項性能，建立鋁塑膜的性能評價標準，篩選出性價比良好的鋁塑膜產(chǎn)品，對鋁塑膜的性能評價方法進行簡單總結(jié)。

（1）鋁塑膜材料的外觀

目測鋁塑膜表面是否有坑點、劃痕等，各復(fù)合層間是否有雜物、氣泡等。使用千分尺取不少于 10個點測量鋁塑膜的厚度和寬度，并判斷其均勻性。

（2）熱封強度

在一定的溫度、時間、壓力的封裝條件下，將兩片鋁塑膜或與極耳粘合，取一定寬度封口裁切成條，使用拉力測試設(shè)備測試剝離強度。觀察剝離后的鋁塑膜內(nèi)表層是否呈均勻乳白色，要求Al層與內(nèi)表層不分層。軟包裝材料的熱封工藝參數(shù)主要有熱封時間、熱封壓力和熱封溫度，一般情況下，需要重優(yōu)化調(diào)整這 3個參數(shù)，使熱封效果達到最佳。

（3）沖深能力

鋁塑膜用良好的成型模具沖深，在一定取值范圍內(nèi)調(diào)整成型深度，直至鋁塑膜邊角出現(xiàn)破裂，記錄出現(xiàn)破裂前的深度最大值。鋁塑膜的沖深后必須滿足以下條件：沖坑的四個邊角最薄處不小于原來 50%的厚度、內(nèi)層 PP 層厚度為 60~65微米。否則會造成電池成型后有漏點，嚴重影響電池性能。

（4）耐電解液腐蝕性能

鋁塑膜中與電解液接觸的是內(nèi)層的 PP 層以及周邊的熱封口，這些地方必須具備良好的耐電解液腐蝕性能。將成型后的鋁塑膜先封焊兩邊，不加極耳和電芯，注入一定量的電解液，在一定溫度條件下烘烤一定的時間后進行觀察。觀察封焊成型后鋁塑膜是否有腐蝕、漏液、膨脹、分層現(xiàn)象。

（5）阻隔性能

將封裝袋置于水浴或高溫高濕環(huán)境中，一段時間后取出，觀察鋁塑膜是否異常，且通過稱重或水分測試判斷其吸水量，表征鋁塑膜的阻隔性能。

3 沖壓成型工藝

鋁塑膜沖坑成型過程示意圖2如示，下，上模版與下模版（凹模）將鋁塑膜夾緊，保持一定的壓力P，凸模以平緩的速度向下運行，使鋁塑膜達到要求的深度。

圖2 鋁塑膜沖壓成型示意圖

如圖3，目前企業(yè)實際生產(chǎn)采用的沖壓工藝有以下兩種： ( 1) 延伸性沖深：壓邊圈對鋁塑膜壓力較大，鋁塑膜邊緣部分被固定，被固定的部分不產(chǎn)生形變，難以對沖深部分進行補償，成形時邊緣部分完全由底部補償，沖深淺，可調(diào)性差，目前采用較少；( 2) 補償性沖深：壓邊圈對鋁塑膜壓力可調(diào)，鋁塑膜沖深部位可由邊緣及底部材料補償，鋁塑膜整體運動變形，厚度比較均勻，沖深能力強。

成形鋁塑膜外殼如圖4所示，其邊角位置減薄最為嚴重，是影響成形鋁塑膜外殼整體質(zhì)量的關(guān)鍵性因素，應(yīng)該作為衡量鋰離子電池鋁塑膜外殼成形質(zhì)量檢驗的關(guān)鍵點。影響鋁塑膜沖壓成形質(zhì)量的工藝參數(shù)主要有模具 ( 凸模和凹模) 設(shè)計、壓邊力和沖壓速度等。

