鋰電池結構件精（jīng）密加工產業鏈（liàn）：動力電池精密結構件

動力電池（chí）精密結構件，廣義來講包括電芯頂蓋（gài）、鋼（gāng）/鋁外殼、正負極軟連接、電池軟連接排等，狹義來講主要包括電芯殼體和頂蓋，對鋰電池的安全性、密閉性、能源使用效率等都（dōu）具有（yǒu）直接影響。按照電池封裝技術路線的不同，主要有（yǒu）方形、圓柱、軟包三種（zhǒng）形狀，對應的結構件分別為方形結構件、圓柱結構件和鋁塑膜。

整體來看，圓柱和方形統稱為硬殼，封裝結構較為相（xiàng）似，均由殼體（tǐ）和蓋（gài）板組成。軟包電池封裝（zhuāng）較為特殊，由鋁塑膜構成。

圖為鋰電（diàn）池結（jié）構（gòu）件產業鏈圖解

工藝端：精密製造

蓋板的主（zhǔ）要生產工藝包括衝壓、焊接、注塑等，殼體的生產工藝主要是衝壓、拉 伸。鋁塑膜（mó）的主要生產工藝包括精密塗（tú）布、貼合等。

圖為鋁塑膜流程

對結構件的需求來自（zì）於電池封裝。目前，主流的電池封裝技術（shù）主要有方形電池、圓形電池以及軟包電池三類。動力電池的安全性和使用壽命都受其封裝工藝的影（yǐng）響（xiǎng），不同的封裝技術都具有不同的技術壁壘。封裝工藝設計除需滿足耐撞擊振（zhèn）動（dòng）和擠壓穿刺（cì）的物理衝擊外，也需滿足（zú）防火阻燃等化學性能要求。

圖（tú）為不（bú）同封（fēng）裝技術電池結構

硬殼（ké）結構（gòu）件：蓋（gài）帽是關鍵，防爆片鋁材有待降本

硬殼結構件包括圓柱和方形結構件，通常（cháng）由殼體（tǐ）和蓋板組（zǔ）成。其中，蓋板的製造（zào）工藝複雜度通常遠高於殼體。

蓋板

蓋板的主要功能包括：

1）固定/密封功能：頂蓋與鋁殼（ké）激（jī）光焊接，包裹固定裸電芯並實（shí）現密封作用；

2）電流導通功（gōng）能（極柱）：在電池中，頂蓋極柱、轉接片和電芯極（jí）耳焊接導通，保（bǎo）證電芯充放電（diàn）電流導（dǎo）通的功能；在模（mó）組中，頂（dǐng）蓋極柱與匯流排激光焊接、螺栓連接，形成（chéng）串/並聯；

3）泄壓功（gōng）能（防爆片）：當電池出現異常，內部氣壓增大至一定值，頂蓋防爆閥將開啟進行泄壓，降低爆炸風（fēng）險；

4）熔斷保護功能（néng）（翻轉片（piàn））：當電池出現異常，內部氣壓增大至一定值，頂蓋翻轉片向（xiàng）上頂起，與負極鉚接塊接觸，使頂蓋正（zhèng）負極直接短路（lù），同時鋁連接片（piàn）Fuse熔斷，快速（sù）切斷電流；

5）降低（dī）電腐蝕：正極上塑膠采用導電PPS，保證正極柱與頂（dǐng）蓋板間（jiān）有一定阻（zǔ）值，降低正極柱與鋁殼間的電位差，防止頂蓋板/鋁殼（ké）電腐蝕，進（jìn）而提高產品質量和使用壽命

蓋板中重（chóng）要部件主要有：

1）防爆片：一般磷酸鐵鋰體係電池頂蓋（gài）采用（yòng）單（dān）個防爆閥設計，防爆閥開啟壓力一般為0.4～0.8MPa。當內部壓強增大並超過（guò）防爆閥（fá）的開啟壓力時，防爆閥將從刻痕處破裂並開啟進（jìn）行泄壓；

2）翻轉片：三元體係電池除了采用防爆閥外，還（hái）會疊加SSD翻（fān）轉片組合設計形式（shì），防爆閥開（kāi）啟壓力和SSD翻轉壓力一般分別為0.75～1.05MPa、0.45～0.5MPa。當電池內部壓強增大至SSD 翻轉壓（yā）力時（shí），翻轉片向上頂（dǐng）起，快速切斷電流；

