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中国化学与物理电源行业协会团体标准 《锂离子电池用铝塑复合膜》编制说明

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-10  来源:中国化学与物理电源行业协会

中国化学与物理电源行业协会团体标准

《锂离子电池用铝塑复合膜》编制说明

 

一、工作简况

1、任务来源

随着电子产品向小型化、智能化、可穿戴方向发展,电池必须具有体积小、轻薄化、柔性化等特点,采用铝塑复合膜作为锂离子电池的外包装可以满足这些需求,软包锂离子电池凭借其优异的综合性能,其增长速度远超过锂离子电池行业平均水平。据统计,2016年我国软包装锂离子电池在手机和笔记本两大3C应用领域的渗透率都已超过60%以上。在动力电池领域,随着新能源汽车的快速发展,软包装锂离子电池因其单位体积能量密度高、重量轻、安全性好等优势,也成为动力电池技术路线的一个重要的市场选择,包括孚能科技、万向A123、微宏动力、北京国能、天津捷威、天劲股份、多氟多、LG化学等企业都采用软包装作为动力电池的选择,并都提出了明确的扩产计划。

据调查,2016年我国软包装锂离子电池销售收入达到400亿元以上,锂离子电池用铝塑复合膜(简称铝塑复合膜)需求量超过了7000万平方米,市场规模达25亿元以上。随着新能源汽车软包动力电池应用加速和3C电子产品等下游需求放量,铝塑复合膜行业增速有望超过40%,潜在市场规模将达百亿元级。从2011年起,我国企业便开始了铝塑复合膜的国产化之路,截止目前,真正实现量产并给电池企业批量供货的企业包括道明光电、紫江新材、新纶科技、苏达汇城、东莞卓越、佛塑科技、明冠新材等。

目前,世界各国尚无公开的关于锂离子电池用铝塑复合膜的国家标准或行业标准。随着国内铝塑复合膜生产企业日渐增多,各电池生产企业、铝塑复合膜生产厂家的技术性能要求和测试方法差异较大,产品品质良莠不齐,也缺乏权威的相关测试机构,从而严重阻碍了行业的发展和进步。为了促进锂离子电池用铝塑复合膜行业的技术进步和产业健康有序发展,加速提高国产铝塑复合膜的质量和市场占有率,因而急需制定《锂离子电池用铝塑复合膜》标准。

本标准由中国化学与物理电源行业协会提出和组织,浙江道明光电科技有限公司等国内主要的锂离子电池用铝塑复合膜生产企业、铝塑复合膜上游原材料生产厂家、软包锂离子电池生产企业共同参加《锂离子电池用铝塑复合膜》协会团体标准的编制。

2、主要工作过程

为了做好标准启动工作, 2017年11月23日,中国化学与物理电源行业协会下发了“关于成立《锂离子电池用铝塑复合膜》协会团体标准工作组的通知”,吸纳国内外主要锂离子电池用铝塑复合膜生产企业、上游原材料、制造设备供应商、软包装锂离子电池企业和相关测试认证机构加入《锂离子电池用铝塑复合膜》协会团体标准工作组。同时,中国化学与物理电源行业协会联合全国碱性蓄电池标准化技术委员会进行《锂离子电池用铝塑复合膜》国家标准的立项申报工作。

2018年01月18号,中国化学与物理电源行业协会组织下发《锂离子电池用铝塑复合膜》协会标准工作组启动会议通知。并于2018年02月01号在天津召开启动会议,共有27家企业32名代表参与此次会议,会议宣告《锂离子电池用铝塑复合膜》工作组成立,并对标准编制相关工作进行了安排,明确了时间节点,同时也对《锂离子电池用铝塑复合膜》初稿进行了讨论,完成对术语定义、分类、要求等内容的初步梳理。

根据标准工作组启动会议现场讨论及会后收集的意见,编制工作组对标准内容进行了修改,并于2018年3月27号在杭州召开《锂离子电池用铝塑复合膜》协会标准工作组第二次讨论会,共有28家企业45名代表参与了此次会议,就《锂离子电池用铝塑复合膜》标准全部内容进行了探讨,形成了相对完善的框架和内容,确定会后需要继续验证的项目和分工。

2018年06月07号,中国化学与物理电源行业协会组织在厦门召开了《锂离子电池用铝塑复合膜》协会标准工作组第三次讨论会,来自41家企业59名代表对已形成的标准草案内容进行了充分、深入地探讨,对测试、验证数据与对应的指标进行了再次确定,对有争议的项目进行了细致分析并进行了修正。会后,根据相关单位提出的修改意见及验证数据对标准进行了丰富、完善,形成标准征求意见稿。

