鋰電池結構件精密（mì）加工產業鏈：動力電池精密結（jié）構件

動（dòng）力電池精密結構件，廣義來講包括電芯（xīn）頂蓋、鋼/鋁外殼、正負極軟連接、電池軟連接排（pái）等（děng），狹（xiá）義來講主要包括（kuò）電芯殼體和頂蓋，對鋰電（diàn）池的安全性、密閉性、能（néng）源使用效率等都具有直接影響。按（àn）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（duì）應的結構件分別為方形結構件、圓柱結構件和鋁塑（sù）膜。

整體來看，圓柱和方形統稱（chēng）為硬殼，封裝結構較為相似，均由殼（ké）體和蓋板組成。軟包電池封裝較為特殊（shū），由鋁塑膜構成。

圖為鋰電池結構件（jiàn）產（chǎn）業鏈圖解

工藝端：精密製（zhì）造

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

圖（tú）為鋁塑膜流程

對結構件的需求來自於電池封裝。目前，主流的電池封裝技術主要有（yǒu）方形電（diàn）池、圓形電池以（yǐ）及軟包電池三類。動力電池的安全性和使（shǐ）用（yòng）壽命都受其封裝工藝的影響，不同的封裝技術都具有不同的技術壁壘。封裝（zhuāng）工藝設計除需（xū）滿足耐撞擊振動和擠壓穿刺的物理衝擊外，也（yě）需滿足防火（huǒ）阻燃等化學性能要求。

圖為不（bú）同封裝技術電池結構（gòu）

硬殼結構件：蓋帽是關鍵，防爆片鋁材有待降（jiàng）本

硬（yìng）殼結構件包括圓（yuán）柱和方形結構件，通常由殼體和蓋板組成。其中，蓋板的製造工藝複（fù）雜度通常遠高於殼體。

蓋板（bǎn）

蓋（gài）板的主要功（gōng）能包（bāo）括：

1）固定/密封功能：頂蓋與鋁（lǚ）殼激光焊接，包裹固定裸電芯並（bìng）實現密封作用；

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

3）泄壓功能（防爆片）：當電池出現異常，內部氣壓增大至一定（dìng）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（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（piàn）向上頂起，與負極鉚接塊接觸，使頂蓋正負極直接短（duǎn）路，同時鋁連接片Fuse熔斷，快速（sù）切斷（duàn）電流；

5）降低電腐蝕：正極上塑膠采用導（dǎo）電PPS，保證正極（jí）柱與頂蓋板間有一定阻值，降低（dī）正極柱與（yǔ）鋁殼間的電位差（chà），防止頂蓋板/鋁殼電腐蝕，進而提高產品質量和使用壽（shòu）命

蓋板中重要部件主要有：

1）防爆片：一般磷酸鐵鋰體係（xì）電池頂蓋采用單個防爆閥設計，防爆閥開啟壓力一（yī）般為0.4～0.8MPa。當內部壓強增大並超過防爆閥的（de）開啟壓力（lì）時（shí），防爆閥將從刻痕處破裂並開（kāi）啟進行泄（xiè）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翻轉片組合設計形式（shì），防爆閥開啟壓力和SSD翻轉壓力一般分別（bié）為0.75～1.05MPa、0.45～0.5MPa。當電池內部壓強增（zēng）大至SSD 翻轉壓（yā）力時，翻轉片向上頂起，快速切斷（duàn）電流；

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

殼體

殼體的製造相對簡單，主要采用連續拉伸工藝。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（bào）閥開啟後電（diàn）解（jiě）液（yè）容易（yì）飛濺至蓋（gài）板接線造成二次事故，因（yīn）此出現了（le）將（jiāng）防（fáng）爆閥轉移至殼體的現象。

鋁塑膜：國產替代進行時（shí）

與圓（yuán）柱、方形電池的硬殼不同，軟包電池采（cǎi）用鋁塑膜封裝。鋁塑膜由鋁箔（bó）、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（yào）有幹法和熱法（fǎ）兩種。相比熱法鋁（lǚ）塑膜，幹法鋁塑膜更加適（shì）用於大倍率、高能量動力電池，應用更加普遍。

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

1）極高的阻隔性；2）良好（hǎo）的熱封性能（néng）；3）內層材料耐電解液及強酸，不與電（diàn）解液（yè）反應；4）良好的（de）延展性（xìng）、柔（róu）韌（rèn）性和機械強度。

在結（jié）構上，鋁（lǚ）塑膜為一種三層膜的複（fù）合材料，主要由尼龍層（ON）、鋁箔（bó）層（AL）、流延或（huò）未拉伸聚丙烯層（CPP）相互粘合後構成。根據鋁塑膜厚度的不（bú）同，可分為88μm、113μm、152μm，其中厚度152μm的鋁塑膜適用（yòng）於動力電池，而（ér）更薄的88μm和113μm適（shì）用於3C領域。

