Ensayo de termosellado en celdas de bolsa de litio: garantía de integridad de la película laminada de aluminio para la seguridad de la batería

Una celda de bolsa de iones de litio encapsula cátodo, ánodo, separador y electrolito (LiPF6 en disolventes de carbonato orgánico) dentro de una película de laminado aluminio-plástico sellada a lo largo del perímetro. El fallo del sello crea varios modos de fallo: (1) fuga de electrolito — la evaporación del disolvente y la hidrólisis del LiPF6 generan HF, que corroe los contactos metálicos; (2) ingreso de humedad — el agua reacciona con el LiPF6 generando HF y LiOH, causando degradación del cátodo; (3) ingreso de oxígeno — oxida el electrolito y el cátodo; (4) en los peores casos, la acumulación de presión por desgasificación provoca la inflamación de la bolsa y, en raras ocasiones, fuga térmica. El ensayo de termosellado identifica los sellos inadecuados antes de finalizar el ensamblaje de la celda.

La especificación mínima de resistencia del sellado ≥22,5 N/15 mm para la película laminada de aluminio en celdas de bolsa de batería de litio se referencia en múltiples especificaciones de material de los fabricantes de celdas y se alinea con las normas chinas GB/T para baterías de litio en bolsa flexible. Este valor representa la resistencia mínima requerida para mantener la integridad del sello bajo las solicitaciones mecánicas del manejo de la celda, el ensamblaje del módulo y el ciclado térmico a lo largo de la vida útil. La temperatura objetivo de sellado es 195–205 °C para la mayoría de los grados comerciales de laminado de aluminio (estructura nylon/aluminio/PP). El probador en gradiente STH-5 caracteriza la curva completa en torno a esta temperatura especificada en una sola ejecución.

Los sellos superiores de la celda de bolsa (donde los tabs del electrodo salen de la celda) son más complejos y propensos al fallo que los sellos laterales. Los sellos superiores implican sellar laminado de aluminio sobre sí mismo alrededor del tab del electrodo — una banda de polipropileno o níquel que crea una discontinuidad de espesor en la zona del sello. La práctica del sector exige ensayar los sellos superiores y laterales por separado. Las probetas de sello superior se cortan perpendicularmente al tab y la integridad de la cinta adhesiva del tab forma parte de la evaluación. Los sellos laterales se ensayan como sellos película-película estándar. La especificación ≥22,5 N/15 mm se aplica típicamente a ambas geometrías, pero los sellos superiores muestran con frecuencia valores más bajos por la interfaz del tab — requiriendo una optimización de proceso específica.

Para la cualificación de una nueva película laminada de aluminio o el desarrollo de proceso, se recomienda el enfoque en gradiente del STH-5: configure un gradiente de 180 °C a 220 °C en pasos de 10 °C (5 posiciones: 180/190/200/210/220 °C). Fije la presión de mordaza y el tiempo de permanencia (2–3 segundos para grado estándar de laminado de aluminio). Tras el acondicionamiento (en laboratorios de batería se utiliza típicamente un tiempo de acondicionamiento más corto — 1 hora a 23 °C es estándar), ensaye cada sección según ASTM F88 con ángulo de pelado de 90° o 180°. La curva resultante identifica la SIT (primera temperatura que alcanza ≥22,5 N/15 mm), la ventana óptima y la temperatura superior de degradación.

ASTM F88 es la norma fundamental de medición de resistencia del sellado, aplicable globalmente. La norma china GB/T 31485 (baterías de tracción para vehículos eléctricos) y GB/T 36276 (baterías para almacenamiento de energía) referencian requisitos de integridad del envase coherentes con la especificación ≥22,5 N/15 mm. IEC 62133-2 (celdas portátiles selladas secundarias) e IEC 62619 (celdas estacionarias secundarias) incluyen requisitos de integridad del envase de la celda; el ensayo de resistencia del sellado según ASTM F88 cumple el componente de verificación física. Para packs de baterías de automoción (IEC 62660, GB/T 31486), la integridad del sello a nivel de celda de bolsa es un componente del proceso de cualificación de la celda.