鉅大LARGE | 點擊量：639次 | 2022年03月07日
軟包鋰離子電池和大工藝流程全解
軟包電芯，其實就是使用了鋁塑包裝膜作為包裝材料的電芯。相對來說，鋰離子電池的包裝分為兩大類，一類是軟包電芯，一類是金屬外殼電芯。金屬外殼電芯又包括了鋼殼與鋁殼等等，近年來由于特殊需要有的電芯采用塑料外殼的，也可以劃為此類。
二者的差別除了外殼材料不同，決定了其封裝方式也不同。軟包電芯采用的是熱封裝，而金屬外殼電芯一般采用焊接（激光焊）。軟包電芯可以采用熱封裝的原因是其使用了鋁塑包裝膜這種材料。
鋁塑包裝膜
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鋁塑包裝膜（簡稱鋁塑膜）的構(gòu)成見圖，其截面上來看有三層構(gòu)成：尼龍層、Al層與PP層。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
三層各有各的作用，首先尼龍層是保證了鋁塑膜的外形，保證在制造成鋰離子電池之前，膜不會發(fā)生變形。
Al層就是一層金屬Al構(gòu)成，其作用是防止水的滲入。鋰離子電池很怕水，一般要求極片含水量都在PPM級，所以包裝膜一定能夠擋住水氣的滲入。尼龍不防水，無法起到保護作用。而金屬Al在室溫下會與空氣中的氧反應(yīng)生成一層致密的氧化膜，導(dǎo)致水氣無法滲入，保護了電芯的內(nèi)部。Al層在鋁塑膜成型的時候還提供了沖坑的塑性，這個詳見第3點。
PP是聚丙烯的縮寫，這種材料的特性是在一百多攝氏度的溫度下會發(fā)生熔化，并且具有黏性。所以電池的熱封裝主要靠的就是PP層在封頭加熱的作用下熔化黏合在一起，然后封頭撤去，降溫就固化黏結(jié)了。
鋁塑膜看上去很簡單，實際做起來，如何把三層材料均勻地、牢固地結(jié)合在一起也不是那么容易的事。很遺憾的是，現(xiàn)在質(zhì)量好的鋁塑膜基本上都是日本進口的，國產(chǎn)的不是沒有，但質(zhì)量還有待改進。
鋁塑膜成型工序
軟包電芯可以根據(jù)客戶的需求設(shè)計成不同的尺寸，當(dāng)外形尺寸設(shè)計好后，就需要開具相應(yīng)的模具，使鋁塑膜成型。成型工序也叫作沖坑（其實個人覺得應(yīng)該是“銃坑”，但大家都這么寫就隨俗吧），顧名思義，就是用成型模具在加熱的情況下，在鋁塑膜上沖出一個能夠裝卷芯的坑，具體的見下圖。
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鋁塑膜沖好并裁剪成型后，一般稱為Pocket袋，見下圖所示。一般在電芯較薄的時候選擇沖單坑（下圖左），在電芯較厚的時候選擇沖雙坑（下圖右），因為一邊的變形量太大會突破鋁塑膜的變形極限而導(dǎo)致破裂。
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有時候根據(jù)設(shè)計的需要，會在氣袋的位置再沖一個小坑，以擴大氣袋的體積。
頂側(cè)封工序
終于講到正題了（你是跑題有多厲害?。攤?cè)封工序是軟包鋰離子電芯的第一道封裝工序。頂側(cè)封實際包含了兩個工序，頂封與側(cè)封。首先要把卷繞好的卷芯放到?jīng)_好的坑里，然后沿虛線位置將包裝膜對折，如下圖所示。
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下面這種圖是鋁塑膜裝入卷芯后，需要封裝的幾個位置，包括頂封區(qū)、側(cè)封區(qū)、一封區(qū)與二封區(qū)。下面分別進行介紹。
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把卷芯放到坑中之后，就把整個鋁塑膜可以放到夾具中，在頂側(cè)封機里進行頂封與側(cè)封了。頂側(cè)封機是這樣子的：
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圖中這種型號的頂側(cè)封機帶四個夾具，左邊那個工位是頂封，右邊那個工位是側(cè)封。那兩塊黃色的金屬是上封頭，下面還有一個下封頭，封裝的時候兩個封頭帶有一定的溫度（一般在180℃左右），合攏時壓在鋁塑膜上，鋁塑膜的PP層就熔化然后黏結(jié)在一起了，這樣就封裝OK了。
