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详解软包锂离子电池工艺流程
详解软包锂离子电池工艺流程
  • 发布时间:2020-10-10 17:36

详解软包锂离子电池工艺流程

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1、软包电芯


所谓的软包电芯,其实便是运用了铝塑包装膜作为包装资料的电芯。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。金属外壳电芯又包含了钢壳与铝壳等等,近年来由于特殊需求有的电芯选用塑料外壳的,也能够划为此类。


二者的不同除了外壳资料不同,决议了其封装方式也不同。软包电芯选用的是热封装,而金属外壳电芯一般选用焊接(激光焊)。软包电芯能够选用热封装的原因是其运用了铝塑包装膜这种资料。


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、Al层与PP层。


三层各有各的效果,首要尼龙层是确保了铝塑膜的外形,确保在制造成锂离子电池之前,膜不会发生变形。


Al层便是一层金属Al构成,其效果是防止水的进入。锂离子电池很怕水,一般要求极片含水量都在PPM级,所以包装膜必定能够挡住水气的进入。尼龙不防水,无法起到维护效果。而金属Al在室温下会与空气中的氧反应生成一层致密的氧化膜,导致水气无法进入,维护了电芯的内部。Al层在铝塑膜成型的时分还供应了冲坑的塑性,这个详见第3点。


PP是聚丙烯的缩写,这种资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。所以电池的热封装重要靠的便是PP层在封头加热的效果下熔化黏合在一同,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,如何把三层资料均匀地、牢固地结合在一同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


软包电芯能够依据客户的需求规划成不同的尺度,当外形尺度规划好后,就需求开具相应的模具,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,但咱们都这么写就随俗吧),顾名思义,便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,详细的见下图。


铝塑膜冲好并裁剪成型后,一般称为Pocket袋,见下图所示。一般在电芯较薄的时分选择冲单坑(下图左),在电芯较厚的时分选择冲双坑(下图右),由于一边的变形量太大会突破铝塑膜的变形极限而导致破裂。


有时分依据规划的需求,会在气袋的方位再冲一个小坑,以扩展气袋的体积。


4、顶侧封工序


终于讲到正题了(你是跑题有多厉害!),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。首要要把卷绕好的卷芯放到冲好的坑里,然后沿虚线方位将包装膜半数,如下图所示。


把卷芯放到坑中之后,就把整个铝塑膜能够放到夹具中,在顶侧封机里进行顶封与侧封了。顶侧封机是这样子的:


这种类型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,封装的时分两个封头带有必定的温度(一般在180℃左右),合拢时压在铝塑膜上,铝塑膜的PP层就熔化然后黏结在一同了,这样就封装OK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),重要来说说顶封,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PP封装到一同呢?这就要靠极耳上的一个小部件极耳胶来完结了。极耳胶详细的结构我不是很清楚,希望有懂行的人来补充。我只了解它也有PP的本钱,也便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PP与铝塑膜的PP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,需求做X-ray检查其卷芯的平行度,然后就进枯燥房除水气去了。在枯燥房静置若干时间时分,就进入了注液与预封工序。


经过上面的介绍咱们了解,电芯在顶侧封完结之后,就只剩余气袋那儿的一个开口,这个开口便是用来注液的。在注液完结之后,需求立刻进行气袋边的预封,也叫作一封。一封封装完结后,电芯从理论上来说,内部便是完全与外部环境隔绝了。一封的封装原理与顶侧封相同,这儿就不赘述了。


6、静置、化成、夹具整形工序


在注液与一封完结后,首要需求将电芯进行静置,依据工艺的不同会分为高温静置与常温静置,静置的意图是让注入的电解液充沛浸润极片。然后电芯就能够拿去做化成了。


上图是软包电芯的化成柜,其实便是一个充放电的装置,我找了好久没有找到带电芯的图片,咱们想想一下电芯夹在上面的画面就OK了。化成便是对电芯的首次充电,但不会充到运用的最高电压,充电的电流也十分小。


化成的意图是让电极表面形成稳定的SEI膜,也便是相当于一个把电芯激活的进程。在这个进程中,会发生必定量的气体,这也便是为何铝塑膜要预留一个气袋。有些厂的工艺会运用夹具化成,即把电芯夹在夹具里(有时分图简洁就用玻璃板,然后上钢夹子)再上柜化成,这样发生的气体会被充沛地挤到旁边的气袋中去,一同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,可能会发生必定的变形。所以某些厂会在化成后设置一个夹具整形的工序,也叫作夹具baking(烘烤)。


7、二封工序


刚才说了化成进程中会发生气体,所以咱们要将气体抽出然后再进行第2次封装。在这儿有些公司成为两个工序:Degassing(排气)与二封,还有后边一个剪气袋的工序,这儿我就一同笼统的都称为二封了。


二封时,首要由铡刀将气袋刺破,一同抽真空,这样气袋中的气体与一小部分电解液就会被抽出。然后立刻二封封头在二封区进行封装,确保电芯的气密性。最终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终一个封装工序,其原理还是跟前面的热封装相同,不再赘述。


8、后续工序


由于题主问的是封装,后边的跟封装关系不大,所以二封之后的工序我就一同说了。


二封剪完气袋之后需求进行裁边与折边,便是将一封边与二封边裁到合适的宽度,然后折叠起来,确保电芯的宽度不超标。折边后的电芯就能够上分容柜进行分容了,其实便是容量测验,看电芯的容量有没有到达规则的最小值。从原则上来说,一切的电芯出厂之前都需求做分容测验,确保容量不合格的电芯不会送到客户手中。但在电芯出产量大的时分,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,包含检查外观、贴黄胶、边电压检测、极耳转接焊等等,能够依据客户的需求来增减若干工序。最终便是OQC检查,然后包装出货了。


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