胶粘剂作为电池产业的一种原材料,虽然用量较少,但对电池的使用性能、产品质量有非常大的影响。选择合适的胶粘剂不仅可以起到减少或取消焊接、简化组装工序、保证电池平滑美观,还能够局部增强结构、优化了电池结构设计、提高结构韧性、耐疲劳性、抗冲击性和耐腐蚀性。

 

胶粘剂在电池上的应用
胶粘剂在电池行业的应用

胶粘剂在电池上的应用

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胶粘剂可在极片制作中作为粘结剂提供对集流体的粘结,也可在其他制作过程中使用。
其他部位用胶按部位受力情况粘接剂可分为结构型非结构型
结构胶及其粘接点必须能传递结构应力,在设计范围内不影响其结构的完整性及对环境的适用性。结构胶主要应用于组件装配边框等刚性结合非结构胶应用其他的粘接性连接,起定位、密封、绝缘和阻挡作用。
按用胶点可以分为组件装配用胶极片卷绕用胶极耳胶HMA胶

组件装配用胶

在 CE 组件装配的过程中,边框部分(不锈钢,铝合金或者工程塑料等)需要用胶来粘结密封组件内部电池之间需要用胶来提供灌封固定电池组
粘结密封胶要求其具有耐化学腐蚀,高强度,耐疲劳性能,不塌陷,不流挂,耐化学腐蚀等性能,保证电池在装配,运输,使用过程中不会由于强力振动导致脱胶,电解液不会腐蚀接头泄露到电池之外,外部酸碱雨水等化学品不会腐蚀接头进入电池内部。
灌装胶紧密填充在组件周围,要求其具有强度高,收缩率小,尺寸稳定,绝缘性好,可导热,耐候和耐化学性能优异,较好的韧性等性能。同时在电池使用的过程中电池温度会升高,需要有一定的耐高温性能并且由于温度变化体积收缩小。需要说明的是,目前有厂家用灌封胶来实现防盗版等功能。
胶粘剂在电池上的应用
组件装配用胶
常用的几种粘接密封胶和灌封胶性能比较:
环氧胶:硬度高,有良好的粘接力,绝缘性能佳,耐温在 150℃左右,不可修复。
硅胶:固化后多为软性,粘接力差,耐高低温,可长期在 260℃工作,绝缘性能较环氧树脂 好,修复性好。
聚氨酯:粘接力介于环氧和有机硅之间,耐温一般不超过 100℃,耐低温性能好,气泡多, 一半需要真空灌缝。

极片卷绕用胶

在极片卷绕过程中需要用胶粘剂对阴阳极极片进行限位、固定和绝缘等,这类胶粘剂一般不需要太大的粘接强度,但是需要其耐电解液腐蚀性,耐高温,绝缘,厚度小,保持力强、 阻燃、不残胶并且能够快速粘接不影响生产节拍,一般采用压敏胶带来实现
 
压敏胶是一类室温呈干状、具有干黏性和永久黏性的材料。胶粘带是压敏胶的主要使用形式。在手指或手掌轻压下, 压敏胶带就能牢固地黏附在基材表面; 并能从被粘物表面剥离, 不残留胶粘剂的痕迹。
 
胶粘剂在电池上的应用
卷绕用压敏胶
压敏胶常用基材:PET,PP,PE,UPVC,HDPE。
与其他基材相比,PET 基材的比其他基材有更好的强度和耐温性能,绝缘性能好,耐高 温性能好,耐老化。
 
压敏胶常用主体树脂:天然橡胶和合成橡胶类,丙烯酸类、有机硅类。
橡胶类:初粘性好,可以粘接各类难粘表面(PP,PE,喷涂材料等),成本低,不耐低温,耐化学品差。
丙烯酸脂类:初粘性略低,终粘性好,持粘力高,耐高温性能好(150℃),成本居中,耐老化,不耐低温,耐化学品好。
有机硅类:初粘性一般,终粘性一般,可以粘接更多难粘表面(PTFE,PP,PE,喷涂材料 等),耐高温性能优异(200~300℃),耐低温好(-65℃),耐化学品好。
 
在电池卷绕过程中,建议选择 PET 基材有机硅树脂丙烯酸脂的压敏胶来保证更好的耐电解液腐蚀,绝缘,耐高温等性能。

极耳胶

 

在极耳焊接工序中,极耳胶用于极耳与其它部位的绝缘维护和固定。
目前,国内市场所使用的极耳胶分为白胶黑胶黄胶单层胶,各种胶的对比分析如下:
 
黑胶其功能层和 PP 层为不同物质复合,界面多,经过电解液浸泡后本身会分层剥离,且黑胶 PP 层里还有 3 各不同融点的物质,黑色素:66℃,PE 105℃,PP137℃,界面更加不稳定。
黄胶极耳功能层本身融点接近 300℃,所以热封时会更好操作。中间功能层改用了无纺纤维层代替原来的聚二甲酸乙二醇酯,界面融合较黑胶好,但仍然无法解决不同物质之间的 彻底融合问题。
 
黄胶由于本身 PP 层技术的原因,在热封后会变得异常坚硬,失去柔韧性, 在封装电池和后期加工(转镍、加板)时,易使极耳胶及极耳金属断裂,从而使电池产生漏 液、气胀等, 而白胶极耳由于 3 个功能层使用的材料属于同类物质(PP 类),在热封后仍可 以保持极高的柔韧性。
白胶采用三层具有不同功能的 PP 材料经共挤制得,其功能层热封温度较宽 150— 180℃,略低于电池封装温度(180-220℃),可以有效的防止切面短路问题,增大了电池 封装时可操作的温度范围,具有更广的热封温度,保证了与铝塑膜的融合,而 3 层 PP 间明 显的温差使封装的操作性更强,提高了电池生产的成品率。
单层白胶类似于初期的铝塑膜内层,因只有一个融点,热封温度超过融点则易导致完全 融解短路,热封温度在不足时则形成软化,这将导致和铝塑膜的 CPP 层不能完全融解聚合。
在极耳胶的使用过程中,一般特别关注极耳胶与铝塑膜的粘合性、耐液性以及与金属条的密封程度、融边融角严密性等等,这些除了与极耳胶的性能息息相关外,还与金属条的防腐、浸润性处理,极耳制作过程,电池的密封工艺等有着密不可分的关系。所以,应该根据实际工艺性选择最合适的极耳胶。

HMA胶

 

电池在跌落过程中由于电芯和 Pocket 之间的相对移动会导致顶封冲开进而使电池失效, 因此,为改善电池跌落过程中的安全性能,需要固定电芯和 Pocket 的相对位置,减少相对位移
目前来看,使用双面胶带固定是一种简单有效的方式,但普通双面胶带两面均有粘性,在裸电芯封装时会导致 Pocket 打皱,影响电池外观。为实现工艺上的可行性,需要将双面胶带制成一面具有初粘性,另一面无初粘性,在受压或受热后能产生粘性的胶带,结构如图所示。
胶粘剂在电池上的应用
锂离子电池用 HMA 结构示意
资料来源:锂电前沿
 

原文始发于微信公众号(锂电产业通):胶粘剂在电池上的应用

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作者 li, meiyong