側(cè)封沒有什么太多好說的（邊電壓神馬的扯得太遠就不講了），主要來說說頂封，頂封區(qū)域的示意圖如下圖所示。頂封是要封住極耳的，極耳是金屬（正極鋁，負極鎳），怎么跟PP封裝到一起呢？這就要靠極耳上的一個小部件—極耳膠來完成了。極耳膠具體的結(jié)構(gòu)我不是很清楚，希望有懂行的人來補充。我只知道它也有PP的成本，也就是說在加熱時能夠熔化黏結(jié)。在極耳位的封裝見下圖中圓圈部分所示。封裝時，極耳膠中的PP與鋁塑膜的PP層熔化黏結(jié)，形成了有效的封裝結(jié)構(gòu)。
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注液、預(yù)封工序
軟包電芯在頂側(cè)封之后，需要做X-ray檢查其卷芯的平行度，然后就進干燥房除水氣去了。在干燥房靜置若干時間時候，就進入了注液與預(yù)封工序。
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通過上面的介紹我們知道，電芯在頂側(cè)封完成之后，就只剩下氣袋那邊的一個開口，這個開口就是用來注液的。在注液完成之后，需要馬上進行氣袋邊的預(yù)封，也叫作一封。一封封裝完成后，電芯從理論上來說，內(nèi)部就是完全與外部環(huán)境隔絕了。一封的封裝原理與頂側(cè)封相同，這里就不贅述了。
靜置、化成、夾具整形工序
在注液與一封完成后，首先需要將電芯進行靜置，根據(jù)工藝的不同會分為高溫靜置與常溫靜置，靜置的目的是讓注入的電解液充分浸潤極片。然后電芯就可以拿去做化成了。
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上圖是軟包電芯的化成柜，其實就是一個充放電的裝置，我找了好久沒有找到帶電芯的圖片，大家想想一下電芯夾在上面的畫面就OK了。化成就是對電芯的首次充電，但不會充到使用的最高電壓，充電的電流也非常小。
化成的目的是讓電極表面形成穩(wěn)定的SEI膜，也就是相當(dāng)于一個把電芯“激活”的過程。在這個過程中，會產(chǎn)生一定量的氣體，這也就是為什么鋁塑膜要預(yù)留一個氣袋。有些工廠的工藝會使用夾具化成，即把電芯夾在夾具里（有時候圖簡便就用玻璃板，然后上鋼夾子）再上柜化成，這樣產(chǎn)生的氣體會被充分地擠到旁邊的氣袋中去，同時化成后的電極界面也更佳。
在化成后有些電芯，尤其是厚電芯，由于內(nèi)部應(yīng)力較大，可能會產(chǎn)生一定的變形。所以某些工廠會在化成后設(shè)置一個夾具整形的工序，也叫作夾具baking（烘烤）。
二封工序
剛才說了化成過程中會產(chǎn)生氣體，所以我們要將氣體抽出然后再進行第二次封裝。在這里有些公司成為兩個工序：Degassing（排氣）與二封，還有后面一個剪氣袋的工序，這里我就一起籠統(tǒng)的都稱為二封了。
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二封時，首先由鍘刀將氣袋刺破，同時抽真空，這樣氣袋中的氣體與一小部分電解液就會被抽出。然后馬上二封封頭在二封區(qū)進行封裝，保證電芯的氣密性。最后把封裝完的電芯剪去氣袋，一個軟包電芯就基本成型了。二封是鋰離子電池的最后一個封裝工序，其原理還是跟前面的熱封裝一樣，不再贅述。
后續(xù)工序
因為題主問的是封裝，后面的跟封裝關(guān)系不大，所以二封之后的工序我就一起說了。
二封剪完氣袋之后需要進行裁邊與折邊，就是將一封邊與二封邊裁到合適的寬度，然后折疊起來，保證電芯的寬度不超標(biāo)。折邊后的電芯就可以上分容柜進行分容了，其實就是容量測試，看電芯的容量有沒有達到規(guī)定的最小值。從原則上來說，所有的電芯出廠之前都需要做分容測試，保證容量不合格的電芯不會送到客戶手中。但在電芯生產(chǎn)量大的時候，某些公司會做部分分容，以統(tǒng)計概率來判斷該批次電芯容量的合格率。
分容后，容量合格的電芯就會進入后工序，包括檢查外觀、貼黃膠、邊電壓檢測、極耳轉(zhuǎn)接焊等等，可以根據(jù)客戶的需求來增減若干工序。最后就是OQC檢查，然后包裝出貨了。
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