鋰電池結構件精密加工產業鏈：動力電池精密結構件

動力電池精密結構件，廣義來講包（bāo）括電芯（xīn）頂蓋、鋼/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（duì）鋰電池的安（ān）全性、密閉性、能源使用效率等都具有直接影響。按照電池封裝技術路線的不同，主要有方形、圓柱、軟包三種形狀，對應的結構件分別（bié）為方形結構件、圓柱結構件和鋁塑膜。

整體來看，圓柱和（hé）方形統稱為硬殼，封裝結（jié）構較為相似（sì），均由殼體和蓋板組成（chéng）。軟包電池封裝較為特殊，由鋁塑膜構成。

圖為鋰電（diàn）池結（jié）構件產業鏈圖解

工（gōng）藝端：精密製造

蓋板的主要生產工藝（yì）包括衝壓、焊接、注塑等，殼體的生產工藝主要是衝壓、拉（lā） 伸。鋁塑膜的主要生產工藝包括精密塗布、貼合等（děng）。

圖為鋁塑膜流程

對結構件的需求來自於電池封裝。目前，主流的電（diàn）池封裝技術主要有方（fāng）形電池、圓形（xíng）電池以及軟包電池（chí）三（sān）類。動力電（diàn）池的安全性和使用壽命都受其封裝工藝的影響，不同的封（fēng）裝技術都具有不同的技術壁壘。封裝工藝設計（jì）除需滿足（zú）耐撞（zhuàng）擊（jī）振動和擠壓穿刺的物理（lǐ）衝（chōng）擊外，也需滿足防火阻燃等化學性能要求。

圖為（wéi）不同封裝技術（shù）電池結構

硬殼結構件（jiàn）：蓋帽是關鍵，防爆片鋁材有待降本

硬殼結構件包括圓柱和方形結構件（jiàn），通（tōng）常由殼體和蓋板組成。其中，蓋板的製（zhì）造工藝複雜度通常（cháng）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（yǔ）鋁殼激光焊接，包裹固定裸電芯並實現密（mì）封作用；

2）電流導通功能（極柱）：在電池中，頂蓋極柱、轉接片和電芯極耳焊接導通，保證電芯充放電電流導通的功能；在模組中，頂蓋極柱與匯流排激光焊接、螺栓連接，形成串/並聯（lián）；

3）泄壓功能（防爆片）：當（dāng）電池出現異常，內部氣壓增（zēng）大至一定值，頂蓋防爆閥將開啟進行泄壓（yā），降低爆炸風險；

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

5）降低電腐（fǔ）蝕：正（zhèng）極上塑膠采用導（dǎo）電PPS，保證正極柱與頂（dǐng）蓋板間有一定阻（zǔ）值，降低正極柱與鋁殼間的電位差，防止頂蓋板/鋁殼電腐蝕，進而提高產品質量和使用壽命

蓋板中重要（yào）部件主（zhǔ）要有：

1）防爆片：一般磷酸鐵鋰體係電池頂蓋采用單個防爆閥設計，防爆閥開啟壓（yā）力一般為（wéi）0.4～0.8MPa。當內部壓強（qiáng）增（zēng）大並超過防爆閥的開啟壓力時，防爆閥將（jiāng）從刻痕處破（pò）裂並（bìng）開啟進行泄壓（yā）；

2）翻（fān）轉片：三元體係電池除了采用防爆閥外，還會（huì）疊加SSD翻轉（zhuǎn）片組合設計形式，防爆閥開啟壓力和SSD翻轉壓力一般分別為0.75～1.05MPa、0.45～0.5MPa。當電池內部壓（yā）強增大至SSD 翻（fān）轉壓力時，翻轉片向上頂起，快速切斷電（diàn）流；

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

殼體

殼體的製造相對簡單，主（zhǔ）要采用（yòng）連（lián）續拉伸（shēn）工藝。由於蓋板集成部件較多，工藝較為複雜，且在實際作用時，防爆閥開啟後電解（jiě）液容易飛濺至蓋板接線造成二次事故（gù），因此出現了將（jiāng）防爆閥轉（zhuǎn）移（yí）至殼體的現象。

