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(huì)產(chǎn)生氣體，電解液也會(huì)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(jī)料法環(huán)測(cè)六個(gè)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(cè)試方法。人員的操作水平和工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)封裝效果有一定影響，這里我們?cè)O(shè)定人員的操作水平是一定的且沒有問題的。測(cè)試方法是一定的，對(duì)于封裝效果的查驗(yàn)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(duì)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(dú)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(yàn)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(gè)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(huì)由供應(yīng)商提供相應(yīng)測(cè)試數(shù)據(jù)，例如鋁箔和PP層剝離強(qiáng)度、加工性能、抗?jié)B透性能等等。鋰電池企業(yè)也會(huì)對(duì)來料進(jìn)行相應(yīng)檢驗(yàn)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(huì)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(jì)，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(zhǎng)度、寬度以及深度的設(shè)計(jì)。再根據(jù)沖坑深度設(shè)計(jì)凹凸模的間隙，根據(jù)鋁塑膜加工特性設(shè)計(jì)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(huì)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(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)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(duì)面的粘接、密封良好。設(shè)備封裝模具設(shè)計(jì)和封頭的選擇就比較關(guān)鍵，采用硬封時(shí)可以采用在硬封頭上增加硅膠，以硅膠的變形來補(bǔ)償頂封處的不足，也可以對(duì)硬封模具進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，挖一個(gè)凹槽來與極耳匹配進(jìn)行封裝。采用軟封時(shí)則不需要考慮那么多，不過得注意軟封的封裝工藝，驗(yàn)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(huì)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(shí)也會(huì)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(shí)間。封裝的最佳狀態(tài)是PP膜達(dá)到熔點(diǎn)后，粘結(jié)到一起，封裝外觀良好無氣泡無褶皺，封裝強(qiáng)度高，密封性好，通過絕緣測(cè)試。封裝強(qiáng)度用拉伸試驗(yàn)機(jī)來測(cè)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(yàn)機(jī)有臥式拉伸試驗(yàn)機(jī)和立式拉伸試驗(yàn)機(jī)，一般來說立式的試驗(yàn)機(jī)一般來說是電子萬能試驗(yàn)機(jī)，傳感器在移動(dòng)端，所以立式的可以做剝離，拉伸，壓縮，鋒利度這些試驗(yàn)。就穩(wěn)定性來說剝離力專用臥式試驗(yàn)機(jī)要比立式的電子萬能試驗(yàn)機(jī)要好一點(diǎn)，兩者都要選好合適的傳感器的量程。外觀上通過目測(cè)來檢驗(yàn)，密封性通過抽真空后測(cè)試。絕緣測(cè)試是對(duì)極耳和鋁塑膜施加瞬間高壓，以測(cè)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(shí)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(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行相同壓力下和熱封時(shí)間的熱封實(shí)驗(yàn)，通過熱封強(qiáng)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(shí)間對(duì)強(qiáng)度和封裝效果的影響。通過相關(guān)分析后，可以確認(rèn)哪個(gè)因素為主要影響因素。一般來說，封裝強(qiáng)度隨封裝溫度升高而升高，當(dāng)溫度達(dá)到一定高度時(shí)可能會(huì)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(qiáng)度。熱封最佳時(shí)間與溫度有關(guān)，溫度較低時(shí)熱封時(shí)間對(duì)強(qiáng)度影響不大，這是因?yàn)镻P層在低溫下沒有達(dá)到熔點(diǎn)，熱封層沒有熔合在一起。當(dāng)溫度足夠高時(shí)，熱封時(shí)間與熱封強(qiáng)度呈正相關(guān)。封裝壓力會(huì)影響封裝厚度，但是相對(duì)于溫度和時(shí)間來說，是個(gè)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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)，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。