中國化學與物理電源行業協會團體標準《鋰離子電池用鋁塑復合膜》編制說明

 

       一、工作簡況

 

       1、任務來源

 

       隨著電子產品向小型化、智能化、可穿戴方向發展，電池必須具有體積小、輕薄化、柔性化等特點，采用鋁塑復合膜作為鋰離子電池的外包裝可以滿足這些需求，軟包鋰離子電池憑借其優異的綜合性能，其增長速度遠超過鋰離子電池行業平均水平。據統計，2016年我國軟包裝鋰離子電池在手機和筆記本兩大3C應用領域的滲透率都已超過60%以上。在動力電池領域，隨著新能源汽車的快速發展，軟包裝鋰離子電池因其單位體積能量密度高、重量輕、安全性好等優勢，也成為動力電池技術路線的一個重要的市場選擇，包括萬向A123、微宏動力、北京國能、天津捷威、天勁股份、多氟多、LG化學等企業都采用軟包裝作為動力電池的選擇，并都提出了明確的擴產計劃。

 

       據調查，2016年我國軟包裝鋰離子電池銷售收入達到400億元以上，鋰離子電池用鋁塑復合膜（簡稱鋁塑復合膜）需求量超過了7000萬平方米，市場規模達25億元以上。隨著新能源汽車軟包動力電池應用加速和3C電子產品等下游需求放量，鋁塑復合膜行業增速有望超過40%，潛在市場規模將達百億元級。從2011年起，我國企業便開始了鋁塑復合膜的國產化之路，截止目前，真正實現量產并給電池企業批量供貨的企業包括道明光電、紫江新材、新綸科技、蘇達匯城、東莞卓越、佛塑科技、明冠新材等。

 

       目前，世界各國尚無公開的關于鋰離子電池用鋁塑復合膜的國家標準或行業標準。隨著國內鋁塑復合膜生產企業日漸增多，各電池生產企業、鋁塑復合膜生產廠家的技術性能要求和測試方法差異較大，產品品質良莠不齊，也缺乏權威的相關測試機構，從而嚴重阻礙了行業的發展和進步。為了促進鋰離子電池用鋁塑復合膜行業的技術進步和產業健康有序發展，加速提高國產鋁塑復合膜的質量和市場占有率，因而急需制定《鋰離子電池用鋁塑復合膜》標準。

 

       本標準由中國化學與物理電源行業協會提出和組織，浙江道明光電科技有限公司等國內主要的鋰離子電池用鋁塑復合膜生產企業、鋁塑復合膜上游原材料生產廠家、軟包鋰離子電池生產企業共同參加《鋰離子電池用鋁塑復合膜》協會團體標準的編制。

 

       2、主要工作過程

 

       為了做好標準啟動工作， 2017年11月23日，中國化學與物理電源行業協會下發了“關于成立《鋰離子電池用鋁塑復合膜》協會團體標準工作組的通知”，吸納國內外主要鋰離子電池用鋁塑復合膜生產企業、上游原材料、制造設備供應商、軟包裝鋰離子電池企業和相關測試認證機構加入《鋰離子電池用鋁塑復合膜》協會團體標準工作組。同時，中國化學與物理電源行業協會會同全國堿性蓄電池標準化技術委員會進行《鋰離子電池用鋁塑復合膜》國家標準的立項申報工作。

 

       2018年01月18號，中國化學與物理電源行業協會組織下發《鋰離子電池用鋁塑復合膜》協會標準工作組啟動會議通知。并于2018年02月01號在天津召開啟動會議，共有27家企業32名代表參與此次會議，會議宣告《鋰離子電池用鋁塑復合膜》工作組成立，并對標準編制相關工作進行了安排，明確了時間節點，同時也對《鋰離子電池用鋁塑復合膜》初稿進行了討論，完成對術語定義、分類、要求等內容的初步梳理。

 

       根據標準工作組啟動會議現場討論及會后收集的意見，編制工作組對標準內容進行了修改，并于2018年3月27號在浙江杭州召開《鋰離子電池用鋁塑復合膜》協會標準工作組第二次討論會，共有28家企業45名代表參與了此次會議，就《鋰離子電池用鋁塑復合膜》標準全部內容進行了探討，形成了相對完善的框架和內容，確定會后需要繼續驗證的項目和分工。

