軟包鋰離子電池那些事

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，鋰離子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與鋁殼、圓柱和方形等等。

軟包電池的包裝材料和結構使其擁有一系列優勢，比如，安全性能好，軟包電池在結構上採用鋁塑膜包裝，發生安全問題時，軟包電池一般會鼓氣裂開，而不像鋼殼或鋁殼電芯那樣發生爆炸;重量輕，軟包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%;內阻小，軟包電池的內阻較鋰電池小，可以極大的降低電池的自耗電;循環性能好，軟包電池的循環壽命更長，100次循環衰減比鋁殼少4%～7%;設計靈活，外形可變任意形狀，可以更薄，可根據客戶的需求定製，開發新的電芯型號。

軟包在動力電池領域的佔比已超過方形和圓柱，據統計，2015年國內方形、圓柱、軟包鋰電池產量分別為17GWh、10.1GWh、19.8GWh，佔比分別為36.4%、21.5%、42.3%。

隨著新能源汽車新補貼政策的出台，電池的系統能量密度成為一項重要考核指標。三元軟包電池容量較同等尺寸規格的鋼殼鋰電高10~15%、較鋁殼電池高5~10%，而重量卻比同等容量規格的鋼殼電池和鋁殼電池更輕，因此，補貼新政對三元軟包電池更有利。鑒於軟包電池的優勢，業內專家預計，隨著電池路線的發展，軟包電池在新能源汽車市場的滲透率將不斷提升，未來軟包電池在各類型電池中的佔比有望超過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，保證在製造成鋰離子電池之前，膜不會發生變形，阻止空氣尤其是氧的滲透,維持電芯內部的環境,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構成，其作用是防止水的滲入，維持電芯內部的環境具有一定的厚度強度能夠防止外部對電芯的損傷。鋰離子電池很怕水，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，無法起到保護作用。而金屬Al在室溫下會與空氣中的氧反應生成一層緻密的氧化膜，導致水氣無法滲入，保護了電芯的內部。Al層在鋁塑膜成型的時候還提供了沖坑的塑性。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生熔化，並且具有黏性。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，然後封頭撤去，降溫就固化黏結了，PP不會被電芯內有機溶劑溶解、溶脹等,有效阻止內部電解質等與 Al 層接觸,避免 Al 層被腐蝕。

鋁塑膜看上去很簡單，實際做起來，如何把三層材料均勻地、牢固地結合在一起也不是那麼容易的事。很遺憾的是，現在質量好的鋁塑膜基本上都是日本進口的，國產的質量還有待改進。

一工段和一般電池工藝相同，此處不再贅述。極片成型方式通常採用模切，極耳採用激光切或者模切。極片堆疊方式，疊片一般採用Z字型極片和卷繞型極片，把切好後的一片一片的極片，通過堆疊貼膠後成一個卷芯，放入沖好的鋁塑膜坑裡，接下來我們講一下沖坑。

軟包電芯可以根據客戶的需求設計成不同的尺寸，當外形尺寸設計好後，就需要開具相應的模具，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，在鋁塑膜上衝出一個能夠容納卷芯的坑，如下圖所示：

鋁塑膜沖好並裁剪成型後，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致破裂。有時候在氣袋區域沖一個坑，增加一個氣囊，氣囊可根據需要增加，氣袋作用主要是用於收集化成過程中的氣體。

把疊好的卷芯放入沖好的坑內，沿著上圖黃線對摺後，如下圖所示：

卷芯放入坑內，經過幾道工序後需要封裝的區域，如下圖所示，我們會按順序介紹：

把卷芯放到坑中之後，就把整個鋁塑膜可以放到夾具中，在頂側封機里進行頂封與側封了。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層就熔化然後黏結在一起了。這裡特別說一下頂封，頂封區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。在極耳位的封裝見下圖圓圈中所示。封裝時，極耳膠中的PP與鋁塑膜的PP層熔化黏結，形成了有效的封裝結構。

軟包電芯在頂封和側封之後，需要做X-ray檢查其卷芯的對齊度，然後就進乾燥房除水氣。在乾燥房靜置若干時間後，就進入了注液與一封工序，（有些工廠會在注液工序加入包膜工序，避免電解液腐蝕鋁塑膜）通過上面的介紹我們知道，電芯在頂封和側封完成之後，就只剩下氣袋那邊的一個開口，這個開口就是用來注液的。在注液完成之後，需要馬上進行氣袋邊的預封，也叫作一封。一封封裝完成後，電芯內部就是完全與外部環境隔絕了。一封的封裝原理與頂側封相同，這裡就不贅述了。流程如下圖所示：

在注液與一封完成後，首先需要將電芯進行靜置，根據工藝的不同會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極片。然後電芯就可以拿去做化成。化成的主要作用是激活電池，形成SEI膜，具體可看我的歷史文章，裡面有關於化成工序的詳細解釋。化成中，由於軟包電池的特性，有些廠家會對電池進行整形化成，即採用夾具對電池進行固定化成。

因為化成過程中會產生氣體，根據不同材料產氣量不同，故而有根據需求增加氣囊，擴大容納氣體的體積，二封時我們要將氣體抽出然後再進行第二次封裝。在這裡有些公司成為兩個工序：Degassing(排氣)與二封，還有後面一個剪氣袋加折邊的工序，還有一些公司因電池大，產氣量大，有預degas，化成，degas，二封工藝。我們就常規的二封，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，這樣氣袋中的氣體與一小部分電解液就會被抽出。然後馬上二封封頭在二封區進行封裝，保證電芯的氣密性。最後把封裝完的電芯剪去氣袋，二封剪完氣袋之後需要進行裁邊與折邊，就是將一封邊與二封邊裁到合適的寬度，然後摺疊起來，保證電芯的寬度不超標，這樣一個軟包電芯就基本成型了。

電芯折完邊後就放到分容柜上進行分容，具體分容作用，可見我往期文章。分容後，容量合格的電芯就會進入後工序，包括檢查外觀、重量、貼膠、電壓檢測、內阻檢測、Hi-pot檢測、極耳轉接焊等等。結束後，就到了PACK，一個軟包電池就開始投入新能源戰場了。

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