Probador de termosellado para celdas de bolsa de batería: integridad de la película laminada de aluminio para celdas de iones de litio

Las celdas de bolsa de iones de litio contienen electrolito, sales de litio y disolventes orgánicos a temperatura elevada bajo carga. El fallo del sello — ya sea por resistencia de sellado insuficiente, microporos o fugas en canal en la interfaz del tab del electrodo — crea puntos de entrada para la humedad y de salida de gases del electrolito. La contaminación por humedad provoca pérdida de capacidad, cortocircuitos internos y, en los peores casos, fuga térmica. Para packs de baterías EV y celdas de electrónica de consumo, el fallo del sello a escala de producción se traduce en una responsabilidad significativa por retiradas y por seguridad. El ensayo de termosellado según ASTM F88 a la temperatura de proceso de 200 °C es el control de calidad estándar para el laminado de aluminio de la celda de bolsa.

La especificación del sector ampliamente referenciada para la resistencia de termosellado de la película laminada de aluminio en celdas de bolsa de batería de litio es ≥22,5 N/15 mm, ensayada a la temperatura objetivo de sellado de 195–205 °C. Esta especificación deriva de los requisitos de cualificación de los fabricantes de celdas de batería y es coherente con las normas GB/T para baterías de litio en bolsa flexible utilizadas en el mercado chino. El probador en gradiente STH-5 valida de forma eficiente si una combinación dada de grado de laminado de aluminio y parámetros de sellado cumple esta especificación, además de mapear la ventana completa de temperatura por encima y por debajo de 200 °C para definir el margen de seguridad de proceso.

Una celda de bolsa tiene dos geometrías de sello: el sello superior (donde se ubican el puerto de inyección de electrolito y los tabs del electrodo) y los sellos laterales (sellos perimetrales). Los sellos superiores son más complejos por la interfaz del tab del electrodo — el tab de aluminio o níquel debe sellarse a través de la película sin crear una fuga en canal en los bordes del tab. Las probetas ASTM F88 para el ensayo del sello del tab requieren cortarse perpendicularmente a la interfaz del tab. Los sellos laterales se ensayan como sellos película-película estándar. Ambos tipos de sello deben cumplir la especificación ≥22,5 N/15 mm en los parámetros de producción; el ensayo en gradiente con el STH-5 confirma la ventana óptima para cada uno.

La película laminada de aluminio para celdas de bolsa tiene una ventana óptima de sellado relativamente estrecha — típicamente 190–210 °C para grados habituales, con un objetivo de 195–205 °C. Por debajo del límite inferior, la resistencia del sellado cae por debajo de la especificación de 22,5 N/15 mm; por encima del límite superior se produce delaminación del laminado de aluminio. El probador en gradiente STH-5 define esta ventana con precisión. Para un nuevo grado de película o un nuevo material de tab, ejecute un gradiente de 180 °C a 220 °C en pasos de 10 °C. La curva resultante de 5 puntos identifica la SIT, la meseta óptima y la temperatura de inicio de degradación, aportando los datos completos de validación de proceso requeridos para la cualificación del diseño de una nueva celda.

Las normas clave para el envase de celdas de bolsa de batería de litio incluyen: (1) ASTM F88 — medición de la resistencia del sellado (N/15 mm); (2) ASTM F2029 — procedimiento de termosellado de laboratorio; (3) GB/T 31485 (China) — requisitos de seguridad y métodos de ensayo para celdas de iones de litio de tracción, incluida la integridad del envase; (4) IEC 62133 — requisitos de seguridad para celdas portátiles recargables selladas; (5) IEC 62619 — requisitos de seguridad para celdas estacionarias secundarias de iones de litio. Los probadores KHT STH proporcionan datos conformes con ASTM F88 que respaldan los requisitos de integridad de envase de todas estas normas.