في طبقة الألومنيوم والبلاستيك المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون، تعد أنابيب PP الأساسية، في المقام الأول CPP، هي الخيار الأكثر شيوعًا للطبقة الداخلية، في حين أنأنابيب PE الأساسيةلا يتم استخدامها أبدًا تقريبًا.
السبب الرئيسي هو أن أنابيب PP الأساسية تتفوق على أنابيب PE الأساسية في مقاومة المنحل بالكهرباء، ومقاومة درجات الحرارة العالية، وقوة الختم الحراري، ومقاومة التورم والتآكل. هذه الخصائص تجعل PP أكثر ملاءمة لمتطلبات السلامة والعمر الصارمة لبطاريات الليثيوم أيون.
هيكل فيلم الألمنيوم والبلاستيك النموذجي
يتكون هيكل فيلم الألمنيوم والبلاستيك النموذجي لخلايا كيس الليثيوم أيون من طبقات وظيفية متعددة. تساهم كل طبقة في الأداء العام للحاجز والحماية الميكانيكية وقدرة الختم الحراري للفيلم.
| طبقة | سمك نموذجي | وظيفة |
|---|---|---|
| حيوان أليف | 6 ميكرون | طبقة الحماية الخارجية |
| لاصق الطبقة الخارجية | 3 ميكرون | طبقة الترابط |
| نيويورك | 15 ميكرون | طبقة الدعم الميكانيكية |
| لاصق الطبقة الخارجية | 3 ميكرون | طبقة الترابط |
| ال | 40 ميكرومتر | طبقة حاجز معدنية |
| لاصق الطبقة الداخلية | 3 ميكرون | طبقة الترابط |
| تكلفة المكالمة الهاتفية | 80 ميكرون | طبقة داخلية مانعة للحرارة |
1. عدم كفاية مقاومة المنحل بالكهرباء وخطر التورم
تتمثل الوظيفة الأساسية لفيلم الألومنيوم والبلاستيك في خلايا كيس الليثيوم أيون في تغليف الخلية وعزلها عن البيئة الخارجية. تستخدم طبقة الختم الحراري الداخلية عمومًا مادة البولي بروبيلين المصبوبة (CPP)، وذلك على وجه التحديد بسبب مقاومتها الممتازة للإلكتروليت.
يتكون التركيب الجزيئي للـ PE من وحدة متكررة متناظرة تمامًا من -CH₂-CH₂-، مع عدم وجود مجموعات ميثيل ذات سلسلة جانبية، وتظهر قطاعات سلسلتها مرونة عالية. تتطابق معلمة ذوبانها (16.0–16.5 ميجا باسكال¹ᐟ²) بشكل وثيق مع المذيبات الإلكتروليتية القائمة على الكربونات، مثل DMC وEMC وEC، مع معلمات ذوبان تبلغ 16.5-17.5 ميجا باسكال¹ᐟ². وهذا يجعل PE عرضة للتورم والتخلل وحتى الذوبان بواسطة المنحل بالكهرباء.
إذا تم استخدام قلب أنبوب PE في لف طبقة من الألومنيوم والبلاستيك، أثناء تغليف خلايا البطارية اللاحقة وتكوينها وتقادمها، وهي العمليات التي تنطوي على ملامسة المنحل بالكهرباء، فقد ينتفخ قلب الأنبوب ويتشوه. يمكن أن يؤدي ذلك إلى إجهاد داخلي غير متساوٍ داخل لفة الفيلم وقد يتسبب في انفصال طبقة الألومنيوم والبلاستيك أو تسرب الإلكتروليت، مما يؤثر بشكل مباشر على سلامة البطارية.
في المقابل، فإن مادة البولي بروبيلين (PP)، بسبب العائق الاستاتيكي الذي تسببه مجموعات الميثيل، لديها معامل ذوبان يتراوح بين 17.5-18.5 ميجا باسكال¹ᐟ²، وهو خارج النطاق النموذجي للمذيبات الإلكتروليتية الموصوفة أعلاه. يظهر تورمًا أقل بكثير وبالتالي فهو أكثر ملاءمة لهذا التطبيق.