圖為鋁塑膜結構（gòu）示意圖

在成本上，鋁塑膜占到整隻電芯的18%，僅次於正極（30%）和電解液（25%），屬於占比較大的一種成分。在鋁塑膜本身的構成中，鋁箔的成本占到65%。在鋁（lǚ）塑膜（mó）的原材料中，鋁箔是核心材料，厚度5-9μm，國內產能較（jiào）豐富，領（lǐng）先的壓延鋁箔企業包括華西鋁業、渤海鋁業、河南神馬等，但國內產品在性能方麵不及國際產（chǎn）品，主（zhǔ）要（yào）供應中低端3C消費電子領域。CPP（流延聚丙烯薄膜）主要起到封口作用，國內生產（chǎn）企（qǐ）業主要有佛塑科技（jì）、廣東仕誠、佛山俊嘉等，但產品主要用於低端3C消費電子領（lǐng）域。BOPA（雙向拉（lā）伸尼龍薄膜）位（wèi）於最外層，主要（yào）起到保護作用。國內廠家主要有（yǒu）滄州明（míng）珠、佛塑科技、廈門長塑等，但主要應（yīng）用領域為3C消費電子領域。綜上，國內（nèi）原材料主要應用於（yú）3C消費電子領域（yù），在軟包動力電（diàn）池領域（yù）所需原材料仍依賴進口。
圖（tú）片

圖為鋁塑膜產業鏈示意（yì）圖

動（dòng）力（lì）電池（chí）模組連接片焊接方（fāng）式
新能源動力鋰電池

新能源汽車需要使（shǐ）用鋰電（diàn）池作為動力電池。動力電池即為工（gōng）具提供動力來源的電源（yuán），多指（zhǐ）為（wéi）電動汽車、電動列車、電動自行車、高爾夫球車提供動力的蓄電池。其主要區別於用於汽車發動機起動（dòng）的起動（dòng）電池。

動（dòng）力電池作（zuò）為新能源汽車的核心零部件，其用（yòng）來導（dǎo）電連接的配置就是（shì）其重中（zhōng）之（zhī）重。動力電池電芯單體與模組母排之間的連接方式，不僅影響動力（lì）電池的製造效率，還決定動力電池生產是否可以（yǐ）實現自動化，其對動力電池模組裝車以後的性能表現同樣有（yǒu）不容忽視的（de）影響。

動力電池模組連接片

動力電池模塊的連接片大多采用多層（céng）材料複合材料的方法，其中一層材（cái）料是連接件和極柱之間的連接層，以保證焊（hàn）接性能。采用多層材料疊加（jiā），保證連接片的導電性。

連接板基（jī）板經過多層（céng）箔（bó）堆疊後加工（gōng）成型，可形成柔性區域，用於補償動力電池芯部膨脹引起的位移，減小對低強（qiáng）度界麵的影（yǐng）響（xiǎng）。

銅軟連接

動力電池模塊的連接件一般為矩形、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變色，並在不破壞產品表麵塗層（céng）的情況（kuàng）下進行拋光清洗。這樣的產（chǎn）品不僅解決（jué）了整體電鍍的問題，還解決了電導率最大化的問題。

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

各動力電池生產商選用連接片的厚度是（shì）不同的（de），因連接片的厚度關係到（dào）耗用材料的（de）重量及（jí）整體動力電池模組（zǔ）的重量，降低厚度是動（dòng）力電池模組向輕量化設（shè）計的方向。

鋁（lǚ）軟連接

動力電（diàn）池模組常用的（de）匯流排有：鎳片、銅鋁（lǚ）複合匯流排、銅匯流排、總正總負匯流排、鋁匯流排，銅（tóng）軟連（lián）接、鋁軟（ruǎn）連接、銅（tóng）箔軟連接等。

動力電池模組連接的（de）焊接方法

動力電池電芯（xīn）單體與（yǔ）模組母排之間的連接方式，不僅影響（xiǎng）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，其對動力電池模組裝車（chē）以後的性（xìng）能表現同樣有（yǒu）不容忽視（shì）的影響。

應用於動力電池模組連接的（de）焊接方法主要有：

1.電阻焊

電阻（zǔ）焊是一（yī）種以電阻熱為能量的焊接（jiē）方法。電（diàn）阻焊是利用電流流過工件（jiàn）接（jiē）觸麵和相鄰（lín）區域產生的電阻熱效應，將其加熱到熔融或（huò）塑性狀態，同時加壓形成金屬結合。

電阻焊焊（hàn）接時不需要填充金屬，生產率高，焊件（jiàn）變形小，易於自動化（huà）。為了防止接觸（chù）麵（miàn）上的電（diàn）弧（hú）和鍛焊金屬（shǔ），焊接時應始終施加壓力。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（zhì）關重要。因此，在焊接之前，必須清潔電極和工件之間以及工件之間的（de）接觸表麵。