3、标准编制的主要成员单位及其所做的工作

本标准由中国化学与物理电源行业协会组织,工作组成员单位由组长单位:浙江道明光电科技有限公司,副组长单位(排名不分先后):新纶复合材料科技(常州)有限公司、江阴苏达汇诚复合材料有限公司、珠海市赛纬电子材料股份有限公司、明冠新材料股份有限公司、珠海光宇电池有限公司、浙江天能能源科技股份有限公司、苏州福斯特光伏材料有限公司、深圳市安博瑞新材料科技有限公司,成员单位(排名不分先后):中信国安盟固利动力科技有限公司、天津力神电池股份有限公司、东莞新能源科技有限公司、天津市捷威动力工业有限公司、北京国能电池科技股份有限公司、常州斯威克光伏新材料有限公司、东莞市卓越新材料科技有限公司、广东安德力新材料有限公司、广东莱尔新材料科技股份有限公司、深圳市百泉河实业有限公司、乐凯胶片股份有限公司、厦门长塑实业有限公司、西安新达机械有限公司、天津凯普瑞特新能源科技有限公司、合肥国轩高科动力能源有限公司、浙江华正能源材料有限公司、江苏华谷新材料有限公司、中航锂电科技有限公司、湖北塑金复合材料有限责任公司、连云港德立信电子科技有限公司、苏州爱康薄膜新材料有限公司、上海维凯光电新材料有限公司、江门市龙世纪科技股份有限公司、河北百瑞尔包装材料有限公司、厦门大学等34家单位组成。各单位的任务分工和完成的主要工作如下:

中国化学与物理电源行业协会为项目牵头单位,确定标准制定原则,组织各成员单位开展标准编制工作,汇总形成标准各阶段草案并组织国内各方专家开展标准研讨,完成标准报批。

编制工作组成员单位作为国内主要的锂离子电池用铝塑复合膜生产者、使用者及原材料供应商,负责标准各部分内容的编写并参加各阶段标准草案研讨。其中浙江道明光电科技有限公司起草了最初的标准草案,其它成员单位共同承担标准技术内容的编写。

二、标准编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题

1、编制原则

l 立足国内外锂离子电池用铝塑复合膜研发和生产的现状、产品的应用要求,同时参考国内外锂离子电池用铝塑复合膜研发和应用技术的最新进展;

l 广泛吸纳国内外铝塑复合膜生产研制单位、使用单位及上游原材料供应商共同参与标准的起草和讨论;

l 起草过程中充分考虑国内外测试方法的统一和协调。

2、确定主要内容的依据

本标准主要参考了下列标准中的相关技术条款,对标准中的相关部分进行了逐条对比分析,将其中行业普遍认可的内容纳入标准。

GB/T 191 包装储运图示标志

GB/T 1040.3-2006 塑料 拉伸性能的测定 第3部分:薄膜和薄片的试验条件

GB/T 2918 塑料试样状态调节和试验的标准环境

GB/T 6672 塑料薄膜与薄片 厚度的测定 机械测量法

GB/T 6673 塑料薄膜和薄片 长度和宽度的测定

GB/T 8808-1988 软质复合塑料材料剥离试验方法

GB/T 10004-2008 包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合

GB 10006 塑料薄膜和薄片摩擦系数测定方法

GB/T 14216 塑料膜及片润湿张力的测定

GB/T 26125 电子电气产品 六种限用物质(铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚)的测定

GB/T 26572-2011 电子电气产品中限用物质的限量要求  

QB/T 2358-1998 塑料薄膜包装袋热合强度试验方法

3、编制过程中解决的主要问题(做出的贡献)

本标准是国内外首次制定的专门针对锂离子电池用铝塑复合膜的基础标准,主要内容包括术语定义、分类、性能要求、测试方法四大部分,和一个规范性附录。

三、主要试验(或验证)情况分析

为使验证的结果具有代表性和广泛性,收集了国内外主要生产厂家的产品作为样本,对标准中要求的性能指标进行了验证,主要试验情况如下:

1、拉伸性能

GB/T 1040.3-2006的规定进行,试样类型为2型试样。试验采用长度≥150mm、宽度(15±0.1)mm的长形条,标距为100mm,试验速度为300mm/min。

1 拉伸性能验证

 

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

产品厚度 μm

76

86

86

113

113

113

113

113

113

152

152

152

152

152

拉伸强度 N/15mm

MD

82.62

92.90

68.89

128.44

134.27

138.42

126.68

134.37

139.90

131.84

147.17

140.36

144.47

136.77

TD

88.93

97.12

104.15

147.57

147.78

122.25

111.17

119.52

127.32

147.63

146.12

136.73

173.22

137.68

断裂伸长率 %

MD

83.38

79.13

63.53

86.25

101.05

93.85

78.93

89.25

104.48

97.65

73.40

89.58

75.95

119.20

TD

86.78

74.05

76.03

87.05

81.95

30.52

80.95

59.63

54.68

82.35

80.38

31.97

67.45

53.33

从表1可以看出,拉伸强度、断裂伸长率作为薄膜材料力学性能的重要指标,其结果的差异对锂电池制造过程中的冲压、折边等工艺的影响较大,因此将其纳入标准具有充分必要性。

2、剥离力

GB/T 8808-1988的规定进行,试样宽度为(15±0.1)mm的长形条,试验速度为50mm/min。

2 剥离力验证

 

