軟包鋰電池所用的封裝材料是鋁塑復合膜，簡稱鋁塑膜。對裸電(dian)芯(xin)進(jin)(jin)行(xing)封(feng)裝(zhuang)前(qian)，要進(jin)(jin)行(xing)鋁塑膜的沖(chong)切，將鋁塑膜沖(chong)成所需的規(gui)格后，進(jin)(jin)行(xing)電(dian)芯(xin)封(feng)裝(zhuang)。

鋁塑膜(mo)結構圖

       沖切凹坑的最內側材料是流延型聚丙烯薄膜(CPP)，其具有一定熔點，封(feng)裝時兩面CPP層(ceng)材料相對在一定(ding)溫度和壓力(li)下融化(hua)并(bing)粘(zhan)結到(dao)一起，如(ru)圖(tu)2所示。

       CPP層材料與金屬Ni、Al及極耳膠具有良好的熱封粘結性，本身具有良好的耐電解液和抗HF性能，同時CPP層也有較好的(de)絕緣(yuan)性(xing)和物理防護(hu)性(xing)能，可以有效防止電(dian)極與鋰離子電(dian)池軟(ruan)包材(cai)料之間的(de)短路(lu)從而引(yin)起的(de)鋁塑(su)膜腐蝕。

       中間的Al層材料主要目的是防止空氣中水分的滲入，水分滲入電芯內部會與電解液反應生成HF并形成副反應產生大量氣體，造成鋰電池(chi)鼓脹，是鋰電池(chi)的(de)(de)重(zhong)要隱患之一。Al層具有(you)一定的(de)(de)強度可(ke)以防止(zhi)外力對電芯的(de)(de)損傷。

       最外層的尼龍層主要是防止空氣中氧的滲透，維持電芯內部環境。最外層(ceng)采用(yong)尼龍層(ceng)也(ye)是由(you)于其具有良好的沖深(shen)性能，在早期的鋁塑膜中外層(ceng)采用(yong)PET，但是由(you)于PET自身張力(li)大，導致產生彎(wan)曲，成(cheng)型性差而被(bei)棄用(yong)。

鋁塑膜的制造方法主要有熱法和干法兩種。

       熱法工藝是鋁層和CPP層之間用MPP粘結，在一定溫度下熱壓合成。高(gao)溫下MPP中(zhong)范德華力被(bei)破(po)壞，老化，抗短路性能會急劇下降。同時，由(you)于其分(fen)子(zi)間結構被(bei)破(po)壞，導致韌性降低，成型過程中(zhong)容(rong)易破(po)裂。

       干法工藝為在PP和鋁層中間加粘結劑直接復合，采用絕緣粘結劑，無需高溫(wen)處(chu)理故防短路性能要好于熱法(fa)工藝。且(qie)粘結劑本(ben)身延展性好于PP層，不(bu)(bu)需要高溫(wen)處(chu)理不(bu)(bu)影響成型。

圖(tu)2.某款鋁塑膜熱封示意圖(tu)

熱封影響因素探討

       首先需要明白鋁塑膜熱封的目的是將電芯與外界環境完全地隔絕開來，即一切有可能影響外界水分(fen)、空氣滲入(ru)、電解液外漏的封裝不良都(dou)是(shi)不應(ying)該出現的。軟包電芯封裝主要分(fen)為頂側(ce)封以及終封工序。

       頂封(feng)工序主(zhu)要是鋁(lv)塑膜、極(ji)耳膠(jiao)以及銅鎳極(ji)耳直(zhi)接的(de)封(feng)裝，具有較(jiao)大的(de)破損可能性(xing)。側(ce)封(feng)是鋁(lv)塑膜CPP層(ceng)之(zhi)間的(de)封(feng)裝，沒有太多的(de)問題，主(zhu)要要防止褶皺和氣泡(pao)的(de)出現(xian)。終(zhong)封(feng)是抽真空封(feng)裝，由于鋰電池預充化成會產(chan)生氣體(ti)，電解液也會容易(yi)粘到鋁(lv)塑膜PP層(ceng)上，導(dao)致封(feng)裝不良。

