高能量软包电池黄金搭档明冠锂膜推低迁移结
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图为明冠新材料股份有限公司技术总监李成利发表演讲
图为会议现场
近日，在常州举行的第二届高能量密度软包锂电池发展论坛上，明冠新材料股份有限公司技术总监李成利发表了主题为“高能量密度、高安全性软包电池用铝塑膜”的演讲。
李成利谈道，根据中科院物理研究所绘制的电池能量密度发展路线图，预计到年锂离子电池能量密度将达到Wh/kg，年能量密度达到Wh/kg。
与此同时，世界各国相关政府机构都为电池的能量密度发展做了明确的规划，比如日本要求年电池的能量密度达到Wh/kg、年达到Wh/kg。中国同样对年和年的电池能量密度设定了Wh/kg、Wh/kg的技术目标。
从实际情况来看，目前已经有国内动力电池厂商在今年公告其开发并验证了能量密度达到Wh／kg的下一代动力电池。所以，无论是各国政府的发展规划，还是企业自身成长发展的需求，都促使高能量密度的设计及产业化成为必然趋势，以满足日益增长的锂电池应用需求。
李成利表示，影响电池能量密度的因素，大致分可以为直接原因和间接原因，其中直接原因主要包括：
①正负极材料种类
②正负极材料的压实密。
③活性物质：
④材料反弹力：
⑤材料的搭配性
间接原因包括：
①材料轻薄化：比如使用更薄的铝塑膜，使用更薄的电池隔膜，使用更薄的极耳，使用更薄的铜箔和铝箔，使用更薄的透明胶纸等。
②冲型深度：减少电芯外部尺寸体积占有率，增加单位体积的存储容量。
③制作工艺等
李成利指出，从上述影响因素看，铝塑膜对电池能量密度的影响主要表现在材料的厚度和冲深性能方面。
电池减薄的正面效果是，在一定程度上可以提高单位体积的能量密度。负面效果是：PA减薄会降低了外层的抗摩擦性能；AL减薄会降低了厚度残留，增加了水透风险；PP减薄降低了材料的封装强度，降低了封装安全性。所以，这种方案可选，但非最佳方案。
而增加冲深的正面效果是同等条件下能提高电池的能量密度最快方式。
目前的客观现状是：在同等条件下铝塑膜要提高冲深性能，必须解决材料的爽滑性。那么，材料的爽滑性能即摩擦系数对冲壳性能有什么样的影响呢？
李成利分析道，从成型的机理看，冲壳主要分为延伸性冲深和补偿性冲深，如果材料在成型时四周压实不发生形变位移，冲头只对接触部分材料作用，那么成型深度受材料延展性影响深度较小。相反，如果冲头作用时薄膜可以沿材料受力方向进行滑动，对极限位置的拉伸进行补偿，那么冲壳的深度将能大幅提升。
为此，明冠对特定模具下不同爽滑性的材料成型状况进行了对比实验。在特定的模具下，随着摩擦力的逐步降低，达到极限冲深时的破壳率有明显降低趋势。所以降低材料的摩擦系数可以大幅度提高铝塑膜的冲深性能。（如下图）
那么铝塑膜爽滑性是如何设计的呢？李成利表示，在整个铝塑膜的生产工艺中，材料的选择、过程的控制、存储条件的优化，往往都很难满足高爽滑性的需求。为此，对成品铝塑膜进行爽滑性补偿就成了改变铝塑膜爽滑性最行之有效的方式。
“然而，现有的爽滑剂无论是芥酸类、还是硅酮类，均有随温度迁移的的特点。”李成利指出，明冠通过对比行业多家铝塑耐温存储性实验，发现在40℃存储条件下，随着存储时间的加长，最终摩擦系数均处于失控状态。所以现有铝塑膜的爽滑剂迁移、爽滑时效差、存储条件苛刻、加工中掉粉等问题已成为行业痛点。已经严重影响了铝塑膜在高能量软包电池中的应用进程。
为此，明冠推出了低迁移爽滑性方案和结构性爽滑界面设计。
图为参观者在明冠展台咨询
图为明冠铝塑膜产品
李成利表示，通过相关数据比对发现，采用了低迁移爽滑方案的CPP薄膜在40℃条件下4周的爽滑剂迁移量远低于现有普通CPP；采用结构性爽滑界面设计的CPP，因其特殊的物理结构层，使得其摩擦力不再随温度和时间而变化，明冠通过35℃的存储性实验来确立它的可行性，从目前已累计的60天数据看，其摩擦系数仍然可以控制在0.2以下，远低于现有材料的爽滑性。
“因此，采用低迁移性和结构性爽滑设计的铝塑膜将很大程度上的满足高能量密度及高安全性软包电池的需要。”李成利总结说。
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