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从软包锂电芯生产封装流程 看铝塑膜的重要性

2019-11-06来源:31fabu.com

1、软包电芯

目前我们所见到的软包电芯均是使用铝塑膜为包装的材料的电芯,广义来讲,锂离子软包电芯分为两大类,一类是使用铝塑膜作为包装的电芯,另一类是金属外壳电芯,金属包装电芯又包括钢壳、铝壳等等。

不同的外包装材料决定了使用不同的封装方式,聚合物软包电芯采用热封装,金属包装电芯则采用焊接的方法。

2、包装软膜-铝塑膜


铝塑复合膜大致可以分为三层——内层为粘结层,起封口粘结作用;中间层为铝箔,能够防止电池外部水汽的渗入,同时防止内部电解液的渗出;外层为保护层,多采用高熔点的聚酯或尼龙材料,有很强的机械性能,防止外力对电池的损伤,起保护电池的作用。

高质量的铝塑复合膜的研制和开发是液态软包装锂离子电池这一高新技术产品研制成功的关键。作为液态软包装锂离子电池的外壳,该铝塑复合膜不再仅仅是电池的简单外包装,而且是构成液态软包装锂离子电池的一个不可缺少的重要组成部分。

如果对这种软包装材料的重要性认识不够,将很不利于软包装电池的设计和开发。它在液态软包装锂离子电池的研制中有如此重要的地位,说明该产品有高的技术含量,在设计、制造及其应用上都和普通的复合包装材料在性能上有质的差别。

国内外各生产厂正抓紧对自己的产品进行不断改良,铝塑复合膜的生产技术也正处于不断研究发展之中。

3、铝塑膜冲压成型工艺

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,使铝塑膜冲压成型。成型工艺也叫作冲坑,就是利用成型的模具在铝塑膜上冲出一个能够卷芯的坑。


铝塑膜冲好后,裁剪成型,一般称为pocket袋,一般电芯较薄的时候选择冲单坑,在电芯较厚的时候选择冲双坑,冲双坑时会因为一边的变形量大,突破铝塑膜的变形极限而导致破裂。


有时候会根据设计要求,会在冲坑一侧选择冲一个小坑,以扩大气袋的体积。

4、包装侧封、顶封工艺

封装工序包含顶封、侧封两个工序,首先要把卷绕好的卷芯放到冲好的坑里,然后将未冲一侧沿冲坑一侧对折。


铝塑膜装入卷芯后,需要封装的位置包括顶封区、侧封区、一封区、二封区。


将卷芯放入铝塑膜后,就可将铝塑膜放到夹具中,在顶封、侧封机中进行封装。


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PP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、预封工艺

软包电芯在顶侧封后,需要做x-ray检查其卷芯的平行度,然后就进入干燥房除水气。在干燥房静置若干时间后,就进入了注液与预封工艺。


电芯在顶侧封完成后就剩下气袋那边一个开口,这个开口就是用来注液的。在注液完成后,需要马上进行气袋边的预封,也叫作一封。

一封完成后,电芯内部就完全与外部环境隔绝了。

6、静置、化成、夹具

在注液与一封完成后,需要将电芯进行静置,根据生产工艺的不同,分为高温静置和常温静置,静置的目的是为了让注入的电解液充分浸润机片,然后就可以拿去做化成了。

化成就是对电芯的充电,但不会充到最高电压,充电的电流也非常的小。化成的目的是让电极表面形成稳定的SEI膜,也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,这也就是为什么会预留一个气袋了。

有些工厂会使用夹具化成,把电芯放到夹具里再上化成柜。这样产生的气体会充分的挤到气袋里,同时化成后的电极界面更佳。

在化成完成后,有些电芯,尤其是厚电芯,由于内部应力较大,产生一定的变形。所以某些工厂会在化成后设置一个工序,也叫作夹具baking(烘烤)。

7、二封工艺


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部分电解液会被抽出。然后马上进行二封,保证电芯的气密性。最后把气袋剪去,一个软包电芯就基本成型了。

8、后续工序

二封剪完气袋后需要进行裁边与折边,保证电芯宽度不超标。折边后的电芯就会进入分容柜进行分容,其实就是容量测试。

分容完成后,容量合格的电芯就会进入后续工艺,包括外观检查、贴黄胶、边电压检测、极耳转接焊等等,可以根据客户需求增减若干工序,最后进行OQC检查,然后进行包装出货。


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