Tại sao Polyethylene (PE) hiếm khi được sử dụng làm lõi quấn màng nhôm-nhựa?

Trong màng nhôm-nhựa được sử dụng cho pin lithium-ion, ống lõi PP, chủ yếu là CPP, cho đến nay là lựa chọn phổ biến nhất cho lớp bên trong, trong khiống lõi PEhầu như không bao giờ được sử dụng.

Lý do chính là vì ống lõi PP vượt trội hơn ống lõi PE về khả năng kháng điện phân, chịu nhiệt độ cao, độ bền kín nhiệt và khả năng chống phồng rộp và ăn mòn. Những đặc tính này làm cho PP phù hợp hơn với các yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn và tuổi thọ của pin lithium-ion.

Cấu trúc màng nhôm-nhựa điển hình

Cấu trúc màng nhôm-nhựa điển hình cho tế bào túi lithium-ion bao gồm nhiều lớp chức năng. Mỗi lớp góp phần vào hiệu suất rào cản tổng thể, khả năng bảo vệ cơ học và khả năng hàn nhiệt của màng.

1. Khả năng kháng điện giải không đủ và nguy cơ bị sưng tấy

Chức năng cốt lõi của màng nhôm-nhựa trong tế bào túi lithium-ion là bao bọc tế bào và cách ly tế bào với môi trường bên ngoài. Lớp đệm nhiệt bên trong thường sử dụng polypropylen đúc (CPP), chính xác là do khả năng chống điện phân tuyệt vời của nó.

Cấu trúc phân tử của PE bao gồm đơn vị lặp lại hoàn toàn đối xứng của -CH₂-CH₂-, không có nhóm methyl chuỗi bên và các đoạn chuỗi của nó thể hiện tính linh hoạt cao. Thông số độ hòa tan của nó (16,0–16,5 MPa¹ᐟ²) gần giống với thông số hòa tan của dung môi điện phân gốc cacbonat, chẳng hạn như DMC, EMC và EC, với thông số hòa tan là 16,5–17,5 MPa¹ᐟ². Điều này khiến PE rất dễ bị trương nở, thẩm thấu và thậm chí bị hòa tan bởi chất điện phân.

Ngược lại, polypropylen (PP), do cản trở không gian do các nhóm methyl của nó gây ra, có thông số hòa tan là 17,5–18,5 MPa¹ᐟ², nằm ngoài phạm vi điển hình của dung môi điện phân được mô tả ở trên. Nó cho thấy ít sưng hơn đáng kể và do đó phù hợp hơn cho ứng dụng này.

2. Độ bền cơ học và độ chính xác tạo hình ảnh hưởng đến chất lượng cuộn dây

Màng nhôm-nhựa dành cho tế bào túi lithium-ion là loại màng có độ chính xác có giá trị gia tăng cao, đòi hỏi tiêu chuẩn cao về độ phẳng và độ đồng tâm trong quá trình cuộn dây. Độ bền kéo của vật liệu PE ( ≥20 MPa) thấp hơn PP ( ≥30 MPa) và PE cũng có độ cứng thấp hơn.

Dưới sức căng cao sinh ra trong quá trình cuộn dây tốc độ cao, lõi PE dễ bị biến dạng và lệch độ tròn hơn. Những thay đổi về kích thước này có thể góp phần tạo ra các cạnh không đều, nếp nhăn và đường hầm trong cuộn phim.

Đặc biệt, ống lõi ABS kết hợp độ dẻo dai với độ cứng. Khi được sản xuất trong điều kiện phòng sạch được kiểm soát, chúng cũng có thể giúp kiểm soát độ sạch bề mặt và giảm nguy cơ vật lạ làm nhiễm bẩn màng nhôm-nhựa.

3. Khả năng tương thích quá trình giới hạn khả năng chịu nhiệt độ cao kém

Quá trình sản xuất màng nhôm-nhựa cho pin lithium-ion cũng như sản xuất pin bao gồm các giai đoạn ở nhiệt độ cao như nung, hàn nhiệt và tạo hình. Nhiệt độ thường xuyên có thể đạt tới 80–120 ° C.

PE có điểm nóng chảy tương đối thấp khoảng 105–130 °C và nhiệt độ hoạt động liên tục tối đa dưới 80 °C. Ở nhiệt độ cao, PE có thể mềm và dãn, có khả năng dẫn đến biến dạng kích thước. Điều này có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của cuộn dây cũng như việc tháo cuộn và xử lý tiếp theo.

Do đó, so với ống lõi PE, PP và ABS phù hợp mang lại độ ổn định kích thước tốt hơn trong các điều kiện nhiệt độ liên quan đến xử lý màng nhôm-nhựa và sản xuất pin.

4. Yêu cầu về tính tương thích và độ sạch của ngành

Ngành công nghiệp pin lithium-ion đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt về độ sạch đối với môi trường sản xuất. Là vật liệu đóng gói cho pin, màng nhôm-nhựa phải được bảo vệ khỏi các chất lạ và bụi bẩn trong suốt quá trình sản xuất và xử lý.

Quy trình sản xuất lõi PE thường bao gồm quá trình ép đùn tiêu chuẩn. Tùy thuộc vào môi trường sản xuất và các biện pháp kiểm soát quy trình, độ sạch bề mặt có được có thể không đáp ứng được yêu cầu của các ứng dụng phòng sạch dùng pin lithium-ion. Các mảnh vụn bề mặt và lực hút tĩnh điện của bụi có thể làm tăng nguy cơ ô nhiễm trong quá trình cuộn và xử lý màng.

Vì lý do này, các lựa chọn phổ biến cho lõi quấn được sử dụng với màng nhôm-nhựa cho tế bào túi lithium-ion bao gồm ống lõi ABS và PP có độ chính xác cao. Với các biện pháp kiểm soát sản xuất phù hợp, sản xuất trong phòng sạch và xử lý chống tĩnh điện, những vật liệu này có thể giải quyết các yêu cầu liên quan đến độ sạch, độ chính xác về kích thước và khả năng kháng hóa chất.

Do đó, lõi PE thường được kết hợp nhiều hơn với các ứng dụng cuộn màng đa năng trong đó yêu cầu về độ chính xác kích thước, khả năng kháng hóa chất và độ sạch ít khắt khe hơn.

Ống lõi PE so với PP cho màng nhôm-nhựa

Tại sao ống lõi PP và ABS thường được sử dụng?

Việc lựa chọn lõi cuộn cho màng nhôm-nhựa không được xác định bởi một đặc tính vật liệu duy nhất. Lõi cần duy trì sự ổn định về kích thước trong quá trình cuộn dây và xử lý tiếp theo đồng thời phải tương thích với các yêu cầu về hóa học, nhiệt và độ sạch liên quan đến sản xuất pin lithium-ion.