一，扣式電池

實(shí)驗(yàn)室扣式電池除了用于對(duì)現(xiàn)有材料的性能進(jìn)行檢測(cè)之外，還用于對(duì)新材料、新工藝產(chǎn)品進(jìn)行初步的電化學(xué)性能測(cè)試與評(píng)價(jià)，正確的組裝扣式電池對(duì)該材料的開(kāi)發(fā)與制備、全電池設(shè)計(jì)與應(yīng)用有著重要意義。

本文主要對(duì)實(shí)驗(yàn)室組裝扣式電池的流程進(jìn)行介紹，主要參考北工業(yè)王琦的《鋰離子模擬電池組裝手冊(cè)》、鄭州輕工學(xué)院張勇等人的《扣式鋰離子電池的制備工藝研究》以及一些網(wǎng)友意見(jiàn)和一些清華研友的工作經(jīng)驗(yàn)。

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鋰離子扣式電池主要由以下幾部分組成：正極殼、負(fù)極殼、（正/負(fù)）極片、隔膜、墊片、彈片、電解液。

常用的正規(guī)的商品扣式電池CR2032中的C表示正極是MnO2，還有BR系列，B表示正極是氟化碳。C或者B代表扣電體系，R代表電池外形為圓形。前兩位數(shù)字為直徑（單位 mm），后兩位數(shù)字為厚度（單位 0.1 mm），取兩者的接近數(shù)字。例如 CR2032 的大略尺寸為直徑 20 mm，厚度 3.2 mm。

1.1 電池殼

下圖為CR2032扣式電池電池殼，正極殼較大，負(fù)極殼為表面有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且較小，所以一般組裝過(guò)程從負(fù)極殼開(kāi)始。

圖1 CR2032扣式電池正極殼（左），負(fù)極殼（右）

1.2 極片

極片的制備工藝對(duì)電化學(xué)性能能否充分發(fā)揮有重要影響，我們會(huì)在2.1中重點(diǎn)講解，此處簡(jiǎn)要介紹。下圖為正極材料所制備的極片。

圖2 正極片（左）與鋁箔（右）

鋰離子電池極片的正、負(fù)極集流體分別為鋁箔和銅箔。如果選用單面光滑的箔材，往往在粗糙面上進(jìn)行涂布，以增加集流體與材料之間的結(jié)合力。箔材的厚度要求不嚴(yán)格，但對(duì)箔材的面密度均勻性有比較高的要求。硅基負(fù)極材料一般選用涂碳銅箔以提高黏附性，降低接觸電阻，以增加測(cè)試結(jié)果的重現(xiàn)性，提高充放電循環(huán)性能

什么樣的極片才是好極片？

應(yīng)該滿足這幾方面：（1）漿料涂布均勻，觀察不到明顯的厚度不均勻，特別薄的地方甚至能觀察到亮色的鋁箔；（2）極片保持完整圓形未受損壞，周圍盡量沒(méi)有毛刺；（3）極片涂布區(qū)域沒(méi)有顆粒物并且沒(méi)有明顯的掉粉現(xiàn)象。

1.3 隔膜

實(shí)驗(yàn)室所用隔膜一般為Celgard2400或者Celgard系列其他產(chǎn)品，沖壓成小圓片后使用，直徑略大于正負(fù)極極片?？梢愿鶕?jù)電池性能要求不同選擇隔膜，關(guān)于隔膜的選擇和參數(shù)，請(qǐng)見(jiàn)后期關(guān)于鋰電池隔膜的選擇以及參數(shù)意義的介紹 。 隔膜的作用是什么呢？

簡(jiǎn)單的說(shuō)，如果沒(méi)有隔膜，正負(fù)極就直接接觸，也就是會(huì)發(fā)生短路，這也就是為什么有的電池中要抑制鋰枝晶的產(chǎn)生，就是防止其刺破隔膜，引起局部短路，而造成安全事故。隔膜一般采用聚乙烯等高分子材料，不導(dǎo)電，其結(jié)構(gòu)中有許多微孔，允許鋰離子通過(guò)，雖然它是絕緣體，但“不允許電子通過(guò)的說(shuō)法并不準(zhǔn)確”。

