鉅大LARGE | 點擊量：1360次 | 2022年07月14日
軟包鋰電池的那些事
軟包電芯，其實就是使用了鋁塑膜作為包裝材料的電芯。相對來說，鋰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和鋁殼、圓柱和方形等等。
軟包鋰電池的包裝材料和結(jié)構(gòu)使其擁有一系列優(yōu)勢，比如，安全性能好，軟包鋰電池在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑膜包裝，發(fā)生安全問題時，軟包鋰電池一般會鼓氣裂開，而不像鋼殼或鋁殼電芯那樣發(fā)生爆炸;重量輕，軟包鋰電池重量較同等容量的鋼殼鋰電池輕40%，較鋁殼鋰電池輕20%;內(nèi)阻小，軟包鋰電池的內(nèi)阻較鋰電池小，可以極大的降低電池的自耗電;循環(huán)性能好，軟包鋰電池的循環(huán)壽命更長，100次循環(huán)衰減比鋁殼少4%～7%;設(shè)計靈活，外形可變?nèi)我庑螤睿梢愿?，可根?jù)客戶的需求定制，開發(fā)新的電芯型號。
軟包在動力鋰電池領(lǐng)域的占比已超過方形和圓柱，據(jù)統(tǒng)計，2015年國內(nèi)方形、圓柱、軟包鋰電池產(chǎn)量分別為17GWh、10.1GWh、19.8GWh，占比分別為36.4%、21.5%、42.3%。
隨著新能源汽車新補貼政策的出臺，電池的系統(tǒng)能量密度成為一項重要考核指標(biāo)。三元軟包鋰電池容量較同等尺寸規(guī)格的鋼殼鋰電高10~15%、較鋁殼電池高5~10%，而重量卻比同等容量規(guī)格的鋼殼電池和鋁殼電池更輕，因此，補貼新政對三元軟包鋰電池更加有利。鑒于軟包鋰電池的優(yōu)勢，業(yè)內(nèi)專家預(yù)計，隨著電池路線的發(fā)展，軟包鋰電池在新能源汽車市場的滲透率將不斷提升，未來軟包鋰電池在各類型電池中的占比有望超過50%。
外殼使用材料決定了他們的封裝方式不同。軟包才有鋁塑膜，需使用熱封裝；金屬外殼一般使用激光焊接封口。鋁塑膜一般有三層，尼龍層是保證了鋁塑膜的外形，減輕對外殼的損傷，保證在制造成鋰電池之前，膜不會發(fā)生變形，阻止空氣尤其是氧的滲透,維持電芯內(nèi)部的環(huán)境,同時保證包裝鋁箔具備良好的形變能力。Al層就是一層金屬Al構(gòu)成，其用途是防止水的滲入，維持電芯內(nèi)部的環(huán)境具有一定的厚度強度能夠防止外部對電芯的損傷。鋰電池很怕水，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，無法起到保護用途。而金屬Al在室溫下會和空氣中的氧反應(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供應(yīng)了沖坑的塑性。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。所以電池的熱封裝重要靠的就是PP層在封頭加熱的用途下熔化黏合在一起，然后封頭撤去，降溫就固化黏結(jié)了，PP不會被電芯內(nèi)有機溶劑溶解、溶脹等,有效阻止內(nèi)部電解質(zhì)等和Al層接觸,防止Al層被腐蝕。
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%
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)的質(zhì)量還有待改進。
一工段和一般電池工藝相同，此處不再贅述。極片成型方式通常采用模切，極耳采用激光切或者模切。極片堆疊方式，疊片一般采用Z字型極片和卷繞型極片，把切好后的一片一片的極片，通過堆疊貼膠后成一個卷芯，放入沖好的鋁塑膜坑里，接下來我們講一下沖坑。
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，就要開具相應(yīng)的模具，使鋁塑膜成型。成型工序也叫作沖坑，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容納卷芯的坑，如下圖所示：
鋁塑膜沖好并裁剪成型后，一般稱為Pocket袋，見下圖所示。一般情況下，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)，鋁塑膜的變形量太大突破鋁塑膜的變形極限會導(dǎo)致破裂。有時候在氣袋區(qū)域沖一個坑，新增一個氣囊，氣囊可根據(jù)要新增，氣袋用途重要是用于收集化成過程中的氣體。
把疊好的卷芯放入沖好的坑內(nèi)，沿著上圖黃線對折后，如下圖所示：
卷芯放入坑內(nèi)，經(jīng)過幾道工序后要封裝的區(qū)域，如下圖所示，我們會按順序介紹：
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)封機里進行頂封和側(cè)封了。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。這里特別說一下頂封，頂封區(qū)域的示意圖如下圖所示。頂封是要封住極耳的，這就要靠極耳上的一個小部件—極耳膠來完成了。極耳膠在加熱時能夠熔化黏結(jié)。在極耳位的封裝見下圖圓圈中所示。封裝時，極耳膠中的PP和鋁塑膜的PP層熔化黏結(jié)，形成了有效的封裝結(jié)構(gòu)。
軟包電芯在頂封和側(cè)封之后，要做X-ray檢查其卷芯的對齊度，然后就進干燥房除水氣。在干燥房靜置若干時間后，就進入了注液和一封工序，（有些廠會在注液工序加入包膜工序，防止電解液腐蝕鋁塑膜）通過上面的介紹我們了解，電芯在頂封和側(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，要馬上進行氣袋邊的預(yù)封，也叫作一封。一封封裝完成后，電芯內(nèi)部就是完全和外部環(huán)境隔絕了。一封的封裝原理和頂側(cè)封相同，這里就不贅述了。流程如下圖所示：
在注液和一封完成后，首先要將電芯進行靜置，根據(jù)工藝的不同會分為高溫靜置和常溫靜置，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。化成的重要用途是激活電池，形成SEI膜，具體可看我的歷史文章，里面有有關(guān)化成工序的詳細解釋。化成中，由于軟包鋰電池的特性，有些廠商會對電池進行整形化成，即采用夾具對電池進行固定化成。
因為化成過程中會出現(xiàn)氣體，根據(jù)不同材料產(chǎn)氣量不同，故而有根據(jù)需求新增氣囊，擴大容納氣體的體積，二封時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)和二封，還有后面一個剪氣袋加折邊的工序，還有一些公司因電池大，產(chǎn)氣量大，有預(yù)degas，化成，degas，二封工藝。我們就常規(guī)的二封，給大家解釋，如下圖：
二封時，首先由鍘刀將氣袋刺破，同時抽真空，這樣氣袋中的氣體和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，二封剪完氣袋之后要進行裁邊和折邊，就是將一封邊和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)，這樣一個軟包電芯就基本成型了。
電芯折完邊后就放到分容柜上進行分容，具體分容用途，可見我往期文章。分容后，容量合格的電芯就會進入后工序，包括檢查外觀、重量、貼膠、電壓檢測、內(nèi)阻檢測、Hi-pot檢測、極耳轉(zhuǎn)接焊等等。結(jié)束后，就到了PACK，一個軟包鋰電池就開始投入新能源戰(zhàn)場了。
