軟包鋰電池封裝要注意什么？

軟包鋰電池鋁朔膜封裝的目的是將電芯與外界環(huán)境完全地隔絕開來，即一切有可能影響外界水分、空氣滲入、電解液外漏的封裝不良都是不應(yīng)該出現(xiàn)的。軟包電芯封裝主要分為頂側(cè)封以及終封工序。

頂封工序主要是鋁塑膜、極耳膠以及銅鎳極耳直接的封裝，具有較大的破損可能性。側(cè)封是鋁塑膜CPP層之間的封裝，沒有太多的問題，主要要防止褶皺和氣泡的出現(xiàn)。終封是抽真空封裝，由于鋰電池預(yù)充化成會產(chǎn)生氣體，電解液也會容易粘到鋁塑膜PP層上，導(dǎo)致封裝不良。

在生產(chǎn)過程中，技術(shù)員常用人機料法環(huán)測六個方面來探析失效的模式。首先，我們要排除掉次要的影響因素，次要的影響因素有人員、環(huán)境和測試方法。人員的操作水平和工作經(jīng)驗對封裝效果有一定影響，這里我們設(shè)定人員的操作水平是一定的且沒有問題的。測試方法是一定的，對于封裝效果的查驗是顯而易見的，不需要進(jìn)行異常分析。封裝開展之前需要對車間環(huán)境進(jìn)行清理和確認(rèn)，包括桌面異物、雜質(zhì)以及環(huán)境溫濕度等等，一切正常后方可進(jìn)行作業(yè)，在這里也不進(jìn)行單獨討論。下面將分析影響熱封效果的主要因素，即物料、設(shè)備和工藝。

1.軟包鋰電池封裝物料

來料檢驗是防止異常流入的重要方法，也是降低不合格品率，降低生產(chǎn)成本的重要手段呢。封裝工序中來料方面主要是兩個方面：一是鋁塑膜本身，二是裸電芯來料。鋁塑膜本身問題異常主要包括鋁塑膜本身自帶的和沖坑引進(jìn)的異常。鋁塑膜本身要觀察其顏色是否正常，外觀表面是否有氣泡、污跡、劃傷等。鋁塑膜本身的其它性能會由供應(yīng)商提供相應(yīng)測試數(shù)據(jù)，例如鋁箔和PP層剝離強度、加工性能、抗?jié)B透性能等等。鋰電池企業(yè)也會對來料進(jìn)行相應(yīng)檢驗以確認(rèn)投入使用。鋁塑膜沖坑是為了封裝的良好、美觀，沖坑引入的不良主要有CPP破損、凹坑異常等，這些異常會導(dǎo)致鋰電池注液鋁塑膜腐蝕、邊角應(yīng)力大等。沖坑質(zhì)量的好壞關(guān)鍵是沖坑磨具的設(shè)計，沖坑磨具主要有凹模、凸模、壓板以及其它輔助裝置，需要根據(jù)電池的形狀尺寸進(jìn)行模具的長度、寬度以及深度的設(shè)計。再根據(jù)沖坑深度設(shè)計凹凸模的間隙，根據(jù)鋁塑膜加工特性設(shè)計凹凸模的表面粗糙度。裸電芯來料方面主要存在的問題是極耳表面有污染，可能會造成封裝不良。

