Was sind die Gründe für Leckagen am Siegel einer Zelle?

Soft-Pack-Akkus, mit ihren Vorteilen hoher Energiedichte, geringem Gewicht und flexibler Struktur, werden in Bereichen wie Unterhaltungselektronik, Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen weit verbreitet eingesetzt. Im Vergleich zu zylindrischen und prismatischen Akkus verwenden Soft-Pack-Akkus Aluminium-Kunststoff-Verbundfolien als Außenverpackung, wodurch starre Metallgehäuse entfallen, was zu einer höheren Raumnutzung und einem geringeren Gewicht führt. Der Versiegelungsprozess ist jedoch zum kritischsten und problematischsten Schritt in der Produktion geworden. Bei Versagen der Versiegelung kommt es direkt zu Elektrolytleckagen, Wassereintritt, interner Gasexpansion und Kontamination der Elektrodenfolien, was die Akkuleistung, Sicherheit und Lebensdauer ernsthaft beeinträchtigt. Daher ist die Qualitätskontrolle des Versiegelungsprozesses für Soft-Pack-Akkus ein unverzichtbarer Kernprozess bei der Zellherstellung.

Das Auslaufen der Dichtung von Soft-Pack-Akkus wird selten durch einen einzelnen Faktor verursacht. In den meisten Fällen ist es das Ergebnis der kombinierten Auswirkungen von Prozessparametern, Materialeigenschaften, Ausrüstungszustand, Umgebungsbedingungen und menschlichen Bedienungen. Selbst wenn alle Parameter im Standardbereich zu liegen scheinen, führen kleine Abweichungen schließlich zu Mikrorissen oder Leckkanälen an der Dichtungsfläche.

1. Unangemessene Prozessparameter: Temperatur, Druck und Zeit sind die Kernfaktoren für die Versiegelung.

Heißsiegeln ist die gängigste Versiegelungsmethode für Soft-Pack-Akkus. Im Wesentlichen wird die innere CPP- oder PP-Schicht der Aluminium-Kunststoff-Folie geschmolzen, fließt und verbindet sich fest miteinander, um eine kontinuierliche Siegelschicht zu bilden. Die drei Parameter – Temperatur, Druck und Haltezeit – bestimmen direkt die Siegelstärke und -leistung. Jede Abweichung eines dieser Parameter kann zu Leckagen führen.

1. Temperaturanomalie

Wenn die Temperatur zu niedrig ist, schmilzt die Innenschicht der Aluminium-Kunststoff-Folie nicht vollständig und die Bindungsfestigkeit der Grenzfläche ist schwach. Sie kann mit bloßem Auge intakt erscheinen, aber tatsächlich gibt es eine große Anzahl von Mikroporen, die später zu Leckkanälen werden; wenn die Temperatur zu hoch ist, altert und zersetzt sich das hochmolekulare Material thermisch, was die Bindungsfestigkeit zwischen den einzelnen Schichten der Aluminium-Kunststoff-Folie zerstört und zu Delamination, Sprödigkeit und einer erheblichen Verringerung der mechanischen Festigkeit führt. Es ist sehr wahrscheinlich, dass sie unter äußerer Krafteinwirkung bricht.

2. Anomaler Druck

Unzureichender Druck verhindert, dass die geschmolzenen Polymere die Oberflächenvertiefungen vollständig ausfüllen, was zu Lücken an der Bindungsfläche führt; übermäßiger Druck führt zu einer übermäßigen Extrusion der geschmolzenen Schicht, was zu einer dünneren Siegelschicht, lokalem Materialmangel und sogar zur Beschädigung der Aluminiumschicht führt und somit die Barrierewirkung verringert. Ungleichmäßige Druckverteilung ist ein häufigeres Problem. Lokaler Druck, der am Siegelrand zu hoch oder zu niedrig ist, führt zu schwachen Bereichen mit inkonsistenter Bindungsfestigkeit, die bei Vibration, Ausdehnung und Kompression zuerst versagen.

