鋰電池膠帶的研究進展

邱燕平，黃志奇，鐘 宏，尹朝輝

（1.江西中輝新材料有限公司技術研發中心，江西 新余 338000；2.寧德新能源科技有限公司，福建 寧德 352000）

近幾年來我國鋰電池膠帶生產水平發展較快，但是對鋰電池膠帶的研究歷史背景和現狀、前人研究鋰電池膠帶工作成就以及爭論焦點進行嚴謹而系統總結的文獻較少。本研究從鋰電池膠帶的歷史背景和現狀、原料特性及使用選擇等方面對鋰電池膠帶的研究發展進行介紹[1]，為從事該領域研究的人員提供參考和建議。

1 鋰電池膠帶研究歷史及背景

鋰離子電池主要有正極、負極與電解質等3要素構成，其正極材料是導電高分子聚合物或無機化合物，負極常使用鋰金屬或鋰碳層間化合物，電解質是采用固態或者膠態高分子電解質或有機電解液[2]。鋰離子電池以其輕便小巧外形，相比其他類型電池，鋰電池因具有較高的電壓、較長使用壽命、可無記憶重復充電使用以及為電子設備提供持久電力等優良性能而被廣泛應用。隨著移動電子終端設備的不斷發展，為鋰離子電池的發展帶來強勁動力和廣闊市場（現在人們生活中隨處可見鋰電池并且變得不可或缺），同時，新能源動力汽車的發展、國家新能源產業政策的導向與支持，很多省市將新能源鋰電池作為新產業轉型與升級的突破口，因而鋰電池得到快速發展[3]。與此同時，鋰電池膠帶被大量應用于鋰離子電池上，起到絕緣和固定的作用，這是鋰離子電池上不可或缺的重要材料。

鋰電池膠帶是指在鋰電池電芯中段生產工序（卷繞/疊片、外殼焊接和封口等工序）[4]中用于電極繞卷、極片保護和卷芯終止等作用的壓敏膠粘帶，其主要作用是在鋰電池上起到絕緣和固定的作用，鋰電池膠帶的發展是伴隨鋰離子電池的發展而發展。

鋰電池分為液態鋰離子電池（LIB）和聚合物鋰離子電池（PLB）2。其中，液態鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負極的二次電池，電池正極采用的鋰化合物為LiCoO2或，負極采用鋰-碳層間化合物[5]。鋰原電池通常以金屬鋰或者鋰合金為負極，以MnO2、SOCl2和 （CF）n等 材 料 為 正 極 ， 鋰 二 次電池研發分為金屬鋰二次電池、鋰離子電池與鋰聚合物電池等3個階段。鋰金屬在1958年被引入電池領域，1970年前后一次鋰原電池實用化，并在軍工和民用領域得到應用。后來基于環保與資源的考慮，研究重點轉向可反復使用的二次電池，1987年前我國開始生產鋰電池，2000年我國鋰離子電池已商業化生產，2000年燃料電池、太陽能電池和磷酸鐵鋰電池成為世界矚目的新能源發展問題的焦點[6]。隨著正極材料、負極材料與電解質的革新、可充放二次鋰電池不斷發展，如今鋰電池技術仍在繼續發展并將進一步改善人類生活。

2 鋰電池膠帶研究現狀

鋰電池膠帶是一種具有特殊功能特性的壓敏膠帶[7]，具有一定的初粘性、持粘性、耐溫性和耐化學腐蝕性，且在無污染情況下可反復使用、剝離后對被粘物表面無污染等特性。鋰電池膠帶因用于鋰電池的不同部位需要、不同功效要求、不同性能標準和不同生產公司等，為了滿足客戶及市場需求而分為不同特性的鋰電池膠帶。我國鋰電池膠帶生產廠家參差不齊，技術研發水平相對落后，缺少核心技術，多處于加工生產階段。近幾年來，整體行業水平發展較快。