3）極柱：主要是起到電流導通作用。通常正極采用鋁極柱，負極采（cǎi）用銅鋁複合極柱。

殼體

殼體的製（zhì）造相對簡單，主要采（cǎi）用連續拉伸工藝。由（yóu）於蓋板集成部（bù）件較多，工藝較為複雜，且在實際作用時，防爆閥開啟後電解液容易飛濺至蓋板接線造成二次事故，因此出現了將防爆閥轉移至殼體的現象。

鋁塑膜：國產替代進行時

與圓柱、方形電池的硬殼不同，軟包電池采用鋁塑膜封（fēng）裝。鋁塑膜由鋁箔、多種塑料和粘合劑（包括粘接性樹脂）組成，按照製作工藝區分，主要有幹法（fǎ）和熱（rè）法（fǎ）兩種。相比（bǐ）熱法鋁塑膜，幹法鋁塑膜更加適用於大倍（bèi）率、高能量動（dòng）力電池，應用更加普遍。

因為與電池的內部材料直接連在一起，所以（yǐ）電解液會浸潤到鋁塑膜的內層，故要求其具備以下性（xìng）能（néng）：

1）極高（gāo）的阻隔性；2）良好的熱封性（xìng）能；3）內層材料耐電解液及強酸，不與電解液反應；4）良好的（de）延展性、柔韌（rèn）性（xìng）和機械強度。

在結構（gòu）上，鋁塑膜為一種三層膜的複合材料，主要由尼龍（lóng）層（ON）、鋁箔層（AL）、流延或未拉伸聚丙烯（xī）層（CPP）相（xiàng）互粘合後構成。根據鋁塑膜厚度的不同，可分為88μm、113μm、152μm，其中厚度152μm的鋁塑膜適用於動力電池，而更薄的88μm和113μm適用於3C領域。

圖為鋁塑膜結構示（shì）意圖

在成本（běn）上，鋁塑膜占（zhàn）到整隻電（diàn）芯的18%，僅次於正極（30%）和電解液（25%），屬於占比較大（dà）的一種成分。在鋁塑膜本身的構成中，鋁箔的成本占（zhàn）到65%。在鋁塑膜（mó）的原材料中，鋁箔是核心材料，厚度5-9μm，國內（nèi）產能較豐富，領先的壓延鋁箔企業包括華西鋁業、渤海鋁業、河南（nán）神馬等，但國內產品在性能方麵不及（jí）國際產品，主要供應中低端3C消費電子領域。CPP（流延聚丙烯薄膜）主要（yào）起到封口作用，國內生（shēng）產企業主要有（yǒu）佛塑（sù）科技、廣東（dōng）仕誠、佛山俊嘉等，但產品主要用於低端（duān）3C消費電子領域。BOPA（雙向拉伸（shēn）尼龍薄膜（mó））位於最外層，主要起到保護作用。國內廠家主要有滄州明珠、佛塑科技、廈（xià）門長（zhǎng）塑等，但主要應用領（lǐng）域（yù）為3C消費電子領域。綜上，國內原（yuán）材料主要應用於3C消費電子領域（yù），在軟包動力電池領域所（suǒ）需（xū）原材（cái）料仍依賴進（jìn）口（kǒu）。
圖（tú）片（piàn）

圖為鋁塑膜產業鏈示意圖

動力電池（chí）模組連接片焊接方式
新能源動力鋰電池（chí）

新（xīn）能源汽車需要使用（yòng）鋰電池作（zuò）為動（dòng）力電池。動力電池即為工具提供（gòng）動力來源的電源，多指為電（diàn）動汽車、電動列車、電（diàn）動自行車、高爾夫球車提供動力的（de）蓄電池。其主要區別於用於（yú）汽（qì）車發動機起動的起動電池。

動力（lì）電池作為新（xīn）能源汽車的核心零部件，其用來導電連接的配置就是其重（chóng）中之重。動（dòng）力電池電芯單體與模組母排之間的連接方式，不僅（jǐn）影（yǐng）響動力電池的製造效率，還決定動力電池生產是否可以實現自動化，其（qí）對動（dòng）力電池（chí）模組裝車以後的（de）性能表現同樣有（yǒu）不容忽視的影響。

動力電池模組連接片

動（dòng）力電池模塊的連接片（piàn）大多采用多層材料複（fù）合（hé）材料的方法，其中（zhōng）一層材料是連接件和極柱之間的連接（jiē）層，以保證焊接性能。采用多層材料疊加，保證連接片的導電性。