1.4 鋰片（即負(fù)極片）

負(fù)極片直徑略小于負(fù)極殼直徑，CR2032的鋰片直徑為15.8mm，實(shí)驗(yàn)室常采用直徑為14mm（對(duì)應(yīng)CR2032 扣式電池）沖口模具沖正極片。值得注意的是：鋰片比較柔軟，容易變形，所以在裝電池前可以用正極殼（因?yàn)樗容^大）將變形的鋰片壓平整。而且金屬鋰在空氣中極易氧化變質(zhì)，遇水容易爆炸，所以購(gòu)買回來(lái)的金屬鋰片需要在手套箱中打開(kāi)，打開(kāi)時(shí)注意，不要損壞手套。

圖3 適合CR2032電池使用的金屬鋰片

1.5 墊片

墊片為圓形的鋁片，直徑與鋰片大小一樣，實(shí)驗(yàn)中，可以根據(jù)需求購(gòu)買不同規(guī)格和厚度等。

注意：墊片、正負(fù)極殼等組件，在使用前要用酒精反復(fù)超聲清洗，然后鼓風(fēng)干燥箱烘干

圖4 墊片

1.6 彈片（支撐片）

彈片主要是起到支撐電池的作用，如果沒(méi)有彈片，在壓電池的步驟中會(huì)把電池壓的很扁，內(nèi)部組件可能被壓壞。彈片只在負(fù)極側(cè)加，但是若正負(fù)極都加了彈片，壓電池步驟中不能將扣電封閉，導(dǎo)致電解液與空氣接觸，而實(shí)驗(yàn)失敗。

圖5 彈片（支撐片）

1.7 電解液

不同的材料一般對(duì)應(yīng)不同的電解液，在進(jìn)行時(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)千萬(wàn)不要圖省事將就，小批量的電解液可以找公司索要，一般都會(huì)給。個(gè)別特殊的電解液，如低溫電解液等，可能需要購(gòu)買，價(jià)格還不低。

1.8 材料的選擇

正負(fù)極活性材料一般為粉末材料，顆粒尺寸應(yīng)不宜過(guò)大以便于均勻涂布，同時(shí)避免由于顆粒較大導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果受到材料動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的限制以及造成的極片不均勻性問(wèn)題。用于實(shí)驗(yàn)室研究的正負(fù)極材料一般最大顆粒直徑（Dmax）不超過(guò)50μm，工業(yè)應(yīng)用的鋰電材料的Dmax一般小于30μm。大顆粒、團(tuán)聚體或者納米級(jí)別的材料，往往經(jīng)過(guò)過(guò)篩或者研磨處理。鋰電池常用導(dǎo)電劑為碳基導(dǎo)電劑，包括乙炔黑（AB）、導(dǎo)電炭黑、Super P、350G等導(dǎo)電材料。常用黏結(jié)劑體系包括聚偏氟乙烯-油性體系［即poly（vinylidene fluoride），PVDF體系］以及聚四氟乙烯-水性體系［即

poly（fluortetraethylene），一般為乳液，簡(jiǎn)稱PTFE 體系］，SBR（丁苯橡膠）乳液等。油系溶劑常采用NMP（N-甲基吡咯烷酮）等。

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2.1 正極片的制備

??實(shí)驗(yàn)室極片制備過(guò)程一般分為混料和涂覆兩個(gè)過(guò)程。其中混料工藝包括手工研磨法和機(jī)械混漿法，涂覆工藝是手工涂覆和機(jī)械涂覆。

進(jìn)行混料時(shí)，依據(jù)供料的多少來(lái)確定采用手工研磨法或機(jī)械混漿法，如活性材料的質(zhì)量在0.1～5.0g時(shí)建議采用手工研磨法，活性材料的質(zhì)量超過(guò)5.0g時(shí)，建議采用混料機(jī)進(jìn)行混料。實(shí)驗(yàn)室中每次混漿量有限，常采用手工涂覆，當(dāng)漿料足夠時(shí)可采用小型涂覆機(jī)。整個(gè)極片制作過(guò)程需要在干燥環(huán)境下進(jìn)行，所用材料、設(shè)備都需要保持干燥

