丨膠帶在鋰電池制造過(guò)程中的全應(yīng)用
固特維鋰電池膠帶丨
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1.什么是鋰電池膠帶
鋰電池膠帶是指在鋰電池電芯中段生產(chǎn)工序（卷繞/疊片、外殼焊接和封口等工序）中用于電極繞卷、極片保護(hù)和卷芯終止等作用的壓敏膠粘帶，其主要作用是在鋰電池上起到絕緣和固定的作用，鋰電池膠帶的發(fā)展是伴隨鋰離子電池的發(fā)展而發(fā)展。
2.鋰電池膠帶研究現(xiàn)狀
鋰電池膠帶是一種具有特殊功能特性的壓敏膠帶 ，具有一定的初粘性、持粘性、 耐溫性和耐化學(xué)腐蝕性，且在無(wú)污染情況下可反復(fù)使用、剝離后對(duì)被粘物表面無(wú)污染等特性。
鋰電池膠帶因用于鋰電池的不同部位需要、不同功效要求、不同性能標(biāo)準(zhǔn)和不同生產(chǎn)公司等，為了滿(mǎn)足客戶(hù)及市場(chǎng)需求而分為不同特性的鋰電池膠帶。
鋰電池膠帶的特性主要是由基材、膠粘劑和用途等因素決定的，所以鋰電池膠帶一般按基材、膠粘劑和用途來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。鋰電池膠帶的種類(lèi)繁多，生產(chǎn)廠家多根據(jù)客戶(hù)對(duì)材料的使用要求開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)鋰電池膠帶，其中，膠粘劑的成分決定了鋰電池膠帶的特性與用途，常用的膠粘劑有丙烯酸酯膠粘劑、 橡膠膠粘劑等。
使用不同膠粘劑為原料制備的鋰電池膠帶具有不同的特性：用丙烯酸酯膠粘劑制備的丙烯酸酯鋰電池膠帶具有良好的抗老化性和耐候性、較高的耐溫性和良好的熱穩(wěn)定性，對(duì)極性表面有著良好的粘接性、對(duì)非極性表面的粘接力較小，起始剝離強(qiáng)度較低等；用橡膠膠粘劑制備的橡膠鋰電池膠帶具有在高溫下有更高的抗剪切力、與各種表面均可粘貼、良好的初粘力，但抗老化性、抗溶劑性較差。
3.粘接原理
粘著劑和物體之間是通過(guò)“分子間力”來(lái)進(jìn)行結(jié)合的。分子間力是指分子和分子靠近后由于電荷而產(chǎn)生的相互作用。通常固體和固體無(wú)論如何接觸都不會(huì)產(chǎn)生粘接，是因?yàn)楣腆w之間的表面有納米級(jí)別的凹凸，固體之間不能靠近到分子間力產(chǎn)生效果的距離程度。
粘著劑能夠填滿(mǎn)固體表面的凹凸，使粘接變成可能，因?yàn)檎持鴦┖苋彳洠梢杂脕?lái)填滿(mǎn)固體間的凹凸間隙，使分子間力產(chǎn)生作用，從而達(dá)到粘接的目的。
4.鋰電池膠帶制備
不同的鋰電池廠家因其電池類(lèi)型、型號(hào)及生產(chǎn)設(shè)備不同而使用不同的鋰電池膠帶，綜合起來(lái)鋰電池膠帶制備應(yīng)用工序大致為：
①基材處理，PP、PET和PI薄膜基材通過(guò)表面電暈處理得到一面粗糙一面光滑的薄膜基材，也可再通過(guò)在非上膠面涂布離型劑得到離型膜，或者可以再加一層數(shù)字油墨得到數(shù)字膜；
②涂膠，在處理薄膜的電暈面涂布?jí)好裟z水，通過(guò)高溫烘道使膠水烘干、固化；
③收卷，通過(guò)設(shè)備冷卻，再按規(guī)格要求收卷得到半成品；
④裁切，半成品收卷時(shí)收成的母卷需經(jīng)過(guò)復(fù)卷再分切或分條得到成品（半成品收卷時(shí)只收小卷可直接分切或分條得到成品）即可包裝出售。
加工膠帶所經(jīng)過(guò)的設(shè)備有膠帶涂布機(jī)、精密復(fù)卷機(jī)、 精密分條機(jī)、精密分切機(jī)，為了保證膠帶在生產(chǎn)過(guò)程 不被污染特別是不被磁性物質(zhì)污染，所有過(guò)程需在萬(wàn)級(jí)以上潔凈區(qū)域完成。
5.鋰電池膠帶的基材
基材是鋰電池膠帶中的載體，其影響了鋰電池膠帶的溫度使用范圍、抗拉伸度、抗剪切力和材料成本等因素。常見(jiàn)的基材有BOPP（雙向拉伸聚丙烯薄膜）、PET（耐高溫聚酯薄膜）、PI（聚酰亞胺薄膜） 和nomex（間位芳綸或芳綸1313）紙等；聚合物薄膜因具有尺寸穩(wěn)定、彈性較高、絕緣性良好、耐酸堿性較好、抗撕裂強(qiáng)度較佳以及抗增塑劑等優(yōu)良性能而成為鋰電池膠帶的常用載體基材。
