软包锂离子电池制作工艺流程详解

软包锂离子电池制作工艺流程详解
2018-04-27电动知家
1、软包电芯
所谓的软包电芯，其实就是使用了铝塑包装膜作为包装材料的电芯。

相对来说，锂离子电池的包装分为两大类，一类是软包电芯，一类是金属外壳电芯。

金属外壳电芯又包括了钢壳与铝壳等等，近年来由于特殊需要有的电芯采用塑料外壳的，也可以划为此类。

二者的差别出了外壳材料不同，决定了其封装方式也不同。

软包电芯采用的是热封装，而金属外壳电芯一般采用焊接（激光焊）。

软包电芯可以采用热封装的原因是其使用了铝塑包装膜这种材料。

2、铝塑包装膜
铝塑包装膜（简称铝塑膜）的构成见图，其截面上来看有三层构成：尼龙层、A l层与P P层。

三层各有各的作用，首先尼龙层是保证了铝塑膜的外形，保证在制造成锂离子电池之前，膜不会发生变形。

A l层就是一层金属A l构成，其作用是防止水的渗入。

锂离子电池很怕水，一般要求极片含水量都在P P M级，所以包装膜一定能够挡住水气的渗入。

尼龙不防水，无法起到保护作用。

而金属A l在室温下
会与空气中的氧反应生成一层致密的氧化膜，导致水气无法渗入，保护了电芯的内部。

A l层在铝塑膜成型的时候还提供了冲坑的塑性，这个详见第3点。

P P是聚丙烯的缩写，这种材料的特性是在一百多摄氏度的温度下会发生熔化，并且具有黏性。

所以电池的热封装主要靠的就是P P层在封头加热的作用下熔化黏合在一起，然后封头撤去，降温就固化黏结了。

铝塑膜看上去很简单，实际做起来，如何把三层材料均匀地、牢固地结合在一起也不是那么容易的事。

很遗憾的是，现在质量好的铝塑膜基本上都是日本进口的，国产的不是没有，但质量还有待改进。

3、铝塑膜成型工序
软包电芯可以根据客户的需求设计成不同的尺寸，当外形尺寸设计好后，就需要开具相应的模具，使铝塑膜成型。

成型工序也叫作冲坑（其实个人觉得应该是“铳坑”，但大家都这么写就随俗吧），顾名思义，就是用成型模具在加热的情况下，在铝塑膜上冲出一个能够装卷芯的坑，具体的见下图
铝塑膜冲好并裁剪成型后，一般称为P o c k e t袋，见下图所示。

一般在电芯较薄的时候选择冲单坑（下图左），在电芯较厚的时候选择冲双坑（下图右），因为一边的变形量太大会突破铝塑膜的变形极限而导致破裂。

有时候根据设计的需要，会在气袋的位置再冲一个小坑，以扩大气袋的体积。

4、顶侧封工序
讲到正题了，顶侧封工序是软包锂离子电芯的第一道封装工序。

顶侧封实际包含了两个工序，顶封与侧封。

首先要把卷绕好的卷芯放到冲好的坑里，然后沿虚线位置将包装膜对折，如下图所示。

下面这种图是铝塑膜装入卷芯后，需要封装的几个位置，包括顶封区、侧封区、一封区与二封区。

下面分别进行介绍。

把卷芯放到坑中之后，就把整个铝塑膜可以放到夹具中，在顶侧封机里进行顶封与侧封了。

顶侧封机是这样子的：
图中这种型号的顶侧封机带四个夹具，左边那个工位是顶封，右边那个工位是侧封。

那两块黄色的金属是上封头，下面还有一个下封头，封装的时候两个封头带有一定的温度（一般在180℃左右），合拢时压在铝塑膜上，铝塑膜的P P层就熔化然后黏结在一起了，这样就封装O K了。