3. Unzureichende Haltezeit

Die Haltezeit ist zu kurz. Das Material hat nicht genügend Zeit, um vor dem Abkühlen und Erstarren zu schmelzen und sich zu glätten, was zu unzureichender Siegelstärke führt. Wenn die Haltezeit zu lang ist, kann dies zu Überhitzungsverformungen und Materialdegradation führen, was ebenfalls die Zuverlässigkeit der Versiegelung beeinträchtigt. Auf Hochgeschwindigkeitsproduktionslinien führt die Komprimierung des Produktionszyklus zu einer Verringerung der Konsistenz der Haltezeit und einer erheblichen Erhöhung des Leckagerisikos.

ACEYBatterie-Heißsiegelmaschinewird hauptsächlich in Heizsiegelgeräten an der Ober- und Seite von Soft-Pack-Lithium-Ionen-Akkus eingesetzt. Das Gerät verwendet Widerstandsheizung, um den Kopf zu versiegeln, so dass die Aluminium-Kunststoff-Folie unter einem eingestellten Druck geschmolzen werden kann.

II. Materialfehler: Die Aluminium-Kunststoff-Folie ist die Grundlage der Siegelqualität

Die Dichtungsleistung von Pouch-Akkus hängt stark von der Qualitätsstabilität der Aluminium-Kunststoff-Verbundfolie ab. Selbst bei perfekten Herstellungsverfahren können Materialfehler keine zuverlässige Abdichtung gewährleisten.

1. Ungleichmäßige Dicke der Aluminium-Kunststoff-Folie und Beschichtungsabweichung

Die Schwankung der Dicke der inneren Heißsiegelschicht kann dazu führen, dass einige Bereiche derselben Siegelfläche vollständig schmelzen, während andere unzureichend versiegelt sind, was zu lokalen Schwachstellen führt.

2. Das Folienmaterial kann Nadellöcher, Kratzer und Mikrorisse aufweisen.

Diese Defekte können während der Produktion, des Schneidens, des Transports und des Ladens des Folienmaterials auftreten. Sie sind mit bloßem Auge schwer zu erkennen, werden aber direkt zu Leckkanälen und können durch den Prozess nicht behoben werden.

3. Kompatibilitätsproblem zwischen Endschutz und Siegelrand

Wenn der Endschutz den Siegelbereich durchläuft, verursacht er eine Diskontinuität an der Grenzfläche. Wenn die Parameter für den Endschutzbereich nicht optimiert sind, können sich um den Endschutz herum Lücken bilden, was eine Hochrisiko-Leckstelle darstellt.

III. Leckageverursachende Kontamination in Siegelbereichen: Die häufigste Ursache für Leckagen in der Produktion

In der tatsächlichen Produktion ist die Kontamination in den Siegelbereichen der Hauptfaktor für Leckagen. Selbst eine geringe Menge an Verunreinigungen kann die Verschmelzung der Polymersschichten verhindern und permanente Mikrokanäle bilden.

1. Elektrolytkontamination

Während des Einspritz-, Stand- und Transportprozesses kann der Elektrolyt in den Siegelbereich spritzen oder sickern. Seine chemische Zusammensetzung kann die geschmolzene Bindung der PP/CPP-Schicht stören, was zu einem plötzlichen Abfall der Siegelstärke führt. Solche Leckagen sind oft im frühen Stadium nicht offensichtlich und versagen allmählich während der Alterungs- und Zyklenprozesse.

2. Staub, Folienfragmente, Metallpartikel

Staub aus der Werkstatt, Folienfragmente und Vorsprünge von den Elektrodenleitern fallen in den Siegelbereich. Sie bilden eine Isolierschicht zwischen den beiden Folienlagen, verhindern eine vollständige Verschmelzung und hinterlassen Lücken.

3. Feuchtigkeit und Ölflecken

Hohe Umgebungsfeuchtigkeit, Ölflecken auf Handschuhen und das Austreten von Schmierfett aus Geräten können die Siegeloberfläche kontaminieren und somit die Bindungsfestigkeit beeinträchtigen.