在動力電池的分組工藝中，電阻焊是比較成熟的工藝，應用於動力電池連接片與匯流條的焊（hàn）接，動力電（diàn）池極與並聯導（dǎo）電條的連接等。

由於其設備簡單、成本低廉，在動（dòng）力電（diàn）池行業發展初期得到了廣泛應用。近年來逐漸（jiàn）被更（gèng）先進的激光（guāng）焊（hàn）接和高分子擴（kuò）散焊所取代。

2.激光焊

激光（guāng）焊接效率高，易於實現自動化生產。在不斷改進焊接工藝（yì），限（xiàn）製成型過程（chéng）中的熱影響以後，在實（shí）際生產（chǎn）中的應用也越來越多，激光焊接配合工業機器人正在逐步（bù）成為自動（dòng）化（huà）動力電池（chí）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熱源的一種高效精密焊接方法，激光焊接主要用於焊接薄壁材料和低（dī）速焊接，激光焊接過程屬熱傳（chuán）導型（xíng），即激光輻（fú）射加熱工件表麵，表麵熱量通過熱傳導向內部擴散，通（tōng）過控製激光脈（mò）衝的寬度、能量、峰值功率（lǜ）和重複頻率等參數，使工件熔化，形成特定的熔池。

3.高分子擴散焊

高分子擴散焊是新一代的擴散焊機， 導電帶（dài）軟連接設備，主要由主機與控製兩部分組成，可（kě）實現高分子材料間的擴散焊接廣泛（fàn）應用於電（diàn）力、化工、冶煉等行業，主要（yào）生產行（háng）業急需的母線伸縮節和軟連接導電帶產品，可（kě）實現軟母線、軟母線與硬母線、硬母線之間的擴（kuò）散焊接。

其原理就是在（zài）一定溫度和壓力下，將待焊物質的焊接表麵（miàn）相互接觸，通過微觀塑性變形（xíng）或（huò）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（yǐ）內(這樣原子間的引力起作用（yòng），才可能形成金（jīn）屬鍵)，再經較長時間的（de）原子相互間的不斷擴（kuò）散，相互滲透，實現冶金結合的一種焊接（jiē）方法。

高分子擴散焊是（shì）一種特殊的焊（hàn）接工藝，能使（shǐ）用不同強度的銅箔在特定的區域焊接在一起，這種焊接工藝不需要使用任何（hé）形式的助焊劑，可實現完美的分子連接性（xìng），主要用於動力電池的軟連接。安裝接觸麵可以承（chéng）受任何形式的擠壓、彎曲、或者（zhě）碰（pèng）撞。由於安裝接（jiē）觸（chù）麵是定製的，所以它（tā）可以安裝到隻有2mm的空間內。

對於新能源汽車電（diàn）池模組（zǔ）連接片的焊接來說（shuō），高分子這項工藝不需要焊料，就可以實現焊接，且焊（hàn）接後質量合格，外觀平整精美。且高分子擴散（sàn）焊（hàn）機采用（yòng）高頻變壓器，電壓低，從而可（kě）以有效降低（dī）了由高壓引起的絕緣和（hé）打火問題，增強了設備的可（kě）靠性。
鋰電池蓋帽工作原理
一、電池蓋帽的作（zuò）用與原理

（1）正或負極引出端

（2）溫度（dù）保護作用（yòng）：PTC （電（diàn）阻驟（zhòu）增，切斷電流（liú））

（3）斷電保（bǎo）護（hù）功能：CID 電流斷開裝（zhuāng）置（zhì）

（內壓上升→Vent翻轉→CID焊（hàn）點拉斷）

（4）泄壓保（bǎo）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（gōng）能：防水、氣入侵、防電解液蒸（zhēng）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
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 翻轉壓力+ CID焊（hàn）點拉力的（de）等效壓力

CID焊點拉力轉換為等效（xiào）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（fān）轉後（hòu）的實物照片

4.3 Vent 翻（fān）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（hǎo）？

對 Vent 翻轉影（yǐng）響小

2.2 焊接拉力太小可能（néng）出現的問題（tí）？

振動導（dǎo）致CID焊（hàn）點斷開，然而CID 重量約0.1g， 0.1N 焊接拉力能抵抗100G 振（zhèn）動，因此我們可以忽略它的影響（xiǎng）。

六（liù）、 焊接拉力對CID影響

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

七、蓋帽設計要點

（1）減（jiǎn）小蓋帽高度

（2）Vent雙麵刻痕優（yōu）化為單麵刻痕，Vent的爆破翻轉一致性更好

（3）利（lì）用硬鋁CID應用，Vent刻痕不易（yì）拉伸變形其爆破一致性更好

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