鋰電池膠帶的特性主要是由基材、膠粘劑和用途等因素決定的，所以鋰電池膠帶一般按基材、膠粘劑和用途來進行分類。鋰電池膠帶的種類繁多，生產廠家多根據客戶對材料的使用要求開發和生產鋰電池膠帶，其中，膠粘劑的成分決定了鋰電池膠帶的特性與用途，常用的膠粘劑有丙烯酸酯膠粘劑、橡膠膠粘劑等。使用不同膠粘劑為原料制備的鋰電池膠帶具有不同的特性：用丙烯酸酯膠粘劑制備的丙烯酸酯鋰電池膠帶具有良好的抗老化性和耐候性、較高的耐溫性和良好的熱穩定性，對極性表面有著良好的粘接性、對非極性表面的粘接力較小，起始剝離強度較低等；用橡膠膠粘劑制備的橡膠鋰電池膠帶具有在高溫下有更高的抗剪切力、與各種表面均可粘貼、良好的初粘力，但抗老化性、抗溶劑性較差。

2.1 鋰電池膠帶制備

不同的鋰電池廠家因其電池類型、型號及生產設備不同而使用不同的鋰電池膠帶，綜合起來鋰電池膠帶制備應用工序大致為：①基材處理，PP、PET和PI薄膜基材通過表面電暈處理得到一面粗糙一面光滑的薄膜基材，也可再通過在非上膠面涂布離型劑得到離型膜，或者可以再加一層數字油墨得到數字膜；②涂膠，在處理薄膜的電暈面涂布壓敏膠水，通過高溫烘道使膠水烘干、固化；③收卷，通過設備冷卻，再按規格要求收卷得到半成品；④裁切，半成品收卷時收成的母卷需經過復卷再分切或分條得到成品（半成品收卷時只收小卷可直接分切或分條得到成品）即可包裝出售。加工膠帶所經過的設備有膠帶涂布機、精密復卷機、精密分條機、精密分切機，為了保證膠帶在生產過程不被污染特別是不被磁性物質污染，所有過程需在萬級以上潔凈區域完成。

2.2 鋰電池膠帶的基材

基材是鋰電池膠帶中的載體，其影響了鋰電池膠帶的溫度使用范圍、抗拉伸度、抗剪切力和材料成本等因素。常見的基材有BOPP（雙向拉伸聚丙烯薄膜）、PET（耐高溫聚酯薄膜）、PI（聚酰亞胺薄膜）和nomex（間位芳綸或芳綸1313）紙等；聚合物薄膜因具有尺寸穩定、彈性較高、絕緣性良好、耐酸堿性較好、抗撕裂強度較佳以及抗增塑劑等優良性能而成為鋰電池膠帶的常用載體基材。

不同的基材賦予鋰電池膠帶不同的特性，郭培鈞等[8]通過同一丙烯酸酯膠水中加入適量交聯劑和顏料后分別制成BOPP和PET基材膠粘帶，以BOPP膜為基材的產品耐溫性和耐電解液性比PET基膠帶差。基材的耐溫性能決定了鋰電池膠帶的使用溫度環境上限，耐溫性能，PI基材＞PET基材＞BOPP基材，PI基材耐溫性能相對最好，BOPP基材耐溫性能相對最差。基材成本與耐溫性能相反，BOPP鋰電池膠帶成本相對最低、PI鋰電池膠帶成本相對最高。

2.3 熱熔鋰電池膠帶

隨著新材料的開發，鋰電池膠帶行業引進了一些新的膠粘劑種類，如單面熱熔鋰電池膠帶，鋰電池用雙面熱熔膠帶。

在“一種鋰電池用單面膠帶及其制備方法”專利[9]中詳細介紹了單面熱熔鋰電池膠帶的結構、制備方法及使用工藝，并闡述這類鋰電池膠帶的基礎特性。單面熱熔鋰電池膠帶由密封熱熔壓敏膠層和基膜層組成，該單面膠帶粘性較好，能夠耐鋰電池的電解液腐蝕，不與鋰電池內的電解液發生化學反應，保持了鋰電池的性能。使用單面熱熔鋰電池膠帶的鋰電池極組和外包裝材料粘接穩固，不會發生相對位移，抗摔能力較好，安全性較高，使用壽命較長，質量穩定。

