与圆柱电芯或方形电芯不同,软包电芯使用铝塑膜代替刚性金属外壳,因此重量更轻,形状和尺寸也更灵活,广泛应用于智能手机、可穿戴设备、无人机及其他紧凑型电子产品。
第一阶段:电极制备
电极制备是整个生产流程的基础。电极配方、均匀性和物理结构会直接影响电芯的容量、内阻、能量密度、循环寿命和安全性。
1. 浆料混合
正极活性材料可采用钴酸锂(LiCoO₂)、三元材料(NMC)或磷酸铁锂(LFP),并按照配方比例与导电剂、粘结剂和溶剂混合。负极通常使用石墨或硅碳材料,并加入SBR/CMC粘结剂和去离子水。混合过程必须形成高度均匀且稳定的浆料,确保涂布电极各处性能一致。
2. 涂布与烘干
精密狭缝式涂布机将正极浆料涂覆在铝箔上,将负极浆料涂覆在铜箔上。涂布后的极片通过长距离烘箱,去除溶剂并形成大卷电极膜。
3. 辊压
干燥后的极片在高压辊之间进行压实。辊压可以减小极片厚度、提高电极密度、提升能量密度,并增强活性材料与集流体之间的附着力。
4. 分条与模切
宽幅电极卷材先分切成所需宽度,再通过模切去除极耳位置周围的材料,得到符合电芯尺寸和极耳结构要求的极片。
第二阶段:电芯组装
电芯组装将制备好的极片、隔膜、铝塑膜和电解液组合成密封电芯。此阶段必须保持洁净,并确保各层准确对齐。
5. 极耳焊接
通过超声波焊接将金属极耳连接到相应的集流体上。正极通常使用铝极耳,负极通常使用镍极耳或镀镍铜极耳。焊接后还要检查焊点质量和是否存在短路。
6. 叠片
软包电芯通常采用叠片工艺,而不是卷绕工艺。隔膜、正极、隔膜和负极按照交替顺序叠放,形成电芯叠片。多孔PP/PE隔膜可防止正负极直接接触,同时允许锂离子通过。
7. 铝塑膜包装
铝塑膜通常由尼龙、铝层和PP组成,通过冲坑形成容纳电芯的腔体。叠片完成的电芯装入腔体后,对顶部和侧边进行热封,同时保留注液口不封闭。
8. 真空烘烤与注液
半成品电芯在真空烘箱中进行高温烘烤,去除残余水分,这对电池安全至关重要。随后在露点低于−40°C的干燥房内注入含LiPF₆锂盐和有机溶剂的电解液,并进行真空预封。
第三阶段:化成与后处理
化成过程用于激活电芯的电化学体系并稳定其内部界面。该阶段会显著影响循环寿命、自放电、产气和长期可靠性。
9. 浸润与静置
注液后,电芯需要静置数小时至数天,使电解液充分渗透到电极孔隙中。根据产品设计,也可以采用高温静置来改善浸润效果和工艺一致性。
10. 化成充电
首次充电通常采用较小电流,例如C/20至C/10。该过程激活电极材料,并在负极表面形成固体电解质界面膜(SEI)。SEI对循环寿命和安全性非常重要。化成期间可能产生气体,使软包暂时鼓起。
11. 排气与二次封装
在真空腔体内刺破气袋,排出化成过程中产生的气体和多余电解液。随后立即热封开口以恢复气密性,并裁掉气袋,此时电芯基本完成。
12. 老化
电芯在室温或约45°C的高温环境中存放数天,使SEI进一步稳定,同时筛查自放电、微短路和其他早期性能异常。
第四阶段:测试与包装
最后阶段对电芯的容量、电气特性、内部对齐情况、外观和封装质量进行确认,合格后才能出货。
13. 容量分选
每颗电芯都要经过充放电循环测试,例如1C/1C测试,以测量实际容量。随后按照容量等级进行分选,使性能相近的电芯能够配组使用。
14. OCV与内阻测试
测量开路电压(OCV)和交流内阻(ACIR),筛查电压或内阻异常的电芯。这些数据有助于保持产品一致性,并在组装或出货前发现潜在缺陷。
15. 检验
通过X射线检查内部电极叠片的对齐情况,再结合自动视觉系统和人工检查,确认外观、尺寸、极耳位置及封边质量。
16. 包装与入库
合格电芯充电至约50%荷电状态(SOC),使用防静电材料和干燥剂进行真空包装,装箱后入库等待发货。

