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一文看懂软包电池和铝塑膜
发布时间:2019-08-05 15:05:27
要害词:动力电池 锂电池

一文看懂软包电池和铝塑膜


跟着能量密度请求的不时进步,各个生产商都出力进步自家产品的参数,主要的沿着两条半道线起劲:一个是加紧研发高比能量的正极材料,另外一个是进步电池单体容量,减小壳体等辅帮构造单体中所占比重。另外半条,是思索转型软包电池,这从目前主流电池厂主动承接国家软包电池偏向科研项目可以窥睹一斑。软包电池是不是最适宜的动力电池技能道线?本日拾掇少许软包电池方面实质,一同预测一下动力电池未来技能道线。


软包电池基本构造

软包电池的基本构造与圆柱和方形是相似的,都是正极、负极、隔膜、绝缘材料、正负极极耳和壳体,只是软包电池的课题是铝塑膜。



铝塑膜是由外层尼龙层(ON)、粘合剂、中心层铝箔(Al)、粘合剂、内层热封层(CPP)构成的众层膜,是软包锂电池的封装材料。电池用铝塑膜被请求具备如下特性:


(1)具备极高的阻隔性;

(2)具有精良的热封功用;

(3)材料耐电解液及强酸腐化;

(4)具有精良的延展性、柔韧性和板滞强度


软包电池优点


软包电池,铝塑膜变形空间较大,不像钢壳铝壳电芯那样热失控时分会爆发爆炸;壳体是一层铝塑膜,重量轻,非活性部分所占比重小,软包电池重量较同等容量的钢壳锂电轻40%,较铝壳电池轻20%;相同尺寸规格比较,容量更大,软包电池较同等规格尺寸的钢壳电池容量高10~15%,较铝壳电池高5~10%;壳体强度低,轮回进程中对内部构造发生的板滞应力小,对轮回寿命有益(当然是成组计划时没有施加分外的应力的状况下);极耳位置富余,充放电进程中,热量分布平均。


软包电池的缺陷


壳体强度低,对成组技能依赖性强;与卷绕生产方法比较,叠片的生产服从相对较低。


软包电池的一般生产流程



因为外壳是铝塑膜,其生产工艺少许方面与其它两类啥菝电池差别。比如铝塑膜的封装工艺,比如化成进程中的整形工艺等。


软包电池封装工序


铝塑膜成型工序,软包电芯可以依据客户的需求计划成差别的尺寸,当外形尺寸计划好后,就需求开具相应的模具,使铝塑膜成型。成型工序也叫作冲坑,顾名思义,便是用成型模具加热的状况下,铝塑膜上冲出一个可以装卷芯的坑,精细的睹下图。



铝塑膜冲好并裁剪成型后,一般称为Pocket袋,睹下图所示。一般电芯较薄的时分挑选冲单坑(下图左),电芯较厚的时分挑选冲双坑(下图右),因为一边的变形量太大会打破铝塑膜的变形极限而导致决裂。

有时分依据计划的需求,会气袋的位置再冲一个小坑,以扩展气袋的体积。


顶侧封工序,顶侧封工序是软包锂离子电芯的第一道封装工序。顶侧封实行包罗了两个工序,顶封与侧封。起首要把卷绕好的卷芯放到冲好的坑里,然后沿虚线位置将包装膜对折,如下图所示。



下面这种图是铝塑膜装入卷芯后,需求封装的几个位置,包罗顶封区、侧封区、一封区与二封区。下面区分举行先容。



把卷芯放到坑中之后,就把通通铝塑膜可以放到夹具中,顶侧封机里举行顶封与侧封了。顶侧封机是这式样的:



图中这种型号的顶侧封机带四个夹具,左边谁人工位是顶封,右边谁人工位是侧封。那两块黄色的金属是上封头,下面另有一个系棱头,封装的时分两个封头带有必定的温度(一般180℃尊驾),合拢时压铝塑膜上,铝塑膜的PP层就熔化然后黏结一同了,如许就封装OK了。


照旧主要来说说顶封,顶封区域的示企图如下图所示。顶封是要封住极耳的,极耳是金属(正极铝,负极镍),怎样跟PP封装到一同呢?这就要靠极耳上的一个小部件—极耳胶来完毕了。极耳胶精细的构造我不是很分明,期望有懂行的人来增补。我只晓得它也有PP的资本,也便是说加热时可以熔化黏结。极耳位的封装睹下图中圆圈部分所示。封装时,极耳胶中的PP与铝塑膜的PP层熔化黏结,变成了有用的封装构造。



