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2020-06-08

锂离子电池极耳设想公式

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锂离子电池极耳设想公式


通俗的锂电池正负极度是经由进程内部镍极耳(铜镀镍)或铝极耳别离与负极、正极盖帽毗连。固然,极耳的设想对过流才能有着首要影响,上面先容一下极耳设想实际


一、极耳材质实际参数

(1)镍极耳的宁静载流值为11-13A/mm2,镍的电导率在140000 S/cm,熔点在 1200℃~1400℃。

锂离子电池极耳设想公式(图1)

(2)铜极耳的宁静载流值5-8A/mm2,铜的电导率在584000 S/cm,熔点在 ≈1000℃。

(3)铝极耳的宁静载流值3-5A/mm2,镍的电导率在369000 S/cm,熔点在 ≈660℃。


二、极耳的多少位对阻抗影响实际设想

集流体(箔材)过流浪极耳越远,过电流过弱;均匀电流值为集流体一半,简略说有用阻抗Reff为集流体阻抗值Ro一半

Reff=Rc/2 或 Ra/2

锂离子电池极耳设想公式(图2)

此中

① Rc为正集流体阻抗值

② Ra为负集流体阻抗值


(1)极耳位于极片中间位

锂离子电池极耳设想公式(图3)

E=(I/2)2*(Ro/4)+(I/2)2*(Ro/4)= I2*(1/8)Ro= I2*Reff


(2)极耳位于极片1/3位


锂离子电池极耳设想公式(图4)

E=(I/3)2*(Ro/6)+(2I/3)2*(2Ro/6)= I2*(1/6)Ro


(3)单极耳位于肆意位


锂离子电池极耳设想公式(图5)

E=I2*[x2*x/2+(1-x)2*(1-x)/2]Ro


(4)双极耳位于肆意位


锂离子电池极耳设想公式(图6)

E=(I/3)2*(Ro/6)+(I/3)2*(Ro/6)+(I/3)2*(Ro/6)




1.电池极耳是甚么?


极耳,是软包锂离子电池产物的一种组件。电池分为正极和负极,极耳就是从电芯中将正负极引出来的金属导电体,浅显的说电池正负南北极的耳朵是在停止充放电时的打仗点。电池的正极利用铝(Al)材料,负极利用镍(Ni)材料,负极也有铜镀镍(Ni—Cu)材料,它们都是由胶片和金属带两局部复合而成。


锂离子电池极耳设想公式(图7)

2.极耳的分类


2.1按极耳金属带材质分:

⑴铝(Al)极耳,通俗用作正极极耳,若是电池为钛酸锂负极时,也用作负极极耳。

⑵镍(Ni)极耳,用作负极极耳,首要用在数码类小电池上,比方:手电机池、挪动电源电池、平板电脑电池、智能通报装备电池等。

⑶铜镀镍(Ni—Cu)极耳,用作负极极耳,首要利用于能源电池和高倍率电池

锂离子电池极耳设想公式(图8)

2.2 根据极耳胶来分(国际市场):

⑴黑胶极耳,通俗用在中低端数码类小电池上。

⑵黄胶极耳,通俗用在中低端能源电池和高倍率电池上。

⑶白胶极耳 ,通俗用在高端数码电池、能源电池和高倍率电池上。

锂离子电池极耳设想公式(图9)

2.3极耳的制品包装分为:

⑴盘式极耳(整条金属带经由进程装备加上胶片后整条的卷绕成盘),用在主动化出产产线

⑵板式极耳(金属带加上胶片后裁切成单个的,而后成排摆放用两片薄通明塑料片夹在中间),用于通俗出产产线。

锂离子电池极耳设想公式(图10)

3.电池极耳金属带材质

AL1050铝合金为纯铝中增加少许铜元素组成,具备极佳的成形加工特征、高耐侵蚀性、杰出的焊接性和导电性。


TU1为无氧铜,氧和杂质含量极低,纯度高,导电导热性极好,延展性极好,透气率低,无“氢病”或少少“氢病”;加工机能、焊接、耐蚀耐寒性均好。

锂离子电池极耳设想公式(图11)

4.各类品牌极耳胶布局与性子


4.1. 各类品牌极耳胶布局

今朝极耳胶都是从日本入口而来,极耳胶出产手艺难点是:PP材料的份子量要节制在一个比拟窄的规模内,今朝国际的手艺出产出的PP胶达不到请求。

锂离子电池极耳设想公式(图12)

