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明冠引领国产铝塑膜自主可控

来源：环球网

3月18日，明冠新材铝塑膜产品推介会在深圳举行。明冠新材董事长兼总经理闫洪嘉阐释了明冠铝塑膜的战略布局，明冠锂膜技术总监李成利介绍了明冠铝塑膜产品特性与创新技术应用。闫洪嘉表示，明冠新材将与锂电产业链上下游企业精诚合作，加速铝塑膜国产化进程，早日实现自主可控。

图为明冠新材铝塑膜产品推介会现场

中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙、国家成果转化基金新能源汽车创业子基金合伙人兼总裁方建华，应邀出席并作精彩点评。

明冠铝塑膜的战略布局

闫洪嘉谈道，铝塑膜封装材料作为锂电池材料领域技术难度最高的环节之一，是目前锂电池产业链中唯一尚未完全国产化的材料，长期被日本“卡脖子”。中国的锂电梦想要照进现实，还有一层“膜”的距离。这距离看起来很短很短，但要迈过去却异常艰难。对国产铝塑膜企业来说，既是挑战，更是机遇。

图为明冠新材董事长兼总经理闫洪嘉阐释明冠铝塑膜战略

据闫洪嘉介绍，明冠铝塑膜从太阳能背板延伸而来，太阳能背板有一款铝基背板，其结构跟铝塑膜结构相似，公司在背板领域10多年的干法复合、热法制膜的技术沉淀，为铝塑膜干热复合技术思路的提出和设计提供了大量的经验数据和技术积累。

“与传统的‘低端切入、转型升级’路径不同，明冠新材在拓展铝塑膜领域伊始便定位为中高端市场，这意味着公司对产品的高标准、严要求，更意味着只有将可靠性、安全性等各项指标做到极致，才能真正为客户提供高品质、高附加值的产品，并在不断创新升级中持续赋能。”闫洪嘉表示。

同时，为了满足不同市场的差异化需求，明冠新材开发了不同规格、不同颜色、可适应不同应用场景的多种系列产品：针对智能手机、柔性穿戴电子产品应用上，明冠开发出了超薄黑色和银色铝塑膜；在移动电源、TWS、电子烟等市场，开发出了高冲深的113银膜和黑膜系列产品；在新能源汽车、两轮电动车、储能领域，开发出了153规格产品，针对固态电池、超级电容等特种领域也做了相应的产品布局，在软包电池市场形成了全领域、全场景应用的市场布局及覆盖。

闫洪嘉谈道，公司依托江西、苏州、越南三大基地，明冠太阳能背板将形成近20GW的年产能，年产12GW光伏组件用POE胶膜项目正在建设，铝塑膜募投项目进展顺利，公司将根据铝塑膜市场需求状况统筹安排推进相应产品的研发和生产，并做好未来3-5年的技术储备，预计公司产能将在今年得到大幅度释放。

明冠铝塑膜产品特性与创新应用

据李成利介绍，明冠铝塑膜干热复合技术的优势在于保留干法工艺特点的同时，兼顾了热法在耐电解液和抗水性方面具有的工艺优势特点，将热法的MPP树脂改性成干法可加工的纳米级悬浊液浆料，通过涂布方法在材料表面形成一层MPP树脂层，并在复合前提高树脂的流动性，使得热法的树脂能在低温、低压的复合强度下进行，保留了材料原有的机械性能。使得铝塑膜在冲深成型、外观、耐电解液及阻水等多方面的综合性能得到了全面提升。

图为明冠锂膜技术总监李成利介绍明冠铝塑膜产品

截至目前，明冠新材的动力、储能铝塑膜（CAP153），除PA/PP材料外，其他材料均为国产或自我开发产品，PP及PA也已处于自研及国产化测试阶段，预计1~2年内全部材料将实现本土化，彻底解开铝塑膜的所有技术封锁。

李成利表示，明冠的动力储能铝塑膜在耐电解液长效性、水煮长效性、湿热长效性、冷热冲击性、冲壳成型性等方面均等同于进口产品，优于国内同业，性能上有明显的竞争优势。在现场，他展示了一些实验数据。

耐电解液浸泡性能：从28天的测试数据看，明冠产品的剥离值仍在15N/15mm以上，处于同业水准的前列。热封剥离力：明冠铝塑膜在一封、二封阶段的封装剥离力差异不大，其封装强度等同于进口材料。湿热水煮极限实验：无论是双85实验还是水煮极限，均处于国内外同行领先水平。