注液、预封工序,软包电芯顶侧封之后,需求做X-ray反省其卷芯的平行度,然后就进干燥房除水气去了。干燥房静置若干时间时分,就进入了注液与预封工序。



通过上面的先容我们晓得,电芯顶侧封完毕之后,就只剩下气袋那处的一个启齿,这个启齿便是用来注液的。注液完毕之后,需求立即举行气袋边的预封,也叫作一封。一封封装完毕后,电芯从表面上来说,内部便是完备与外部状况阻遏了。一封的封装原理与顶侧封相同,这里就不赘述了。


静置、化成、夹具整形工序,注液与一封完毕后,起首需求将电芯举行静置,依据工艺的差别会分为高温静置与常温静置,静置的目标是让注入的电解液充沛浸润极片。然后电芯就可以拿去做化成了。



上图是软包电芯的化成柜,实便是一个充放电的安装,我找了良久没有找到带电芯的图片,大师念念一下电芯夹上面的画面就OK了。化成便是对电芯的首次充电,但不会充到运用的最高电压,充电的电流也十分小。


化成的目标是让电极外面变成稳定的SEI膜,也便是相当于一个把电芯“激活”的进程。这个进程中,会发生必定量的气体,这也便是为什么铝塑膜要预留一个气袋。有些工场的工艺会运用夹具化成,即把电芯夹夹具里(有时分图简便就用玻璃板,然后上钢夹子)再上柜化成,如许发生的气体会被充沛地挤到旁边的气袋中去,同时化成后的电极界面也更佳。


化成后有些电芯,特别是厚电芯,因为内部应力较大,可以会发生必定的变形。以是某些工场会化成后修立一个夹具整形的工序,也叫作夹具烘烤。


二封工序,方才说了化成进程中会产赌气体,以是我们要将气体抽出然后再举行第二次封装。这里有些公司成为两个工序:排气与二封,另有后面一个剪气袋的工序,这里我就一同模糊的都称为二封了。



二封时,起首由铡刀将气袋刺破,同时抽真空,如许气袋中的气体与一小部分电解液就会被抽出。然后立即二封封头二封区举行封装,包管电芯的气密性。着末把封装完的电芯剪去气袋,一个软包电芯就基本成型了。二封是锂离子电池的着末一个封装工序,其原理照旧跟前面的热封装相同,不再赘述。


化成进程中的加压工艺


因为软包装电池采用铝塑封装构造,其外型构造决议了极片不行厉密排列,极片之间容易发生清闲,电池化成进程中发生的气体也容易极片之间残留,之后的封口中气体不行完备排出,从而影响电池功用,以是思索接纳化成两次充电之间采用滚压工艺将极片之间的气体扫除。


下图为通通化成完毕后,没有滚压和施加滚压的两类电池剖解图片。


没有颠末滚压的电池

运用了滚压工艺的电池

前一图,电池负极片保管大宗死区,然后面图中,电池负极外面完备,没有发明死区现象。软包电池化成进程中会产赌气体,其化成进程中会加大正极、隔膜、负极间的间隔,妨碍锂离子从正极片到负极片的传输,另外,气体的保管还会妨碍电解液与正极、负极的接触,使得负极部分浸润功用变差,最终导致负极片上保管大宗未反响的死区。


通过一个月前后两次电压比照发明,未滚压和恰当滚压的电池的两次压差很低,外明容量衰减很低,而施加滚压力最大的电芯,压差很大,外明容量衰减很大,可以是因为电池滚压的压力过大,变成隔膜部分刺穿,进而变成电池内部微短道,变成容量衰减。


由此可睹,恰当的时间施加恰当的滚压力,是软包成型工艺中的一个奇特要害。


软包锂电池模组的压力


软包锂离子电池模块一般采用层叠的方法构成模块,模块中对层叠的电池施加必定的力举行压紧,其感化重假如对电池举行束缚。该压力若太小则电池随车体振动时容易被损坏;太大则会对电池的寿命发生负面影响。于是举行软包锂离子电池模块构造计划时必需思索给电池施加一个适宜的压力。小的堆叠压力能避免层与层脱开,对电池恒久寿命有利。但因为轮回锂离子的流失,较大的压力导致较大的容量衰减率。另外,堆叠压力还会导致隔膜部分变形以及化学降解。当电池容量从0 ~ 100% 改造时,锂电池的厚度会添加1.2%尊驾。从这些研讨结果来看,锂电池外部压力对电池的功用有分明的影响,举行锂电池模块构造计划时必需思索。


稿件根源: 锂电前沿
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