了解电池极耳：从定义、分类到材质的全面解析

了解电池极耳：从定义、分类到材质的全面解析

1. 什么是电池极片？

极耳是软包锂离子电池产品的一个组成部分，电池分为正极片和负极片，极耳是将正极片和负极片引出电芯的金属导体，通俗的讲就是电池正负极处的极耳是充电和放电时的接触点。电池的正极片采用铝（Al）材料，负极片采用镍（Ni）材料，负极片也有镀铜镍（Ni-Cu）材料，它们都是由薄膜和金属带两部分组成。

2.标签的分类

2.1按极耳金属带材质分：

1.铝（Al）极耳：一般用作正极极耳。若电池有钛酸锂负极，亦用作负极极耳。

（2）镍（Ni）极耳：用作负极极耳，主要应用于小型数码电池，如手机电池、移动电源电池、平板电脑电池、智能传输设备电池等。

3.铜镍镀层（Ni-Cu）极耳：作为负极极耳使用，主要应用于动力电池、高倍率电池。

2.2按耳胶分（国内市场）：

1.黑色塑料耳：一般用于中低端小型数码电池。

（2）黄色塑料极耳：一般用于中低端动力电池及高倍率电池。

3.白胶极耳：一般应用于高端数码电池、动力电池及高倍率电池。

2.3标签成品包装分为：

1.盘式极耳（整条金属带经过设备加薄膜后卷绕成盘状），用于自动化生产线

（2）普通生产线上采用的是板式极耳（金属条加完膜后切成单片，然后成排摆放，中间夹着两张透明的薄塑料片）。

3.电池极耳金属条材质

铝合金是在纯铝中添加少量铜而成的，具有优良的成形加工特性、较高的耐腐蚀性、良好的焊接性和导电性。

TU1为无氧铜，其含氧量及杂质含量极低，纯度高，具有优良的电导性和热导性，延展性优良，透气度低，无“氢病”或极少“氢病”；加工性能、焊接性能、耐腐蚀性能和耐寒性能均良好。

4. 各品牌耳胶的结构与性能

4.1. 各品牌Tab胶结构

目前耳胶全部从日本进口，耳胶生产的技术难点在于PP材料的分子量必须控制在比较窄的范围内，目前国内技术生产的PP胶无法满足要求。

耳胶结构：耳胶一般都是由三层材料通过热压而成，除了凸版、昭和等采用单层改性PP，泰姆森等采用五层耳胶外，其余均为三层材料通过热压而成。为了追求胶层与金属带的超高结合强度，日立、泰姆森两面采用了不同的改性PP材料，一面为亲和金属的改性PP，另一面为亲和塑料的改性PP。如果在制作耳胶时将耳胶表面用反了，绝对会造成电池漏液、鼓胀。

目前国内市场做耳放使用的耳胶分为白胶、黑胶、黄胶、单层胶，其中高端电池客户多采用单层浮雕80μm、50μm白胶，采用DNP黑胶、DNP黄胶，日韩等地普遍采用三层白胶，单层白胶很少用，基本都采用三层白胶，三层白胶也逐渐被采用。

4.2 各品牌胶水性能对比

DNP黄胶的结构为中间功能层为UHR（无纺布结构），两面表层为改性PPa。

UHR层厚度为14g/m2≈12μm，表面改性PPa厚度为44μm。

UHR的熔点为310~340℃，PPa的熔点为147℃。

黄胶标签存在脱层风险。不过黄胶标签的包装条件比白胶更容易调整。早前日本标签胶供应商也提到过黄胶的缺点，表现在三点：

1）将耳胶与中间一层UHR和表面两层改性PP胶热压在一起。

2）中间一层无纺布，湿气会通过毛细管渗透引入电池内部，导致电池膨胀。

3）无纺布易发生分层，热压效果差，电芯长时间使用或存放易发生漏液。

DNP黑胶的结构为中间功能层为PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）薄膜，两表层为改性PPa，PEN层厚度为12μm，表面改性PPa层厚度为44μm，PEN熔点为265℃，PPa熔点为147℃。黑胶的功能层PEN与PP层为不同材质复合，可能存在脱层风险，高端客户一般不使用此胶。

白胶：白胶分为单层白胶、三层白胶、五层白胶。

单层白胶一般由一层改性PP组成，与初期的铝塑膜内层类似，其熔点在140℃以上，与铝塑膜内层CPP的熔点接近。

白胶三层结构，是由表面两层改性PP，中间一层骨架PP共挤而成，不存在分层风险，高端客户和动力电池一般都用此种耳胶。

5、各种耳胶性能对比

5.1 黄色塑料片与黑色塑料片对比

DNP黑胶的功能层PEN、PPa为不同材质的复合，界面较多，经电解液浸泡后会层层分离，PEN熔点265℃，PPa熔点147℃，不同熔点物质的界面，黑色素：66℃，PE 105℃，PP 167℃，较不稳定。

