聚合物鋰離子電池被譽(yù)為二址一世紀(jì)的化學(xué)能源。聚合物理離子電池對(duì)軟包裝技術(shù)具有極高的要求。軟包裝技術(shù)對(duì)電池的容量、循環(huán)壽命等具有重要影響。本文著重?cái)⑹隽司酆衔?a href="http://jydy88.com" style="color:#a98326">鋰離子電池對(duì)軟包裝技術(shù)一般要求，闡述了該領(lǐng)域軟包裝技術(shù)的難點(diǎn)，描繪了聚合物鋰離子電池領(lǐng)域軟包裝材料的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)軟包裝材料在電池領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿M(jìn)行了預(yù)測(cè)。

前言

電池所能輸出的能量取決于活性物質(zhì)的比容量和單體電池的電壓。金屬鋰是所有金屬中比容量最大的物質(zhì)，其與C組成的電池對(duì)的輸出電壓高達(dá)3．6V以上，這些性質(zhì)是其它金屬所不能比擬的。因此，很早人們就開(kāi)始關(guān)注鋰電池的研究。由于金屬錘非常活潑，直接用它制成電池，安全性極差，所以人們主要研究鋰離子可充電電池。1990年，世界上第一條生產(chǎn)鋰離子二次電池的生產(chǎn)線在日本建立。

在短短的七八年內(nèi)，鋰離子電池由于重量輕、容量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)等，很快在手機(jī)、筆記本電腦等用電池領(lǐng)域擴(kuò)大并居于絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。1996年，聚合物鋰離子電池在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)成功，鑒于聚合物鋰離子電池具有鋰離子電池的幾乎所有優(yōu)點(diǎn)，在電池的重量、形狀及安全性等方面具有更好的優(yōu)勢(shì)，因而也具有更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，立即在世界電池界引起了轟動(dòng)，被譽(yù)為二十一世紀(jì)的化學(xué)能源。世界各國(guó)，特別是日本和美國(guó)的財(cái)閥投巨資進(jìn)行研究和產(chǎn)業(yè)化。廈門寶龍工業(yè)是中國(guó)首家從事聚合物鋰離子電池生產(chǎn)的企業(yè)，目前的電池生產(chǎn)規(guī)模及所應(yīng)用的軟包裝技術(shù)水平均與最發(fā)達(dá)國(guó)家相當(dāng)。

1．聚合物鋰離子電池

從電化學(xué)反應(yīng)的角度看，聚合物鋰離子電池與鋰離子電池沒(méi)有任何區(qū)別，甚至于聚合物鋰離子電池所用的電極材料及電解液等也與鋰離子電池相同。但是聚合物鋰離子電池內(nèi)部沒(méi)有可移動(dòng)的電解液，電池可以做成極薄的片狀和各種形狀，單片電池可做成0．6mm厚，這樣，在要求電池輕量化、小量化或?qū)π螤钣兄^嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，如手機(jī)、筆記本電腦、便攜式攝像機(jī)、特種便攜工具、DVD影碟機(jī)乃至于電動(dòng)車等，聚合物電池有著更為廣泛的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和前景。

聚合物鋰離子電池的研制成功，主要在于三大技術(shù)的解決，即制膜技術(shù)、層壓技術(shù)和軟包裝技術(shù)。制膜技術(shù)解決了電池中不能含液態(tài)電解液的問(wèn)題；層壓技術(shù)解決了單片電池的成形和單片電池的組裝問(wèn)題；軟包裝技術(shù)則使電池片成為了電池并使電池具有了聚合物理離子電池的所有優(yōu)點(diǎn)。

2．軟包裝材料對(duì)聚合物鋰離子電池的影響

聚合物電池最后靠使用軟包裝材料來(lái)形成電池。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，不能稱之為“包裝”，因?yàn)樵诰酆衔镤囯x子電池領(lǐng)域，“軟包裝材料”與內(nèi)容物一起形成了電芯，電芯再通過(guò)裝配而成電池，因此，“軟包裝材料”可以看成是電池的一個(gè)組成部分。但它用的材料是人們常見(jiàn)的包裝材料，而且確實(shí)主要是起保護(hù)內(nèi)容物的作用，因此，人們習(xí)慣上仍稱之為“包裝”。