鋁塑膜：國產替代（dài）進行時

與圓柱、方（fāng）形電池的硬殼不同，軟包電池采用鋁塑（sù）膜封裝。鋁塑膜由鋁箔、多種（zhǒng）塑料和粘合劑（包括粘接性（xìng）樹脂）組成（chéng），按照製作工藝區分，主要有幹法和（hé）熱法兩（liǎng）種。相（xiàng）比熱法鋁塑膜，幹（gàn）法鋁塑膜更加（jiā）適（shì）用（yòng）於大倍率、高能量動力電池，應（yīng）用（yòng）更加普遍。

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

1）極（jí）高的阻隔性（xìng）；2）良好的熱（rè）封性能；3）內層材料耐電解（jiě）液及強酸，不與電解液反應；4）良好（hǎo）的延展性、柔韌（rèn）性和機械強度。

在結構（gòu）上，鋁塑膜為一種三層膜的（de）複合材料，主要由（yóu）尼龍層（ON）、鋁箔層（AL）、流延或未拉伸聚丙烯層（CPP）相互粘合後構成。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（yú）動力（lì）電池，而更薄的88μm和113μm適用（yòng）於3C領域。

圖（tú）為鋁塑膜結構示意圖

在（zài）成（chéng）本（běn）上（shàng），鋁塑膜占到整隻電芯的18%，僅次（cì）於正極（30%）和電解液（25%），屬於占（zhàn）比較（jiào）大的一種成分（fèn）。在鋁塑膜（mó）本身的構成中，鋁箔的成本占到65%。在鋁塑膜的原（yuán）材料中，鋁箔是核心材料，厚度（dù）5-9μm，國內產能較（jiào）豐富，領先的壓延鋁箔企業包（bāo）括華西鋁業、渤海鋁業、河南神馬等，但國內產品在性能（néng）方麵不及國際產品，主要供應（yīng）中低端3C消費電子（zǐ）領域。CPP（流延聚丙烯薄膜）主要起到封口作（zuò）用，國內（nèi）生產企業主要有佛塑科技、廣東仕誠、佛山俊嘉等，但產品主要用於低端3C消費（fèi）電子領域。BOPA（雙向（xiàng）拉伸尼龍薄膜）位於最外層，主（zhǔ）要起到保護作用。國內廠（chǎng）家主要有滄州明（míng）珠、佛塑科技、廈門（mén）長塑等，但主要（yào）應（yīng）用領域為3C消費電子領域。綜上，國內原材料（liào）主要應用（yòng）於3C消費電子領域，在軟包動力電池領域所需原材料仍依賴進口。
圖片

圖為鋁塑膜產業鏈示意圖

動力（lì）電池模組連（lián）接片焊接方（fāng）式
新能源動力（lì）鋰（lǐ）電池

新能源汽（qì）車需要使用鋰電（diàn）池作（zuò）為動力電池。動力電池即為工具（jù）提供動力來源的電源，多指為電動汽車、電動（dòng）列車、電動自行車、高爾夫球車提供動力的蓄電池。其主要區（qū）別於用於汽車發動機起動的起動電池（chí）。

動力電池作為（wéi）新能源汽車的核心零部件（jiàn），其用來導電連接的配置就是其重中之重。動（dòng）力電池電芯單體（tǐ）與模組母排之間的連接方式，不僅影響動力電池（chí）的製造效率，還（hái）決定動力電池生產是否可以實現自動化，其對動力電池模組裝車以後的性能表現（xiàn）同樣有不容忽視的影響。

動力電池模組連接（jiē）片

動力電池模（mó）塊的連接片大多采（cǎi）用多（duō）層材料複合材料的方法，其中一層材料是連接件和極柱之間的連接層（céng），以（yǐ）保證焊接性能。采用多層材（cái）料疊加（jiā），保（bǎo）證（zhèng）連接片的導電（diàn）性。

