En la película de aluminio y plástico utilizada para las baterías de iones de litio, los tubos centrales de PP, principalmente CPP, son con diferencia la opción más común para la capa interna, mientras queTubos centrales de PEprácticamente nunca se utilizan.
La razón clave es que los tubos con núcleo de PP superan a los tubos con núcleo de PE en resistencia a electrolitos, resistencia a altas temperaturas, resistencia al termosellado y resistencia a la hinchazón y la corrosión. Estas propiedades hacen que el PP se adapte mejor a los estrictos requisitos de seguridad y vida útil de las baterías de iones de litio.
Estructura típica de película de aluminio y plástico
Una estructura típica de película de aluminio y plástico para celdas de bolsa de iones de litio consta de múltiples capas funcionales. Cada capa contribuye al rendimiento general de la barrera, la protección mecánica y la capacidad de termosellado de la película.
| Capa | Espesor típico | Función |
|---|---|---|
| MASCOTA | 6 µm | Capa protectora exterior |
| Adhesivo de capa exterior | 3 µm | capa de unión |
| Nueva York | 15 µm | Capa de soporte mecánico |
| Adhesivo de capa exterior | 3 µm | capa de unión |
| Alabama | 40 micras | Capa de barrera metálica |
| Adhesivo de capa interior | 3 µm | capa de unión |
| CPP | 80 micras | Capa interior termosellada |
1. Resistencia insuficiente a los electrolitos y riesgo de hinchazón
La función principal de la película de aluminio y plástico en las celdas de bolsa de iones de litio es encapsular la celda y aislarla del entorno externo. La capa interior termosellada generalmente utiliza polipropileno fundido (CPP), precisamente por su excelente resistencia al electrolito.
La estructura molecular del PE consiste en una unidad repetitiva completamente simétrica de -CH₂-CH₂-, sin grupos metilo en las cadenas laterales, y sus segmentos de cadena exhiben una alta flexibilidad. Su parámetro de solubilidad (16,0–16,5 MPa¹ᐟ²) se asemeja mucho al de los disolventes electrolíticos a base de carbonato, como DMC, EMC y EC, con parámetros de solubilidad de 16,5–17,5 MPa¹ᐟ². Esto hace que el PE sea muy susceptible a la hinchazón, la permeación e incluso la disolución por parte del electrolito.
Si se utiliza un núcleo de tubo de PE para enrollar una película de aluminio y plástico, durante la posterior encapsulación, formación y envejecimiento de la celda de la batería, procesos que implican el contacto con el electrolito, el núcleo del tubo puede hincharse y deformarse. Esto puede provocar una tensión interna desigual dentro del rollo de película y puede causar delaminación de la película de aluminio y plástico o fugas de electrolitos, lo que afecta directamente la seguridad de la batería.
Por el contrario, el polipropileno (PP), debido al impedimento estérico causado por sus grupos metilo, tiene un parámetro de solubilidad de 17,5 a 18,5 MPa¹ᐟ², que está fuera del rango típico de los disolventes electrolíticos descritos anteriormente. Muestra una hinchazón significativamente menor y, por lo tanto, es más adecuado para esta aplicación.
2. La resistencia mecánica y la precisión del conformado afectan la calidad del bobinado
La película de aluminio y plástico para celdas de bolsa de iones de litio es una película de precisión de alto valor agregado que exige altos estándares de planitud y concentricidad durante el bobinado. La resistencia a la tracción del material PE (≥20 MPa) es menor que la del PP (≥30 MPa), y el PE también tiene menor rigidez.
Bajo la alta tensión ejercida durante el bobinado a alta velocidad, los núcleos de PE son más propensos a deformarse y a desviaciones de redondez. Estos cambios dimensionales pueden contribuir a bordes desiguales, pliegues y túneles en los rollos de película.
Tubos centrales de PE
Una menor resistencia a la tracción y rigidez pueden hacer que los núcleos de PE sean más susceptibles a la deformación bajo alta tensión de bobinado, lo que afecta la geometría del rollo y la consistencia del bobinado.
Tubos centrales de ABS y PP
Los tubos centrales de ABS, PP y FRP proporcionan mayor rigidez y estabilidad dimensional, lo que ayuda a mantener la concentricidad del rollo de película durante el corte y el bobinado a alta velocidad.
Los tubos centrales de ABS, en particular, combinan dureza con rigidez. Cuando se producen en condiciones controladas de sala limpia, también pueden ayudar a controlar la limpieza de la superficie y reducir el riesgo de que materias extrañas contaminen la película de aluminio y plástico.
3. La mala resistencia a altas temperaturas limita la compatibilidad del proceso
La producción de películas de aluminio y plástico para baterías de iones de litio, así como la fabricación de celdas de batería, implica etapas de alta temperatura como horneado, termosellado y formación. Las temperaturas pueden alcanzar con frecuencia entre 80 y 120 °C.
El PE tiene un punto de fusión relativamente bajo de aproximadamente 105 a 130 °C y una temperatura máxima de funcionamiento continuo por debajo de 80 °C. A temperaturas elevadas, el PE puede ablandarse y deslizarse, lo que podría provocar una deformación dimensional. Esto puede afectar la estabilidad del bobinado y el posterior desenrollado y procesamiento.