2. القوة الميكانيكية ودقة التشكيل تؤثر على جودة اللف
إن فيلم الألومنيوم والبلاستيك لخلايا كيس الليثيوم أيون هو فيلم دقيق ذو قيمة مضافة عالية ويتطلب معايير عالية من التسطيح والتركيز أثناء اللف. قوة الشد لمادة PE (≥20 ميجا باسكال) أقل من قوة الشد لمادة PP (≥30 ميجا باسكال)، كما أن PE لديها صلابة أقل.
في ظل التوتر العالي الذي يحدث أثناء اللف عالي السرعة، تكون نوى PE أكثر عرضة للتشوه والانحرافات الدائرية. يمكن أن تساهم هذه التغييرات في الأبعاد في حدوث حواف غير مستوية وتجاعيد ونفق في لفات الفيلم.
أنابيب PE الأساسية
انخفاض قوة الشد والصلابة يمكن أن يجعل قلوب PE أكثر عرضة للتشوه في ظل توتر الملف العالي، مما يؤثر على هندسة اللفة واتساق الملف.
أنابيب ABS وPP الأساسية
توفر الأنابيب الأساسية ABS وPP وFRP صلابة أكبر واستقرارًا للأبعاد، مما يساعد في الحفاظ على تركيز لفة الفيلم أثناء التقطيع واللف عالي السرعة.
تجمع أنابيب ABS الأساسية، على وجه الخصوص، بين المتانة والصلابة. عند إنتاجها في ظل ظروف غرف الأبحاث الخاضعة للرقابة، يمكنها أيضًا المساعدة في التحكم في نظافة السطح وتقليل خطر تلويث المواد الغريبة لطبقة الألومنيوم والبلاستيك.
3. ضعف مقاومة درجات الحرارة العالية يحد من توافق العملية
يتضمن إنتاج طبقة الألومنيوم والبلاستيك لبطاريات الليثيوم أيون، وكذلك تصنيع خلايا البطارية، مراحل ذات درجات حرارة عالية مثل الخبز والختم الحراري والتشكيل. يمكن أن تصل درجات الحرارة في كثير من الأحيان إلى 80-120 درجة مئوية.
يتمتع PE بنقطة انصهار منخفضة نسبيًا تبلغ حوالي 105-130 درجة مئوية وأقصى درجة حرارة تشغيل مستمرة أقل من 80 درجة مئوية. في درجات الحرارة المرتفعة، يمكن للـ PE أن يلين ويزحف، مما قد يؤدي إلى تشوه الأبعاد. يمكن أن يؤثر ذلك على استقرار اللف والفك والمعالجة اللاحقة.
ص:PP لديه نقطة انصهار تبلغ حوالي 160-170 درجة مئوية ويمكن أن يظل مستقرًا على مدى فترات طويلة في البيئات التي تتراوح درجة حرارتها بين 100-120 درجة مئوية.
ABS:توفر أنابيب ABS الأساسية أيضًا مقاومة لدرجة الحرارة مناسبة لمتطلبات العملية القياسية، مما يساعد على تجنب التشوه أثناء مراحل المعالجة ذات الصلة.
وبالمقارنة مع أنابيب PE وPP وABS المناسبة، فإنها توفر استقرارًا أفضل للأبعاد في ظل ظروف درجة الحرارة المرتبطة بمعالجة أفلام الألومنيوم والبلاستيك وتصنيع البطاريات.
4. توافق الصناعة ومتطلبات النظافة
تفرض صناعة بطاريات الليثيوم أيون متطلبات نظافة صارمة على بيئة الإنتاج. باعتبارها مادة تغليف لخلايا البطارية، يجب حماية طبقة الألومنيوم والبلاستيك من المواد الغريبة والتلوث بالغبار خلال عملية التصنيع والمناولة.
تتضمن عملية إنتاج قلوب PE عادة البثق القياسي. اعتمادًا على بيئة التصنيع وضوابط العملية، قد لا تلبي نظافة السطح الناتجة متطلبات تطبيقات غرف الأبحاث الخاصة ببطاريات الليثيوم أيون. يمكن أن يؤدي الحطام السطحي والجذب الكهروستاتيكي للغبار إلى زيادة مخاطر التلوث أثناء لف الفيلم ومعالجته.