       ;在生產過程中，技術員(yuan)常用(yong)人(ren)(ren)(ren)機料法環(huan)測(ce)六個方(fang)面來探(tan)析失效的(de)模(mo)式。首(shou)先，我們要(yao)排除掉次要(yao)的(de)影響(xiang)因素，次要(yao)的(de)影響(xiang)因素有人(ren)(ren)(ren)員(yuan)、環(huan)境和測(ce)試方(fang)法。人(ren)(ren)(ren)員(yuan)的(de)操作水平和工作經驗(yan)對(dui)(dui)封(feng)裝(zhuang)效果有一定(ding)(ding)影響(xiang)，這里(li)我們設定(ding)(ding)人(ren)(ren)(ren)員(yuan)的(de)操作水平是一定(ding)(ding)的(de)且(qie)沒(mei)有問題的(de)。測(ce)試方(fang)法是一定(ding)(ding)的(de)，對(dui)(dui)于封(feng)裝(zhuang)效果的(de)查驗(yan)是顯(xian)而易見的(de)，不需要(yao)進行異常分析。

       封(feng)裝開展之前需要(yao)對車間環(huan)(huan)境進(jin)行(xing)清理和確認，包括桌(zhuo)面異物、雜質以及環(huan)(huan)境溫濕度等等，一(yi)切(qie)正常(chang)后方可(ke)進(jin)行(xing)作(zuo)業(ye)，在這里也(ye)不進(jin)行(xing)單(dan)獨討論。下面將分(fen)析影(ying)響熱(re)封(feng)效果的主要(yao)因(yin)素，即物料、設備(bei)和工藝。

1.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，降低生產成本的重要(yao)(yao)手段(duan)呢。封(feng)裝工序中來(lai)料(liao)方(fang)面(mian)主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)兩個方(fang)面(mian)：一是(shi)鋁(lv)塑膜本身(shen)，二是(shi)裸(luo)電芯(xin)來(lai)料(liao)。鋁(lv)塑膜本身(shen)問題異(yi)常主(zhu)要(yao)(yao)包(bao)括鋁(lv)塑膜本身(shen)自帶的和沖坑(keng)引進的異(yi)常。鋁(lv)塑膜本身(shen)要(yao)(yao)觀(guan)察其顏色是(shi)否(fou)正常，外觀(guan)表(biao)面(mian)是(shi)否(fou)有氣泡、污(wu)跡、劃傷等。鋁(lv)塑膜本身(shen)的其它性(xing)能(neng)會由供應商提(ti)供相應測試(shi)數據，例如(ru)鋁(lv)箔和PP層(ceng)剝(bo)離強度、加工性(xing)能(neng)、抗滲(shen)透性(xing)能(neng)等等。

       鋰電池企業也會對來料進行相應檢驗以確認投入使用。鋁塑膜(mo)沖坑是為(wei)了封裝的(de)良好、美觀，沖坑引入的(de)不良主要有CPP破損、凹坑異常等(deng)，這些異常會(hui)導致鋰電池注液鋁塑膜(mo)腐蝕、邊角應力(li)大等(deng)。

       沖坑質量的好壞關鍵是沖坑磨具的設計，沖坑磨具主要有凹模、凸模、壓板以及其它輔助裝置，需要根據電池的形狀尺寸進行模具的長度、寬度以及深度的設計。再根(gen)據(ju)沖坑深度設計(ji)凹凸模的(de)(de)間隙，根(gen)據(ju)鋁塑膜加工特性(xing)設計(ji)凹凸模的(de)(de)表(biao)面粗糙度。裸電(dian)芯(xin)來(lai)料方面主要存在的(de)(de)問(wen)題(ti)是極耳表(biao)面有污(wu)染，可(ke)能會造成封裝不(bu)良。