正因?yàn)檐洶b材料可以看成是電池的一個(gè)組成部分，所以它對(duì)電池的各項(xiàng)性能具有重要影響。當(dāng)電池中水、氧的含量達(dá)到一定的程度，聚合物鋰離子電池的容量將變小、電壓降加大、充不進(jìn)電、放不出電、循環(huán)壽命下降，并可能最終導(dǎo)致電池的失效。軟包裝材料通過(guò)對(duì)水、氧的阻隔來(lái)達(dá)到對(duì)電池性能的維護(hù)，因此，軟包裝材料的阻隔性對(duì)電池具有重要影響。

另外，軟包裝材料中的某些有機(jī)物質(zhì)可能溶于電解液中產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)而破壞電池的性能；電解液如果被軟包裝材料所溶脹，將改變電解液的混合比例，對(duì)電池性能不利。

3．聚合物理離子電池對(duì)軟包裝材料的一般要求

聚合物鋰離子電池所用的軟包裝材料是鋁塑復(fù)合膜，一般要求如下：

①具有極好的熱封合性

聚合物鋰離子電池對(duì)高溫非常敏感，一般使用溫度低于60℃，要求軟包裝材料在熱封強(qiáng)度足夠的情況下，熱封溫度越低越好。一般而言，熱封溫度應(yīng)不高于150℃，采用更高的熱封溫度時(shí)，必須采用適當(dāng)?shù)倪吘壗禍卮胧苑乐篃岱鈺r(shí)的傳導(dǎo)和輻射對(duì)電池起破壞作用。

②熱封性材料不與電鍍液起反應(yīng)

軟包裝材料的內(nèi)層材料既不能被電解液所溶解，又不能與電解液起溶脹作用。如果軟包裝材料被電解液所溶解，由于電池的工作電壓高達(dá)3．6V以上，所溶解的成份將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生氣體；如果軟包裝材料溶脹了電解放，將改變電解液的濃度而影響電池的性能。

③具有權(quán)高的阻水阻氧性能

水蒸氣滲透系數(shù)要求達(dá)到10－4～10－6g/m2·d·1atm

氧氣滲透系數(shù)要求達(dá)到10－1～10－3cm3／m2·d·1atm

④具有高的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度

聚合物鋰離子電池的生產(chǎn)和裝配，對(duì)軟包裝材料的柔韌性提出了較高的要求；而使用過(guò)程中的安全性保障對(duì)軟包裝材料的機(jī)械強(qiáng)度及熱封強(qiáng)度提出了高的要求。

⑤具有良好的耐電解液侵泡的能力

軟包裝材料在包裝電芯之后，長(zhǎng)期貯存和周轉(zhuǎn)之中，電解液不能發(fā)生滲漏現(xiàn)象。

4．軟包裝技術(shù)的難點(diǎn)

從上述聚合物理離子電池對(duì)軟包裝材料的一般要求中，即可發(fā)現(xiàn)制造所需的軟包裝材料具有較高的難度：

首先，軟包裝材料對(duì)阻隔性的要求，比普通的鋁塑復(fù)合材料的阻隔性高10000倍，這么高的阻隔性采用普通的復(fù)合材料及復(fù)合技術(shù)難以滿足要求。一般需要采用極厚的鋁箔，并采用4到7層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，綜合應(yīng)用各種復(fù)合技術(shù)。如，在同一個(gè)材料的生產(chǎn)過(guò)程中，可能需要同時(shí)采用干復(fù)法、擠復(fù)法、連續(xù)擠復(fù)合法、三合一擠出法、熱復(fù)法或流涎復(fù)合法、多層共擠法等。這樣，對(duì)軟包裝材料的生產(chǎn)技術(shù)提出了較高的要求。

其次，復(fù)合內(nèi)層熱封材料的選擇。聚合物鋰離子電池所用的電解液是由多種酯組成有機(jī)電解液，其中的電解質(zhì)在存在水分的情況下會(huì)水解成酸性極強(qiáng)的物質(zhì)。根據(jù)相似相溶原則，酯類有機(jī)物與多數(shù)熱封性材料具有可溶脹性，不與電解液起作用且必須有足夠強(qiáng)的耐酸性能的低熔點(diǎn)熱封性材料，比較難以尋找。

