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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等等,近年來由于特殊需要有的電芯采用塑料外殼的,也可以劃為此類。
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(簡稱鋁塑膜)的構(gòu)成見圖,其截面上來看有三層構(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)詳見第3點(diǎn)。
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(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。
鋁塑膜看上去很簡單,實(shí)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(jìn)口的,國產(chǎn)的不是沒有,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)人覺得應(yīng)該是“銃坑”,但大家都這么寫就隨俗吧),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,具體的見下圖。
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第一道封裝工序。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:
通過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)開口,這個(gè)開口就是用來注液的。在注液完成之后,需要馬上進(jìn)行氣袋邊的預(yù)封,也叫作一封。一封封裝完成后,電芯從理論上來說,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極片。然后電芯就可以拿去做化成了。
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。最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最后一個(gè)封裝工序,其原理還是跟前面的熱封裝一樣,不再贅述。
注:本文轉(zhuǎn)自“鋰電前沿”;更多鋰電池及智能電源管理相關(guān)資源,請咨詢中山普納斯能源科技有限公司!