2.設備

       設備模具的設計、結構設計對封裝效果無疑是重要的。在頂(ding)封(feng)工序，由于有正負極耳(er)的(de)存在，鋁塑(su)膜(mo)和(he)極耳(er)膠間(jian)存在凹凸(tu)不(bu)平的(de)接觸面，既(ji)要(yao)保證招塑(su)膜(mo)PP層與極耳(er)外表面的(de)PP層粘接、密封(feng)良好，又(you)要(yao)保證非極耳(er)區鋁塑(su)膜(mo)PP層面對面的(de)粘接、密封(feng)良好。

       設備封裝模具設計和封頭的選擇就比較關鍵，采用硬(ying)(ying)(ying)封(feng)時可以(yi)采用在硬(ying)(ying)(ying)封(feng)頭上(shang)增加硅(gui)膠(jiao)，以(yi)硅(gui)膠(jiao)的變形來補償(chang)頂封(feng)處的不足，也可以(yi)對硬(ying)(ying)(ying)封(feng)模具(ju)進行模具(ju)設計，挖(wa)一個凹槽來與極耳匹(pi)配進行封(feng)裝(zhuang)。采用軟封(feng)時則不需要考慮那么多，不過得注(zhu)意軟封(feng)的封(feng)裝(zhuang)工(gong)藝，驗證封(feng)裝(zhuang)的密封(feng)性(xing)，以(yi)及耐高(gao)溫膠(jiao)的老化問題。

       封裝厚度過大或過小都不利于鋁塑膜的封裝，厚度過大本質上是鋁塑膜沒有封裝好，在設(she)備方面可(ke)能(neng)由(you)于壓力小或傳(chuan)感器異常，壓縮空氣氣壓不(bu)(bu)(bu)穩(wen)定。封裝厚度過小則意(yi)味著過封了(le)，可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)PP層(ceng)過融(rong)，露出鋁層(ceng)。在設(she)備上可(ke)以加(jia)裝相應(ying)的(de)限(xian)位裝置以達到最佳的(de)封裝效(xiao)果。此(ci)外溫(wen)度傳(chuan)感器異常時(shi)也會(hui)導(dao)致(zhi)達不(bu)(bu)(bu)到設(she)定的(de)工藝溫(wen)度而引(yin)起過封或欠封，導(dao)致(zhi)封裝不(bu)(bu)(bu)良。

3.工藝

       封裝工藝是最關鍵的影響環節，封裝工藝中的關鍵因素有溫度、壓力以及時間。封裝的最佳狀態是PP膜達到熔點后，粘結到一起，封裝外觀良好無氣泡無褶皺，封裝強度高(gao)，密封性好，通過絕(jue)緣(yuan)測試。

       封裝強度用拉伸試驗機來測試，其示意圖(tu)如圖(tu)3所示。此外在(zai)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)樣拉(la)伸(shen)(shen)方式(shi)(shi)上可以(yi)選擇橫(heng)向(xiang)拉(la)伸(shen)(shen)和(he)縱向(xiang)拉(la)伸(shen)(shen)，拉(la)伸(shen)(shen)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)機有(you)臥(wo)(wo)式(shi)(shi)拉(la)伸(shen)(shen)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)機和(he)立式(shi)(shi)拉(la)伸(shen)(shen)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)機，一般(ban)來說立式(shi)(shi)的試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)機一般(ban)來說是(shi)(shi)(shi)電(dian)子萬能試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)機，傳(chuan)感器(qi)在(zai)移(yi)動端，所以(yi)立式(shi)(shi)的可以(yi)做剝離，拉(la)伸(shen)(shen)，壓縮，鋒利度這(zhe)些試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)。就穩定性來說剝離力專用(yong)臥(wo)(wo)式(shi)(shi)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)機要(yao)比立式(shi)(shi)的電(dian)子萬能試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)機要(yao)好一點，兩者都要(yao)選好合適的傳(chuan)感器(qi)的量程(cheng)。外觀上通過目測來檢驗(yan)(yan)，密封性通過抽真空后測試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。絕緣測試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)(shi)(shi)對極耳和(he)鋁(lv)塑膜施(shi)加(jia)瞬(shun)間(jian)高壓，以(yi)測試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)(shi)(shi)否封裝良好，提前檢出不(bu)(bu)良品，防止不(bu)(bu)良品流出。