連接板基板經過多層箔堆疊後加工成型，可形成柔性區域，用於補（bǔ）償動力電池芯部膨脹引起的位移，減小對低強度界麵的影響。

銅軟連接

動力電池模塊的連接（jiē）件一般為矩形、梯形（xíng）、三角（jiǎo）形、台形，連接麵粘貼0.1厚的鍍鎳銅箔，焊（hàn）接時表（biǎo）麵在（zài）高溫下容易氧化變色（sè），並在不破壞產品表麵（miàn）塗層的情況下進行拋光清洗（xǐ）。這樣的產品不僅解決了整體電鍍的問題，還解決了電導率（lǜ）最（zuì）大化的問題。

銅鍍鎳連接片最好，其次純鎳連接片，可是價（jià）格偏貴，最後是鍍鎳鋼連接片，鍍鎳鋼連接片價格相對便宜（yí），並容易焊接。

各動力電池生產商選用（yòng）連接片的厚度是（shì）不同的，因連接（jiē）片的厚（hòu）度關係到耗用材料（liào）的重量及整體動力（lì）電池（chí）模組的重量，降低厚度是動力電池模組向輕量化設計的方向。

鋁軟連接

動力（lì）電池模組常用的匯流排有：鎳片、銅鋁複合匯流排、銅匯流排、總正總負匯流排、鋁匯流排，銅軟連接、鋁軟連接（jiē）、銅箔軟連接（jiē）等。

動力電池模組連接的焊接方法

動（dòng）力電池電芯單體與模組母排之（zhī）間的連接方式，不（bú）僅影響動力電池的製造效率，還決定動力電池生產是否（fǒu）可以實現自動化，其對動力電池（chí）模組裝車（chē）以後的（de）性能表現（xiàn）同樣有不容忽視的影響。

應用於動力電池模組連接的焊接方法主要有：

1.電阻焊

電阻焊是一（yī）種以電阻熱（rè）為能量的焊接方法。電阻焊是利用電流流過工件接觸麵和相鄰區域產生的電阻熱效應（yīng），將其加（jiā）熱到熔融或塑性狀態，同時加壓形成金屬結合。

電阻焊焊接時不需要填充金屬，生產率高，焊件變形小，易於自動化。為了（le）防止接觸麵上的電弧和（hé）鍛焊金（jīn）屬，焊接（jiē）時應（yīng）始終施加壓力。在電阻焊接過程中，待焊接工件的接觸表麵對於獲得穩定的（de）焊接質量至關重要。因此，在焊接之前，必須清潔電極和工（gōng）件之（zhī）間以及工件之間的接觸表麵。

在動力電池的分組工藝中，電阻焊是比較成熟（shú）的工藝（yì），應用於動力電池連（lián）接片與匯流（liú）條的焊接，動力電池極與並聯導電條的連接等。

由於其設備簡單、成本低廉，在動力電（diàn）池行業發展初期得到了（le）廣（guǎng）泛應用。近年來逐漸（jiàn）被更先進的激（jī）光焊接和高分子擴散焊所取代（dài）。

2.激光焊

激光焊接（jiē）效率高，易於實現自動化生產。在不斷改進焊接工藝，限製成（chéng）型過程中的熱影響（xiǎng）以後，在（zài）實際生產中的（de）應用也越來越多，激光焊接配合工業機（jī）器人正在逐步成為自（zì）動化動力電池模組生產線的主力。

激光焊接

激光焊接是利用高能量密度的激光束作為（wéi）熱源的一種（zhǒng）高效精密焊接方法，激光焊接主要用於焊接薄壁材（cái）料和低（dī）速焊接，激光焊接過程屬熱傳導型，即激光輻射（shè）加熱工件（jiàn）表麵，表麵熱量通（tōng）過熱傳導（dǎo）向內部擴散，通過控製激光脈衝的寬（kuān）度、能量、峰值功率和重複頻率等參數，使工件熔化，形成特定的熔池。

3.高分子擴散（sàn）焊（hàn）

高分子擴散焊是新一代（dài）的擴散焊機， 導電帶軟連接設（shè）備，主要由主機（jī）與控製兩部分組成，可實現高分子材料間的擴散焊接廣泛應用（yòng）於電力、化工、冶煉等行業，主要生產行（háng）業急需的母線伸縮節和軟連接導電帶產品，可實現軟母線（xiàn）、軟母線與硬母線、硬母線（xiàn）之間的擴散焊接。

