科路得产业化软包全电池制作工艺大讲坛第八讲

——封装篇

★ 前言 ★

商业化全电池制作是一个复杂的系统工程，其核心主要包括材料体系开发、电芯结构设计、电芯生产控制等三个部分，要制备出性能优良的商业化全电池，必须熟练掌握上述三大核心部分。而当掌握商业化全电池制作之后，再组装制作扣式半电池、扣式全电池以及简易结构的柔性电池(一片正极/一片负极对叠结构)将变得极其容易。有鉴于此，科路得科博士将在QQ群(群号：1006016627)中持续开讲，通过图文直播的方式、逐个知识点系统介绍商业化全电池制作技术，欢迎广大科粉进群围观交流。

上一次课程，科博士在“科路得产业化软包全电池制作工艺大讲坛”主要介绍了制作电池的分条到卷绕的工序，今天要介绍的是软包电池的封装工艺，希望能对大家有所帮助。这次课程同样分两部分展示。

一、讲课部分

今天课程主要讲解以上三个方面。

首先是封装工序用到的两种最主要材料：铝塑膜、极耳。上图（1）是铝塑膜的实物图。目前铝塑膜有两种外观：银色的和黑色的。苹果手机电池主要是后者，其他主要是前者。铝塑膜主要由三层结构组成：由里向外依次是PP 、Al 和Nylon层，各层都各自的作用，如上表所示。极耳主要是由Al带或者Ni带再加两层PP组成，如上图（3）（4）所示。目前铝塑膜大都是进口的，国产的有部分供应，主要是低端产品，铝塑膜的厚度从68~153um的不等。

铝塑膜最重要的性能之一就是冲坑性能，最直观的展示方式就是所能冲坑的最大深度。对于铝塑膜冲坑来说，顶角位置的拉升最大，最容易破碎，因此都是通过考核顶角位置的特征来考核最大冲坑深度的。不同厂家，不同厚度的铝塑膜冲坑深度是有差异的，所以大家不要随意买，而是要咨询有技术实力的厂家，由他们给大家一些使用建议，不然买回去出现一些破损、腐蚀的问题就麻烦了。目前品质比较好的铝塑膜，主要是DNP、Showa、Toppen三家日本公司生产的；国产铝塑膜厂家很多，但品质和这三家相比差得比较大。

另外，有一个参数，可能很多同行都不太注意，对于生产来说 铝塑膜的最大冲坑深度，并不是把顶角冲破的深度，而是顶角位置铝塑膜中Al层厚度不低于20um(放宽标准就是17um)为判断依据的。

如上图所示，为铝塑膜做切面的时候，测量的各层的厚度。总厚度为85um。Nylon、Al、PP厚度分别为21um、33um、32um(出厂规格是20、35、30)。由于测试误差、厚度波动等因素，实测值与出货值有微小偏差。

评价铝塑膜封装好坏的重要依据，就是如上图所示——看封印切面、封印平行度。封印横切面，是垂直封印方向观察封装效果，主要直观的看封印外观、PP熔融后的厚度。上图（1）是顶封的封印界面，还需要观察极耳(中间白色)与铝塑膜两层铝层(两侧的白色条)之间的平行度，越平行越好(顶封短路，很多时候就是极耳和铝层不平行，甚至直接接触导致)。上图（4）~（6）是封装后，用力撕开封印观察溶胶效果；其中顶侧封封印发白、且均匀连续为最佳；DEG(二封)封印时，材质不同形状不同，主要也是需要均匀、连续。

极耳，主要有铝极耳和镍极耳。前者是正极使用，后者是负极使用。极耳的好坏判断标准最主要是极耳胶与极耳金属之间粘接的好坏。主要通过剥离、渗透液渗透等方式来测评，如图（1）-（4）所示。另外，极耳与铝塑膜测评一样，也会做封装之后观察切面和检测平行度。极耳也有不同的厚度和宽度，根据产品需求来，一般容量大，倍率高的电池就需要用到宽的厚的极耳。

封装的过程如图所示：就是将两层铝塑膜的PP相对，通过封头施加压力、温度，使得两层PP融合到一起的过程。为了保证封装的可靠性，一般PP的变形率在25%-70%之间。

软包电池常见的封装分为五种：顶封、侧封、角位预封装、真空封装、DEG(二封)。黄色区域表示封装的位置，如上图所示，就是对应的各个封装的具体位置。其中、顶封、侧封、DEG(二封)是最关键的；而要控制好封装，最主要就是要调试好封装机，这个是最核心的。封装没做好，电池漏液，那这个电池基本就废掉了，所以封装非常关键。

以上是封装调机的具体说明，都是实操经验，也必须结合对应的封装机；因此此处不做具体讲解。

角位预封装，这个很多老师应该没有遇到过。如上图（1）（3）所示，就是在电芯的两个底角位置，简单封装一下，使得两层铝塑膜粘在一起。主要目的是增加底角位置的抗弯折性能。上图（2）就是由于弯折导致的底角破损，主要原因如上图（4）所示，在电池生产过程中，会经常触碰到电芯气袋，使得气袋与电芯主体交接的位置左右来回弯折，导致破损。