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2.1.1 漿料的制備（以磷酸鐵鋰為例）。

溶劑正極材料導(dǎo)電劑粘結(jié)劑

N-甲基吡咯烷酮（NMP）磷酸鐵鋰Super P聚偏二氟乙烯（PVDF）

? 漿料由溶劑、正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑組成。

實(shí)驗(yàn)室制備極片時(shí)，混料比例和步驟依據(jù)測(cè)試材料及混料工藝的不同而有差別。如常見(jiàn)的石墨負(fù)極極片中，CMC（羧甲基纖維素鈉）的含量一般低于10%，SBR的含量一般低于10%，導(dǎo)電添加劑的含量一般低于10%（高倍率電池除外）。而在硅基負(fù)極材料中，考慮到硅基負(fù)極材料的導(dǎo)電性較差，因此需增加極片中的黏結(jié)劑含量和改變導(dǎo)電添加劑的種類，有些人將CMC的比例調(diào)整為20%，SBR 的比例調(diào)整為20%，導(dǎo)電添加劑中加入CNT（碳納米管）；對(duì)于高功率電池極片研發(fā)測(cè)試時(shí)，往往增加導(dǎo)電劑的含量，比例可調(diào)整為20%左右。高比例黏結(jié)劑和導(dǎo)電添加劑是為了充分展示正負(fù)極活性材料的電化學(xué)特性，而實(shí)際鋰離子電池中電極極片的黏結(jié)劑質(zhì)量比往往在2%左右，導(dǎo)電添加劑比例往往在1%～2%。

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NMP和PVDF溶液的配制

首先，配制NMP和PVDF的溶液，這樣在每次配制漿料時(shí)能節(jié)省很多時(shí)間，可以配制0.02g/ml、0.025g/ml和0.03g/ml的三種，選擇合適自己材料的濃度使用。配制方法很簡(jiǎn)單，只需要將兩種物質(zhì)在廣口瓶中混合就行，通過(guò)磁力攪拌，溶液中沒(méi)有白色物質(zhì)就行。需要注意的是：配制結(jié)束后，廣口瓶要通過(guò)封口膠密封，因?yàn)镹MP容易吸水或者變質(zhì)。

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漿料的配置步驟：

第一步：用移液槍量取2ml的0.025g/ml 的NMP/PVDF溶液，放入D15攪拌子進(jìn)行磁力攪拌；

第二步：稱取0.05g導(dǎo)電劑Super P緩慢加入稱量瓶中，攪拌20min。加入過(guò)程中盡量不要使導(dǎo)電劑碰到上側(cè)瓶壁，更不要因?yàn)榧尤氲奶於箤?dǎo)電劑散出稱量瓶。

第三步：稱取0.4g活性物質(zhì)，加入稱量瓶中。注意事項(xiàng)同上，加入后攪拌4-5小時(shí)，攪拌時(shí)間不固定，以漿料粘稠狀態(tài)為準(zhǔn)。

另有報(bào)道，在磁力攪拌后，進(jìn)行15min的超聲攪拌，性能更好。

何種漿料狀態(tài)為最好？

一般來(lái)說(shuō)，輕輕晃動(dòng)稱量瓶，混合物既不是粘度很高無(wú)法流動(dòng)，又不是像水一樣易動(dòng)而不掛壁即可。太稠可以加入一滴NMP繼續(xù)攪拌一會(huì)兒，一般一滴就足夠了。太稀可以將稱量瓶放入鼓風(fēng)干燥箱烘干一會(huì)兒。

可使用王琦師兄的配料方式，不過(guò)這種方式耗時(shí)較長(zhǎng)。

注意：第二三步的順序盡量不要顛倒。

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2.1.2 極片的涂布

一般使用刮刀和流延涂覆機(jī)，進(jìn)行涂布，正極材料涂布在鋁箔上，負(fù)極涂布在銅箔上。沒(méi)有涂覆機(jī)的同學(xué)可以使用玻璃板和刮刀進(jìn)行涂布。涂布過(guò)程比較簡(jiǎn)單，但是需要注意以下幾點(diǎn)