其（qí）原理就是在一定溫度和壓力下，將待焊物質的焊接表麵相互接（jiē）觸，通過微觀塑（sù）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（jiē）觸（chù），使之距離達(1～5)×10-8cm以內(這樣（yàng）原（yuán）子（zǐ）間的（de）引力起作用，才可能形成金屬鍵（jiàn）)，再經（jīng）較長時間的原子相互間的不斷（duàn）擴（kuò）散，相互滲透，實現冶金結合的一種焊接方法。

高分子擴散焊是一種特殊的焊接工藝，能使（shǐ）用不同強度（dù）的（de）銅箔在（zài）特定的區域焊接在一起，這種焊接工（gōng）藝不需要使用任何形式的助焊劑，可實（shí）現完（wán）美的分子連接性，主要用於（yú）動力電池的軟連接。安裝接觸（chù）麵可以承受任何形式的擠（jǐ）壓、彎曲、或（huò）者碰撞。由於安裝接觸麵是定製的，所以它可以安裝到隻（zhī）有2mm的空間內。

對於新能源汽車電池（chí）模（mó）組（zǔ）連接片的焊接來說，高分子這項（xiàng）工藝不（bú）需（xū）要焊料，就可以實現焊接，且焊接後質（zhì）量合格，外觀平整精美。且高分子擴散焊機采用高頻變壓器，電壓低，從而可以有效降低了由高壓引起的絕緣和打火問題，增強了設備的可靠性。
鋰電池蓋帽工作（zuò）原理
一、電池蓋帽（mào）的（de）作用與原理

（1）正或（huò）負極引出端

（2）溫度保護作用：PTC （電（diàn）阻驟增，切斷電（diàn）流）

（3）斷電（diàn）保（bǎo）護功能：CID 電流斷開裝置（zhì）

（內壓上升→Vent翻轉→CID焊點拉斷）

（4）泄壓保護功能：Vent

（內壓上升→Vent翻轉→CID焊點拉斷→壓力持續上升→ Vent破裂）

（5）密封功能：防水、氣入侵、防電解液（yè）蒸發

二（èr）、蓋帽的保護（hù）機製

（1）正常狀態

（2）CID 斷裂和Vent翻轉（zhuǎn）

（3）Vent 破裂
三、蓋帽壓力設計

（1）內部壓力推動 vent 翻轉

（2）Vent 翻轉拉斷 CID 焊點

（3）控製點: (1) vent 翻轉壓力,(2) CID 焊點拉力

CID 斷開壓力 =Vent 翻轉壓（yā）力+ CID焊點拉力的等（děng）效壓（yā）力

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

四、蓋帽翻轉示例

監控增加壓力（lì）後vent 翻轉高度；Vent 在 0.75MPa 翻轉。

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

4.2 下圖為Vent翻轉後的（de）實物照片

4.3 Vent 翻轉高度的檢驗示意圖

五、蓋帽拉斷與翻轉關係

2.1 CID 焊接拉力希望越小越好？

對 Vent 翻（fān）轉影響小

2.2 焊接拉（lā）力太小可能出現（xiàn）的問題（tí）？

振動導致（zhì）CID焊點斷開，然而CID 重量約0.1g， 0.1N 焊接拉力能（néng）抵抗（kàng）100G 振動，因此我（wǒ）們可以忽略它的影響。

六、 焊接拉力（lì）對CID影響

實驗數據表明焊接拉力在[16N,32N ]，對應CID斷開壓（yā）力在[ 0.2MPa,0.4MPa]。說明焊接拉（lā）力對CID 斷開影響較小, CID斷開主要與（yǔ）Vent 翻轉壓力（lì）關係較大。

七、蓋帽設計要點

（1）減小蓋帽高度

（2）Vent雙麵刻痕優化為單麵刻痕，Vent的爆破翻轉一（yī）致性更好

（3）利用硬鋁CID應（yīng）用，Vent刻痕不（bú）易拉伸（shēn）變形其爆（bào）破一致性更好（hǎo）

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