DQZHAN技術(shù)訊：【技術(shù)】軟包鋰電池8大工藝流程全解
編者按：無(wú)論是在數(shù)碼還是在動(dòng)力應(yīng)用市場(chǎng)，軟包電池都在成為非常重要的一個(gè)技術(shù)路線(xiàn)。
軟包電芯，其實(shí)就是使用了鋁塑包裝膜作為包裝材料的電芯。相對(duì)來(lái)說(shuō)，鋰離子電池的包裝分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是軟包電芯，一類(lèi)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(lái)由于特殊需要有的電芯采用塑料外殼的，也可以劃為此類(lèi)。
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
鋁塑包裝膜（簡(jiǎn)稱(chēng)鋁塑膜）的構(gòu)成見(jiàn)圖，其截面上來(lái)看有三層構(gòu)成：尼龍層、Al層與PP層。
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(huì)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(jí)，所以包裝膜一定能夠擋住水氣的滲入。尼龍不防水，無(wú)法起到保護(hù)作用。而金屬Al在室溫下會(huì)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(wú)法滲入，保護(hù)了電芯的內(nèi)部。Al層在鋁塑膜成型的時(shí)候還提供了沖坑的塑性，這個(gè)詳見(jiàn)第3點(diǎn)。
PP是聚丙烯的縮寫(xiě)，這種材料的特性是在一百多攝氏度的溫度下會(huì)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(jiǎn)單，實(shí)際做起來(lái)，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(jìn)口的，國(guó)產(chǎn)的不是沒(méi)有，但質(zhì)量還有待改進(jìn)。
鋁塑膜成型工序
軟包電芯可以根據(jù)客戶(hù)的需求設(shè)計(jì)成不同的尺寸，當(dāng)外形尺寸設(shè)計(jì)好后，就需要開(kāi)具相應(yīng)的模具，使鋁塑膜成型。成型工序也叫作沖坑（其實(shí)個(gè)人覺(jué)得應(yīng)該是“銃坑”，但大家都這么寫(xiě)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(gè)能夠裝卷芯的坑，具體的見(jiàn)下圖。
鋁塑膜沖好并裁剪成型后，一般稱(chēng)為Pocket袋，見(jiàn)下圖所示。一般在電芯較薄的時(shí)候選擇沖單坑（下圖左），在電芯較厚的時(shí)候選擇沖雙坑（下圖右），因?yàn)橐贿叺淖冃瘟刻髸?huì)突破鋁塑膜的變形極限而導(dǎo)致破裂。
有時(shí)候根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，會(huì)在氣袋的位置再?zèng)_一個(gè)小坑，以擴(kuò)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！），頂側(cè)封工序是軟包鋰離子電芯的**道封裝工序。頂側(cè)封實(shí)際包含了兩個(gè)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(xiàn)位置將包裝膜對(duì)折，如下圖所示。
下面這種圖是鋁塑膜裝入卷芯后，需要封裝的幾個(gè)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(jìn)行介紹。
把卷芯放到坑中之后，就把整個(gè)鋁塑膜可以放到夾具中，在頂側(cè)封機(jī)里進(jìn)行頂封與側(cè)封了。頂側(cè)封機(jī)是這樣子的：
圖中這種型號(hào)的頂側(cè)封機(jī)帶四個(gè)夾具，左邊那個(gè)工位是頂封，右邊那個(gè)工位是側(cè)封。那兩塊黃色的金屬是上封頭，下面還有一個(gè)下封頭，封裝的時(shí)候兩個(gè)封頭帶有一定的溫度（一般在180℃左右），合攏時(shí)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(méi)有什么太多好說(shuō)的（邊電壓神馬的扯得太遠(yuǎn)就不講了），主要來(lái)說(shuō)說(shuō)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(fù)極鎳），怎么跟PP封裝到一起呢？這就要靠極耳上的一個(gè)小部件—極耳膠來(lái)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(lái)補(bǔ)充。我只知道它也有PP的成本，也就是說(shuō)在加熱時(shí)能夠熔化黏結(jié)。在極耳位的封裝見(jiàn)下圖中圓圈部分所示。封裝時(shí)，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)。
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(jìn)干燥房除水氣去了。在干燥房靜置若干時(shí)間時(shí)候，就進(jìn)入了注液與預(yù)封工序。
通過(guò)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(gè)開(kāi)口，這個(gè)開(kāi)口就是用來(lái)注液的。在注液完成之后，需要馬上進(jìn)**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(lái)說(shuō)，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(jìn)行靜置，根據(jù)工藝的不同會(huì)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(rùn)極片。然后電芯就可以拿去做化成了。
上圖是軟包電芯的化成柜，其實(shí)就是一個(gè)充放電的裝置，我找了好久沒(méi)有找到帶電芯的圖片，大家想想一下電芯夾在上面的畫(huà)面就OK了?；删褪菍?duì)電芯的**充電，但不會(huì)充到使用的*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(gè)把電芯“激活”的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)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(gè)氣袋。有些工廠(chǎng)的工藝會(huì)使用夾具化成，即把電芯夾在夾具里（有時(shí)候圖簡(jiǎn)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(huì)被充分地?cái)D到旁邊的氣袋中去，同時(shí)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(huì)產(chǎn)生一定的變形。所以某些工廠(chǎng)會(huì)在化成后設(shè)置一個(gè)夾具整形的工序，也叫作夾具baking（烘烤）。
二封工序
剛才說(shuō)了化成過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣體，所以我們要將氣體抽出然后再進(jìn)行**次封裝。在這里有些公司成為兩個(gè)工序：Degassing（排氣）與二封，還有后面一個(gè)剪氣袋的工序，這里我就一起籠統(tǒng)的都稱(chēng)為二封了。
二封時(shí)，首先由鍘刀將氣袋刺破，同時(shí)抽真空，這樣氣袋中的氣體與一小部分電解液就會(huì)被抽出。然后馬上二封封頭在二封區(qū)進(jìn)行封裝，保證電芯的氣密性。*后把封裝完的電芯剪去氣袋，一個(gè)軟包電芯就基本成型了。二封是鋰離子電池的*后一個(gè)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?yàn)轭}主問(wèn)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(shuō)了。
二封剪完氣袋之后需要進(jìn)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(lái)，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(jìn)行分容了，其實(shí)就是容量測(cè)試，看電芯的容量有沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的*小值。從原則上來(lái)說(shuō)，所有的電芯出廠(chǎng)之前都需要做分容測(cè)試，保證容量不合格的電芯不會(huì)送到客戶(hù)手中。但在電芯生產(chǎn)量大的時(shí)候，某些公司會(huì)做部分分容，以統(tǒng)計(jì)概率來(lái)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(huì)進(jìn)入后工序，包括檢查外觀、貼黃膠、邊電壓檢測(cè)、極耳轉(zhuǎn)接焊等等，可以根據(jù)客戶(hù)的需求來(lái)增減若干工序。*后就是OQC檢查，然后包裝出貨了。
