Neben anderen Vorgängen wie der thermischen Alterung, mechanischem Stress oder Umwelteinflüssen wie UV können organische Isolationsmaterialien natürlich auch chemisch geschädigt werden. Polyesterfolie ist an sich als chemisch sehr beständiges Produkt bekannt und deshalb in der Elektrotechnik in zahllosen Anwendungen im Einsatz. Sie ist gut temperaturbeständig, hoch spannungsfest und widersteht zahlreichen Lösemitteln, Basen und Laugen. Doch bedingt durch den Herstellungsprozess (Polymerisation) ist Polyesterkunststoff nicht besonders gut hydrolysestabil.
Bei der Hydrolyse werden – vereinfacht beschrieben – die langen Polymerketten des Polyesters (PET; Polyethylenterephthalat)) durch das polare Wasser (H2O) aufgespalten. Langsam aber sicher verliert dadurch eine Polyesterfolie z.B. ihre mechanische Festigkeit (im Hydrolysetest bei 85°C/85% rH bereits nach 1.000 Std deutlich feststellbar).
Anwendungstechnik
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Polyesterharze werden nach zwei gängigen Verfahren hergestellt: der am weitesten verbreitete Weg ist der über die reine Terephthalsäure als Terephthalat-Monomer. Der heute weniger gängige Weg geht über DMT (Dimethylterephthalat) – der chemischen Substanz, die das amerikanischen Forschungsinstitut als Ursache für die Selbstentladung entdeckt hat. DMT ist jedoch im fertig auspolymerisierten Polyester nicht enthalten. Erst durch eine chemische Zersetzung kann unabhängig vom Herstellungsweg DMT als Abbauprodukt entstehen.
Neben der Hydrolyse (Umesterung und Depolymerisation durch Wasser) gibt es auch die Methanolyse. Dieses Verfahren wird im Kunststoffrecycling eingesetzt: bei der Methanolyse wird bei 180 bis 280°C die Polyesterstruktur aufgebrochen und z.B. zu Kraftstoffersatzprodukte weiterverarbeitet.
Es liegt nahe, dass durch die in den meisten Lithiumionenbatterien verwendete, stark methanolhaltige Elektrolytlösungen über die Zeit eine solche Methanolyse auch bei geringeren Temperaturen auftritt.
Die Lösung: das PEN-Klebeband CMC 61100 von CMC Klebetechnik
Das von der CMC Klebetechnik angebotene Spezialklebeband CMC 61100 für Batterieanwendungen verwendet deshalb nicht die für Wärmeklasse B übliche Polyesterfolien als Folienträger. Vielmehr wird ein verwandter, höherwertiger PET-Kunststoff eingesetzt: Polyethylennaphthalat (PEN). PEN wird über den Methylesterweg hergestellt und ist erheblich Hydrolyse-stabiler. Auch der Methanolyse widerstetzt sich PEN erheblich besser als PET. Deswegen verwendet die CMC Klebetechnik für Anwendungen in Lithiumionen-Batterien ausschließlich PEN-Folien. Diese sind mechanisch und elektrisch identisch mit vergleichbaren Polyesterfolien und erlauben einen 1:1 Austausch ohne die Notwendigkeit einer Konstruktions- oder Verfahrensänderung. Nach Qualifizierung des Klebebandes können Rollen aus CMC 61100 PEN-Folien-Klebeband übergangslos das bisher verwendete Polyesterklebeband ersetzen.
Darüber hinaus ist das PEN Klebeband CMC 61100 auch preislich eine perfekte Alternative zu Klebebändern mit hydrolyse-/methanolysestabileren Kunststoffen.
Foto: Lithium-ion polymer rechargeable batteries (abbreviated as LiPo, LIP, Li-poly). isolated on white. iStock. Teodor Costachioiu
Ladungsträgerfreisetzung in Lithiumionen-Batterien - DMT