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

产品厚度μm

76

86

86

113

113

113

113

113

113

152

152

152

152

152

保护层-铝箔 N/15mm

MD

3.87

2.99

3.65

3.92

4.48

3.08

4.83

2.33

6.71

7.08

2.92

4.90

4.22

7.35

TD

3.83

2.41

2.79

3.01

3.23

3.53

4.71

2.00

5.23

6.74

3.39

4.69

4.22

5.78

热封层-铝箔 N/15mm

MD

9.53

9.32

7.52

11.18

10.86

12.97

12.80

10.91

12.43

11.40

19.92

21.54

13.44

15.84

TD

9.01

8.45

7.41

10.07

10.25

11.10

12.07

10.57

10.74

10.52

17.37

20.12

17.96

14.65

剥离力反映的是界面粘接强度,剥离力大小对材料之间是否出现分层有直接的影响。

3、热封强度

裁取宽度为(15±0.1)mm的长形条。按QB/T 2358-1998的规定进行测试,试验速度为50mm/min。

3 热封强度验证

 

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

产品厚度μm 

76

86

86

113

113

113

113

113

113

152

152

152

152

152

热封强度 MPa N/15mm

60.80

81.31

87.40

90.35

111.72

106.09

107.19

111.96

123.25

120.01

107.27

129.58

148.92

108.84

热封强度是铝塑复合膜的一个很重要的指标,直接反映封口的密着性和抵抗封袋内部压力对封口破坏的能力,该项指标随热封条件的不同而结果差异较大,需供需双方协商,标准中给出的是一个确保安全封装的最低要求。

4、冲压性能

采用符合标准中附录A要求的模具,上、下模材质为S136镜面模具钢,模芯为特氟龙材质。将规格为130mm×240mm的样品在0.15MPa~0.3MPa的压力下进行冲压,检查样品的外观,并用精度不低于0.1mm的量具测量冲压深度。

4 冲压性能验证

 

A

B

C

D

E

F

G

J

K

L

M

产品厚度 μm

76

86

86

113

113

113

113

152

152

152

152

极限冲深深度mm

7.0

5.5

7.0

8.0

7.0

8.0

7.0

8.0

7.0

7.0

6.0

铝塑复合膜冲深深度越大,表明同样面积的铝塑复合膜可以容纳更多的内容物,其利用率越高,因而是甄别铝塑复合膜性能的一个重要指标。

5、穿刺强度

GB/T 10004-2008中的6.6.13的规定进行。穿刺针头由热封层一侧开始刺入。

5 穿刺强度验证

 

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

产品厚度 μm

76

86

86

113

113

113

113

113

113

152

152

152

152

152

穿刺强度 Mpa

16.8

22.3

23.4

22.6

32.4

31.1

33.9

29.4

32.1

32.5

32.1

32.9

33.2

32.8

穿刺强度反映铝塑复合膜内层抵抗刺穿的能力,电池制备过程抽真空时,电芯中存在的毛刺对内层有刺穿的行为,因而检测铝塑复合膜的穿刺强度很有必要。

6、摩擦系数

GB 10006的规定进行。

6 摩擦系数验证

 

 

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

产品厚度μm

 

86

86

113

113

113

113

113

113

152

152

152

外保护层-外保护层

0.161

0.184

0.400

0.320

0.230

0.135

0.262

0.202

0.303

0.198

0.245

0.084

0.087

0.275

0.253

0.183

0.080

0.181

0.125

0.264

0.147

0.184

热封层-热封层

0.169

0.250

0.330

0.142

0.460

0.203

0.125

0.267

0.337

0.172

0.435

0.141

0.213

0.291

0.097

0.401

0.141

0.092

0.195

0.265

0.123

0.358

铝塑复合膜的摩擦系数包括保护层-保护层和热封层-热封层的摩擦系数,一般铝塑复合膜多采用补偿性冲压的方式成型,摩擦系数相对低,对补偿性有利,并且可防止薄膜间的互相粘连现象。因此,需要将摩擦系数限定在一定的范围内。