不同的基材賦予鋰電池膠帶不同的特性，郭培鈞等通過(guò)同一丙烯酸酯膠水中加入適量交聯(lián)劑和顏料后分別制成BOPP和PET基材膠粘帶，以BOPP膜為基材的產(chǎn)品耐溫性和耐電解液性PET基膠帶差。基材的耐溫性能決定了鋰電池膠帶的使用溫度環(huán)境上限，耐溫性能，PI基材＞PET基材＞BOPP基材，PI基材耐溫性能相對(duì)最好，BOPP基材耐溫性能相對(duì)最差。基材成本與耐溫性能相反，BOPP鋰電池膠帶成本相對(duì)最低、PI鋰電池膠帶成本相對(duì)最高。
6.熱熔鋰電池膠帶
隨著新材料的開(kāi)發(fā)，鋰電池膠帶行業(yè)引進(jìn)了一些新的膠粘劑種類(lèi)，如單面熱熔鋰電池膠帶，鋰電池用雙面熱熔膠帶。
單面熱熔鋰電池膠帶由密封熱熔壓敏膠層和基膜層組成，該單面膠帶粘性較好，能夠耐鋰電池的電解液腐蝕，不與鋰電池內(nèi)的電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，保持了鋰電池的性能。使用單面熱熔鋰電池膠帶的鋰電池極組和外包裝材料粘接穩(wěn)固，不會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，抗摔能力較好，安全性較高，使用壽命較長(zhǎng)，質(zhì)量穩(wěn)定。
鋰電池用雙面膠帶中的一面有粘性，通常為丙烯酸酯膠；另一面常溫?zé)o粘性，遇熱發(fā)黏，通常為熱熔膠。在使用中膠帶一面在常溫下對(duì)鋁箔和聚乙烯膜有粘接性，另一面要在80℃以上環(huán)境才會(huì)對(duì)聚丙烯面有粘接性，較適合鋰電池的生產(chǎn)工藝需求。
7.鋰電池膠帶的用途
在Module電池模組里面，市面上比較多的是三種電池方式，特斯拉常用的圓柱電池，CATL常用的方形電池，LG等使用的軟包電池。在這里可以看出設(shè)計(jì)不一樣，很多用膠方式就差異蠻大的，沒(méi)有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。膠帶的應(yīng)用點(diǎn)，典型有以下：
7.1 鋰電池終止膠帶
鋰電池終止膠帶是指鋰電池電芯中段生產(chǎn)工序卷繞/疊片中用于電極繞卷和卷芯終止等的壓敏膠粘帶
這種膠帶除了具有壓敏膠帶一般性能外，還在基材選擇、黏附性、耐溫性和耐電解液性能等方面有著特殊要求，是一類(lèi)特殊的壓敏膠粘制品。鋰電池終止膠帶是電池中使用較多的一類(lèi)壓敏膠帶。
①超薄鋰電池終止膠帶
隨著各種電子設(shè)備的小型化發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)電池大小和厚度要求越來(lái)越苛刻，隨之鋰電池材料的厚度也要求越來(lái)越薄。梁文學(xué)等以植物油基環(huán)氧油酸甲酯（EMO）為原料，合成了功能性高分子單體丙烯酸油酸甲酯（AMO），將AMO分別與甲基丙烯酸甲酯等硬單體及一些功能性單體進(jìn)行聚合,制備出了墨綠色、無(wú)鹵素和超薄的鋰離子電池終止膠帶。之后，江西中輝新材料公司等鋰電池生產(chǎn)廠家也相繼開(kāi)發(fā)出了9μm、12μm的超薄鋰離子電池終止膠帶。
②鋰電池?cái)?shù)碼終止膠帶
現(xiàn)今市場(chǎng)上對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)質(zhì)量提出可控性及可追溯的要求，鋰電池?cái)?shù)碼終止膠帶是為符合市場(chǎng)這一需求而開(kāi)發(fā)的另一種鋰電池終止膠帶。是在鋰電池終止膠帶上，增加印刷數(shù)碼標(biāo)示，其性能要求與鋰電池終止膠帶一致。數(shù)碼膠帶通常由膠粘劑層、保護(hù)層、油墨層、底涂層、基層和離型層組成膠帶結(jié)構(gòu)，以雙向拉伸PET或PP薄膜為基材，印刷油墨為數(shù)字功能層，基材的非數(shù)字面涂布單組分非硅離型劑作為解卷涂層；在基材涂數(shù)字面上再涂布丙烯酸酯膠粘劑層，以此制成鋰電池?cái)?shù)碼膠帶。
7.2 耐高溫膠帶