PP粘结层耐温性：在-25～120℃时，明冠铝塑膜层间剥离力残留仍在13N/15mm以上，衰减57.65%；竞品剥离力残留为8.58N/15mm，衰减71%；无论是剥离残留值还是衰减幅度均优于同业。热封剥离力随温度变化：明冠铝塑膜-20～120℃的冷热交变情况下其热封强度最大变化为36.8%，远低于同业的78%的变化范围。

此外，李成利还展示了相关测试数据，表明明冠的3C数码铝塑膜在耐电解液、热封溶胶性、冲壳板翘、外观色泽、外观耐溶剂性等方面均有明显优势，在整个行业中同样处于领先水平。

图为明冠新材铝塑膜产品推介会现场

李成利谈道，铝塑膜要真正实现国产化，必须要保证良好的一致性。明冠凭借多年来在设备、工艺上积累的经验，结合产品的特性需求，最大程度地将工艺过程集成化，减少管控点，降低产品制作过程中因不确定性所引起的不稳定现象，提高产品的一致性、生产效率和良率。

同时，明冠对材料的选择原则从自研、品牌、实力（规模及研发）等方面入手，保证进料的可控性。进料检测按抽样检、在线检的方式评估可检测稳定性。同时为原料选择合适存储环境，避免因存储问题导致材料异常。

“明冠传承10多年在背板行业的管理经验，将制作过程标准化、生产环境标准化、核心岗位责任化、数据监测自动化。有效防堵过程缺失，降低材料过程风险，提高成品一致性。”李成利表示。

图为宁德时代系统创新部部长许金梅主持推介会

图为中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙作点评

图为国家成果转化基金新能源汽车创业子基金合伙人兼总裁方建华作点评

铝塑膜的电化学腐蚀现象

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铝塑膜是软包锂离子电池的外壳材料，其基本结构组成为：

1）内层：CPP层；

2）中间层：Al层；

3）外层：Nylon层。

轻而软的质地使其制作的锂电池外观非常灵活多变，在消费类电池（手机、笔记本电脑等）中广泛应用。

铝塑膜结构（干法工艺&热法工艺）

铝塑膜三部分主要材料的作用分别是：

CPP层：耐电解液腐蚀，避免Al层和电解液接触；熔融密封功能；

Al层：阻止水汽渗透到电芯内部；具有一定抗刺穿强度，保护功能；

Nylon层：阻隔空气尤其是氧气的渗透；保护Al层，保持形变。

目前，铝塑膜的生产工艺包括干法和热法。干法工艺是将Al层和CPP之间用接着剂粘结后，直接压合而成，这种工艺的冲深形变能力更强，有利于制作较厚的锂电池，但接着剂的耐电解液性能较差；热法工艺是先将CPP和MPP粘结，然后对CPP/MPP/Al施加一定的温度和压力，在长时间的高温烘烤下，MPP熔化实现和Al层粘结，但在高温环境下Al层容易脆化，因此冲深性能较差，此外，由于MPP与PP收缩系数存在较大差异，铝塑膜容易卷曲，这种工艺的主要优势是MPP与Al之间粘结力更强，不易分层，耐电解液性能更好。干法工艺以昭和电工（SHOWA）为代表，热法工艺以大日本印刷（DNP）为代表。

尽管干法工艺和热法工艺存在一定的差异性，但组成铝塑膜的三部分主要材料（Nylon、Al、CPP）并没有改变，Al层的存在使采用铝塑膜作为外壳的软包装锂离子电池始终存在腐蚀的风险。

1 什么是铝塑膜腐蚀？

铝塑膜腐蚀是指软包锂电池长期存放后（可能是一天两天，也可能是一月两月，还可能是一年两年甚至更久，大部分腐蚀发生在1~3个月之间），铝塑膜表面某些位置出现发黑，并伴随电解液泄露、电池胀气的现象。

铝塑膜腐蚀发黑现象

2 发生腐蚀的条件

为了研究发生腐蚀的条件，分别取常温存放3个月后未发生腐蚀的合格电池设计了四组实验，a组用钢针构造电子导电通路，b组用钢针构造Li+导电通路，c组用钢针构造电子+Li+导电通路，d组不进行任何处理，然后将其常温放置，观察铝塑膜随日历变化的腐蚀情况。

铝塑膜构造电子通路和离子通路实物图：a）钢针扎破顶封封印使Ni tab和Al层接触；b）钢针扎破侧封边使Al层和电解液接触；c）a+b的组合

研究发现，只有c组电池在一周时间内陆续出现了铝塑膜发黑的腐蚀现象，而其他组电池均正常，这就说明铝塑膜发生腐蚀的条件至少包括：1）电子短路通道；2）离子短路通道。

为了进一步研究铝塑膜腐蚀过程是否是原电池反应导致的，将镍带（模拟负极耳）和铝箔（模拟铝塑膜Al层）超声焊接在一起，然后密封浸泡在电解液中15天，结果发现，其表面并未有明显变化。据此判断，铝塑膜的腐蚀现象并非负极耳-铝塑膜Al层和电解液组成的原电池引起的。

以Al箔同时作为正负极组装扣式电池进行CV扫描，发现当电压＞0.5V左右时，出现了阳极电流，说明当电压＜0.5V时，Al不会发生反应，而当电压＞0.5V时，Al会被氧化，并且随着电压增加，氧化反应速率加快，说明铝塑膜腐蚀是一种电化学行为，即需要在一定的电压下，铝塑膜才会发生腐蚀。

Al-Al扣式电池CV扫描曲线

3 腐蚀产物是什么？

腐蚀产物目测是黑色物质，在放大镜下观察可以看到腐蚀产物不规则，表面凹凸不平，显微镜下可以清晰地分辨出腐蚀区域和正常区域。

腐蚀产物放大图

XRD测试结果表明，腐蚀的Al层是Li-Al合金和单质Al的混合物，即Al并未完全腐蚀。单质Al的存在可能原因是：1）Al层腐蚀时间不够，未充分反应完成；2）Al层表面形成了一层钝化膜，阻止了进一步腐蚀。

腐蚀产物的XRD图

Li-Al合金的形成原因是Al晶格的八面体间隙和Li+具有相似的尺寸，当Al的对锂电位低于0.284V左右时，将会发生Li+的嵌入反应。如果Al晶格中所有的八面体间隙全部嵌入Li+，将会形成化学式为LiAl的合金，理论克容量为993mAh/g（参考链接计算方法：锂电池活性材料理论比容量总结（附表））。而从恒流曲线可以看出，Li+嵌入Al后形成了Li0.94Al的合金，即Al并未被完全腐蚀，这与XRD测试结果相匹配。

Li/Al扣电恒流曲线

4 如何预防腐蚀？

通过上述实验和测试分析认为，铝塑膜腐蚀的三个必备条件包括：1）电子通路；2）离子通路；3）电压＞0.5V。

铝塑膜腐蚀的三个条件

然而，锂离子电池的使用电压基本在2V以上，电压＞0.5V是不可避免的。此外，由于铝塑膜的封装工艺是热熔合，CPP层撕裂破损的缺陷也较难避免，折边工艺也容易导致CPP破损，电解液和Al层接触的可能性非常大，因此，离子导电通路在软包锂离子电池中是普遍存在的。

离子通路改善方向

由于离子通路普遍存在，预防铝塑膜腐蚀的改善重点是避免形成电子导电通路，归根结底就是要避免一切Ni tab和铝塑膜Al层接触的形式。

电子通路改善方向

5 腐蚀风险评估

腐蚀风险通常是通过测试边电阻和边电压进行判定和拦截，避免高腐蚀风险电池流入终端。

边电阻测试（100%全检）：通常是在电芯顶封后测试Ni tab和铝塑膜Al层之间电阻，边电阻不良品（≤200MΩ）出现腐蚀的风险较高，可能导致电芯在长期使用过程中胀气或漏液。

边电压测试（100%全检）：理想状态下Al tab和铝塑膜的Al层之间是绝缘的，但由于离子短路通道基本不可避免，因此正极和铝塑膜的Al层之间具有电位差，可以用边电压定性表征铝塑膜PP层的破损程度。目前电池厂对边电压的控制通常是≤0.8V、≤1.0V、≤1.2V，边电压越高，腐蚀的风险越高，但对应的电芯“良率”越高，具体怎么定标准取决于各个公司能够忍受的客诉标准以及电芯的使用用途。

边电压与腐蚀的大致定量关系

由此可见，当边电压＞1.1V时，锂电池仅存放半年时间就可能发生腐蚀。

总结

对于软包装锂离子电池，电子短路通道一旦形成，则铝塑膜必然发生腐蚀，因此必须在电池生产和使用过程中严格防止电子短路形成，要杜绝一切Ni tab和铝塑膜Al层电接触的形式。电芯发生腐蚀时，腐蚀点会发黑，并伴随漏液、气味泄露、电芯胀气等现象，如果遇到长期存放后胀气的电芯，可能就是腐蚀导致的，并且腐蚀位置总是出现在铝塑膜CPP严重拉伸的位置，如封印边，冲坑角位等。 电芯在出货前应通过边电阻和边电压两级筛选，可以大大降低腐蚀坏品流入终端的风险，从而避免客诉、经济损失以及安全风险。

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