2.軟包鋰電池封裝的設(shè)備

設(shè)備模具的設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計對封裝效果無疑是重要的。在頂封工序，由于有正負(fù)極耳的存在，鋁塑膜和極耳膠間存在凹凸不平的接觸面，既要保證招塑膜PP層與極耳外表面的PP層粘接、密封良好，又要保證非極耳區(qū)鋁塑膜PP層面對面的粘接、密封良好。設(shè)備封裝模具設(shè)計和封頭的選擇就比較關(guān)鍵，采用硬封時可以采用在硬封頭上增加硅膠，以硅膠的變形來補償頂封處的不足，也可以對硬封模具進(jìn)行模具設(shè)計，挖一個凹槽來與極耳匹配進(jìn)行封裝。采用軟封時則不需要考慮那么多，不過得注意軟封的封裝工藝，驗證封裝的密封性，以及耐高溫膠的老化問題。封裝厚度過大或過小都不利于鋁塑膜的封裝，厚度過大本質(zhì)上是鋁塑膜沒有封裝好，在設(shè)備方面可能由于壓力小或傳感器異常，壓縮空氣氣壓不穩(wěn)定。封裝厚度過小則意味著過封了，可能會導(dǎo)致PP層過融，露出鋁層。在設(shè)備上可以加裝相應(yīng)的限位裝置以達(dá)到最佳的封裝效果。此外溫度傳感器異常時也會導(dǎo)致達(dá)不到設(shè)定的工藝溫度而引起過封或欠封，導(dǎo)致封裝不良。

3.軟包鋰電池封裝的工藝

封裝工藝是最關(guān)鍵的影響環(huán)節(jié)，封裝工藝中的關(guān)鍵因素有溫度、壓力以及時間。封裝的最佳狀態(tài)是PP膜達(dá)到熔點后，粘結(jié)到一起，封裝外觀良好無氣泡無褶皺，封裝強度高，密封性好，通過絕緣測試。封裝強度用拉伸試驗機來測試，其示意圖如圖3所示。此外在試樣拉伸方式上可以選擇橫向拉伸和縱向拉伸，拉伸試驗機有臥式拉伸試驗機和立式拉伸試驗機，一般來說立式的試驗機一般來說是電子萬能試驗機，傳感器在移動端，所以立式的可以做剝離，拉伸，壓縮，鋒利度這些試驗。就穩(wěn)定性來說剝離力專用臥式試驗機要比立式的電子萬能試驗機要好一點，兩者都要選好合適的傳感器的量程。外觀上通過目測來檢驗，密封性通過抽真空后測試。絕緣測試是對極耳和鋁塑膜施加瞬間高壓，以測試是否封裝良好，提前檢出不良品，防止不良品流出。

在選用一款鋁塑膜后，需要進(jìn)行溫度、壓力和時間三因素DOE以確認(rèn)最佳的封裝工藝。鋁塑膜的PP融化溫度一般在180℃~190℃，可以在一定范圍內(nèi)選取幾個溫度點進(jìn)行相同壓力下和熱封時間的熱封實驗，通過熱封強度和效果來確定最佳封裝溫度。相應(yīng)的，也可以確定熱封壓力和時間對強度和封裝效果的影響。通過相關(guān)分析后，可以確認(rèn)哪個因素為主要影響因素。一般來說，封裝強度隨封裝溫度升高而升高，當(dāng)溫度達(dá)到一定高度時可能會導(dǎo)致過封，PP熔膠溢出熱封區(qū)域，冷卻后形成裂紋從而降低熱封強度。熱封最佳時間與溫度有關(guān)，溫度較低時熱封時間對強度影響不大，這是因為PP層在低溫下沒有達(dá)到熔點，熱封層沒有熔合在一起。當(dāng)溫度足夠高時，熱封時間與熱封強度呈正相關(guān)。封裝壓力會影響封裝厚度，但是相對于溫度和時間來說，是個不太重要的因素。在日常封裝設(shè)備使用過程中還要注意封頭的平整度、平行度，確認(rèn)封頭溫度、溫度傳感器是否正常等，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度異常時要解決相應(yīng)的問題。

電芯封裝是影響電芯最終性能的關(guān)鍵工序，鋁塑膜的封裝影響因素主要有設(shè)備及模具的選擇、封裝工藝的確定，封裝工藝中的封裝溫度和封裝時間又占據(jù)了主要位置。次要的影響因素有來料的質(zhì)量、操作員的能力以及車間環(huán)境等。只有將各個方面協(xié)調(diào)好，才能做好電芯封裝工作，在防止電解液腐蝕的同時，將電芯內(nèi)部與外部環(huán)境隔離開，防止水蒸氣的滲入，確保鋰電池的循環(huán)壽命和使用安全性。