一文看懂软包电池生产工艺

        锂离子电池是一种二次充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。根据外形来分，目前新能源汽车市场上常见的电池分为三类：方形铝壳电池、软包电池及圆柱电池。

图1 不同种类的锂离子电池

       软包锂离子电池是指采用铝塑膜为外包装的电池。相比于方形铝壳电池及圆柱电池，软包电池在发生安全隐患的时候一般先胀气，或者从冲破封印处释放能量，不易发生爆炸，因而安全性能更高；同时，同等容量的软包电池要比方形铝壳轻，具有更高的能量密度。此外，软包电池的形状可根据客户的需求定制，设计上更加灵活，在新的型号的电池开发上更占优势。当然，软包电池也存在劣势，目前的铝塑膜大都依赖进口，且生产工艺复杂，产线的自动化程度不如方形铝壳高，生产效率较低。近年来，随着锂离子电池生产工艺的不断提升及设备的改进，软包电池的生产效率也在不断提升。

图 2  软包锂离子电芯拆解示意图

       软包电池的主要由正负极、电解质、隔膜以及外壳构成。电池两头凸起的部件为电池的极耳。锂离子电池的极耳分布包括单头出极耳及双头出极耳。以单头出极耳为例，拆解后的电池示意图如图2所示。不难发现软包锂离子电池的构成结构，正极、负极、隔膜。除此之外，软包电池还需要电解液来作为离子传输的通道。

       锂离子电池生产过程较为复杂，以万向一二三为例，主要包括：匀浆、涂布、碾压、冲片、叠片、封装、注液、化成几个工序。如下图所示。

       匀浆：锂离子电池的极片是电芯中最重要的组成部分，匀浆即指锂离子正负极片上的所涂浆料的制备过程，浆料的制备需要将正负极物料、导电剂及粘结剂进行混合，所制备的浆料需要均一、稳定。不同锂电池生产厂家都有自己的匀浆工艺配方，匀浆过程中的加料顺序、加料比例及搅拌工艺都对匀浆效果有着极大的影响。匀浆结束后需要对浆料进行固含量、粘度、细度等测试，以确保浆料性能满足要求。

       涂布：制备好的正、负极浆料需涂覆在铝箔或者铜箔上并烘干，这个过程即为涂布。涂布工艺是锂离子电池制造的核心工序，在很大程度上决定着锂离子电池的性能。涂布后的极卷要求表面平整，色泽均一，无露箔、颗粒、划痕、褶皱等。

       碾压：涂布后的极片还需经过碾压，碾压是通过轧辊与极片之间产生的摩擦力将极片拉进旋转的轧辊之间，电池极片受压变形，并致密化。极片的碾压是正负极板上材料压实的过程，其目的在于增加正极或负极材料的压实密度。合适的压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池循环寿命，提高锂离子电池的利用率。但压实密度的过大或过小都不利于锂离子的嵌入或脱出。因此，电池极片实施辊压时，轧制力不宜过大也不宜过小，应符合极片材料的特征。

       分切、冲片：由于产能及效率要求，生产中的极卷都相对较大，碾压后的极卷还需切至所需极片尺寸，这个过程就是分切和冲片的过程。

       叠片：分切后的极片需要按照负极、隔膜、正极、隔膜、负极、隔膜、正极……正极、隔膜、负极的顺序进行堆叠，这个过程称为叠片，堆叠之后的极片称之为电芯。叠片的方式包括Z字型叠片及摇摆式叠片。部分厂家在此工序采用卷绕工艺，相比于卷绕工艺，叠片工艺的劣势在于对极片的对齐精度要求较高，且目前？叠片机效率较低、自动化程度低。但叠片工艺的电池性能较卷绕工艺更加良好。随着新能源行业的不断扩大和发展，考虑到电池在安全性、产线集体效率等问题，叠片工艺依然是长期发展的趋势。

       封装：堆叠好的电芯还需经过极耳焊接，将焊接好的电芯放置于冲坑后的铝塑膜中并进行顶、侧封等工序，即为封装。封装好的电芯如图3所示。除电芯本体外，铝塑膜还留有余量，这部分称为气袋，这是因为电芯在化成过程中会产生大量的气体，这部分气体会随着气袋在degas工序一并去除。

图3 封装后电池

       注液：注液即向封装后的电芯中注入电解液的过程。电解液的作用是为电池中离子的传输提供载体。在电解液中加入特定的添加剂，可以提高锂离子电池在安全或高低温等方面的性能。

       化成：注液后的电池还需在小电流下进行充电，相当于对锂离子电池的激活过程。首次充电过程中负极的表面会形成SEI膜。SEI膜的性能直接决定了锂离子电池的倍率、自放电性能，因此化成工艺的好坏直接决定了电池的质量。化成过程中会产生大量的气体，这些气体会影响电池的性能，因此化成后的电池还需经过除气，即Degas过程。为了保证电池性能的一致性，锂离子电池还需进行分容、内阻、自放电等测试，把不同性能的电池进行分组。

       以上过程即为单体电池的制备过程。将同组别的单体电池按照一定的串并联方式组装，就可以应用于电动汽车、储能等领域。

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