软包锂离子电池制作工艺流程及封装注意事项详解
软包锂离子电池制作工艺流程及封装注意事项详解
软包锂离子电池是锂离子电池的一种，采用铝塑包装膜作为外壳材料。与金属外壳电池相比，软包电池采用热封装方式，具有独特的制作工艺流程。本文将详细介绍软包锂离子电池的制作工艺流程及其封装注意事项。
软包锂离子电池制作工艺流程
冲坑
软包锂电池使用铝塑膜作为外壳，因此对铝塑膜的加工成为一道关键工艺流程。根据客户的需求设计电池尺寸后，需要开相应的模具，使铝塑膜成型。这道工序也叫冲坑，即在加热的情况下，用成型模具在铝塑膜上冲出一个能够装卷芯的坑。顶侧封
顶侧封分为顶封和侧封。首先将卷芯放入冲好的坑中，然后将包装膜对折，并使用夹具固定。在顶侧封机中进行顶封与侧封时，封头带有一定温度（一般在180℃左右），合拢时压在铝塑膜上，使PP层熔化并黏结在一起。顶封需要封住极耳，通过极耳上的极耳胶小部件完成封装。侧封与顶封类似，完成后电芯仅剩气袋处开口。注液、预封工序
软包电芯在顶侧封之后，需要进行X-ray检查其卷芯的平行度，然后进入干燥房除水气。在干燥房静置若干时间后，进入注液与预封工序。注液完成后，需要立即对气袋开口进行预封（也称一封），确保电芯内部与外部环境隔绝。静置、化成、夹具整形工序
注液与一封完成后，首先需要将电芯进行静置，根据工艺不同分为高温静置与常温静置，目的是让注入的电解液充分浸润极片。然后进行化成，即对电芯的首次充电，但不会充到使用最高电压，充电电流也非常小。化成的目的是让电极表面形成稳定的SEI膜。对于厚电芯，由于内部应力较大，可能会产生变形，因此某些工厂会在化成后设置夹具整形工序。二封及后续工序
化成过程中会产生气体，因此需要抽出气体再进行封装，即二封。二封时，首先由铡刀将气袋刺破，同时抽真空，然后马上进行封装以保证电芯的气密性。最后剪去气袋，电芯基本成型。接下来进行裁边与折边，保证电芯宽度不超标。折边后的电芯进行容量测试（分容），合格的电芯进入后续工序，包括外观检查、贴黄胶、边电压检测等。最后经过OQC检查，包装出货。
图 1：软包锂离子电池制作工艺流程示意图
软包锂离子电池封装注意事项
封装物料
封装工序中来料方面重要是两个方面：一是铝塑膜本身，二是裸电芯来料。铝塑膜本身问题异常重要包括铝塑膜本身自带的和冲坑引进的异常。铝塑膜本身要观察其颜色是否正常，外观表面是否有气泡、污迹、划伤等。铝塑膜本身的其它性能会由供应商供应相应测试数据，例如铝箔和PP层剥离强度、加工性能、抗渗透性能等等。锂离子电池公司也会对来料进行相应检验以确认投入使用。铝塑膜冲坑是为了封装的良好、美观，冲坑引入的不良重要有CPP破损、凹坑异常等，这些异常会导致锂离子电池注液铝塑膜腐蚀、边角应力大等。冲坑质量的好坏关键是冲坑磨具的设计，冲坑磨具重要有凹模、凸模、压板以及其它辅助装置，要根据电池的形状尺寸进行模具的长度、宽度以及深度的设计。再根据冲坑深度设计凹凸模的间隙，根据铝塑膜加工特性设计凹凸模的表面粗糙度。裸电芯来料方面重要存在的问题是极耳表面有污染，可能会造成封装不良。
封装设备
在顶封工序，由于有正负极耳的存在，铝塑膜和极耳胶间存在凹凸不平的接触面，既要保证招塑膜PP层与极耳外表面的PP层粘接、密封良好，又要保证非极耳区铝塑膜PP层面对面的粘接、密封良好。设备封装模具设计和封头的选择就比较关键，采用硬封时可以采用在硬封头上新增硅胶，以硅胶的变形来补偿顶封处的不足，也可以对硬封模具进行模具设计，挖一个凹槽来与极耳匹配进行封装。采用软封时则不要考虑那么多，不过得注意软封的封装工艺，验证封装的密封性，以及耐高温胶的老化问题。封装厚度过大或过小都不利于铝塑膜的封装，厚度过大本质上是铝塑膜没有封装好，在设备方面可能由于压力小或传感器异常，压缩空气气压不稳定。封装厚度过小则意味着过封了，可能会导致PP层过融，露出铝层。在设备上可以加装相应的限位装置以达到最佳的封装效果。此外温度传感器异常时也会导致达不到设定的工艺温度而引起过封或欠封，导致封装不良。封装工艺
封装的最佳状态是PP膜达到熔点后，粘结到一起，封装外观良好无气泡无褶皱，封装强度高，密封性好，通过绝缘测试。封装强度用拉伸试验机来测试。此外在试样拉伸方式上可以选择横向拉伸和纵向拉伸。外观上通过目测来检验，密封性通过抽真空后测试。绝缘测试是对极耳和铝塑膜施加瞬间高压，以测试是否封装良好，提前检出不良品，防止不良品流出。铝塑膜的PP融化温度一般在180℃~190℃，可以在一定范围内选取几个温度点进行相同压力下和热封时间的热封实验，通过热封强度和效果来确定最佳封装温度。相应的，也可以确定热封压力和时间对强度和封装效果的影响。通过相关分析后，可以确认哪个因素为重要影响因素。
一般来说，封装强度随封装温度升高而升高，当温度达到一定高度时可能会导致过封，PP熔胶溢出热封区域，冷却后形成裂纹从而降低热封强度。热封最佳时间与温度有关，温度较低时热封时间对强度影响不大，这是因为PP层在低温下没有达到熔点，热封层没有熔合在一起。当温度足够高时，热封时间与热封强度呈正相关。封装压力会影响封装厚度，但是相关于温度和时间来说，是个不太重要的因素。在日常封装设备使用过程中还要注意封头的平整度、平行度，确认封头温度、温度传感器是否正常等，当发现温度异常时要解决相应的问题。
电芯封装是影响电芯最终性能的关键工序，铝塑膜的封装影响因素重要有设备及模具的选择、封装工艺的确定，封装工艺中的封装温度和封装时间又占据了重要位置。次要的影响因素有来料的质量、操作员的能力以及车间环境等。只有将各个方面协调好，才能做好电芯封装工作，在防止电解液腐蚀的同时，将电芯内部与外部环境隔离开，防止水蒸气的渗入，确保锂离子电池的循环寿命和使用安全性。