软包锂电池封装工序解析

2022-03-23      3593 次浏览

铝塑膜成型工序,软包电芯可以依据客户的需求设计成不同的尺寸,当外形尺寸设计好后,就要开具相应的模具,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。


铝塑膜冲好并裁剪成型后,一般称为Pocket袋。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冲破铝塑膜的变形极限而导致破碎。


有时候依据设计的要,会在气袋的位置再冲一个小坑,以张大气袋的体积。


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。顶侧封实际蕴含了两个工序,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。


下面这种图是铝塑膜装入卷芯后,要封装的几个位置,包括顶封区、侧封区、一封区与二封区。下面涂布在线分别进行解析。


把卷芯放到坑中之后,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:


图中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。那两块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。


还是紧要来说说顶封,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。在极耳位的封装见下图中圆圈部分所示。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。


注液、预封工序,软包电芯在顶侧封之后,要做X-ray检查其卷芯的平行度,然后就进干燥房除水气去了。在干燥房静置若干时间时候,就进入了注液与预封工序。


通过上面的解析我们了解,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,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,内部就是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。


静置、化成、夹具整形工序,在注液与一封完成后,首先要将电芯进行静置,依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足浸润极片。然后电芯就可以拿去做化成了。


上图是软包电芯的化成柜,其实就是一个充放电的装置,我找了好久没有找到带电芯的图片,大家想想一下电芯夹在上面的画面就OK了。化成绩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,也就是相当于一个把电芯激活的过程。在这个过程中,会出现一定量的气体,这也就是为甚么铝塑膜要预留一个气袋。有些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,这样出现的气体会被充足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,可能会出现一定的变形。所以某些厂会在化成后设置一个夹具整形的工序,也叫作夹具烘烤。


二封工序,刚才说了化成过程中会出现气体,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,这里涂布在线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,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,其原理还是跟前面的热封装相同,不再赘述。


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