详解软包锂离子电池极耳

1. 电池极耳是什么？

极耳，是软包锂离子电池产品的一种组件。电池分为正极和负极，极耳就是从电芯中将正负极引出来的金属导电体，通俗的说电池正负两极的耳朵是在进行充放电时的接触点。电池的正极使用铝（Al）材料，负极使用镍（Ni）材料，负极也有铜镀镍（Ni—Cu）材料，它们都是由胶片和金属带两部分复合而成。

2.极耳的分类

2.1按极耳金属带材质分：

⑴铝（Al）极耳，一般用作正极极耳，如果电池为钛酸锂负极时，也用作负极极耳。

⑵镍（Ni）极耳，用作负极极耳，主要用在数码类小电池上，例如：手机电池、移动电源电池、平板电脑电池、智能传递设备电池等。

⑶铜镀镍（Ni—Cu）极耳，用作负极极耳，主要应用于动力电池和高倍率电池。

2.2 按照极耳胶来分（国内市场）：

⑴黑胶极耳，一般用在中低端数码类小电池上。 ⑵黄胶极耳，一般用在中低端动力电池和高倍率电池上。

⑶白胶极耳 ，一般用在高端数码电池、动力电池和高倍率电池上。 2.3极耳的成品包装分为：

⑴盘式极耳（整条金属带通过设备加上胶片后整条的卷绕成盘），用在自动化生产产线

⑵板式极耳（金属带加上胶片后裁切成单个的，然后成排摆放用两片薄透明塑料片夹在中间），用于普通生产产线。

3.电池极耳金属带材质

AL1050铝合金为纯铝中添加少量铜元素形成，具有极佳的成形加工特性、高耐腐蚀性、良好的焊接性和导电性。

TU1为无氧铜，氧和杂质含量极低，纯度高，导电导热性极好，延展性极好，透气率低，无“氢病”或极少“氢病”；加工性能、焊

接、耐蚀耐寒性均好。

4.各种品牌极耳胶结构与性质 4.1. 各种品牌极耳胶结构

目前极耳胶都是从日本进口而来，极耳胶生产技术难点是：PP材料的分子量要控制在一个比较窄的范围内，目前国内的技术生产出的PP胶达不到要求。

极耳胶结构：极耳胶一般由三层材料热压在一起而构成,除凸版及昭和制造单层改性PP构成及腾森制造五层极耳胶以外。一般极耳胶由中间骨架层及两表面改性PP层构成,两表面的改性PP材质相同。日立和腾森为了追求超高的粘合层与金属带的粘合强度，两个表面的改性PP材质不同，一面是亲金属性改性PP，另一个表面是亲塑性改性PP。这种极耳胶，制作极耳时一旦极耳胶表面用反了，则必定会造成电芯漏液气胀事故。

目前国内市场上，极耳制造所使用的极耳胶分为白胶、黑胶、黄胶和单层胶。其中高端电芯客户大多采用单 层凸版80μm和50μm白胶。一般中低端客户采用DNP黑胶和DNP黄胶。三层结构的白胶在日本和韩国大量采用。单层白胶在日韩电芯公司用的极少，基本都用三层结构白胶。国内较高端的电芯公司也在逐步采用三层结构的白胶。

4.2 各品牌极耳胶性能

DNP黄胶结构为中间功能层UHR（为无纺布结构），表面两层为改性PPa。

UHR层厚度为14g/m²≈12μm,表面改性PPa厚度为44μm。 UHR熔点为310~340℃，PPa熔点为147℃。

黄胶极耳有分层的危险。但黄胶极耳的封装条件比白胶容易调节。前期日本极耳胶供应商也提到黄胶的不足，表现为3点：

1）极耳胶是由中间一层UHR和表面两层改性PP胶热压在一起的。

2）中间层无纺布,水分会从无纺布中通过毛细管渗透作用引入到电池内部,使得电池发鼓气胀。

3）无纺布容易分层，热压效果不好，电芯使用时间或搁置时间长

了容易造成漏液。

DNP黑胶结构为中间功能层PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）薄膜，表面两层为改性PPa。PEN层厚度为12μm,表面改性PPa厚度为44μm。PEN熔点为265℃，PPa熔点为147℃。黑胶其功能层PEN和PP层为不同物质复合,存在分层风险,高端客户一般不采用此胶。

白胶

白胶又分为单层白胶、三层白胶、五层白胶。

单层白胶一般由一层改性PP构成，类似于初期的铝塑膜内层，熔点在140℃以上，与铝塑膜的内层CPP熔点接近。

三层结构白胶表面两层改性PP和中间骨架层PP经共挤制得，不存在分层风险,高端客户及动力电芯一般都采用此类极耳胶。

5.各种极耳胶性能比较 5.1 黄胶极耳和黑胶极耳的比较

DNP黑胶其功能层PEN和PPa层为不同物质复合,界面多,经过电解液浸泡后本身会分层剥离。PEN熔点为265℃，PPa熔点为147℃。且黑胶PPa层里还有3种不同融点的物质,黑色素:66℃,PE 105℃,PP167℃,界面更加不稳定。

