เหตุใดโพลีเอทิลีน (PE) จึงไม่ค่อยถูกนำมาใช้กับแกนม้วนของฟิล์มอะลูมิเนียม-พลาสติก

ในฟิล์มอลูมิเนียมพลาสติกที่ใช้สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ท่อแกน PP ซึ่งส่วนใหญ่เป็น CPP เป็นตัวเลือกที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดสำหรับชั้นใน ในขณะที่ท่อแกน PEแทบไม่เคยใช้เลย

เหตุผลสำคัญคือท่อแกน PP มีประสิทธิภาพเหนือกว่าท่อแกน PE ในด้านความต้านทานอิเล็กโทรไลต์ ทนต่ออุณหภูมิสูง ความแข็งแรงของซีลความร้อน และความต้านทานต่อการบวมและการกัดกร่อน คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ PP เหมาะสมกับข้อกำหนดด้านความปลอดภัยและอายุการใช้งานที่เข้มงวดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

โครงสร้างฟิล์มอลูมิเนียม-พลาสติกทั่วไป

โครงสร้างฟิล์มอะลูมิเนียม-พลาสติกทั่วไปสำหรับเซลล์กระเป๋าลิเธียมไอออนประกอบด้วยชั้นการทำงานหลายชั้น แต่ละชั้นมีส่วนช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกั้นโดยรวม การป้องกันทางกล และความสามารถในการปิดผนึกด้วยความร้อนของฟิล์ม

1. ความต้านทานอิเล็กโทรไลต์ไม่เพียงพอและเสี่ยงต่ออาการบวม

หน้าที่หลักของฟิล์มอะลูมิเนียมพลาสติกในเซลล์กระเป๋าลิเธียมไอออนคือการห่อหุ้มเซลล์และแยกเซลล์ออกจากสภาพแวดล้อมภายนอก โดยทั่วไปชั้นซีลความร้อนด้านในจะใช้โพลีโพรพีลีนแบบหล่อ (CPP) เนื่องจากมีความต้านทานต่ออิเล็กโทรไลต์ได้ดีเยี่ยม

โครงสร้างโมเลกุลของ PE ประกอบด้วยหน่วยการทำซ้ำที่สมมาตรอย่างสมบูรณ์ของ -CH₂-CH₂- โดยไม่มีหมู่เมทิลสายโซ่ด้านข้าง และส่วนของสายโซ่มีความยืดหยุ่นสูง พารามิเตอร์ความสามารถในการละลาย (16.0–16.5 MPa¹ᐟ²) ตรงกับพารามิเตอร์ของตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีคาร์บอเนต เช่น DMC, EMC และ EC อย่างใกล้ชิด โดยมีพารามิเตอร์ความสามารถในการละลาย 16.5–17.5 MPa¹ᐟ² ซึ่งทำให้ PE มีความไวสูงต่อการบวม การซึมผ่าน และแม้แต่การละลายของอิเล็กโทรไลต์

ในทางตรงกันข้าม โพลีโพรพีลีน (PP) ซึ่งมีพารามิเตอร์การละลายอยู่ที่ 17.5–18.5 MPa¹ᐟ² เนื่องจากมีอุปสรรคแบบสเตอริกที่เกิดจากกลุ่มเมทิล ซึ่งอยู่นอกช่วงปกติของตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์ที่อธิบายไว้ข้างต้น มีอาการบวมน้อยลงอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการใช้งานนี้มากกว่า

2. ความแข็งแรงทางกลและความแม่นยำในการขึ้นรูปส่งผลต่อคุณภาพการม้วน

ฟิล์มพลาสติกอะลูมิเนียมสำหรับเซลล์กระเป๋าลิเธียมไอออนเป็นฟิล์มที่มีความแม่นยำสูงซึ่งมีมูลค่าเพิ่มสูง ซึ่งต้องการมาตรฐานระดับสูงในด้านความเรียบและศูนย์กลางในระหว่างการพัน ความต้านทานแรงดึงของวัสดุ PE (≥20 MPa) ต่ำกว่า PP (≥30 MPa) และ PE ก็มีความแข็งแกร่งต่ำกว่าเช่นกัน

ภายใต้ความตึงเครียดสูงที่เกิดขึ้นระหว่างการม้วนด้วยความเร็วสูง แกน PE มีแนวโน้มที่จะเกิดการเสียรูปและการเบี่ยงเบนความกลมมากกว่า การเปลี่ยนแปลงขนาดเหล่านี้สามารถส่งผลให้ขอบ รอยพับ และการเกิดอุโมงค์ในม้วนฟิล์มไม่เท่ากัน