极耳胶布局:极耳胶通俗由三层材料热压在一路而组成,除凸版及昭和建造单层改性PP组成及腾森建造五层极耳胶之外。通俗极耳胶由中间骨架层及两外表改性PP层组成,两外表的改性PP材质不异。日立和腾森为了寻求超高的粘合层与金属带的粘合强度,两个外表的改性PP材质差别,一面是亲金属性改性PP,另一个外表是亲塑性改性PP。这类极耳胶,建造极耳时一旦极耳胶外表用反了,则肯定会构成电芯漏液气胀变乱。


今朝国际市场上,极耳建造所利用的极耳胶分为白胶、黑胶、黄胶和单层胶。此中高端电芯客户大多接纳单 层凸版80μm和50μm白胶。通俗中低端客户接纳DNP黑胶和DNP黄胶。三层布局的白胶在日本和韩国大批接纳。单层白胶在日韩电芯公司用的少少,根基都用三层布局白胶。国际较高端的电芯公司也在慢慢接纳三层布局的白胶。

锂离子电池极耳设想公式(图13)

4.2 各品牌极耳胶机能

DNP黄胶布局为中间功效层UHR(为无纺布布局),外表两层为改性PPa。

UHR层厚度为14g/m²≈12μm,外表改性PPa厚度为44μm。

UHR熔点为310~340℃,PPa熔点为147℃。     


黄胶极耳有分层的危险。但黄胶极耳的封装前提比白胶轻易调理。前期日本极耳胶供给商也提到黄胶的缺乏,表现为3点:    

1)极耳胶是由中间一层UHR和外表两层改性PP胶热压在一路的。 

2)中间层无纺布,水份会从无纺布中经由进程毛细管渗入感化引入到电池内部,使得电池发鼓气胀。   

3)无纺布轻易分层,热压结果不好,电芯利用时候或弃捐时候长了轻易构成漏液。


DNP黑胶布局为中间功效层PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)薄膜,外表两层为改性PPa。PEN层厚度为12μm,外表改性PPa厚度为44μm。PEN熔点为265℃,PPa熔点为147℃。黑胶其功效层PEN和PP层为差别物资复合,存在分层危险,高端客户通俗不接纳此胶。

锂离子电池极耳设想公式(图14)

白胶

白胶又分为单层白胶、三层白胶、五层白胶。


单层白胶通俗由一层改性PP组成,近似于早期的铝塑膜内层,熔点在140℃以上,与铝塑膜的内层CPP熔点靠近。


三层布局白胶外表两层改性PP和中间骨架层PP经共挤制得,不存在分层危险,高端客户及能源电芯通俗都接纳此类极耳胶。

锂离子电池极耳设想公式(图15)

5.各类极耳胶机能比拟


5.1 黄胶极耳和黑胶极耳的比拟


DNP黑胶其功效层PEN和PPa层为差别物资复合,界面多,颠末电解液浸泡后自身会分层剥离。PEN熔点为265℃,PPa熔点为147℃。且黑胶PPa层里另有3种差别融点的物资,玄色素:66℃,PE 105℃,PP167℃,界面加倍不不变。 


黄胶极耳功效层自身融点300℃以上,以是热封时会更好操纵。中间功效层改用了无纺纤维层取代本来的聚萘二甲酸乙二醇酯,界面融会较黑胶好,但依然没法处置差别物资之间的完整融会题目。黄胶因为自身PPa层手艺的缘由,在热封后会变得非常坚固,落空柔韧性,在封装电池和前期加工(转镍、加板)时,易使极耳胶及极耳金属断裂,从而使电池发生漏液、气胀等。

锂离子电池极耳设想公式(图16)

5.2 黄胶极耳和白胶极耳的比拟


白胶接纳三层具备差别功效的PP材料经共挤制得,其功效层热封温度较宽165~167℃,略低于电池封装温度(180-220度),能够有用的避免切面短路题目,增大了电池封装时可操纵的温度规模,进步了电池出产的制品率。


黄胶极耳因为自身PP层手艺的缘由,在热封后会变得非常坚固,落空柔韧性,在封装电池和前期加工(转镍、加板)时,易使极耳胶及极耳金属断裂,从而使电池发生漏液、气胀等,而白胶极耳因为3个功效层利用的材料属于同类物资(PP类),在热封后仍能够坚持极高的柔韧性。

