膠粘劑作為電池產業的一種原材料,雖然用量較少,但對電池的使用性能、產品質量有非常大的影響。選擇合適的膠粘劑不僅可以起到減少或取消焊接、簡化組裝工序、保證電池平滑美觀,還能夠局部增強結構、優化了電池結構設計、提高結構韌性、耐疲勞性、抗沖擊性和耐腐蝕性。

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膠粘劑可在極片制作中作為粘結劑提供對集流體的粘結,也可在其他制作過程中使用。其他部位用膠,按部位受力情況粘接劑可分為結構型和非結構型。結構膠及其粘接點必須能傳遞結構應力,在設計范圍內不影響其結構的完整性及對環境的適用性。結構膠主要應用于組件裝配邊框等剛性結合,非結構膠應用其他的粘接性連接,起定位、密封、絕緣和阻擋作用。按用膠點可以分為組件裝配用膠、極片卷繞用膠、極耳膠和HMA膠。
在 CE 組件裝配的過程中,邊框部分(不銹鋼,鋁合金或者工程塑料等)需要用膠來粘結密封,組件內部電池之間需要用膠來提供灌封固定電池組。粘結密封膠要求其具有耐化學腐蝕,高強度,耐疲勞性能,不塌陷,不流掛,耐化學腐蝕等性能,保證電池在裝配,運輸,使用過程中不會由于強力振動導致脫膠,電解液不會腐蝕接頭泄露到電池之外,外部酸堿雨水等化學品不會腐蝕接頭進入電池內部。灌裝膠緊密填充在組件周圍,要求其具有強度高,收縮率小,尺寸穩定,絕緣性好,可導熱,耐候和耐化學性能優異,較好的韌性等性能。同時在電池使用的過程中電池溫度會升高,需要有一定的耐高溫性能并且由于溫度變化體積收縮小。需要說明的是,目前有廠家用灌封膠來實現防盜版等功能。環氧膠:硬度高,有良好的粘接力,絕緣性能佳,耐溫在 150℃左右,不可修復。硅膠:固化后多為軟性,粘接力差,耐高低溫,可長期在 260℃工作,絕緣性能較環氧樹脂 好,修復性好。聚氨酯:粘接力介于環氧和有機硅之間,耐溫一般不超過 100℃,耐低溫性能好,氣泡多, 一半需要真空灌縫。
在極片卷繞過程中需要用膠粘劑對陰陽極極片進行限位、固定和絕緣等,這類膠粘劑一般不需要太大的粘接強度,但是需要其耐電解液腐蝕性,耐高溫,絕緣,厚度小,保持力強、 阻燃、不殘膠并且能夠快速粘接不影響生產節拍,一般采用壓敏膠帶來實現。壓敏膠是一類室溫呈干狀、具有干黏性和永久黏性的材料。膠粘帶是壓敏膠的主要使用形式。在手指或手掌輕壓下, 壓敏膠帶就能牢固地黏附在基材表面; 并能從被粘物表面剝離, 不殘留膠粘劑的痕跡。壓敏膠常用基材:PET,PP,PE,UPVC,HDPE。與其他基材相比,PET 基材的比其他基材有更好的強度和耐溫性能,絕緣性能好,耐高 溫性能好,耐老化。壓敏膠常用主體樹脂:天然橡膠和合成橡膠類,丙烯酸類、有機硅類。橡膠類:初粘性好,可以粘接各類難粘表面(PP,PE,噴涂材料等),成本低,不耐低溫,耐化學品差。丙烯酸脂類:初粘性略低,終粘性好,持粘力高,耐高溫性能好(150℃),成本居中,耐老化,不耐低溫,耐化學品好。有機硅類:初粘性一般,終粘性一般,可以粘接更多難粘表面(PTFE,PP,PE,噴涂材料 等),耐高溫性能優異(200~300℃),耐低溫好(-65℃),耐化學品好。在電池卷繞過程中,建議選擇 PET 基材有機硅樹脂或丙烯酸脂的壓敏膠來保證更好的耐電解液腐蝕,絕緣,耐高溫等性能。?
在極耳焊接工序中,極耳膠用于極耳與其它部位的絕緣維護和固定。目前,國內市場所使用的極耳膠分為白膠、黑膠、黃膠和單層膠,各種膠的對比分析如下:黑膠其功能層和 PP 層為不同物質復合,界面多,經過電解液浸泡后本身會分層剝離,且黑膠 PP 層里還有 3 各不同融點的物質,黑色素:66℃,PE 105℃,PP137℃,界面更加不穩定。黃膠極耳功能層本身融點接近 300℃,所以熱封時會更好操作。中間功能層改用了無紡纖維層代替原來的聚二甲酸乙二醇酯,界面融合較黑膠好,但仍然無法解決不同物質之間的 徹底融合問題。黃膠由于本身 PP 層技術的原因,在熱封后會變得異常堅硬,失去柔韌性, 在封裝電池和后期加工(轉鎳、加板)時,易使極耳膠及極耳金屬斷裂,從而使電池產生漏 液、氣脹等, 而白膠極耳由于 3 個功能層使用的材料屬于同類物質(PP 類),在熱封后仍可 以保持極高的柔韌性。白膠采用三層具有不同功能的 PP 材料經共擠制得,其功能層熱封溫度較寬 150— 180℃,略低于電池封裝溫度(180-220℃),可以有效的防止切面短路問題,增大了電池 封裝時可操作的溫度范圍,具有更廣的熱封溫度,保證了與鋁塑膜的融合,而 3 層 PP 間明 顯的溫差使封裝的操作性更強,提高了電池生產的成品率。單層白膠類似于初期的鋁塑膜內層,因只有一個融點,熱封溫度超過融點則易導致完全 融解短路,熱封溫度在不足時則形成軟化,這將導致和鋁塑膜的 CPP 層不能完全融解聚合。在極耳膠的使用過程中,一般特別關注:極耳膠與鋁塑膜的粘合性、耐液性以及與金屬條的密封程度、融邊融角嚴密性等等,這些除了與極耳膠的性能息息相關外,還與金屬條的防腐、浸潤性處理,極耳制作過程,電池的密封工藝等有著密不可分的關系。所以,應該根據實際工藝性選擇最合適的極耳膠。?
電池在跌落過程中由于電芯和 Pocket 之間的相對移動會導致頂封沖開進而使電池失效, 因此,為改善電池跌落過程中的安全性能,需要固定電芯和 Pocket 的相對位置,減少相對位移。目前來看,使用雙面膠帶固定是一種簡單有效的方式,但普通雙面膠帶兩面均有粘性,在裸電芯封裝時會導致 Pocket 打皺,影響電池外觀。為實現工藝上的可行性,需要將雙面膠帶制成一面具有初粘性,另一面無初粘性,在受壓或受熱后能產生粘性的膠帶,結構如圖所示。原文始發于微信公眾號(鋰電產業通):膠粘劑在電池上的應用