1、为顾客创造价值,聚合物锂电池结构及PACK工艺培训教材,刘 进2015年10月17日,深圳金科能源开发有限公司,目 录,1.电池特性及组成2.电芯结构及组成电池装配工艺流程关键工序介绍5.电池PACK加工注意事项6.电池外壳设计注意问题7.电芯的包装运输防护,一 电池特性及组成 电池：是将化学能转化成电能的一种产品。1 电池常规指标：1）标称电压：2）容量：3）内阻：4）充电限制电压：5）充电保护电压：6）放电保护电压：充电模式：先以0.2C/1C电流恒流充电至4.2V，然后恒压充至充电电流为0.01C止。放电模式：以0.2C/1C电流恒流放电至2.75V 或3V止。7）短路保护：8）外形尺寸
2、：9）重量：,2 基本组成 1）主要材料 三大部件：电芯、保护板、外壳 电芯：为电池的核心部件。主要功能、特点规格见电芯介绍资料或电芯规格书。保护板：为保证电芯正常工作，用来对电芯提供保护功能的部件。主要功能及特点祥见保护板介绍资料。外 壳：根据使用要求制成不同外形和不同颜色。主要成份为ABS+PC料。2）辅料 镍 片：为电芯正极引出过度连接用。双面胶：固定电芯用。美纹胶纸：对电芯或保护板起绝缘用。高温胶纸：对电芯或保护板起绝缘用。插头线、导线：根据客户需要加配。,一）电芯结构1 正极极片：将正极材料涂覆在铝箔上，然后冲压成型。2 负极极片：将负极材料涂覆在铜箔上，然后冲压成型。正极极片 负极
3、极片3 隔膜：放在正极极片与负极极片之间，隔膜的作用是将电池正负极隔 开，防止两极直接短路。隔膜本身不导电，但电解质离子可 以通过。,二 电芯结构特点,正极材料,负极材料,铝箔,铜箔,4 极耳：极耳的主要作用是将内部正负极的电能传递到外部电路。聚合物电 池极耳为正极为铝带、负极为镍带，考虑到与铝塑包装膜的密封，故在密封处极耳上带有一层极耳胶。同时由于正极铝带很容易断裂，故在加工、运输、储存、使用等过程中要特别注意防护。为保证密封效果，极耳胶材质与包装膜内层材质基本一致，主要是 PE类物质。5 包装膜：聚合物电池采用铝塑复合膜包装，其至少分三层：中间层为铝 层，内层为胶层，起密封并防止电解液腐蚀
4、铝层的作用。该铝塑膜采取 冲压成型，制成需要的外壳形状。铝塑膜包装耐压能力较金属壳电 池要差得多，电池内部短路等很容易造成气胀现象，严重者封口处 会开裂。也正因为此，采取铝塑膜包装的电池安全性能要优于金属 壳类电池。,6 电解液：电解液在电池中作为能量传递的载体。锂离子电池电压高达 34.2V，因此，电解质只能用有机溶剂，而不能用水溶液电 解质（水的分解电压为1.23V）。锂离子电池常用的锂盐有LiPF6、LiBF4、LiClO4，有机溶剂 有PC（碳酸丙烯酯）、EC（碳酸乙烯酯）、BC（碳酸丁烯 酯）、DMC（二甲基碳酸酯）、DEC（二乙基碳酸酯）、MEC（甲基乙烯碳酸酯）等。用于锂离子电池
5、的电解液要有以下特点：电导率高、化学及 电化学稳定性高、可使用温度范围宽、安全性好、廉价等。,二）电芯结构平面示意图,隔膜,三）TCL聚合物电芯结构示意图,正极极耳,正极片,负极片,叠片工艺,隔膜,负极极耳,铝塑包装膜,PL-A425062,PL-A393442,PL-A415050,五）电芯各类形状图,梨形,椭圆形,圆形,超薄形,背包形,普通形,三 电池PACK工艺流程,带外壳产品电芯正极加接镍片(超声波金属焊)电芯两极成型电芯与保护板连接(烙铁锡焊)扣进外壳半成品检测超声波塑焊成品检测包装入库,不带外壳产品电芯正极加接镍片(超声波金属焊)电芯两极成型电芯与保护板连接(烙铁锡焊)加导线或其它
