软包锂离子电池制造工艺简介

       软包电芯是指使用了铝塑包装膜作为包装材料的电芯。软包电池与方形电池制造工艺不同点起始于卷绕，前段工艺基本一致。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。金属外壳电芯又包括了钢壳与铝壳等，近年来由于特殊需要有的电芯采用塑料外壳的，也可以划为此类。

图1

       外壳材料不同，决定了其封装方式也不同。软包电芯采用的是热封装，而金属外壳电芯一般采用焊接（激光焊）。软包电芯可以采用热封装的原因是其使用了铝塑包装膜这种材料。

       铝塑包装膜从截面上来看由三层构成：尼龙层、铝层与聚丙烯(PP)层。三层各有各的作用，首先尼龙层是保证了铝塑膜的外形，保证在制造成锂离子电池之前，膜不会发生变形。金属铝层，其作用是防止水的渗入。锂离子电池很怕水，一般要求极片含水量都在10-6数量级，所以包装膜一定能够挡住水汽的渗入。尼龙不防水，无法起到保护作用。而金属铝在室温下会与空气中的氧反应生成一层致密的氧化膜，导致水汽无法渗入，保护了电芯的内部。金属铝层在铝塑膜成型的时候还提供了冲坑的塑性。PP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。所以电池的热封装主要靠的就是PP层在封头加热的作用下熔化黏合在一起，然后封头撤去，降温就固化黏结了。图2为铝塑包装膜结构示意图。

图2 铝塑包装膜结构示意图

       铝塑膜看上去很简单，实际做起来，把三层材料均匀、牢固地结合在一起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。

(1)冲坑

       铝塑膜成型工序是软包电池生产的特殊工艺，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，就需要开发相应的模具，使铝塑膜成型。成型工序也叫作冲坑，顾名思义，就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。图3为冲坑示意图。

图3

       铝塑膜冲好并裁剪成型后，一般称为袋(pocket)。一般在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，因为一边的变形量太大会突破铝塑膜的变形极限而导致破裂。

(2)顶侧封工序

       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。首先要把卷绕好的卷芯放到冲好的坑里，然后沿虚线位置将包装膜对折，图4为顶侧封示意图。

图4 顶侧封示意图

       铝塑膜装入卷芯后，需要封装的几个位置，包括顶封区、侧封区、一封区与二封区。图5为封装位置示意图。

图5 封装位置示意图

       把卷芯放到坑中之后，就把整个铝塑膜放到夹具中，在顶侧封机里进行顶封与侧封。图6为顶侧封机，这种型号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。两块金属上封头的下面还有一个下封头，封装的时候两个封头带有一定的温度（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起了，这样就封装完成了。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。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。图7为封装结构示意图。

图6 顶侧封机

图7 封装结构示意图

(3)注液、预封工序

       软包电芯在顶侧封之后，需要做X射线检查其卷芯的平行度，然后就进干燥房除水汽。在干燥房静置若干时间后，就进入了注液与预封工序。

       电芯在顶侧封完成之后，就只剩下气袋那边的一个开口，这个开口就是用来注液的。在注液完成之后，需要马上进行气袋边的预封，也叫作一封。一封封装完成后，电芯从理论上来说，内部就完全与外部环境隔绝了。一封的封装原理与顶侧封相同，这里就不赘述了。

(4)静置、化成、夹具整形工序

       在注液与一封完成后，首先需要将电芯进行静置，根据工艺的不同会分为高温静置与常温静置，静置的目的是让注入的电解液充分浸润极片。然后电芯就可以拿去做化成了。化成就是对电芯的首次充电，但不会充到使用的最高电压，充电的电流也非常小。化成的目的是让电极表面形成稳定的SEI膜，也就是相当于把电芯“激活”的过程。在这个过程中，会产生一定量的气体，这也就是为什么铝塑膜要预留一个气袋。有些工厂的工艺会使用夹具化成，即把电芯夹在夹具里（有时候图简便就用玻璃板，然后上钢夹子）再上柜化成，这样产生的气体会被充分地挤到旁边的气袋中去，同时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，可能会产生一定的变形。所以某些工厂会在化成后设置一个夹具整形的工序，也叫作夹具烘烤(baking)。

(5)二封工序

       化成过程中会产生气体，所以我们要将气体抽出然后再进行第二次封装。在这里有些公司分为两个工序：排气与二封，还有后面一个剪气袋的工序，这里就一起笼统地都称为二封了。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小部分电解液就会被抽出。然后马上二封封头在二封区进行封装，保证电芯的气密性。最后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后一个封装工序。

(6)后续工序

       二封剪完气袋之后需要进行裁边与折边，就是将一封边与二封边裁到合适的宽度，然后折叠起来，保证电芯的宽度不超标。折边后的电芯就可以上分容柜进行分容了，其实就是容量测试，看电芯的容量有没有达到规定的最小值。从原则上来说，所有的电芯出厂之前都需要做分容测试，保证容量不合格的电芯不会送到客户手中。但在电芯生产量大的时候，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，包括检查外观、贴黄胶、边电压检测、极耳转接焊等，可以根据客户的需求来增减若干工序。然后就是出货品质管控(OQC)，最后包装出货了。