（1）鋁箔需要平整，要盡可能的減少褶皺；（2）涂布前要用酒精和脫脂棉仔細(xì)清潔鋁箔和涂覆機(jī)平臺(tái)；（3）脫脂棉清潔后要用衛(wèi)生紙小心清潔一次，一來(lái)去掉可能存在的棉絮二來(lái)不要?jiǎng)潅X箔。

此外，特別需要注意的是，一般極片的面容量設(shè)為2～4mA·h/cm2，最低不建議低于1mA·h/cm2，這樣的活性物質(zhì)負(fù)載量與工業(yè)應(yīng)用的更為接近，便于準(zhǔn)確對(duì)標(biāo)評(píng)價(jià)材料的倍率和低溫特性。個(gè)別情況下，可以超過(guò)這一負(fù)載量，例如針對(duì)厚電極的研究。低于這一面容量制作的極片，一方面，稱量誤差較大；此外，由于極片薄，動(dòng)力學(xué)性能較好，體積變化較小，電解液相對(duì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)過(guò)量，這樣有利于測(cè)到材料的最高容量，但半電池測(cè)到的倍率、循環(huán)性有可能會(huì)顯著高于實(shí)際全電池工作條件下的性能，此時(shí)的動(dòng)力學(xué)及循環(huán)性數(shù)據(jù)結(jié)果并不能和大容量實(shí)際電池有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.1.3 極片的干燥和壓片

之所以要單列一節(jié)，是因?yàn)檫@是個(gè)需要嚴(yán)格執(zhí)行的過(guò)程，但是干燥溫度可以有變化。極片的干燥一般需要考慮三點(diǎn)，烘烤溫度、烘烤時(shí)間、烘烤環(huán)境，對(duì)于NMP 油系的烘烤溫度需要100℃以上，在能夠烘干的前提下，盡量降低烘烤溫度，增加烘烤時(shí)間。對(duì)于一些容易氧化或者在高溫空氣中不穩(wěn)定的材料，需要在惰性氣氛烘箱中烘烤另外，極片質(zhì)量的好壞可以用掉粉程度來(lái)衡量，若掉粉容易，電池在循環(huán)過(guò)程中，活性物質(zhì)會(huì)從鋁箔上脫落，溶解在電解液里，隔膜會(huì)被染黑。

干燥的目的在于去除漿料中大量的溶劑NMP以及其中的水分，所以要經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)干燥和真空干燥兩個(gè)步驟。每個(gè)步驟的具體溫度和時(shí)間，不同工作中有不同的報(bào)道，但需要注意：

（1）干燥NMP的溫度不需要太高，但由于溶劑太多，需要較多的熱量，所以干燥時(shí)間較長(zhǎng)；

（2）由于水的沸點(diǎn)是100℃，所以鼓風(fēng)干燥的溫度需要較高，但由于水分含量較少，干燥時(shí)間可以縮短，在鼓風(fēng)干燥時(shí)，可以設(shè)置兩個(gè)溫度段，每個(gè)溫度時(shí)間不同，最高溫度可以設(shè)置為100℃。另外負(fù)極的干燥溫度應(yīng)低于正極，有時(shí)候出現(xiàn)銅箔氧化的現(xiàn)象；

注意：干燥溫度過(guò)高和時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的掉粉行為，關(guān)于鼓風(fēng)干燥的溫度，正極不應(yīng)超過(guò)120℃，負(fù)極不超過(guò)90℃。

（3）鼓風(fēng)干燥后，要經(jīng)過(guò)真空干燥，溫度一般設(shè)定為120℃，時(shí)間10小時(shí)左右。但不可以不經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)干燥直接進(jìn)行真空干燥，這樣操作會(huì)導(dǎo)致NMP充滿于真空干燥箱內(nèi)，而使干燥效果不好。不經(jīng)過(guò)真空干燥也是可以的，但是有條件的最好不要省略這個(gè)步驟。