6、辅料加防护层(热缩膜或包装膜)成品检测包装入库,四 关键加工工序介绍,1 超声波金属点焊,超声波金属点焊机,金属超声波点焊机焊头,金属超声波焊机 注意选择适宜的焊接设备。注意使用适当的焊接参数。防止正极铝带过焊，否则易断。防止正极铝带焊接不牢，否则电池易断电。,因电芯正极极耳为铝带，无法直接锡焊，故需加接镍带，通常采用超声波金属点焊方法：利用超声波产生高频振荡使两金属片之间摩擦局部产生高热，而溶合连接起来。频率：20K35KHZ 时间约：0.8/S,2、锡焊连接,主要原理：利用烙铁发热将焊锡丝熔化，从而使锡料附着在被焊接部位，冷却后即连接起来。1）烙铁分类：A内热式和外热式，内热 式烙铁升温快
7、。B普通烙铁、调温烙铁、防静电恒温 烙铁。2）烙铁功率：30W、35W、40W、50W、55W、60W、65W等。3）烙铁温度：根据焊锡面积和用锡量设定，温度太低不能迅速熔化锡线，影响 焊接速度，温度太高，焊出的焊点 不光滑。烙铁温度一般设定在 360104）焊接姿态：大方自然、坐姿端正。5）焊接手法：有握笔法、直握法。6）焊接角度：握笔法焊接角度在30 60之间，最佳角度就是烙铁尖与被焊 物体成45。7）焊锡成份：锡（Sn）6063%，铅（Pb）4037%，松香1.0%1.2%现在大部分公司开始采用无铅焊锡,7）焊接时间：3S8）方法：先放烙铁于被焊部分，然后放 锡线于烙铁头与被焊部位的间隙
8、。9）焊量：能包住被焊物体锡适量即可10）焊接质量：焊点光亮均匀，牢固，无连锡，漏焊、无虚假焊、无气孔、不起层。焊点大小与接触点锡量合适。,3 外壳超焊工艺及要求 1）外壳的封装连接一般采用超声波塑料焊接方法。2）工作原理：利用超声波产生高频振荡使上下外壳 之间摩擦，局部温度剧升产生高热，两胶件之间 将产生材料之“塑流”,在压力下固化，而形成均匀 熔接。3）选用适宜的超声波焊接机，4）使用适宜的焊接参数：功率因素：力速度，力有压力（气压）、下降速度。速率有频率和振幅，能量=功率时间 频率：20KHZ 焊接时间、保压时间 5）外壳和保护板的设计要注意特别注意尺寸配合，以防止超不到位或超不紧。6）
9、保护板 的厚度及元器件布置要充分考虑超声波影响，以防止元器件被震松。7）影响焊接效果有：塑胶材料、焊接设计、模具等。8）超焊质量：无超伤、无熔胶、无超高，焊线均匀、熔接紧密，样品在1m高处 跌至木板上，X、Y、Z面各跌一次（共六次）符合要求。,错误方式,正确方式,避免电芯正负交叉重叠放置,电芯不要放在导电物质或导电工具旁,五 PACK加工需要注意的事项,1 避免电芯正负极短路,内折工艺,如右图所示：,2、正极铝带的保护,由于铝片本身所承受的拉力为1KG，所以加工时铝片一般不允许独自承受过大拉力；铝接镍时，防止焊接过度或假焊，以免铝带焊接上镍带后达不到应该承受的拉力；在考虑铝片较软、薄，且易断裂
10、的情况下，为保证产品质量，铝片接镍带时一般采用背折与内折工艺加工正极铝带，且加贴双面胶以保护极耳不受外界拉力的影响；,使用背折工艺,采用内折工艺焊接镍带时，弯折铝片或镍带长度不可超出电芯凹槽长度，以免过长而受压刺破绝缘胶与电芯包装薄膜，从而使电芯漏液。,如图6为正确的镍/铝带弯折长度,图7弯折长度过长，镍带顶到凹槽侧壁，容易刺破电芯,3、折叠正负极时注意长度,严禁用尖锐之物刮擦其表面。应带指套作业，避免划伤电芯。,避免用镊子之类的利器接触电芯表面，防止刺破电芯包装而造成漏液。,4、电芯外包装膜保护,5、电芯防冲击保护,在运输、储存、使用等过程中必需非常小心，电芯不能受挤压，或受重物冲撞；组装电