 

       2018年06月07號，中國化學與物理電源行業協會組織在福建廈門召開了《鋰離子電池用鋁塑復合膜》協會標準工作組第三次討論會，來自41家企業59名代表對已形成的標準草案內容進行了充分、深入地探討，對測試、驗證數據與對應的指標進行了再次確定，對有爭議的項目進行了細致分析并進行了修正。會后，根據相關單位提出的修改意見及驗證數據對標準進行了豐富、完善，形成標準征求意見稿。

 

       2018年10月10日，中國化學與物理電源行業協會發布了《鋰離子電池用鋁塑復合膜》協會標準征求意見稿，經廣泛的意見征集，截止到2018年11月1日，共收到6家單位的47條反饋意見。2018年11月16號，中國化學與物理電源行業協會組織在浙江金華召開了《鋰離子電池用鋁塑復合膜》協會標準工作組第四次討論會，來自15家企業的19名代表參與了討論，針對征求意見的內容進行逐條的討論，確定采納20條意見（含部分采納），另外27條意見未采納，并明確了不采納的理由（詳見附件征求意見匯總表1）。會后，按照會議精神對征求意見稿進行了修改和審定，并再次進行意見征集。截止2018年12月8日，收到1家單位4條修改意見，經討論后確定采納了其中3條意見、另1條意見未采納（詳見附件征求意見匯總表2），按照征求意見情況對標準文本進行修改后形成了報批稿。

 

        3、標準編制的主要成員單位及其所做的工作

 

       本標準由中國化學與物理電源行業協會組織，工作組成員單位由浙江道明光電科技有限公司、新綸復合材料科技(常州）有限公司、江陰蘇達匯誠復合材料股份有限公司、明冠新材料股份有限公司、蘇州福斯特光伏材料有限公司、東莞市卓越新材料科技有限公司、廈門長塑實業有限公司、深圳市百泉河實業有限公司、樂凱膠片股份有限公司、常州斯威克光伏新材料有限公司、天津力神電池股份有限公司、寧德時代新能源科技股份有限公司、中航鋰電（洛陽）有限公司、微宏動力系統（湖州）有限公司、惠州億緯鋰能股份有限公司、天津市捷威動力工業有限公司、多氟多化工股份有限公司、深圳沃特瑪電池有限公司、合肥國軒高科動力電源有限公司等單位組成。各單位的任務分工和完成的主要工作如下：

 

       中國化學與物理電源行業協會為項目牽頭單位，確定標準制定原則，組織各成員單位開展標準編制工作，匯總形成標準各階段草案并組織國內各方專家開展標準研討，完成標準報批。

 

       編制工作組成員單位作為國內主要的鋰離子電池用鋁塑復合膜生產者、使用者及原材料供應商，負責標準各部分內容的編寫并參加各階段標準草案研討。其中浙江道明光電科技有限公司起草了最初的標準草案，其它成員單位共同承擔標準技術內容的編寫。

 

       二、標準編制原則和確定主要內容的論據及解決的主要問題

 

       1、編制原則

 

       立足國內外鋰離子電池用鋁塑復合膜研發和生產的現狀、產品的應用要求，同時參考國內外鋰離子電池用鋁塑復合膜研發和應用技術的最新進展；

       
       廣泛吸納國內外鋁塑復合膜生產研制單位、使用單位及上游原材料供應商共同參與標準的起草和討論；

 

       起草過程中充分考慮國內外測試方法的統一和協調。

 

       2、確定主要內容的依據

 

       本標準主要參考了下列標準中的相關技術條款，對標準中的相關部分進行了逐條對比分析，將其中行業普遍認可的內容納入標準。

 

       GB/T 191 包裝儲運圖示標志

       GB/T 2828.1-2012 計數抽樣檢驗程序 第1部分：按接收質量限（AQL）檢索的逐批檢驗抽樣計劃

       GB/T 2918 塑料試樣狀態調節和試驗的標準環境

       GB/T 6672　塑料薄膜與薄片 厚度的測定 機械測量法

       GB/T 6673　塑料薄膜和薄片 長度和寬度的測定

       GB/T 8808-1988　軟質復合塑料材料剝離試驗方法

       GB/T 10004-2008　包裝用塑料復合膜、袋干法復合、擠出復合

       GB/T 10006　塑料薄膜和薄片摩擦系數測定方法

       GB/T 14216　塑料 膜和片潤濕張力的測定

       GB/T 26125　電子電氣產品 六種限用物質（鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯和多溴二苯醚）的測定