IV. Ausrüstungs- und Werkzeugzustand: Beeinflussung der Gleichmäßigkeit und Stabilität der Versiegelung

Die Genauigkeit und der Wartungsgrad der Siegelgeräte und Werkzeuge beeinflussen direkt die Konsistenz der Versiegelung jeder Batteriezelle. Geräteverschlechterung kann zu Chargendefekten führen.

1. Das Siegelmesser wird nicht gleichmäßig erhitzt.

Wenn der Heizstab altert, die Temperaturregelsonde driftet oder die Oberfläche des Siegelmessers abgenutzt oder kontaminiert ist, führt dies zu einer inkonsistenten Temperaturverteilung auf der Siegelfläche, was zu lokalem Über- oder Unterversiegeln führt.

2. Inkonsistente Parallelität der Siegelmesser und Fehlausrichtung der Vorrichtungen

Wenn die oberen und unteren Siegelmesser nicht parallel sind und eine Abweichung in der Zentrierung der Vorrichtungen besteht, führt dies zu einer ungleichmäßigen Druckverteilung, wodurch der Siegelrand auf einer Seite dicht und auf der anderen locker ist. Nach langer Nutzungsdauer verformen und verschleißen die Siegelmesser, was das Leckagerisiko weiter erhöht.

3. Unzureichende Kühlkontrolle

Wenn die Kühlgeschwindigkeit nach dem Heißsiegeln zu schnell oder zu langsam ist, beeinträchtigt dies den Kristallzustand des Polymers, was zu geringer Siegelstärke und leichtem Reißen führt.

4. Instabiles pneumatisches/hydraulisches System

Druckschwankungen und Reaktionsverzögerungen führen zu einem instabilen Halte- und variablen Siegel-Effekt.

V. Betriebs- und Umgebungsfaktoren: Versteckte Defekte durch menschliche Faktoren und Umwelt

1. Transportschäden und Klemmbeschädigungen

Während des Transports der Batteriezellen zwischen den Prozessen können diese gequetscht, zerkratzt oder gefaltet werden, was zu lokalen Beschädigungen der Aluminium-Kunststoff-Folie und zu versteckten Leckstellen nach der Versiegelung führen kann.

2. Abweichung der Siegelpositionierung

Wenn die Zellpositionierung ungenau ist und die Siegelbreite unzureichend ist, führt dies zu einer unzureichenden effektiven Siegelbreite und unzureichenden Festigkeit.

3. Übermäßige Umwelttemperatur und -feuchtigkeit

Eine Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit beschleunigt die Feuchtigkeitsaufnahme der Aluminium-Kunststoff-Folie und die Verdunstung des Elektrolyten, was zu Kontaminationen im Siegelbereich führt; während eine niedrige Temperatur die Schmelzeigenschaften der Materialien beeinträchtigt.

VI. Zusammenfassung: Um Leckagen bei der Versiegelung von Pouch-Akkus zu verhindern, ist eine umfassende Kontrolle über den gesamten Prozess erforderlich.

Die Leckage bei der Versiegelung von Pouch-Akkus ist kein isolierter Vorfall; sie ist das Ergebnis der kombinierten Auswirkungen von fünf Faktoren: Prozess, Materialien, Verschmutzung, Ausrüstung und Umwelt. Um die Leckrate an der Quelle während der Produktion zu reduzieren, muss ein vollständiges Prozesskontrollsystem etabliert werden.

Für Lieferanten von Akkugeräten ist die Bereitstellung stabiler und zuverlässiger Pouch-Akku-Siegelmaschinen, Heißsiegelformen, Online-Inspektionsgeräte sowie begleitender Prozessdebuggings und Vor-Ort-Unterstützung der Schlüssel zur Lösung des Leckageproblems für Kunden. Wir konzentrieren uns auf den Export von Lithium-Akku-Herstellungs- und Prüfgeräten. Basierend auf unterschiedlichen Zellspezifikationen, Materialeigenschaften und Produktionskapazitätsanforderungen können wir kundenspezifische Dichtungslösungen und eine vollständige Palette technischer Unterstützung anbieten, um globale Kunden bei der Verbesserung der Dichtungsleistung und der Gewährleistung der Akkusicherheit zu unterstützen.