連接板基板經過多層箔（bó）堆疊後加工成（chéng）型，可形成柔性區（qū）域，用於補（bǔ）償動力電池芯部膨脹引（yǐn）起的位移，減小對低（dī）強度界麵的影響。

銅軟（ruǎn）連接

動力電池模塊的連接件（jiàn）一（yī）般為矩形、梯形、三角形、台形，連接麵粘貼0.1厚的鍍鎳銅箔，焊接時（shí）表麵在高溫下容易氧化（huà）變色，並在（zài）不破壞產品表麵塗層的情況下進行拋光清洗（xǐ）。這樣的產（chǎn）品不（bú）僅解決了整（zhěng）體電鍍的問題，還解決了電導率最大（dà）化的問題。

銅鍍鎳連（lián）接片最（zuì）好，其次純（chún）鎳（niè）連接片，可是價格偏貴，最後（hòu）是鍍鎳鋼連接片，鍍（dù）鎳鋼連接片價格相對便宜，並容易焊接。

各動力電（diàn）池生產商選用連接片的（de）厚度是不同的，因連接片的厚度關係到耗用材料的重量（liàng）及整體動（dòng）力電池模組的重（chóng）量，降低厚度是動力電池（chí）模組向輕量化設計的方向。

鋁軟（ruǎn）連接

動力電（diàn）池模組常用的匯流排有：鎳片、銅鋁複合（hé）匯流排、銅匯流排、總正總負匯流排、鋁匯流排，銅軟連接、鋁軟連接、銅箔軟（ruǎn）連接等。

動力電池（chí）模組連（lián）接的（de）焊接方法

動力電池電芯單體與模組母排之間的連接方（fāng）式，不僅影響動力電池的製（zhì）造效率，還決定動力（lì）電池（chí）生產是否可以實現自動化，其對動力電（diàn）池模組（zǔ）裝車以後的性能表現同樣有不容忽視（shì）的影響。

應（yīng）用於動力電池模組連接的焊接方法主（zhǔ）要有：

1.電阻焊

電阻焊是一種以電阻熱為能量的焊接方法。電阻焊是利用電流（liú）流過工件接觸麵和相鄰區域產（chǎn）生的（de）電阻熱效應，將（jiāng）其加熱到熔融或塑性狀態，同時加壓（yā）形成金屬結合。

電阻焊焊接時不需要填充金屬，生產率高，焊件（jiàn）變形小，易於自動化。為了防止接觸麵上的電弧和鍛焊金屬，焊接時應始終（zhōng）施加壓力。在電阻（zǔ）焊接過程（chéng）中，待焊接工件的接觸表麵對於獲（huò）得穩定的焊接質量至關重要（yào）。因（yīn）此，在焊接之前，必須清潔電極和工件之間以及工件之間的接觸表麵（miàn）。

在動力（lì）電池（chí）的分組工藝中（zhōng），電阻焊是比較成熟的工（gōng）藝（yì），應用於（yú）動力電池連接片與匯流條的焊接，動力電池極與並（bìng）聯導電條的連接等。

由於其設備簡單、成本低廉，在動力電池行（háng）業發展初期得到了（le）廣泛應用。近年來逐（zhú）漸被更先進（jìn）的（de）激光（guāng）焊（hàn）接和高分子擴散焊所取（qǔ）代。

2.激光焊

激光焊（hàn）接效率高，易於實現自動化生產。在不斷改進焊接工藝，限製成型過（guò）程中的熱影響以後，在實際生產中的應用也越來越多，激光焊接配合工業機器人正在逐步成為自動化動力（lì）電池模組生產線的主力。

激光焊（hàn）接

激光焊接是（shì）利用高能（néng）量密度的激光束作為熱源的一（yī）種高效精密焊接方法，激（jī）光焊接主要（yào）用於焊接薄壁材料和低速焊接，激（jī）光焊接過程屬熱傳導型，即激光輻射加（jiā）熱工件（jiàn）表麵，表麵熱量通過熱傳導向（xiàng）內部擴散，通過控製激光脈衝的寬度（dù）、能量、峰值功率和重複頻率等參數，使工件熔化（huà），形成特定的熔池。

3.高分子（zǐ）擴散焊

高（gāo）分子擴散焊是新一代的擴散焊機， 導電帶軟連接設備，主要由主機（jī）與控製兩部分組成（chéng），可實現高分子材料間（jiān）的擴散焊接廣泛應用於電力、化工、冶煉等行業，主要生產行業急（jí）需的母線伸縮節和軟連接導電帶產（chǎn）品，可實現軟母線、軟（ruǎn）母線與硬母線、硬母線之間的（de）擴散焊接。

其原（yuán）理就是在一定溫度和壓（yā）力（lì）下，將待焊物質的焊接表麵相互接觸，通過（guò）微觀塑性變形或通過焊接麵產生微量液相而擴大待焊表麵的物理接觸，使之距離達(1～5)×10-8cm以內(這樣原子間的引力起作（zuò）用，才可能形（xíng）成金屬鍵)，再經較長時間的原子相互間的不（bú）斷擴散，相互滲透，實（shí）現冶金結合的一種焊接方（fāng）法。

高分子擴散焊是一種特殊的焊接工藝，能使用不同強度的銅箔在特定的（de）區域焊（hàn）接在一起，這種焊接工藝不需要使（shǐ）用任何形式的助焊（hàn）劑，可實現（xiàn）完（wán）美的分子連接（jiē）性，主要用於動力電池的軟連接。安裝接觸麵可以承受任何形式的擠壓、彎曲、或者碰撞。由於安裝接觸麵是定製的，所以它可以安裝到隻有2mm的空間內。

對於新能源汽車電池模（mó）組連（lián）接片的焊接來（lái）說，高（gāo）分子這項工藝不需要焊料，就可以實現焊接，且焊接後質量合格，外觀平整精（jīng）美。且高分子擴散焊機采用高頻變壓器（qì），電壓低（dī），從而可以有效降低了由高壓引起的絕緣和打（dǎ）火（huǒ）問題，增強了設備（bèi）的可靠性。
鋰電池蓋帽工作原理
一、電池（chí）蓋帽的作用與原理

（1）正或負極引出端

（2）溫度（dù）保（bǎo）護作用：PTC （電阻驟增，切斷電流）

（3）斷電保護功能：CID 電流斷開裝置

（內（nèi）壓上升→Vent翻轉→CID焊點拉斷）

（4）泄壓保（bǎo）護功能：Vent

（內壓上升→Vent翻轉（zhuǎn）→CID焊點拉斷→壓力持續（xù）上升→ Vent破裂）

（5）密封功能：防水、氣入侵、防電解液蒸發

二、蓋帽的保護機製

（1）正常狀態

（2）CID 斷裂和Vent翻轉

（3）Vent 破裂（liè）
三、蓋帽壓力（lì）設計

（1）內部壓（yā）力推動 vent 翻轉

（2）Vent 翻轉拉（lā）斷（duàn） CID 焊點

（3）控製點: (1) vent 翻轉壓力,(2) CID 焊點拉力（lì）

CID 斷開壓力 =Vent 翻轉壓力+ CID焊點拉力的等效（xiào）壓力

CID焊（hàn）點拉力轉換為等效壓力（lì）：CID焊點（diǎn）拉力的等效壓力（lì）(MPa)=CID 焊點拉力(N)/78.5

四、蓋帽翻轉示例

監控（kòng）增加壓力後vent 翻轉高度；Vent 在（zài） 0.75MPa 翻轉。

4.1 下圖Vent翻轉壓力和高度數據關係圖（tú）                  

4.2 下圖為（wéi）Vent翻轉後的實物照片

4.3 Vent 翻轉（zhuǎn）高度的檢驗示意圖

五、蓋帽拉斷（duàn）與翻（fān）轉關係

2.1 CID 焊接拉力希（xī）望越（yuè）小越好？

對 Vent 翻轉影響（xiǎng）小

2.2 焊接拉力太小可能出現的問題？

振動導致CID焊點斷開，然而CID 重量約0.1g， 0.1N 焊接拉力能抵（dǐ）抗100G 振（zhèn）動，因此我（wǒ）們（men）可以忽略它（tā）的影響。

六、 焊接拉力對CID影響

實驗數（shù）據表明（míng）焊接拉力在[16N,32N ]，對應（yīng）CID斷開壓力在[ 0.2MPa,0.4MPa]。說明焊接（jiē）拉力對CID 斷開影響較小, CID斷開主要與Vent 翻轉壓力關係（xì）較大。

七（qī）、蓋帽設計要點

（1）減小（xiǎo）蓋帽高度

（2）Vent雙麵刻（kè）痕優化為單麵刻（kè）痕，Vent的（de）爆破翻轉一致性更好

（3）利用硬鋁CID應用，Vent刻痕不（bú）易拉伸（shēn）變（biàn）形其爆破一致性更好

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