7、耐电解液性能

本标准中,铝塑复合膜的耐电解液性能包括两块:铝塑复合膜浸泡电解液后的热封强度及热封层与铝层的剥离力。

7.1 铝层与热封层的剥离力

将铝塑复合膜切成15mm×100mm的试样,并将样品在温度为85℃±2℃的电解液中浸泡24小时,取出自然冷却至常温后擦拭干净,检查样品外观并按GB/T 8808-1988规定的方法测试剥离力。

 

 

7 耐电解液性能验证:热封层与铝层的剥离力

 

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

产品厚度 μm

76

86

86

113

113

113

113

113

113

152

152

152

152

152

热封层-铝箔 N/15mm

MD

5.55

8.97

8.04

9.68

10.37

4.95

6.89

9.25

10.02

4.82

6.05

11.27

7.89

13.01

TD

5.21

7.34

7.68

9.82

9.50

5.69

7.83

7.86

10.41

6.79

6.46

11.95

10.54

12.27

铝塑复合膜内层直接与电池中的电解液接触,通过比常规使用条件更为苛刻的将锂电池用铝塑复合膜在高温下浸泡电解液检验其长期可靠性。

7.2 封口的热封强度

将铝塑复合膜封装制成60mm×80mm的样袋,并注入3 mL电解液,经热封闭合。将样袋在温度为85℃±2℃的环境中保持24小时后取出,自然冷却至常温。先裁去一个热封边后倒出电解液,再裁去其余热封边,然后将膜面残留的电解液擦拭干净,最后重新热封。沿封口垂直方向取宽度为15mm的样品,按QB/T 2358-1998规定的方法测试。

8 封口的热封强度验证

 

B

C

D

E

J

K

L

产品厚度 μm

86

86

113

113

152

152

152

热封强度MPa

73.26

78.37

111.37

101.24

117.58

149.79

144.29

该项测试模拟软包锂离子电池生产过程中的二封工序,反映电解液对二封的影响,具有很强的现实意义。

除上述主要指标外,还对外观、厚度、耐热、耐湿热等性能进行了验证,各项性能指标均符合标准中提出的要求。经各项验证,并经与会专家、代表的确认,标准中制定的指标均在合理范围内,参照该标准要求和方法,对铝塑复合膜是否能够满足锂电池的制造、应用要求而言具有极其重要的作用。

四、知识产权情况说明

本标准的主要技术内容均不涉及专利。

五、产业化情况、推广应用论证和预期达到的经济效果

《锂离子电池用铝塑复合膜》团体标准对锂离子电池用铝塑复合膜进行了定义,提出了主要性能指标及检测方法,且相关指标具有代表性和合理性,同时对生产企业的研发提供了一定的方向,对促进铝塑复合膜行业健康发展及市场规范有积极的影响。

本标准适用于锂离子电池封装用的铝塑复合膜。其它采用非锂基电解质的电池用铝塑复合膜也适用于本标准。

六、采用国际标准和国外先进标准情况

本标准是国内外首次制定的专门针对锂离子电池用铝塑复合膜的基础标准,没有国际标准和国外先进标准参考。

七、与现行相关法律、法规、规章及相关标准的协调性

本标准是锂离子电池用铝塑复合膜的基础标准,与相关法律、法规及测试标准在技术内容上协调、一致。

八、重大分歧意见的处理经过和依据

本标准的技术内容是由国内主要锂离子电池用铝塑复合膜研制生产单位、锂离子电池相关企业、铝塑复合膜原材料供应商组成的编制工作组起草,并在工作组内经反复研讨、达成一致后确定的,编制过程中多次邀请行业代表和有关专家对标准的内容和关键技术问题进行讨论,无重大分歧意见。

九、标准性质的建议

作为锂离子电池用铝塑复合膜的基础标准,本标准可作为推荐性行业标准指导锂离子电池用铝塑复合膜的研发、生产和检测,在条件成熟的情况下,建议尽快升级为推荐性国家标准。

十、贯彻标准的要求和措施建议

本标准填补了锂离子电池用铝塑复合膜领域的空白,且与国家相关标准保持协调一致,建议尽快发布本标准,并于发布后立即实施。

十一、替代或废止现行相关标准的建议

无。

十二、其它应予说明的事项

 

                    团体标准《锂离子电池用铝塑复合膜》编制工作组

                             2018年10月9日

 
关于我们:中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的行业性、非营利性的社会组织,主管部门为工业和信息化部。协会成立于1989年12月,现有460多家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会、储能应用分会、电池设备分会、动力电池应用分会等十个分支机构。
本会服务范围包括:铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池、锌锰碱锰电池、锂一次电池、锂离子和锂聚合物电池、太阳电池、燃料电池、锌银电池、热电池、超级电容器、温差发电器及其他各种新型电池、电池系统解决方案,以及各类电池用原材料、零配件、生产设备、测试仪器和电池管理系统等。

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