PÁGINAS:El PP tiene un punto de fusión de aproximadamente 160 a 170 °C y puede permanecer estable durante largos períodos en ambientes de alrededor de 100 a 120 °C.
ABS:Los tubos centrales de ABS también brindan resistencia a la temperatura adecuada para los requisitos de proceso estándar, lo que ayuda a evitar la deformación durante las etapas de procesamiento relevantes.
Por lo tanto, en comparación con el PE, el PP y los tubos centrales de ABS adecuados, proporcionan una mejor estabilidad dimensional en las condiciones de temperatura asociadas con el procesamiento de películas de aluminio y plástico y la fabricación de baterías.
4. Requisitos de limpieza y compatibilidad de la industria
La industria de las baterías de iones de litio impone estrictos requisitos de limpieza en el entorno de producción. Como material de encapsulación para celdas de batería, la película de aluminio y plástico debe protegerse contra materias extrañas y contaminación por polvo durante toda la fabricación y manipulación.
El proceso de producción de núcleos de PE suele implicar una extrusión estándar. Dependiendo del entorno de fabricación y los controles del proceso, es posible que la limpieza de la superficie resultante no cumpla con los requisitos de las aplicaciones de sala blanca de baterías de iones de litio. Los desechos superficiales y la atracción electrostática del polvo pueden aumentar los riesgos de contaminación durante el bobinado y manipulación de la película.
Por esta razón, las opciones principales para los núcleos de bobinado utilizados con películas de aluminio y plástico para celdas de bolsa de iones de litio incluyen tubos centrales de ABS y PP de alta precisión. Con controles de fabricación adecuados, producción en salas blancas y tratamiento antiestático, estos materiales pueden satisfacer los requisitos relacionados con la limpieza, la precisión dimensional y la resistencia química.
Por lo tanto, los núcleos de PE se asocian más comúnmente con aplicaciones de bobinado de películas de uso general donde los requisitos de precisión dimensional, resistencia química y limpieza son menos exigentes.
Tubos centrales de PE versus PP para películas de aluminio y plástico
| Factor de rendimiento | Tubos centrales de PE | Tubos centrales de PP |
|---|---|---|
| Resistencia de electrolitos | Más susceptible a la hinchazón y la permeación. | Mejor resistencia a la hinchazón relacionada con los electrolitos |
| Rigidez mecánica | Menor rigidez | Mayor rigidez y estabilidad dimensional. |
| Precisión de bobinado | Más susceptible a la deformación bajo alta tensión. | Más adecuado para bobinado de precisión |
| Resistencia a la temperatura | Más propenso a ablandarse y deslizarse a temperaturas elevadas. | Mayor punto de fusión y mejor estabilidad a altas temperaturas. |
| Compatibilidad de aplicaciones | Más adecuado para bobinado de películas de uso general. | Ampliamente utilizado para aplicaciones exigentes de bobinado de películas. |
| Requisitos de limpieza | Requiere controles ambientales y de proceso adecuados | Se puede fabricar con limpieza controlada para aplicaciones exigentes. |
¿Por qué se utilizan habitualmente los tubos centrales de PP y ABS?
La selección de un núcleo de bobinado para películas de aluminio y plástico no está determinada por una sola propiedad del material. El núcleo debe mantener la estabilidad dimensional durante el bobinado y la manipulación posterior y, al mismo tiempo, ser compatible con los requisitos químicos, térmicos y de limpieza asociados con la fabricación de baterías de iones de litio.
Estabilidad dimensional
Los tubos centrales de PP y ABS proporcionan la rigidez y estabilidad dimensional necesarias para mantener la geometría del rollo durante el bobinado, el corte y el transporte.
Resistencia química
El PP proporciona una fuerte resistencia al entorno químico asociado con las aplicaciones de baterías de iones de litio, lo que reduce el riesgo de hinchazón y degradación del material.
Estabilidad de temperatura
Los tubos centrales de PP y ABS adecuados pueden proporcionar una mejor estabilidad dimensional en condiciones de procesamiento a temperatura elevada que el PE.
Fabricación limpia
Los entornos de fabricación controlados y el tratamiento antiestático pueden ayudar a que los tubos centrales de PP y ABS cumplan con los requisitos de limpieza y control de contaminación de aplicaciones de películas exigentes.
Tubos centrales de PERara vez se seleccionan para enrollar películas de aluminio y plástico utilizadas en baterías de bolsa de iones de litio porque su rendimiento no se alinea tan bien con los requisitos combinados de resistencia de electrolitos, rigidez mecánica, estabilidad dimensional, resistencia a la temperatura y limpieza.
Los tubos centrales de PP y ABS se utilizan más comúnmente porque pueden proporcionar la resistencia química, la estabilidad dimensional, el rendimiento de temperatura y la limpieza controlada necesarios para el bobinado preciso de una película de aluminio y plástico. El material central adecuado depende en última instancia de la estructura específica de la película, el proceso de bobinado y los requisitos de fabricación.