11、池时应避免用力敲击电芯周边，防止电芯内部隔膜破裂造成微短乃至短路。,6、电芯装配环境注意,台面清洁,保持工作台面的干净，避免镍带、锡渣等其它异物刺破电芯。,7、极耳焊接时的防护,极耳焊接或浸锡时间应尽可能短，一般在360、3秒以内。焊接时间不能过长，以免烫伤极耳胶引起漏液。手上不宜带戒指等装饰物品。以免划伤电芯。,8 为保护极耳，焊接 前可先浸锡。,图示持电芯浸锡姿势容易引起短路,铝带和镍带分开单独浸锡,9、扣盒时注意,电芯放入胶壳定位时，应注意熔接后的塑胶不会影响电芯的封边；电芯应控制在塑胶壳内腔尺寸以内。电芯要放正。,电芯不要遮住底壳焊线,10 电芯堆放与存放,电芯堆放要整齐，标识清楚，层
12、次分明，堆放高度在20-30盒左右，应存放在比较干燥的地方。,堆放过高(70-80盒),六 电池外壳设计时注意问题,由于电芯的自身结构较为特殊，因此设计或使用时必须注意：必需充分考虑电芯的装配空间，使电芯装配后不能受挤压。注意外壳内空、电芯厚度、充电膨胀厚度等尺寸,1）电池外壳内腔必须平整，无毛刺；2）电池外壳的内腔长度:保证电芯装配后前后有0.5mm以上的空间。（电芯头部包括极耳胶+0.1mm的绝缘胶）3）电池外壳的内腔长度：保证电芯装配后两侧有0.5mm以上的空间。4）电池的内腔高度：除去 电芯的厚度+双面胶的厚度，有 0.2mm的空间。如下图所示,0.5mm,0.5mm,2 电池外露金手
13、指可考虑多种优化方式设计 由于TCL聚合物电芯较软,包装膜较薄，所以在设计电池的金手指时，应 避免金手指直挤压电芯，以下是几种金手指的设计方法：1)底壳上开孔,端子孔穿过底壳和PCB,然后折弯焊接,端子穿过底壳,优点：模具制造容易,可节约电池的内 腔空间缺点：装配较麻烦,端子包在塑胶件里，露出一截以便连接PCB,底壳背面,2）端子通过注塑镶嵌在底壳上,优点：通过注塑加工把五金端子镶嵌在底壳上是一种常用而有效的设计。此种方式即能保证端子承受1.52.5公斤的压力，又节省了内腔空间，同时解决了保护板挤压电芯的可能性。缺点：模具制造精度要求高，成本高。,焊接PCB,3）直接以保护板的金手指作为外露端
14、子。优点：工艺简单，加工方便，成本低。是最常用的一种方法 缺点：对PCB板镀金质量要求高。,1）底壳上镶嵌金属片 由于目前技术难度和塑胶特性,塑胶件最薄厚度为T=0.4MM,如果在底壳上掏空,然后镶上 T=0.10-0.15MM的五金薄片,则可大大增加电池的内腔高度,底壳正面 底壳背面,3.在保持成品较薄的情况下尽可能优化内腔空间,优点：通过注塑加工把薄金属片镶嵌在底壳上是一种常用而有效的 设计。此方法能将底壳的内腔高度提高至少0.3MM。缺点：模具制造精度要求高，成本高，单个成品的成本高。,镶嵌在底壳上的五金片,由于手机个性化越来越强，其电池的外型也随之变的不规则，在选用聚合物电芯装配时，如何更有效地利用不规则的电池内腔空间呢？我们可选用不规则的聚合物电芯来充分利用电池的空间，容量上比方形电芯可增加20%30%,电池内腔不规则,2）选用异形电芯,装配时贴合塑胶件的曲线,选用异形电芯配合,聚合物电池的正负极是两个外露的极耳，运送、加工不注意会造成折断、短路、加工不良等问题。使用、运输、储存等过程中必须注意温度范围，低于60度。,当电芯极耳间距较小时,为防止在运输过程中短路,应在负极端套上一热缩胶管,当电芯用导线引出时,须把一端用绝缘胶或套管套住,通过吸塑盒把电芯正负极隔开,七 电芯的包装、运输及防护,为顾客创造价值,谢谢！,深圳金科能源开发有限公司,