โดยเฉพาะอย่างยิ่งท่อแกน ABS ผสมผสานความเหนียวเข้ากับความแข็งแกร่งเข้าด้วยกัน เมื่อผลิตภายใต้สภาวะห้องคลีนรูมที่มีการควบคุม ยังสามารถช่วยควบคุมความสะอาดของพื้นผิวและลดความเสี่ยงที่สิ่งแปลกปลอมจะปนเปื้อนฟิล์มอลูมิเนียมพลาสติก

3. ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงต่ำจำกัดความเข้ากันได้ของกระบวนการ

การผลิตฟิล์มอะลูมิเนียมพลาสติกสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน รวมถึงการผลิตเซลล์แบตเตอรี่นั้นเกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่อุณหภูมิสูง เช่น การอบ การปิดผนึกด้วยความร้อน และการขึ้นรูป อุณหภูมิมักจะสูงถึง 80–120 °C

PE มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างต่ำประมาณ 105–130 °C และอุณหภูมิการทำงานต่อเนื่องสูงสุดต่ำกว่า 80 °C ที่อุณหภูมิสูง PE สามารถทำให้อ่อนตัวลงและคืบคลาน ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการเสียรูปของมิติได้ ซึ่งอาจส่งผลต่อความมั่นคงในการม้วนและการคลายและการประมวลผลในภายหลัง

เมื่อเปรียบเทียบกับท่อแกน PE, PP และ ABS ที่เหมาะสม จึงให้ความเสถียรของขนาดที่ดีกว่าภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่เกี่ยวข้องกับการแปรรูปฟิล์มพลาสติกอะลูมิเนียมและการผลิตแบตเตอรี่

4. ข้อกำหนดด้านความเข้ากันได้และความสะอาดของอุตสาหกรรม

อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำหนดข้อกำหนดด้านความสะอาดที่เข้มงวดต่อสภาพแวดล้อมการผลิต ในฐานะวัสดุห่อหุ้มสำหรับเซลล์แบตเตอรี่ ฟิล์มอะลูมิเนียม-พลาสติกจะต้องได้รับการปกป้องจากสิ่งแปลกปลอมและการปนเปื้อนของฝุ่นตลอดทั้งการผลิตและการจัดการ

กระบวนการผลิตแกน PE มักเกี่ยวข้องกับการอัดขึ้นรูปมาตรฐาน ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการผลิตและการควบคุมกระบวนการ ความสะอาดของพื้นผิวที่ได้อาจไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของการใช้งานในห้องปลอดเชื้อแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เศษบนพื้นผิวและการดึงดูดไฟฟ้าสถิตของฝุ่นสามารถเพิ่มความเสี่ยงในการปนเปื้อนในระหว่างการพันและการจัดการฟิล์ม

ด้วยเหตุนี้ ตัวเลือกหลักสำหรับแกนม้วนที่ใช้กับฟิล์มอะลูมิเนียม-พลาสติกสำหรับเซลล์กระเป๋าลิเธียมไอออน ได้แก่ ท่อแกน ABS และ PP ที่มีความแม่นยำสูง ด้วยการควบคุมการผลิตที่เหมาะสม การผลิตในห้องสะอาด และการบำบัดป้องกันไฟฟ้าสถิต วัสดุเหล่านี้สามารถตอบสนองข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องกับความสะอาด ความแม่นยำของขนาด และการทนทานต่อสารเคมี

ดังนั้น แกน PE จึงมักเกี่ยวข้องกับการใช้งานพันฟิล์มทั่วไปมากกว่า ซึ่งข้อกำหนดด้านความแม่นยำด้านมิติ ความทนทานต่อสารเคมี และความสะอาดมีความต้องการน้อยกว่า

ท่อแกน PE กับ PP สำหรับฟิล์มอะลูมิเนียม-พลาสติก

เหตุใดท่อแกน PP และ ABS จึงมักใช้?

การเลือกแกนม้วนสำหรับฟิล์มอะลูมิเนียม-พลาสติกไม่ได้ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของวัสดุเพียงชนิดเดียว แกนกลางจำเป็นต้องรักษาความเสถียรของมิติในระหว่างการพันและการจัดการในภายหลัง ขณะเดียวกันก็เข้ากันได้กับข้อกำหนดทางเคมี ความร้อน และความสะอาดที่เกี่ยวข้องกับการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน