聚合物锂电池结构及PACK工艺培训教材

为顾客创造价值聚合物锂电池结构 及PACK工艺培训教材杨虎 刘心域目 录1. 电池特性及组成2. 电芯结构及组成3.电池装配工艺流程4.关键工序介绍5.5. 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：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 ，起隔绝水分作用；外层为胶层，起保护铝不被外部环境氧化的作用 ； 内层为胶层，起密封并防止电解液腐蚀铝层的作用。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-A425062PL-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1)电芯正极加接镍片(超声波金 属焊)2)电芯两极成型3)电芯与保护板连接(烙铁锡焊)4)扣进外壳5)半成品检测6)超声波塑焊7)成品检测8)包装入库不带外壳产品1)电芯正极加接镍片(超声波金 属焊)2)电芯两极成型3)电芯与保护板连接(烙铁锡焊)4)加导线或其它辅料5)加防护层(热缩膜或包装膜)6)成品检测7)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.*/S2、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。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360±10 4）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%现有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。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）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 折回凹槽 贴胶固定 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；折回背面贴胶固定 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：1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 0.5mm2 电池外露金手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PCB3）直接以保护板的金手指作为外露端子。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！谢谢！