鋰電池耐高溫膠帶是為了使鋰電池在生產(chǎn)和使用等高溫極限條件下具有良好的穩(wěn)定性，需要鋰電池能夠在高溫環(huán)境下能長(zhǎng)時(shí)間保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、化學(xué)性能不變，保證鋰電池在高溫環(huán)境下不短路、不漏電及液體泄露等特性而開(kāi)發(fā)出的一種電池膠帶。
最初的鋰電池耐高溫膠帶是有機(jī)硅硅膠膠帶，但是近年來(lái)鋰電池行業(yè)提出電芯內(nèi)不能含有硅元素，因此現(xiàn)在市面上用的耐高溫膠帶大部分為丙烯酸酯電池膠帶。
7.3 雙層鋰電池保護(hù)膜膠帶
鋰電池外殼堅(jiān)硬、菱角分明，要求保護(hù)包邊的鋰電池膠帶具有柔軟性、粘性較強(qiáng)、貼合較好以及長(zhǎng)時(shí)間不起翹，這類(lèi)膠帶稱(chēng)之為雙層鋰電池保護(hù)膜膠帶。
萬(wàn)中梁等通過(guò)雙層PET薄膜和雙層膠粘劑層的復(fù)合結(jié)構(gòu)使膠帶在耐磨堅(jiān)韌的同時(shí)更柔軟；
通過(guò)涂布添加酚醛樹(shù)脂的高粘改性亞克力膠粘劑使粘性更強(qiáng)，從而達(dá)到膠帶貼合性更好、不容易起翹，且在130℃烘烤0.5h以上撕下不殘膠，可以更好地保護(hù)電池。
7.4 鋰電池極耳膠帶
李文等在制作鋰電池電芯時(shí)需要在極耳上焊接Tab lead（TAB引線），這樣對(duì)極耳進(jìn)行加長(zhǎng)，方便下道工序在頂側(cè)封時(shí)將密封劑融化進(jìn)行密封。Tab lead焊接采用超聲波進(jìn)行焊接，在焊接完成后，極耳上會(huì)有焊點(diǎn)產(chǎn)生。由于極耳伸出高度位置不一定符合要求。一般需要對(duì)極耳進(jìn)行折彎，在這種情況下容易產(chǎn)生短路，所以需要對(duì)焊接的位置進(jìn)行加貼絕緣膠帶，而且極耳的2面都需要粘貼上絕緣膠帶。
7.5 動(dòng)力電池膠帶
7.5 動(dòng)力電池膠帶
動(dòng)力電池膠帶是采用PET薄膜為基材，在PET薄膜上涂覆非硅類(lèi)壓敏膠（丙烯酸酯膠水或橡膠膠水），用于電動(dòng)汽車(chē)軟包裝動(dòng)力電池的殼體、設(shè)置在殼體內(nèi)的電芯、蓋封殼體的頂蓋、電芯頂面、兩大側(cè)面以及底面等部位起絕緣維護(hù)和固定作用的電池膠帶。
7.6 鋰電池保護(hù)膜
鋰電池保護(hù)膜膠帶主要采用PET膜和BOPP膜為基材，涂布丙烯酸膠水，用于軟包電池以及聚合物鋰電芯生產(chǎn)過(guò)程中鋁塑膜表面的粘貼及保護(hù)。特點(diǎn)是潔凈度較高、粘性適中，粘貼鋁塑膜時(shí)不起翹，不會(huì)破壞條形噴碼，耐一定的高溫而不殘膠，抗刮傷，耐穿刺，產(chǎn)品符ROHS標(biāo)準(zhǔn)等。
7.7 阻燃雙面膠
主要用于泡棉等組件的粘接。
7.8 側(cè)板熱壓絕緣膜
是一個(gè)單面的熱熔型膠帶，熱壓貼合在電池PACK的內(nèi)側(cè)，起到絕緣電池和外殼的作用。
7.9 導(dǎo)熱墊片
熱界面材料，導(dǎo)熱墊片是填充發(fā)熱器件和散熱片或金屬底座之間的空氣間隙，它們的柔性、彈性特征使其能夠用于覆蓋非常不平整的表面。熱量從分離器件或整個(gè)PCB傳導(dǎo)到金屬外殼或擴(kuò)散板上，從而能提高發(fā)熱電子組件的效率和使用壽命。
7.10 膨脹膠帶
采用OPS樹(shù)脂薄膜為基材，涂布防電解液壓敏膠水，電芯入殼后，在高溫和電解液環(huán)境下，薄膜有150-200%左右的膨脹，將內(nèi)電芯和外殼之間縫隙填滿(mǎn)，防止震動(dòng)，主要用在有震動(dòng)的電動(dòng)工具行業(yè)。OPS的英文全稱(chēng)是Oriented Polystyrene Films，中文意思是定向聚苯乙烯薄膜。
7.11 鋁塑膜
鋁塑膜也是一個(gè)膠膜類(lèi)產(chǎn)品。軟包電池的核心材料。
結(jié)語(yǔ)
隨著對(duì)現(xiàn)有材料和電池設(shè)計(jì)技術(shù)的改進(jìn)以及新材料的出現(xiàn)，鋰離子的應(yīng)用范圍不斷拓展，鋰電池膠帶作為鋰電池生產(chǎn)制造中必備的材料之一其發(fā)展前景廣闊。
加載中...
