聚合物电池也称锂聚合物电池(Li-polymer),它也是锂离子电池的一种。在形状上,锂聚合物电池具有超薄化特征,可以配合各种产品的需要,定制成不同形状与容量的锂电池。目前聚合物锂电池在形状上可做到轻薄化(电池最薄可达0.5毫米,相于一张卡片的厚度)、任意面积化和任意形状化,有效提高了锂电池外形设计的灵活性,为客人在电源解决方案上提供了高度的设计灵活性和适应性,以最大化地优化其产品性能。聚合物锂离子电池的单位能量比一般锂离子电池提高了35%左右,锂电池的容量、充放电特性、可靠性、放电温度范围、充放电循环寿命(超过500次)。
聚合物锂电池在封装上面有两种包装方式(铝朔莫外壳与金属外壳)。包装方式不同决定了其封装方式也不同。软包聚合物锂电池采用的是热封装,而金属外壳电芯一般采用焊接(激光焊)。软包聚合物锂电池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。
一、铝塑包装外膜
软包电池外包装使用的铝塑包装膜(简称铝塑膜)有三层构成:尼龙层、Al层与PP层,三层各有各的作用。
尼龙层:保证铝塑膜的外形在制造与使用过程中膜不会发生变形,起到一个形状固定支撑的作用,形状不会反弹。
AI层:是一层金属Al构成,是防止水的渗入。金属Al在常温下和空气中的氧分子反应生成一层致密的氧化膜,使水气无法渗入,保护了电芯的内部。同时AI层在铝塑膜成型的时候还提供了冲坑的塑性,这个详见第3点。
PP层:这种材料的特性是在180的温度下会熔化具有黏性。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
二、铝塑膜成型工序
成型工序也叫作“冲壳”,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,具体的见下图。一般在电芯较薄的时候选择冲单坑(冲一边),在电芯较厚的时候选择冲双坑(冲两边),因为一边的铝塑膜的拉伸程度有限,超过上限就会破裂。
三、顶侧封工序
聚合物锂电池的第一道封装工序。顶侧封为两个工序,顶部封与侧面封。第一步要把卷芯放到冲好的壳里,然后沿虚线位置将包装膜对折,如上图所示。下面这种图是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。
下面分别进行介绍。把卷芯放到壳中之后,就把整个铝塑膜可以放到夹具中,在顶侧封机里进行顶封与侧封了。顶侧封机是这样子的:如下图中这种型号的顶侧封机带夹具,左边那个工位是顶封,右边那个工位是侧封。那上头黄色的金属是上封头,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OK了。
侧封没有什么太多好说的,主要来说说顶封,顶封区域的示意图如下图所示。顶封是要封住耳的,极耳是金属(正极铝,负极镍),怎么跟PP封装到一起呢?这就要靠极耳上的极耳胶来完成了。极耳胶也有PP的成份,在封装加热时可以熔化与铝塑膜融合,形成了有效的封装结构。在极耳位的封装见下图中所示。
四、注液、预封工序
聚合物锂电电芯在顶侧封之后,要检查其卷芯的平行度,然后放入干燥房除水气,接下来就到了了注液与预封工序了。如下图所示:,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。注液后要马上进行气袋边的一封。一封封装完成后,电芯从理论上来说,内部就是完全与外部环境隔绝了。
五、静置、化成、夹具整形工序
电芯一封后,再静置,根据工艺的不同会分为高温搁置让电解液充分浸润极片。到搁置时间后电芯在转到化成车间化成。下图所示:是电芯的化成柜,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。化成是把电芯“激活”的一个工序,让电极表面形成稳定的SEI膜,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。
六、二封工序
化成过程中会产生气体,那么就要要将气体抽出然后再进行第二次封装。我们公司分成为两个工序:排气与二封,还有后面一个剪气袋的工序,这里我就一起笼统的都称为二封了。二封时,首先由铡刀将气袋刺破,同时抽真空把气袋中的气体与一小部分电解液抽出。再马上进行二封,这样就保证电芯的气密性。最后把封装完的电芯剪去多余的气袋。
七、裁边与折边工序
二封剪完气袋之后需要进行裁边与折边,把一封边与二封边裁到合适的宽度,然后折一层起来,保证电芯的宽度在尺寸范围内。
八、分容工序
折边后的电芯就可以上分容柜进行分容了,我们东莞市鸿伟能源有限公司出厂的所有的电芯都需要100%做分容测试,保证容量不合格的电芯不会送到客户手中,不良率控制在3‰以内。
九、后续工序
分容后的电芯就会进入后工序,包括检查外观、贴黄胶、边电压检测、极耳转接焊等等,可以根据客户的需求来增减若干工序。最后就是OQC检查,然后包装出货了。
以上就是聚合物锂电池封装流程全解了,有不对的地方还请多多指教!
东莞鸿伟能源
2019-11-28
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