圖4 沖壓成型鋁塑膜

模具設(shè)計包括模具長寬尺寸、凸模和凹模的R角、模具的表面粗糙度、上沖頭和下模之間的沖切間隙等。凸模圓角半徑與凹模摩擦系數(shù)的選擇對鋁塑膜沖壓工藝質(zhì)量影響較大，模具表面粗糙度過大時，粗糙度大造成摩擦力大，流動阻力也相應(yīng)變大，從而阻礙材料流動，不利于包裝袋成形工藝時的流動補充，從而造成鋁塑膜沖壓成形鋁層的過度變薄。沖坑尺寸、深度、四角R角、邊線R角是根據(jù)電芯尺寸、鋁塑膜特性與沖坑模具相關(guān)的。沖深與R角存在優(yōu)化的關(guān)系，R角設(shè)計還應(yīng)該與電芯尺寸配合，避免鋁塑膜封裝造成對電芯邊角的損傷。

鋰離子電池制造過程中，極片生產(chǎn)完成后，正負極極片和隔膜采用卷繞或者疊片方式組裝在一起，隔膜將正負極極片隔離開。在電池充放電過程中，隔膜隔離正負極極片之間的電子傳導(dǎo)，而允許鋰離子通過。

卷繞或疊片組裝之后，裸電芯需要進行熱壓處理，對極片和隔膜整形，使它們更加緊密接觸，降低鋰離子傳輸阻力。在熱壓地同時，往往會對裸電芯進行絕緣耐電壓測試，主要判斷電芯內(nèi)部是否存在異物顆粒造成短路。

絕緣耐電壓測試一般采用安規(guī)儀，測試時，儀器給電芯加一個電壓，這個電壓持續(xù)一段規(guī)定的時間，然后檢測其漏電電流量是否保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，判斷電芯正負極有無短路。一般，施加電壓如圖1所示：

①在一定時間t1內(nèi)，對電芯從0開始加電壓至U。

②電壓U保持一段時間至t2。

③測試完成后，切斷測試電壓，并對電芯雜散電容放電。

在測試中，正負極極片由于相互靠近，僅僅15-30μm，裸電芯內(nèi)部會形成一定的電容（雜散電容），由于電容量存在，測試電壓必須由“零”開始，緩慢上升，以避免充電電流過大，電容量越大所需的緩升時間t1越長，一次所能增加的電壓也越低。充電電流過大時，一定會引起測試器的誤判，使測試的結(jié)果不正確。一旦被測電芯的雜散電容被充滿，只會剩下實際的漏電電流。由于直流耐壓測試會對被測電芯充電，所以在測試后，一定要對被測電芯放電。

隔膜都存在一定的耐電壓強度，當(dāng)加載電壓過高時肯定能夠擊穿隔膜，形成漏電流。因此，首先電芯絕緣測試電壓要低于擊穿電壓。如圖2所示，當(dāng)正負極之間不存在異物時，在測試電壓下漏電流小于規(guī)定值，判定電芯合格。而如果正負極之間存在一定尺寸的異物，隔膜被擠壓，正負極之間的間距減小，正負極之間擊穿電壓會下降，如果還加載相同的電壓，漏電流可能超過設(shè)定的警報值。通過設(shè)定測試電壓等參數(shù)，就可以統(tǒng)計分析判斷電芯內(nèi)部的異物尺寸，然后根據(jù)實際產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)狀和品質(zhì)要求，可以設(shè)定測試參數(shù)，制定品質(zhì)判斷標準。

在測試中，主要的參數(shù)包括電壓緩升時間t1，電壓保持時間t2，加載電壓U，以及報警漏電流。前面所述，t1和U與電芯雜散電容有關(guān)，電容量越大所需的緩升時間t1越長，加載電壓U越低。而且U也與隔膜本身的耐電壓強度有關(guān)，一般地，隔膜越薄，耐電壓強度越低，測試電壓U頁應(yīng)該更低。報警電流設(shè)定需要考慮電容充電電流，充電電流越大，報警電流也應(yīng)該設(shè)定大些，否則會引起誤判，將合格產(chǎn)品判定為不合格，影響產(chǎn)品合格率。隔膜水分含量大時也容易形成較大的漏電流。如果測試電芯內(nèi)部存在異物，造成內(nèi)部短路，隔膜被擊穿，具體情況如圖3所示。

因此，裸電芯的絕緣耐電壓測試是產(chǎn)品過程檢驗的一個重要步驟，可以檢測出不合格產(chǎn)品，提高最終電池產(chǎn)品的安全系數(shù)。實際測試需要考慮參數(shù)設(shè)定，判定標準等眾多因素。