無論是在數碼還是在動力應用市場,軟包電池都在成為非常重要的一個技術路線。
軟包電芯,其實就是使用了鋁塑包裝膜作為包裝材料的電芯。相對來說,鋰離子電池的包裝分為兩大類,一類是軟包電芯,一類是金屬外殼電芯。金屬外殼電芯又包括了鋼殼與鋁殼等等,近年來由于特殊需要有的電芯采用塑料外殼的,也可以劃為此類。
二者的差別除了外殼材料不同,決定了其封裝方式也不同。軟包電芯采用的是熱封裝,而金屬外殼電芯一般采用焊接(激光焊)。軟包電芯可以采用熱封裝的原因是其使用了鋁塑包裝膜這種材料。
鋁塑包裝膜
鋁塑包裝膜(簡稱鋁塑膜)的構成見圖,其截面上來看有三層構成:尼龍層、Al層與PP層。
三層各有各的作用,首先尼龍層是保證了鋁塑膜的外形,保證在制造成鋰離子電池之前,膜不會發生變形。
Al層就是一層金屬Al構成,其作用是防止水的滲入。鋰離子電池很怕水,一般要求極片含水量都在PPM級,所以包裝膜一定能夠擋住水氣的滲入。尼龍不防水,無法起到保護作用。而金屬Al在室溫下會與空氣中的氧反應生成一層致密的氧化膜,導致水氣無法滲入,保護了電芯的內部。Al層在鋁塑膜成型的時候還提供了沖坑的塑性,這個詳見第3點。
PP是聚丙烯的縮寫,這種材料的特性是在一百多攝氏度的溫度下會發生熔化,并且具有黏性。所以電池的熱封裝主要靠的就是PP層在封頭加熱的作用下熔化黏合在一起,然后封頭撤去,降溫就固化黏結了。
鋁塑膜看上去很簡單,實際做起來,如何把三層材料均勻地、牢固地結合在一起也不是那么容易的事。很遺憾的是,現在質量好的鋁塑膜基本上都是日本進口的,國產的不是沒有,但質量還有待改進。
鋁塑膜成型工序
軟包電芯可以根據客戶的需求設計成不同的尺寸,當外形尺寸設計好后,就需要開具相應的模具,使鋁塑膜成型。成型工序也叫作沖坑(其實個人覺得應該是“銃坑”,但大家都這么寫就隨俗吧),顧名思義,就是用成型模具在加熱的情況下,在鋁塑膜上沖出一個能夠裝卷芯的坑,具體的見下圖。
鋁塑膜沖好并裁剪成型后,一般稱為Pocket袋,見下圖所示。一般在電芯較薄的時候選擇沖單坑(下圖左),在電芯較厚的時候選擇沖雙坑(下圖右),因為一邊的變形量太大會突破鋁塑膜的變形極限而導致破裂。
有時候根據設計的需要,會在氣袋的位置再沖一個小坑,以擴大氣袋的體積。