?? 2.1.4 壓片

涂布后，干燥出的復(fù)合材料涂層比較疏松。若直接使用，被電解液浸潤(rùn)后容易脫落損壞。極片的輥壓過(guò)程中需要將極片壓實(shí)，壓實(shí)密度盡量接近工業(yè)中極片的壓實(shí)密度?？刹捎脤?duì)輥機(jī)或者壓片機(jī)等進(jìn)行壓片處理，對(duì)輥機(jī)一般可將正極片涂層壓制到15-60μm。壓片機(jī)可以采用大約80-120kg/cm2壓強(qiáng)進(jìn)行壓制。壓片后的電極，穩(wěn)定性、牢固性以及電化學(xué)性能都獲得了改善，測(cè)試表現(xiàn)要好于不壓片的樣本。壓片主要目的有兩個(gè)：一是為了消除毛刺，使表面光滑、平整，防止裝電池時(shí)毛刺刺破隔膜引起短路；二是增強(qiáng)極片的強(qiáng)度，減小歐姆阻抗。壓力過(guò)大會(huì)引起極片的卷曲，不利于電池裝配，壓力過(guò)小又起不到壓片的作用。

裁剪隔膜、極片以及活性物質(zhì)含量計(jì)算的步驟在此忽略，較為簡(jiǎn)單。

2.1 扣式電池的組裝

2.1.1 必備物品：

手套箱內(nèi)：壓片機(jī)（最好帶數(shù)顯）、鑷子2把（至少有一把是塑料鑷子）、藥匙1把、電解液、鋰片、磨口玻璃瓶（配膠頭滴管）、注射器、干燥紙巾等清潔用品；

手套箱外：扣式電池殼、集電器、彈簧片（或泡沫鎳）、正極片、隔膜片；

注意：電池組裝部件在放入手套箱中之前，要進(jìn)行4小時(shí)左右的真空干燥處理，溫度不宜太高，可以設(shè)置在60-80℃溫度。容量較大的手套箱可事先這些存儲(chǔ)電池部件，更清潔。原料入進(jìn)箱艙門后，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行排氣-進(jìn)氣操作，至少三次。建議在手套箱內(nèi)專門放一個(gè)小型操作臺(tái)，以防試劑腐蝕手套箱。電解液對(duì)于手套和手套箱內(nèi)壁的腐蝕比較嚴(yán)重，應(yīng)該盡量避免操作失誤。

2.1.2 確定水氧含量

一般的手套箱都有水氧含量的數(shù)顯檢測(cè)儀，手套箱水氧含量可以控制在低于0.1PPM，但不同手套箱的標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。組裝電池的過(guò)程，都在已經(jīng)嚴(yán)格進(jìn)行了排氣-進(jìn)氣操作的手套箱中，嚴(yán)格隔絕任何可能的氧化、潮濕等干擾。若手套箱的水氧含量一直較高，應(yīng)該檢查手套是否破損或者對(duì)手套箱進(jìn)行再生。

2.1.3 組裝過(guò)程

扣式電池組裝次序主要有兩種，我們實(shí)驗(yàn)室一般習(xí)慣從負(fù)極殼開(kāi)始，但也可以從正極殼開(kāi)始，這個(gè)沒(méi)有對(duì)錯(cuò)之分，全看個(gè)人習(xí)慣。

將準(zhǔn)備好的極片轉(zhuǎn)移到惰性氣氛手套箱內(nèi)，準(zhǔn)備扣式電池組裝部件：負(fù)極殼、金屬鋰片、隔膜、墊片、彈簧片、正極殼、電解液，此外還需要壓片模具、移液器和絕緣鑷子。

組裝過(guò)程如下圖所示：

將負(fù)極殼平放于絕緣臺(tái)面，將金屬鋰片置于負(fù)極殼中心，并用壓片模具對(duì)金屬鋰片進(jìn)行平整化處理，然后將隔膜平放于鋰片上層，用移液器取適量電解液滴加入隔膜表面。用絕緣鑷子將測(cè)試極片、墊片、彈簧片和正極殼依次置于隔膜上層，其中測(cè)試極片的活性材料一側(cè)需貼近隔膜（圖6）。