       GB/T 26572-2011　電子電氣產品中限用物質的限量要求　　

       QB/T 2358-1998　塑料薄膜包裝袋熱合強度試驗方法

 

       3、編制過程中解決的主要問題（做出的貢獻）

 

       本標準是國內外首次制定的專門針對鋰離子電池用鋁塑復合膜的基礎標準，主要內容包括術語定義、分類、性能要求、測試方法四大部分，和一個規范性附錄。

 

       三、主要試驗（或驗證）情況分析

 

       為使驗證的結果具有代表性和廣泛性，收集了國內外主要生產廠家的產品作為樣本，對標準中要求的性能指標進行了驗證，主要試驗情況如下：

 

       1、拉伸性能

 

       裁取長度大于150 mm、寬度為(15±0.1)mm的長形條樣品，采用精度為0.5級的萬能材料試驗機進行試驗，夾具間的初始距離為(100±5)mm， 以(300±20)mm/min的速度拉伸，記錄最大力值和斷裂伸長率。
 

 

       從表1可以看出，拉伸強度、斷裂伸長率作為薄膜材料力學性能的重要指標，其結果的差異對鋰電池制造過程中的沖壓、折邊等工藝的影響較大，因此將其納入標準具有充分必要性。

 

       2、剝離力

 

       按GB/T 8808-1988的規定進行，試樣寬度為（15±0.1）mm的長形條，試驗速度為100 mm/min。

 

表2 剝離力驗證

 

       剝離力反映的是界面粘接強度，剝離力大小對材料之間是否出現分層有直接的影響。

 

       3、熱封強度

 

       裁取寬度為（15±0.1）mm的長形條。按QB/T 2358-1998的規定進行測試，試驗速度為100 mm/min。

 

表3 熱封強度驗證

 

        熱封強度是鋁塑膜的一個很重要的指標，直接反映封口的密著性和抵抗封袋內部壓力對封口破壞的能力，該項指標隨熱封條件的不同而結果差異較大，需供需雙方協商，標準中給出的是一個確保安全封裝的最低要求。

 

        4、沖壓性能

 

        采用符合標準中附錄A要求的模具，上、下模材質為S136鏡面模具鋼，模芯為特氟龍材質。將規格為130mm×240mm的樣品在0.15MPa～0.3MPa的壓力下進行沖壓，檢查樣品的外觀，并用精度不低于0.1mm的量具測量沖壓深度。

 

表4 沖壓性能驗證

 

       鋁塑復合膜沖深深度越大，表明同樣面積的鋁塑膜可以容納更多的內容物，其利用率越高，因而是甄別鋁塑膜性能的一個重要指標。

 

       5、穿刺強度

 

       按GB/T 10004-2008中的6.6.13的規定進行。穿刺針頭由熱封層一側開始刺入。

 

表5 穿刺強度驗證

 

       穿刺強度反映鋁塑膜內層抵抗刺穿的能力，電池制備過程抽真空時，電芯中存在的毛刺對內層有刺穿的行為，因而檢測鋁塑膜的穿刺強度很有必要。

 

       6、摩擦系數

 

       按GB 10006的規定進行。

 

表6 摩擦系數驗證

 

       鋁塑復合膜的摩擦系數包括保護層-保護層和熱封層-熱封層的摩擦系數，一般鋁塑復合膜多采用補償性沖壓的方式成型，摩擦系數相對低，對補償性有利，并且可防止薄膜間的互相粘連現象。因此，需要將摩擦系數限定在一定的范圍內。

 

       7、耐電解液性能

 

       本標準中，鋁塑復合膜的耐電解液性能包括兩塊：鋁塑復合膜浸泡電解液后的熱封強度及熱封層與鋁層的剝離力。

 

       7.1 鋁層與熱封層的剝離力
 

       將鋁塑膜切成15mm×100mm的試樣，并將樣品在溫度為85℃±2℃的電解液中浸泡24小時，取出自然冷卻至常溫后擦拭干凈，檢查樣品外觀并按GB/T 8808-1988規定的方法測試剝離力（測試速度為100 mm/min）。