黄胶耳功能层本身熔点在300℃以上，热封时操作更简单。中间功能层采用无纺布纤维层替代原有的聚萘二甲酸乙二酯，界面融合度比黑胶更好。但无法解决不同物质之间完全融合的问题。由于PPa层技术，黄胶在热封后会变得异常坚硬，失去柔韧性。当电池受损时，耳胶与耳金属可能会断裂，导致电池漏液或鼓包。

5.2 黄色塑料片与白色塑料片对比

白胶采用三层不同功能的PP材料共挤而成，功能层热封温度范围宽达165~167℃，略低于电池封装温度（180-220℃），可有效防止切面短路问题，增加了电池封装时可操作的温度范围，提高了电池生产的良率。

黄胶极耳由于PP层技术原因，在热封后会变得异常坚硬，失去柔韧性，在电池封装及后处理（转镍、加极板）时，极耳胶水与极耳金属容易贴合，而白胶耳由于三个功能层所用材料为同一类型（PP类型），在热封后仍能保持较高的柔韧性。

5.3 白胶贴与单层白胶对比

单层白胶与初始铝塑膜内层相似，由于其只有一个熔点，如果热封温度超过熔点，容易导致完全熔融而短路，如果热封温度不足，则会软化，从而导致与铝塑膜发生CPP。三层白胶拉环外层采用与铝塑膜内层相似的材料，保证了与铝塑膜的熔接。中间层PP之间30℃以上的温差，具有更宽的热封温度，使包装更具可操作性，保证了耳胶与铝塑膜之间的包装可靠性。80μm厚单层白胶拉环与凸版80μm厚单层白胶拉环硬封包装拉力试验对比：

5.4 三层白胶标签与三层或五层白胶标签的对比（正反面）

上面提到过，三层白塑标签的外层采用了和铝塑膜内层相似的材质，拥有更宽的热封温度，保证了与铝塑膜的熔接，而且三层PP之间明显的温差，使得包装更具可操作性。

极耳胶的表面分为正反两面极耳胶，如果在生产过程中极耳使用颠倒，电池芯在极耳胶处必然会漏电，国内发生过多起此类事故。如果在极耳制造过程中严格控制，避免极耳胶正反面使用错误的问题，极耳胶与金属条的焊接强度会比普通三层极耳胶极耳高。

下表为谷口100μm厚三层白胶标签、日立100μm厚三层白胶（正反面）标签、腾森105μm厚五层白胶（正反面）标签的软封包装拉力试验对比：

5.5日立三层白胶与单层白胶

5.6 日立三层白胶与单层白胶的DSC图

6.1 电池极耳生产工艺流程（白胶）

电源铜镀镍极耳：铜保证导电性；镍经过表面处理可防止铜氧化。若要保证铜镀镍极耳的可焊性，极耳表面钝化膜需经过二次处理。市面上有些公司不经过二次处理，极耳勉强可以镀锡，但极耳的耐电解腐蚀性较差。

目前极耳工业化生产中镀镍主要采用电镀镍和化学镀镍两种工艺，电镀镍层厚度为1.8±0.3um，化学镀镍层厚度为1.0±0.3um，具体可参考我的技术文章《电化学知识在锂离子电池中的应用》

6.2 电源接线片金属带边缘切割

当电源极耳金属带厚度超过0.2mm，且台阶厚度超过PP胶厚度时，金属带需在侧边做倒角处理，否则易导致绝缘电阻降低，有胀气、漏电的危险。

7. 电池片测试

7.1 电解液浸泡后渗透试验

7.2.1 电解液浸泡后热封强度试验

7.2.2 电解液浸泡后渗透试验

参考：EV和ESS标签的技术要求。

在65℃电解液中浸泡28天后，极耳胶与金属导体之间的玻璃强度必须大于15N/15mm。

总结：判断国产电动车极耳耐电解液性的最低标准是：

1、85℃×24h电解液浸泡，耳胶与金属导体的玻璃强度＞15N/15mm；

2、在85℃电解液中浸泡24h，渗透剂不能渗透到胶体内部。

7.3 弯曲试验

厚度小于0.2mm时：铝、镀镍Tab≥7次；铜镀镍≥6次；

厚度≥0.2mm时：铝、镍、铜镀镍Tab≥5次；

符合电动汽车动力应用的振动和疲劳韧性测试。

7.4.1 铜镀镍电源片-镀层附着力测试

要求：涂层无发黑现象。

当涂层性能在长期大电流、行车振动等条件下出现不足时，将会出现：

电池芯内部——涂层脱落至极片——微短路——自放电；

电芯外侧-PACK焊接点处镀层松动-接触内阻增大-或焊接点脱落。

7.4.2 金属极耳导体关键参数对比

7.5 圆盘型凸片-橡胶块脆化试验