再者，包裝材料的設(shè)計(jì)難度較高。在設(shè)計(jì)軟包裝材料的過(guò)程中，既要保證上述五種要求的滿足，又要保證軟包裝材料的生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)，還要兼顧軟包裝材料對(duì)聚合物鋰離子電池的影響程度及聚合物鋰離子電池的發(fā)展趨勢(shì)，其困難度是較高的。

最后，軟包裝材料的質(zhì)量判定周期長(zhǎng)。由于聚合物鋰離子電池所要求的阻水。阻氧性能超過(guò)了包裝領(lǐng)域測(cè)試儀的最小精度，故很難定量地對(duì)所開(kāi)發(fā)的軟包裝材料進(jìn)行測(cè)試。現(xiàn)在一般采用的是實(shí)際包裝電池的最后判定法。根據(jù)電池的檢驗(yàn)特性及軟包裝材料對(duì)電池的影響程度及影響速率，一般判定軟包裝材料最終是否合格的實(shí)驗(yàn)需持續(xù)三個(gè)月以上。

5．軟包裝材料的發(fā)展趨勢(shì)

軟包裝材料的發(fā)展趨勢(shì)由聚合物鋰離子電池的發(fā)展趨勢(shì)及其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展而決定。聚合物鋰離子的發(fā)展有兩個(gè)趨勢(shì)：一個(gè)趨勢(shì)是電池向小型化、薄型化的方向發(fā)展；一種是向大容量和大功率充放電的方向發(fā)展。前者要求所需的軟包裝材料在阻隔性保證的前提下向更薄、更柔韌的方向發(fā)展；后者要求軟包裝材料的阻隔性向更高的方向發(fā)展并且與電解液的相互作用的程度向更小的方向發(fā)展。

這兩種發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)包裝材料的選擇、對(duì)包裝復(fù)合技術(shù)的要求、特別是對(duì)包裝材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求更高，由于軟包裝材料是電池成型的最后一道質(zhì)量保證關(guān)口，對(duì)電池性能的影響又極大，因此，除了電池所需活性材料及制造工藝的進(jìn)步之處，聚合物鋰離子電池的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，將主要取決于軟包裝技術(shù)及其材料的發(fā)展。

6．我國(guó)軟包裝材料的發(fā)展?jié)摿?br/>
目前我國(guó)的手機(jī)用戶已突破5000萬(wàn)；1999年全國(guó)的筆記本電腦所用電池已全部改用鋰離子電池；便攜式攝像機(jī)、DVD影碟機(jī)等用電池的數(shù)量都非常巨大。若采用聚合物鋰離子電池，則每年所需的軟包裝材料價(jià)值23億元；電動(dòng)車用電池更是電池的一個(gè)龐大的市場(chǎng)，聚合物鋰離子電池是開(kāi)發(fā)中的最熱門的一種電池，若能開(kāi)發(fā)成功，每年國(guó)內(nèi)電池領(lǐng)域所消耗的軟包裝材料將達(dá)到3050億元。

現(xiàn)在，雖然國(guó)內(nèi)只有廈門寶龍工業(yè)有限公司的聚合物鋰離子電池實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，但已有近十家企業(yè)已投資立項(xiàng)或處于中試生產(chǎn)階段，軟包裝技術(shù)是制約這些企業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)問(wèn)題。無(wú)論是為了推動(dòng)聚合物鋰電池的研究進(jìn)程還是作為軟包裝材料的市場(chǎng)，該領(lǐng)域的軟包裝技術(shù)的研究都是十分必要的。國(guó)外有專門的聚合物鋰電池用軟包裝技術(shù)的研究機(jī)構(gòu)，而國(guó)內(nèi)僅有極少數(shù)人從事此項(xiàng)研究。軟包裝材料的研究和應(yīng)用應(yīng)成為聚合物鋰離子電池研究和生產(chǎn)的一個(gè)重要內(nèi)容。