鋰電池用雙面膠帶中的一面有粘性，通常為丙烯酸酯膠；另一面常溫無粘性，遇熱發黏，通常為熱熔膠。在使用中膠帶一面在常溫下對鋁箔和聚乙烯膜有粘接性，另一面要在80 ℃以上環境才會對聚丙烯面有粘接性，較適合鋰電池的生產工藝需求。張濤輝等[10]詳細介紹了鋰電池用雙面膠帶的結構、制備方法及使用工藝，并闡述了這類鋰電池膠帶的特性。王升等[11]發明的膠帶具有粘接強度較高、使用面積較少等特性。市場上鋰電池用的雙面膠帶有東莞市澳中電子材料公司、江西中輝新材料公司等鋰電池生產廠家。

2.4 鋰電池終止膠帶

鋰電池終止膠帶是指鋰電池電芯中段生產工序卷繞/疊片中用于電極繞卷和卷芯終止等的壓敏膠粘帶，這種膠帶除了具有壓敏膠帶一般性能外，還在基材選擇、黏附性、耐溫性和耐電解液性能等方面有著特殊要求，是一類特殊的壓敏膠粘制品。鋰電池終止膠帶是電池中使用較多的一類壓敏膠帶。

郭培鈞等[8]以丙烯酸異辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和醋酸乙烯酯等單體為原料，加入引發劑并采用溶液聚合法成功制備出一種初粘性為9#鋼球，剝離強度為8.3～8.5 N/25 mm，持粘性為299 min的丙烯酸酯壓敏膠。其性能符合鋰電池生產工藝需求。

陳鵬[12]介紹了鋰電池終止膠帶的定義、作用及結構組成，并與傳統的橡膠型膠帶進行對比，以其成本低廉、外形美觀、制作工藝簡單，以及在浸泡電解液3 d后不脫膠、黏附性較好、不變色、不被腐蝕和耐電解液性能較好等特點，滿足了鋰電池廠家的應用需求。

2.4.1 超薄鋰電池終止膠帶

隨著各種電子設備的小型化發展，市場對電池大小和厚度要求越來越苛刻，隨之鋰電池材料的厚度也要求越來越薄。梁文學等[13]以植物油基環氧油酸甲酯（EMO）為原料，合成了功能性高分子單體丙烯酸油酸甲酯（AMO），將AMO 分別與甲基丙烯酸甲酯等硬單體及一些功能性單體進行聚合,制備出了墨綠色、無鹵素和超薄的鋰離子電池終止膠帶。之后，江西中輝新材料公司等鋰電池生產廠家也相繼開發出了9 μm、12 μm的超薄鋰離子電池終止膠帶。

2.4.2 鋰電池數碼終止膠帶

現今市場上對產品的品質質量提出可控性及可追述的要求，鋰電池數碼終止膠帶是為符合市場這一需求而開發的另一種鋰電池終止膠帶。是在鋰電池終止膠帶上，增加印刷數碼標示，其性能要求與鋰電池終止膠帶一致。

數碼膠帶通常由膠粘劑層、保護層、油墨層、底涂層、基層和離型層組成膠帶結構，以雙向拉伸PET或PP薄膜為基材，印刷油墨為數字功能層，基材的非數字面涂布單組分非硅離型劑作為解卷涂層；在基材涂數字面上再涂布丙烯酸酯膠粘劑層，以此制成鋰電池數碼膠帶[14]。

2.5 鋰電池耐高溫膠帶

鋰電池耐高溫膠帶是為了使鋰電池在生產和使用等高溫極限條件下具有良好的穩定性，需要鋰電池能夠在高溫環境下能長時間保持結構穩定、化學性能不變，保證鋰電池在高溫環境下不短路、不漏電及液體泄露等[15]特性而開發出的一種電池膠帶。最初的鋰電池耐高溫膠帶是有機硅硅膠膠帶，但是近年來鋰電池行業提出電芯內不能含有硅元素，因此現在市面上用的耐高溫膠帶大部分為丙烯酸酯電池膠帶。