封装漏液，这个比较好理解。就是封装的时候封印没有完全融合在一起，导致密封效果差，漏液了。如上图所示，就是封装漏液的一种失效原因。这个也比较好检查：一般就是将封印撕开，直接观察。

封装腐蚀问题，这个也是比较常见的问题。发生这种封装问题，必须满足两个条件：

1.Ni极耳与铝塑膜的Al有短路或者微短路；

2.铝塑膜的Al层与电解液接触(也就是PP层受损)。

这个时候铝塑膜的Al层就与正极极片之间会形成原电池结构，自发进行放电，然后铝塑膜的Al层作为负极，发生溶解反应。

最后，对于封装来说，还有一个非常重要的考核指标：关键尺寸。要达到优良封装效果，必须严格控制封印的尺寸，上图简单总结了下几个核心的封装尺寸指标值，大家可以参考下。

以上就是简单的封装介绍，各位老师有什么问题，可以提出来一起讨论。

二、答疑部分

在这次答疑部分，科博士也对大家提出的问题，一一进行了解答。

-黑黑：“一般间隙和R角是怎么确定的？”

-科博士：“间隙主要是根据裸电芯宽度一致性来确定的，要保证裸电芯能够顺利放入pock袋中；R角度大小，是要考察电芯外观、跟裸电芯顶角匹配的；从行业发展来说 随着铝塑膜厚度越来越小，为了保证冲坑深度，会适当放大R角的大小 。”

-西西呀：“不冲坑可以吗？”

-科博士：“如果对于外观和能量密度没有要求，也可以不冲坑。如果不冲坑，往往留出的用于封装的铝塑膜就比较多，尺寸就比较长，这样体积能量密度就被浪费了。”

-富锂锰-长理：：“如果正负极层数很少 需要冲坑吗？”

-科博士：“可以不冲坑。电芯厚度低于1mm基本都可以不冲坑；因为冲坑深度太小的时候，没法冲坑成型。”

-黑黑：“R角小容易顶破吧？”

-科博士：“R角小。说明pocket顶角比较深，不容易顶到。”

-皮皮虾：“请问，单坑和双坑电池一般冲坑要怎么定？”

-科博士：“这坑深与铝塑膜的种类和厚度相关，双坑和单坑一般是这样的，如果单坑厚度可以搞定，肯定是单坑，搞不定才用到双坑设计。”

-緣來是妳/yl：“银色的和黑色的铝塑膜有什么区别？”

-科博士：“外观颜色。最主要的原因在于，黑色铝塑膜的专利在Apple那里，其他手机公司不让用；对于铝塑膜本质来说没有太大区别；对于黑色，只是在Nylon表层在做了一层黑色处理层。”

-天使不在线：“硬封与软封有什么区别？”

-科博士：“硬封和软封可以顾名思义，硬封是用的固定的封头，封装的宽度，极耳中心距等都是固定的，这种封装方式效果好，稳定性好，品质要求高的都是这种主流方式，软封的封头要用到硅胶，封头是软的，可以适合各种中心距的电池，灵活性高，但是封装可靠性较差。”

-黑黑：“软封正负极耳厚度偏差过大，有好的解决办法吗？”

-科博士：“你使用的极耳厚度不一样厚吗？软封的话，确实问题会大些，但可以通过1）增加厚极耳的极耳胶厚度，2）使用弹性更好的软封封头，这两点来解决。”

-天使不在线：“边电压是指那两者之间电压？一般超过多少算不合格？”

-科博士：“负极和铝塑膜铝层之间的电压，这个具体规格是通过实验做出来的：就是考察不同的边电压值，然后观察腐蚀状况。”

-天使不在线：“正极与铝塑膜电压不是边电压吗？”

-科博士：“一般都是测试电阻的，很少测试电压。正极和铝塑膜之间也需要绝缘，这个一般在顶封之后测试。负极与铝塑膜之间的电子，是到做成成品后再测试。”

-富锂锰-长理：“铝塑膜封装温度是多少？上下膜温度差多少？”

-科博士：“封装温度的话，不同铝塑膜差距很大。比如showa的，封装温度就要高些。另外DEG边封装温度也要高些，因为PP已经被电解液浸泡过。侧封一般低于顶封，因为顶封封头更窄，传热更少，而且极耳导热效果好，散热多。”

-黯然浪子：“封印平行度怎么理解? ”

-科博士：“就是指上下封头的两个对应封印的面是否平行，即上下封头的平行度，一般用复写纸检测。”

-黯然浪子：“R角大小具体怎么判定？”

-科博士：“考察两点：1）冲坑深度：如果你的冲坑深度要求很低，可以适当减小R角，这样的话裸电芯与pocket之间匹配会更加紧密(顶角位)；2）如果需要通过增加R角来增加冲坑深度，就要考察裸电芯是否会将pocket顶角顶破，这个需要试错试出来。”

-天使不在线：“R角是怎么去测？”

-科博士：“三维扫描可以测出来；一般是去测试冲坑模具的顶角。使用R角规测更简单。”

-黯然浪子：“能从冲坑外观看出R角相对大小吗？”

-科博士：“肯定可以看出R角相对大小的。R角越小，顶角越尖，否则就越平。”

......