 

表7 耐電解液性能驗證：熱封層與鋁層的剝離力

 

       鋁塑膜內層直接與電池中的電解液接觸，通過比常規使用條件更為苛刻的將鋰電池用鋁塑復合膜在高溫下浸泡電解液檢驗其長期可靠性。

 

       7.2 封口的熱封強度
 

       將鋁塑膜封裝制成60mm×80mm的樣袋，并注入3 mL電解液，經熱封閉合。將樣袋在溫度為85℃±2℃的環境中保持24小時后取出，自然冷卻至常溫。先裁去一個熱封邊后倒出電解液，再裁去其余熱封邊，然后將膜面殘留的電解液擦拭干凈，最后重新熱封。沿封口垂直方向取寬度為15mm的樣品，按QB/T 2358-1998規定的方法測試（測試速度為100 mm/min）。

 

表8 封口的熱封強度驗證

 

       該項測試模擬軟包鋰離子電池生產過程中的二封工序，反映電解液對二封的影響，具有很強的現實意義。

 

       除上述主要指標外，還對外觀、厚度、耐熱、耐濕熱等性能進行了驗證，各項性能指標均符合標準中提出的要求。經各項驗證，并經與會專家、代表的確認，標準中制定的指標均在合理范圍內，參照該標準要求和方法，對鋁塑復合膜是否能夠滿足鋰電池的制造、應用要求而言具有極其重要的作用。

 

       四、知識產權情況說明
 

       本標準的主要技術內容均不涉及專利。

 

       五、產業化情況、推廣應用論證和預期達到的經濟效果
 

       《鋰離子電池用鋁塑復合膜》團體標準對鋰離子電池用鋁塑復合膜進行了定義，提出了主要性能指標及檢測方法，且相關指標具有代表性和合理性，同時對生產企業的研發提供了一定的方向，對促進鋁塑膜行業健康發展及市場規范有積極的影響。

 

       本標準適用于鋰離子電池封裝用的鋁塑復合膜（簡稱鋁塑膜）。其它采用非鋰基電解質的電池用鋁塑膜也適用于本標準。

 

       六、采用國際標準和國外先進標準情況
 

       本標準是國內外首次制定的專門針對鋰離子電池用鋁塑復合膜的基礎標準，沒有國際標準和國外先進標準參考。

 

       七、與現行相關法律、法規、規章及相關標準的協調性
 

       本標準是鋰離子電池用鋁塑復合膜的基礎標準，與相關法律、法規及測試標準在技術內容上協調、一致。

 

       八、重大分歧意見的處理經過和依據
 

       本標準的技術內容是由國內主要鋰離子電池用鋁塑復合膜研制生產單位、鋰離子電池相關企業、鋁塑復合膜原材料供應商組成的編制工作組起草，并在工作組內經反復研討、達成一致后確定的，編制過程中多次邀請行業代表和有關專家對標準的內容和關鍵技術問題進行討論，無重大分歧意見。

 

       九、標準性質的建議
 

       作為鋰離子電池用鋁塑復合膜的基礎標準，本標準可作為推薦性行業標準指導鋰離子電池用鋁塑復合膜的研發、生產和檢測，在條件成熟的情況下，建議盡快升級為推薦性國家標準。

 

       十、貫徹標準的要求和措施建議
 

       本標準填補了鋰離子電池用鋁塑復合膜領域的空白，且與國家相關標準保持協調一致，建議盡快發布本標準，并于發布后立即實施。

 

       十一、替代或廢止現行相關標準的建議

       無。

 

       十二、其它應予說明的事項
 

       無。

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                    團體標準《鋰離子電池用鋁塑復合膜》編制工作組

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          2018-12-12

 

 

               附  件
 

《鋰離子電池用鋁塑復合膜》標準征求意見匯總表1
 

       截止11月1日共收到47條意見和建議，其中ATL3條，國軒高科11條，天勁6條，蘇達匯誠9條，鋰盾6條，新達12條。以下是2018年11月16日現場討論意見匯總：【雙擊圖片 查看詳細內容】

《鋰離子電池用鋁塑復合膜》標準征求意見匯總表2
 

       截止2018年12月8日，對征求意見稿修改后再次收到4條反饋意見，采納情況見下表：