圖(tu)3.封裝強度(du)拉伸(shen)示意圖(tu)

       在選用一款鋁塑膜后，需要進行溫度、壓力和時間三因素DOE以確認最佳的封裝工藝。鋁塑膜(mo)的(de)PP融化溫(wen)度(du)一般在(zai)180℃~190℃，可以在(zai)一定(ding)范圍(wei)內選取(qu)幾個溫(wen)度(du)點進行(xing)相同(tong)壓力下和(he)熱(re)封(feng)時間的(de)熱(re)封(feng)實驗，通過(guo)熱(re)封(feng)強度(du)和(he)效果來(lai)確定(ding)最佳封(feng)裝(zhuang)溫(wen)度(du)。相應的(de)，也可以確定(ding)熱(re)封(feng)壓力和(he)時間對(dui)強度(du)和(he)封(feng)裝(zhuang)效果的(de)影(ying)響(xiang)。

       通過相關分析后，可以確認哪個因素為主要影響因素。一般(ban)來說，封(feng)(feng)裝強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)隨封(feng)(feng)裝溫(wen)度(du)(du)(du)(du)升高而(er)升高，當溫(wen)度(du)(du)(du)(du)達到(dao)一定(ding)高度(du)(du)(du)(du)時(shi)(shi)可能(neng)會(hui)導致過封(feng)(feng)，PP熔膠溢(yi)出(chu)熱(re)封(feng)(feng)區域，冷卻后形(xing)成裂紋從而(er)降低(di)熱(re)封(feng)(feng)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)。熱(re)封(feng)(feng)最佳時(shi)(shi)間與溫(wen)度(du)(du)(du)(du)有關(guan)，溫(wen)度(du)(du)(du)(du)較低(di)時(shi)(shi)熱(re)封(feng)(feng)時(shi)(shi)間對強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)影響不大，這(zhe)是(shi)因為PP層(ceng)(ceng)在(zai)低(di)溫(wen)下沒有達到(dao)熔點，熱(re)封(feng)(feng)層(ceng)(ceng)沒有熔合在(zai)一起。

       當溫度足夠高時，熱封時間與熱封強度呈正相關。封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)壓力會影響封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)厚度，但是(shi)相(xiang)(xiang)對于溫(wen)(wen)度和時間(jian)來(lai)說，是(shi)個不(bu)太重要的(de)因素。在日常(chang)封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)設備使用過程中還要注(zhu)意封(feng)(feng)頭的(de)平整度、平行度，確認封(feng)(feng)頭溫(wen)(wen)度、溫(wen)(wen)度傳感器是(shi)否正常(chang)等(deng)，當發現溫(wen)(wen)度異常(chang)時要解(jie)決相(xiang)(xiang)應(ying)的(de)問題。

       電芯封裝是影響電芯最終性能的關鍵工序，鋁塑膜的(de)(de)(de)封(feng)裝(zhuang)影(ying)響(xiang)因素主要(yao)有(you)(you)設備及(ji)模具的(de)(de)(de)選擇(ze)、封(feng)裝(zhuang)工藝的(de)(de)(de)確定，封(feng)裝(zhuang)工藝中的(de)(de)(de)封(feng)裝(zhuang)溫度和封(feng)裝(zhuang)時(shi)間又占據了主要(yao)位置。次要(yao)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)因素有(you)(you)來料的(de)(de)(de)質(zhi)量、操(cao)作員的(de)(de)(de)能力以及(ji)車間環(huan)境等。只(zhi)有(you)(you)將各(ge)個方(fang)面協調好(hao)，才能做(zuo)好(hao)電芯(xin)(xin)封(feng)裝(zhuang)工作，在(zai)防止電解液腐蝕的(de)(de)(de)同時(shi)，將電芯(xin)(xin)內部與(yu)外(wai)部環(huan)境隔離開(kai)，防止水(shui)蒸(zheng)氣的(de)(de)(de)滲入，確保鋰電池的(de)(de)(de)循環(huan)壽(shou)命和使(shi)用安(an)全性。

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