侧封没有什么太多好说的（边电压神马的扯得太远就不讲了），主要来说说顶封，顶封区域的示意图如下图所示。

顶封是要封住极耳的，极耳是金属（正极铝，负极镍），怎么跟P P封装到一起呢？这就要靠极耳上的一个小部件—极耳胶来完成了。

极耳胶具体的结构我不是很清楚，希望有懂行的人来补充。

我只知道它也有P P的成本，也就是说在加热时能够熔化黏结。

在极耳位的封装见下图中圆圈部分所
示。

封装时，极耳胶中的P P与铝塑膜的P P层熔化黏结，形成了有效的封装结构。

5、注液、预封工序
软包电芯在顶侧封之后，需要做X-r a y检查其卷芯的平行度，然后就进干燥房除水气去了。

在干燥房静置若干时间时候，就进入了注液与预封工序。

通过上面的介绍我们知道，电芯在顶侧封完成之后，就只剩下气袋那边的一个开口，这个开口就是用来注液的。

在注液完成之后，需要马上进行气袋边的预封，也叫作一封。

一封封装完成后，电芯从理论上
来说，内部就是完全与外部环境隔绝了。

一封的封装原理与顶侧封相同，这里就不赘述了。

6、静置、化成、夹具整形工序
在注液与一封完成后，首先需要将电芯进行静置，根据工艺的不同会分为高温静置与常温静置，静置的目的是让注入的电解液充分浸润极片。

然后电芯就可以拿去做化成了。

上图是软包电芯的化成柜，其实就是一个充放电的装置，我找了好久没有找到带电芯的图片，大家想想一下电芯夹在上面的画面就O K了。

化成就是对电芯的首次充电，但不会充到使用的最高电压，充电的电流也非常小。

化成的目的是让电极表面形成稳定的S E I膜，也就是相当于一个把电芯“激活”的过程。

在这个过程中，会产生一定量的气体，这也就是为什么铝塑膜要预留一个气袋。

有些工厂的工艺会使用夹具
化成，即把电芯夹在夹具里（有时候图简便就用玻璃板，然后上钢夹子）再上柜化成，这样产生的气体会被充分地挤到旁边的气袋中去，同时化成后的电极界面也更佳。

在化成后有些电芯，尤其是厚电芯，由于内部应力较大，可能会产生一定的变形。

所以某些工厂会在化成后设置一个夹具整形的工序，也叫作夹具b a k i n g（烘烤）。

这三道工序与封装无关，就简单介绍到这里吧。

7、二封工序
刚才说了化成过程中会产生气体，所以我们要将气体抽出然后再进行第二次封装。

在这里有些公司成为两个工序：D e g a s s i n g（排气）与二封，还有后面一个剪气袋的工序，这里我就一起笼统的都称为二封了。

二封时，首先由铡刀将气袋刺破，同时抽真空，这样气袋中的气体与一小部分电解液就会被抽出。

然后马上二封封头在二封区进行封装，保证电芯的气密性。

最后把封装完的电芯剪去气袋，一个软包电芯就基本成型了。

二封是锂离子电池的最后一个封装工序，其原理还是跟前面的热封装一样，不再赘述。

8、后续工序
二封剪完气袋之后需要进行裁边与折边，就是将一封边与二封边裁到合适的宽度，然后折叠起来，保证电芯的宽度不超标。

折边后的电芯就可以上分容柜进行分容了，其实就是容量测试，看电芯的容量有没有达到规定的最小值。

从原则上来说，所有的电芯出厂之前都需要做分容测试，保证容量不合格的电芯不会送到客户手中。

但在电芯生产
量大的时候，某些公司会做部分分容，以统计概率来判断该批次电芯容量的合格率。

分容后，容量合格的电芯就会进入后工序，包括检查外观、贴黄胶、边电压检测、极耳转接焊等等，可以根据客户的需求来增减若干工序。

最后就是O Q C检查，然后包装出货了。

注意，到这里都还只是电芯。

电芯会送到P a c k厂进行进一步的加工，包括焊接电路板，包装等等。

P a c k厂的下游是各个使用厂家，比如苹果、联想、华为这种的，他们会把电池P a c k拿去装到终端里，然后才来到我们消费者手中。

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