圖1 扣式電池組裝流程

進(jìn)一步，用絕緣鑷子將扣式電池負(fù)極側(cè)朝上置于扣式電池封口機(jī)模具上，可用紙巾墊于電池上方以吸收溢出的電解液，調(diào)整壓力（一般為800Pa）壓制5s完成組裝制備扣式電池，用絕緣鑷子取出，觀察制備外觀是否完整（圖7）并用紙巾擦拭干凈。

圖2 扣式電池封裝流程

模擬電池的組裝過(guò)程與扣式電池相似，以中科院物理所的模擬電池組裝為例，需準(zhǔn)備組裝材料包括：模擬電池模具（一個(gè)聚四氟乙烯內(nèi)膽，一個(gè)聚四氟乙烯套管，正負(fù)極殼和金屬導(dǎo)體柱），金屬鋰片，隔膜，電解液及待測(cè)極片。其中待測(cè)極片尺寸不能超過(guò)聚四氟乙烯內(nèi)膽尺寸。如下圖，將金屬鋰片、隔膜、聚四氟乙烯內(nèi)膽依次放入負(fù)極殼模具內(nèi)，然后用移液器滴加一定量電解液，并將待測(cè)極片和金屬導(dǎo)體柱依次放入內(nèi)膽中，保證活性材料一側(cè)貼近隔膜。進(jìn)一步地，將套有聚四氟乙烯套管的正極殼模具安裝在負(fù)極殼模具上，完成模擬電池的組裝。

圖 3 模擬電池組裝流程圖

三。一些問(wèn)題出現(xiàn)的原因

電池組裝后，在測(cè)試時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，以下是可能遇到的問(wèn)題以及部分解釋

3.1 開(kāi)路電壓低的原因

（1）極片的毛刺穿破隔膜，造成電池短路；

（2）電池裝配過(guò)程中，正負(fù)極偏移，導(dǎo)致短路；

（3）壓電池步驟出錯(cuò)，導(dǎo)致電池裝配不緊密，電池正負(fù)極外殼與正負(fù)極片虛接，造成短路。

3.2 電化學(xué)阻抗大

（1）導(dǎo)電劑添加量不夠；

（2）隔膜的孔隙率小，使得電解液中的鋰離子不能能夠順利通過(guò)；

（3）電解液分解，其中的鋰鹽減少。

電池的組裝是一個(gè)熟能生巧的過(guò)程，前一兩次裝壞幾個(gè)電池是一件很正常的事，不要灰心。

二，軟包電池

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(lái)說(shuō)，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(lái)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(jiǎn)稱鋁塑膜）的構(gòu)成見(jiàn)圖，其截面上來(lái)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(wú)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(wú)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(jiàn)第3點(diǎn)。

PP是聚丙烯的縮寫(xiě)，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(jiǎn)單，實(shí)際做起來(lái)，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(guó)產(chǎn)的不是沒(méi)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(kāi)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(jué)得應(yīng)該是“銃坑”，但大家都這么寫(xiě)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(jiàn)下圖。

鋁塑膜沖好并裁剪成型后，一般稱為Pocket袋，見(jiàn)下圖所示。一般在電芯較薄的時(shí)候選擇沖單坑（下圖左），在電芯較厚的時(shí)候選擇沖雙坑（下圖右），因?yàn)橐贿叺淖冃瘟刻髸?huì)突破鋁塑膜的變形極限而導(dǎo)致破裂。

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：

圖中這種型號(hào)的頂側(cè)封機(jī)帶四個(gè)夾具，左邊那個(gè)工位是頂封，右邊那個(gè)工位是側(cè)封。那兩塊黃色的金屬是上封頭，下面還有一個(gè)下封頭，封裝的時(shí)候兩個(gè)封頭帶有一定的溫度（一般在180℃左右），合攏時(shí)壓在鋁塑膜上，鋁塑膜的PP層就熔化然后黏結(jié)在一起了，這樣就封裝OK了。