لهذا السبب، فإن الاختيارات السائدة لقلوب التعبئة المستخدمة مع طبقة الألومنيوم والبلاستيك لخلايا أكياس أيونات الليثيوم تشمل أنابيب قلب ABS وPP عالية الدقة. ومن خلال ضوابط التصنيع المناسبة، وإنتاج غرف الأبحاث، والمعالجة المضادة للكهرباء الساكنة، يمكن لهذه المواد تلبية المتطلبات المتعلقة بالنظافة ودقة الأبعاد والمقاومة الكيميائية.
لذلك ترتبط قلوب PE بشكل أكثر شيوعًا بتطبيقات لف الأفلام للأغراض العامة حيث تكون متطلبات دقة الأبعاد والمقاومة الكيميائية والنظافة أقل تطلبًا.
أنابيب PE مقابل PP الأساسية لفيلم الألومنيوم والبلاستيك
| عامل الأداء | أنابيب PE الأساسية | أنابيب PP الأساسية |
|---|---|---|
| مقاومة المنحل بالكهرباء | أكثر عرضة للتورم والتخلل | مقاومة أفضل للتورم المرتبط بالكهرباء |
| الصلابة الميكانيكية | صلابة أقل | صلابة أعلى واستقرار الأبعاد |
| دقة اللف | أكثر عرضة للتشوه تحت التوتر العالي | أكثر ملاءمة لللف الدقيق |
| مقاومة درجات الحرارة | أكثر عرضة للتليين والزحف في درجات الحرارة المرتفعة | نقطة انصهار أعلى واستقرار أفضل في درجات الحرارة العالية |
| توافق التطبيق | أكثر ملاءمة لف الفيلم للأغراض العامة | تستخدم على نطاق واسع لتطبيقات لف الأفلام الصعبة |
| متطلبات النظافة | يتطلب عملية مناسبة والضوابط البيئية | يمكن تصنيعها بنظافة يمكن التحكم فيها للتطبيقات الصعبة |
لماذا يتم استخدام أنابيب PP و ABS الأساسية بشكل شائع؟
لا يتم تحديد اختيار قلب اللف لفيلم الألومنيوم والبلاستيك من خلال خاصية مادية واحدة. يحتاج القلب إلى الحفاظ على ثبات الأبعاد أثناء اللف والمعالجة اللاحقة مع التوافق أيضًا مع المتطلبات الكيميائية والحرارية والنظافة المرتبطة بتصنيع بطاريات الليثيوم أيون.
الاستقرار الأبعاد
توفر الأنابيب الأساسية PP وABS الصلابة واستقرار الأبعاد المطلوبين للحفاظ على هندسة اللفة أثناء اللف والتقطيع والنقل.
المقاومة الكيميائية
يوفر PP مقاومة قوية للبيئة الكيميائية المرتبطة بتطبيقات بطاريات الليثيوم أيون، مما يقلل من خطر التورم وتدهور المواد.
استقرار درجة الحرارة
يمكن للأنابيب الأساسية PP وABS المناسبة أن توفر ثباتًا أفضل للأبعاد في ظل ظروف معالجة ذات درجات حرارة مرتفعة مقارنة بالـ PE.
التصنيع النظيف
يمكن لبيئات التصنيع الخاضعة للرقابة والمعالجة المضادة للكهرباء الساكنة أن تساعد الأنابيب الأساسية PP وABS على تلبية متطلبات النظافة والتحكم في التلوث لتطبيقات الأفلام الصعبة.
أنابيب PE الأساسيةنادرًا ما يتم اختيارها لتعبئة أفلام الألومنيوم والبلاستيك المستخدمة في بطاريات أكياس الليثيوم أيون لأن أدائها لا يتوافق أيضًا مع المتطلبات المجمعة لمقاومة المنحل بالكهرباء والصلابة الميكانيكية واستقرار الأبعاد ومقاومة درجات الحرارة والنظافة.
يتم استخدام الأنابيب الأساسية PP وABS بشكل أكثر شيوعًا لأنها يمكن أن توفر المقاومة الكيميائية، واستقرار الأبعاد، وأداء درجة الحرارة والنظافة التي يمكن التحكم فيها المطلوبة لللف الدقيق لأغشية الألومنيوم والبلاستيك. تعتمد المادة الأساسية المناسبة في النهاية على بنية الفيلم المحددة وعملية اللف ومتطلبات التصنيع.