黄胶极耳功能层本身融点300℃以上,所以热封时会更好操作。中间功能层改用了无纺纤维层代替原来的聚萘二甲酸乙二醇酯,界面融合较黑胶好,但仍然无法解决不同物质之间的彻底融合问题。黄胶由于本身PPa层技术的原因,在热封后会变得异常坚硬,失去柔韧性,在封装电池和后期加工(转镍、加板)时,易使极耳胶及极耳金属断裂,从而使电池产生漏液、气胀等。

5.2 黄胶极耳和白胶极耳的比较

白胶采用三层具有不同功能的PP材料经共挤制得，其功能层热封温度较宽165~167℃,略低于电池封装温度（180-220度),可以有效的防止切面短路问题,增大了电池封装时可操作的温度范围,提高了电池生产的成品率。

黄胶极耳由于本身PP层技术的原因,在热封后会变得异常坚硬,失去柔韧性,在封装电池和后期加工（转镍、加板）时,易使极耳胶及极耳

金属断裂,从而使电池产生漏液、气胀等,而白胶极耳由于3个功能层使用的材料属于同类物质（PP类）,在热封后仍可以保持极高的柔韧性。

5.3 白胶极耳和单层白胶的比较

单层白胶类似于初期的铝塑膜内层,因只有一个融点,热封温度超过融点则易导致完全熔解短路,热封温度在不足时则形成软化,这将导致和铝塑膜的CPP层不能完全融解聚合,电池容易漏液胀气。三层结构的白胶极耳,由于外层采用与铝塑膜内层类似的材料,保证了与铝塑膜的融合,而表面改性PP与中间层PP之间的30℃以上的温差具有更广的热封温度,使封装的操作性更强，保证了极耳胶与铝塑膜之间的封装可靠性。下表为谷口80μm厚三层白胶极耳与凸版会社80μm厚单层白胶极耳硬封封装拉力测试比较:

5.4 三层白胶极耳和三层或五层白胶（分正反面）极耳的比较 如前所述，三层白胶极耳外层采用与铝塑膜内层类似的材料,具有更广的热封温度,保证了与铝塑膜的融合,而3层PP间明显的温差使封装的操作性更强。

极耳胶表面分正反面的极耳胶极耳，如果在制作极耳的过程中用反了，则电芯在极耳胶处必然会发生漏液事故，国内已经发生多次此类事故。而如果严格控制极耳制作过程，不发生用错极耳胶正反面的问题，其极耳胶与金属带之间的熔接强度比正常三层极耳胶极耳的要高。

下表为谷口100μm厚三层白胶极耳与日立100μm厚三层白胶（分正反面）极耳及滕森105 μm厚五层白胶（分正反面）极耳软封封装拉力测试比较:

5.5 日立三层白胶和单层白胶 5.6 日立三层白胶和单层白胶DSC图 6.1 电池极耳生产流程（白胶）

动力铜镀镍极耳：铜保证导电性；经过表面处理后镍起到防止铜氧化的作用，如果要保证铜镀镍极耳的焊锡性，还需要对极耳的表面钝化膜进行二次处理。市场上一些公司的极耳不进行二次处理也能勉强上锡，但极耳的耐电液腐蚀性差些。

目前，在极耳工业生产中，镀镍主要采用电镀镍和化学镀镍工艺两种，电镀镍层厚度1.8±0.3um，化学镀镍层厚度1.0±0.3um。电镀和化学镀镍原理及区别请参考我的技术文章《电化学知识在锂离子电池中的相关应用》

6.2 动力极耳金属带削边处理

动力极耳的金属带厚度超过0.2mm时，其台阶厚度超过PP胶厚度，则金属带需做侧边削边处理，否则易导致绝缘阻抗降低、产生胀气漏液的风险。

7.电池极耳的测试 7.1 电解液浸泡后渗透测试 7.2.1 电解液浸泡后热封强度测试 7.2.2 电解液浸泡后渗透测试

参照：日本某EV电芯厂家对EV与ESS极耳的技术要求。 电解液浸泡65℃×28天，极耳胶与金属导体的玻璃强度要求＞15N/15mm。

总结：国内电动EV用极耳的耐电解液判定之最低标准为： 1. 85℃×24h电解液浸泡，极耳胶与金属导体的玻璃强度 PeelStrength＞15N/15mm；

2. 85℃×24h电解液浸泡，渗透液不能侵入胶体内。 7.3 弯折测试

厚度＜0.2mm时：铝、镍Tab≥7次；镀镍铜≥6次； 厚度≥0.2mm时：铝、镍、镀镍铜Tab≥5次； 符合EV动力应用的耐震、耐疲劳韧性测试。 7.4.1 铜镀镍动力极耳——镀层密着性测试 要求：镀层无发黑。

长时间大电流、行驶震动等情况下镀层性能不足时会： 电芯内部——镀层脱落至极片——微短路——自放电； 电芯外部——PACK焊接处镀层松动——接触内阻变大——or焊接处脱落。

7.4.2 金属极耳导体关键参数对比

7.5 盘式极耳——胶块脆化程度测试