锂离子电池极耳设想公式(图17)

5.3 白胶极耳和单层白胶的比拟


单层白胶近似于早期的铝塑膜内层,因只要一个融点,热封温度跨越融点则易致使完整溶化短路,热封温度在缺乏时则组成硬化,这将致使和铝塑膜的CPP层不能完整融解聚合,电池轻易漏液胀气。三层布局的白胶极耳,因为外层接纳与铝塑膜内层近似的材料,保障了与铝塑膜的融会,而外表改性PP与中间层PP之间的30℃以上的温差具备更广的热封温度,使封装的操纵性更强,保障了极耳胶与铝塑膜之间的封装靠得住性。下表为谷口80μm厚三层白胶极耳与凸版会社80μm厚单层白胶极耳硬封封装拉力测试比拟: 

锂离子电池极耳设想公式(图18)

锂离子电池极耳设想公式(图19)

5.4 三层白胶极耳和三层或五层白胶(分正背面)极耳的比拟


如前所述,三层白胶极耳外层接纳与铝塑膜内层近似的材料,具备更广的热封温度,保障了与铝塑膜的融会,而3层PP间较着的温差使封装的操纵性更强。


极耳胶外表分正背面的极耳胶极耳,若是在建造极耳的进程中用反了,则电芯在极耳胶处必然会发生漏液变乱,国际已发生屡次此类变乱。而若是严酷节制极耳建造进程,不发生用错极耳胶正背面的题目,其极耳胶与金属带之间的熔接强度比普通三层极耳胶极耳的要高。


下表为谷口100μm厚三层白胶极耳与日立100μm厚三层白胶(分正背面)极耳及滕森105 μm厚五层白胶(分正背面)极耳软封封装拉力测试比拟: 

锂离子电池极耳设想公式(图20)

锂离子电池极耳设想公式(图21)

5.5 日立三层白胶和单层白胶

锂离子电池极耳设想公式(图22)

5.6 日立三层白胶和单层白胶DSC图

锂离子电池极耳设想公式(图23)

6.1 电池极耳出产流程(白胶)


能源铜镀镍极耳:铜保障导电性;颠末外表处置后镍起到避免铜氧化的感化,若是要保障铜镀镍极耳的焊锡性,还须要对极耳的外表钝化膜停止二次处置。市场上一些公司的极耳不停止二次处置也能委曲上锡,但极耳的耐电液侵蚀性差些。


今朝,在极耳产业出产中,镀镍首要接纳电镀镍和化学镀镍工艺两种,电镀镍层厚度1.8±0.3um,化学镀镍层厚度1.0±0.3um。

锂离子电池极耳设想公式(图24)

6.2 能源极耳金属带削边处置


能源极耳的金属带厚度跨越0.2mm时,其台阶厚度跨越PP胶厚度,则金属带需做侧边削边处置,不然易致使绝缘阻抗下降、发生胀气漏液的危险。

锂离子电池极耳设想公式(图25)

7.电池极耳的测试


7.1 电解液浸泡后渗入测试

锂离子电池极耳设想公式(图26)

7.2.1 电解液浸泡后热封强度测试

锂离子电池极耳设想公式(图27)

7.2.2 电解液浸泡后渗入测试

参照:日本某EV电芯厂家对EV与ESS极耳的手艺请求。

电解液浸泡65℃×28天,极耳胶与金属导体的玻璃强度请求>15N/15mm。


总结:国际电动EV用极耳的耐电解液鉴定之最低规范为:

1. 85℃×24h电解液浸泡,极耳胶与金属导体的玻璃强度

PeelStrength>15N/15mm;

2. 85℃×24h电解液浸泡,渗入液不能侵入胶体内。

锂离子电池极耳设想公式(图28)


7.3 弯折测试

厚度<0.2mm时:铝、镍Tab≥7次;镀镍铜≥6次

厚度≥0.2mm时:铝、镍、镀镍铜Tab≥5次;

合适EV能源利用的耐震、耐委靡韧性测试。

锂离子电池极耳设想公式(图29)

7.4.1 铜镀镍能源极耳——镀层密着性测试

请求:镀层无发黑。

永劫候大电流、行驶震撼等环境下镀层机能缺乏时会:

电芯内部——镀层零落至极片——微短路——自放电;

电芯内部——PACK焊接处镀层松动——打仗内阻变大——or焊接处零落。

锂离子电池极耳设想公式(图30)

7.4.2 金属极耳导体关头参数对照

锂离子电池极耳设想公式(图31)

7.5 盘式极耳——胶块脆化水平测试

锂离子电池极耳设想公式(图32)

锂离子电池极耳设想公式(图33)


“极耳”是一个“毗连、导电、密封件”。“毗连”是指电池表里毗连,极耳胶与铝塑膜的毗连;“导电”是指经由进程极耳将电引出来及发生回路;“密封”是指胶条与金属带之间的密封和胶条与铝塑膜之间的密封。

锂离子电池极耳设想公式(图34)
锂离子电池极耳设想公式(图35)
锂离子电池极耳设想公式(图36)
锂离子电池极耳设想公式(图37)
锂离子电池极耳设想公式(图38)
锂离子电池极耳设想公式(图39)


一个极耳是由两片胶片把金属带夹在中间的。今朝市场利用的胶片有黑胶、白胶和单层胶三种。经常利用的黑胶片是三层布局的:玄色素,熔点66℃;PE,熔点105℃;PP,熔点137℃。极耳的制品包装分为盘式(整条金属带经由进程装备加上胶片后整条的卷绕成盘)和板式(金属带加上胶片后裁切成单个的,而后成排摆放用两片薄通明塑料片夹在中间)。


锂离子电池极耳设想公式(图40)


锂电池极耳毗连体例

1.钻孔攻丝后上螺丝。
长处:机器毗连强度高,安稳靠得住,用度低。
错误谬误:因为厚度未知,存在必然危险。

2.钻孔攻丝后用通俗焊锡焊接铜丝,用铝块实验,步骤:打孔功丝用锡焊丝把空塞满中间别忘了塞铜丝铜丝1.0的烙铁化锡山君钳拉不上去铜丝为保险起见一个极柱最好两到三个空而后上紫铜带相称安稳。

长处:装备简略,轻易操纵,用度低。
错误谬误:焊接是不是安稳有待查验。

3.利用M51焊丝(低温焊丝)间接焊接,焊接材料:M51+M51-F,低温铜铝焊接。M51是WEWELDING-M51的简称,也叫全能51,是美国R&D产业公司出厂的商标,它是一种含有特别罕见元素的低温铜铝焊丝,2010年由威欧丁(天津)焊接手艺无限公司引进中国大陆首要用于在低温下处置几近一切红色金属的明显才能,红色金属包含锌(几近不能焊接)、铜铅合金、锡铅合金、铝和铅等。M51还可将上述任何一种金属与铜、黄铜、钢、不锈钢或青铜等其余任何金属焊合。马云家上搜刮,价钱有点小贵,直径1.3毫米3米长的M51就要25元,M51-F助焊剂一小瓶就要50元。

长处:先容上说装备简略、焊接安稳
错误谬误:用度偏高,是不是安稳有待查验

锂离子电池极耳设想公式(图41)

4.超声波焊接

软包装锂离子能源电池极耳焊接布局手艺计划是在正、负极耳焊接时,间接将极耳金属片与电池集流体经由进程超声焊接机以直焊的体例焊接。

锂离子电池的电芯在建造进程中,电芯由多层电芯极片叠加而成,每层电芯箔片伸出一层极耳箔片,在电芯箔片对齐后极耳箔片也贴归并对齐在一路,须要将电芯箔片焊接在一路组成电芯,并把极耳箔片焊接在一路组成极耳,因为极耳箔片很薄,唯一0.01mm摆布,是以传统通俗经由进程超声波焊接,焊接时在叠加后的极耳箔片的下部垫上底模作为撑持,将超声波焊接装配的焊头压在叠加后的极耳箔片上并经由进程焊头给极耳箔片施加必然的压力,而后开动超声波焊接装配,焊头间接输入超声波,在高频振动下完成相邻极耳箔片上原子的共振,从而将极耳箔片连系在一路。

锂离子电池极耳设想公式(图42)

锂离子电池极耳设想公式(图43)

锂离子电池极耳设想公式(图44)

锂电池超声波极片极耳焊接机



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