鐘宏等[16]以丙烯酸異辛酯（2-EHA）、丙烯酸丁酯（BA）、醋酸乙烯（VAc）、甲基丙烯酸月桂酯（LMA）和甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）等單體為原料，以過氧化苯甲酰（BPO）和偶氮二異丁腈（AIBN）為引發劑，通過溶液聚合得到一種聚丙烯酸酯壓敏膠，在加入適量的交聯劑后，制成了PI基材的膠粘帶，在初粘性和粘接性能符合要求條件下，高溫180 ℃/12 h不殘膠，電解液中85 ℃/48 h不脫膠。

2.6 鋰電池極耳膠帶

李文等[17]在制作鋰電池電芯時需要在極耳上焊接Tab lead（TAB引線），這樣對極耳進行加長，方便下道工序在頂側封時將密封劑融化進行密封。Tab lead焊接采用超聲波進行焊接，在焊接完成后，極耳上會有焊點產生。由于極耳伸出高度位置不一定符合要求。一般需要對極耳進行折彎，在這種情況下容易產生短路，所以需要對焊接的位置進行加貼絕緣膠帶，而且極耳的2面都需要粘貼上絕緣膠帶。

2.7 雙層鋰電池保護膜膠帶

鋰電池外殼堅硬、菱角分明，要求保護包邊的鋰電池膠帶具有柔軟性、粘性較強、貼合較好以及長時間不起翹，這類膠帶稱之為雙層鋰電池保護膜膠帶。萬中梁等[18]通過雙層PET薄膜和雙層膠粘劑層的復合結構使膠帶在耐磨堅韌的同時更柔軟；通過涂布添加酚醛樹脂的高粘改性亞克力膠粘劑使粘性更強，從而達到膠帶貼合性更好、不容易起翹，且在130 ℃烘烤0.5 h以上撕下不殘膠，可以更好地保護電池。

2.8 動力電池膠帶

動力電池膠帶是采用PET薄膜為基材，在PET薄膜上涂覆非硅類壓敏膠（丙烯酸酯膠水或橡膠膠水），用于電動汽車軟包裝動力電池的殼體、設置在殼體內的電芯、蓋封殼體的頂蓋、電芯頂面、兩大側面以及底面等部位起絕緣維護和固定作用的電池膠帶。

2.9 鋰電池保護膜

鋰電池保護膜膠帶主要采用PET膜和BOPP膜為基材，涂布丙烯酸膠水，用于軟包電池以及聚合物鋰電芯生產過程中鋁塑膜表面的粘貼及保護。特點是潔凈度較高、粘性適中，粘貼鋁塑膜時不起翹，不會破壞條形噴碼，耐一定的高溫而不殘膠，抗刮傷，耐穿刺，產品符合ROHS標準等。

3 鋰電池膠帶的發展前景

由于環保的需要，我國新能源的開發已提上日程，新能源的起用與國家的支持是密不可分的。我國已采取相應的政策來扶持新能源產業的發展，擴大現有的規模，增加新能源的市場，降低生產成本，增大企業的利益與競爭力，為新能源的進一步發展做好鋪墊[19]。現在人們越來越重視環境保護和尋求不可再生能源的替代品，各國都在研制環保型汽車，電動汽車是其中重要方案之一。提高動力電池能量密度將延長電動汽車續航里程，對發展電動汽車技術具有重要意義[20]。鋰電池因具有壽命較長、比能量較高、放電性較好、安全性較高和體積較小等優點，在儲能領域的應用日益廣泛[21]。再加上政策扶持，鋰電池目前已經成為了蓄電池領域的主要發展方向[22，23]。

隨著對現有材料和電池設計技術的改進以及新材料的出現，鋰離子的應用范圍不斷拓展，鋰電池膠帶作為鋰電池生產制造中必備的材料之一其發展前景廣闊。民用已從信息產業的移動電話、PDA 筆記本電腦等拓展到能源交通、電動汽車，風能電站蓄電等領域。軍用則涵蓋了海陸空武器裝備上的電子設備，鋰離子電池為電子產品提供了動力能源的配套產品。未來在移動通訊工具和設備，以及電動汽車等領域將廣泛應用，其潛在需求巨大[24]。