側(cè)封沒(méi)有什么太多好說(shuō)的（邊電壓神馬的扯得太遠(yuǎn)就不講了），主要來(lái)說(shuō)說(shuō)頂封，頂封區(qū)域的示意圖如下圖所示。頂封是要封住極耳的，極耳是金屬（正極鋁，負(fù)極鎳），怎么跟PP封裝到一起呢？

這就要靠極耳上的一個(gè)小部件—極耳膠來(lái)完成了。極耳膠具體的結(jié)構(gòu)我不是很清楚，希望有懂行的人來(lái)補(bǔ)充。我只知道它也有PP的成本，也就是說(shuō)在加熱時(shí)能夠熔化黏結(jié)。在極耳位的封裝見(jiàn)下圖中圓圈部分所示。封裝時(shí)，極耳膠中的PP與鋁塑膜的PP層熔化黏結(jié)，形成了有效的封裝結(jié)構(gòu)。

注液、預(yù)封工序

軟包電芯在頂側(cè)封之后，需要做X-ray檢查其卷芯的平行度，然后就進(jìn)干燥房除水氣去了。在干燥房靜置若干時(shí)間時(shí)候，就進(jìn)入了注液與預(yù)封工序。

通過(guò)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(kāi)口，這個(gè)開(kāi)口就是用來(lái)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(lái)說(shuō)，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(rùn)極片。然后電芯就可以拿去做化成了。

上圖是軟包電芯的化成柜，其實(shí)就是一個(gè)充放電的裝置，我找了好久沒(méi)有找到帶電芯的圖片，大家想想一下電芯夾在上面的畫(huà)面就OK了。化成就是對(duì)電芯的首次充電，但不會(huì)充到使用的最高電壓，充電的電流也非常小。

化成的目的是讓電極表面形成穩(wěn)定的SEI膜，也就是相當(dāng)于一個(gè)把電芯“激活”的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定量的氣體，這也就是為什么鋁塑膜要預(yù)留一個(gè)氣袋。有些工廠的工藝會(huì)使用夾具化成，即把電芯夾在夾具里（有時(shí)候圖簡(jiǎn)便就用玻璃板，然后上鋼夾子）再上柜化成，這樣產(chǎn)生的氣體會(huì)被充分地?cái)D到旁邊的氣袋中去，同時(shí)化成后的電極界面也更佳。

在化成后有些電芯，尤其是厚電芯，由于內(nèi)部應(yīng)力較大，可能會(huì)產(chǎn)生一定的變形。所以某些工廠會(huì)在化成后設(shè)置一個(gè)夾具整形的工序，也叫作夾具baking（烘烤）。

二封工序

剛才說(shuō)了化成過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣體，所以我們要將氣體抽出然后再進(jìn)行第二次封裝。在這里有些公司成為兩個(gè)工序：Degassing（排氣）與二封，還有后面一個(gè)剪氣袋的工序，這里我就一起籠統(tǒng)的都稱為二封了。

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。

后續(xù)工序

因?yàn)轭}主問(wèn)的是封裝，后面的跟封裝關(guān)系不大，所以二封之后的工序我就一起說(shuō)了。

二封剪完氣袋之后需要進(jìn)行裁邊與折邊，就是將一封邊與二封邊裁到合適的寬度，然后折疊起來(lái)，保證電芯的寬度不超標(biāo)。折邊后的電芯就可以上分容柜進(jìn)行分容了，其實(shí)就是容量測(cè)試，看電芯的容量有沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的最小值。

從原則上來(lái)說(shuō)，所有的電芯出廠之前都需要做分容測(cè)試，保證容量不合格的電芯不會(huì)送到客戶手中。但在電芯生產(chǎn)量大的時(shí)候，某些公司會(huì)做部分分容，以統(tǒng)計(jì)概率來(lái)判斷該批次電芯容量的合格率。

分容后，容量合格的電芯就會(huì)進(jìn)入后工序，包括檢查外觀、貼黃膠、邊電壓檢測(cè)、極耳轉(zhuǎn)接焊等等，可以根據(jù)客戶的需求來(lái)增減若干工序。最后就是OQC檢查，然后包裝出貨了。

審核編輯 ：李倩