硬核科普：手机电池怎么造出来的？三分钟了解锂电池工艺制造流程

shuili_123 发表于 2024-8-17 20:20:12

提到电池，很多人都会知道其基本结构，如正负极耳、正负极片、隔膜、电解液等，但对于电池是怎么做出来的，知道的就很少。
而今天，我就来说说电池是如何生产出来的，当然主要说的是手机电脑等锂离子电池，其它设备的电池制造工序也大同小异，在此就不介绍了。
首先说一下电池的基本制造工序，后面我再对各个工序逐步介绍。
配料→涂布→碾压→分切→（制片）卷绕/叠片→封装/组装→烘烤→注液→化成分容→检测→PACK
以上就是锂离子电池基本的制造工艺流程，当然，其中的大工序中间可能会含有很多的小工序，这个会因为电池类型、电池型号、电池厂家、电池客户而有所不同。
一、配料
正极片敷料的主要成分是锂、粘合剂、导电剂；而负极敷料的主要成分是碳和粘合剂。
这个工序就是将正负极的材料高速搅拌成一种浆料，以用于后续工序涂布到铝箔铜箔上。
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 图片来自于互联网
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二、涂布
顾名思义，涂布的作用是将正负极浆料涂到铝箔和铜箔上，其中正极用铝箔，而负极用铜箔。
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 负极铜箔与其敷料
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三、碾压
为什么要碾压？
一是因为涂布后的浆料比较疏松，容易产生掉料；二是锂离子电池为了提高能量密度，对于电池的体积是严格控制的，而控制电池体积，对于极片厚度的控制自然也是重中之重了。
现在手机电池的极片厚度控制一般在0.08到0.15毫米之间。
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 0.13mm
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四、分切
分切的作用是什么？
主要是将很大卷的正负极片切成小卷的正负极片，是按照电池型号设计的正负极的极片宽度分切的，负极片宽度是比正极片宽度要宽。
目的在于万一，注意是万一负极片边缘的隔膜破损了，也不会因为正负极片接触而导致短路。而如果电芯出现负极片没有比正极片宽的情况，哪怕不知道会不会出现这个万一，也是必须报废的。
另外，一般而言，碾压、分切、（制片）卷绕/叠片这三个工序是真空快速周转的，即当天碾压后的极片24小时内送到（制片）卷绕/叠片产线进行生产，且中途是要包装好避免极片长时间与空气接触。
但有的工厂不具备这个条件，所以在分切后，极片会进行烘烤，才会到卷绕/叠片生产线上进行生产。
为什么要烘烤？
因为极片，特别是负极片长期与空气接触后会吸收空气中的水分，导致极片变厚。
烘烤就是为了去除水分，在后面的工序中还会有一道烘烤工序，也是为了去除水分。
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 卷绕所用小卷负极片
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五、（制片）卷绕/叠片
为什么制片加括号？
因为有的工艺设计中，制片已经跟卷绕融合成一个工序了，有的则是一个单独的工序。
这里要先说一下电池极耳的设计工艺，电池极耳有单极耳和多极耳的差异。
单极耳指的是正负极各有一个极耳，而多极耳则是正负极的极耳数量大于一个。
一般组合电池多是用多极耳，对电流要求高的单体电池也是用多极耳。
而多极耳的电池的制片工序就是单独的，先把极耳焊接到正负极片上，再转入后续工序。
后续工序就是卷绕和叠片了，卷绕和叠片只是两种不同的，将正极片、负极片、隔膜卷绕和叠成电芯的工序。
如果是单极耳电池，制片和卷绕可以在制片卷绕一体自动设备上完成的，而且极耳也是在卷绕机上自动焊接。
至于叠片工艺，不管是单极耳还是多极耳电池，制片工序都是单独的，可以是单独的制片产线，也可以是在分切车间制片。就是先把极片按照大小切成一片片的，才投入到叠片机上叠成极芯。
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 卷绕机
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六、封装/组装
封装和组装是两种不同电池的工序，封装用于软包装电池，组装用于硬壳电池，软包装用的是铝塑膜，硬壳电池用的是铝壳。
软包装电池极耳上会有胶片用于封装，铝壳电池则没有。
现在的智能手机普遍是不可拆卸的电池设计方案，所以软包装的电池会比较多。
封装是将极芯装入铝塑壳中，再用高温加压铝塑膜的一侧和顶部，这样正负极的极耳上的胶片和铝塑膜中的材料融化后再凝固，就有了封合的作用，只保留一个气袋口用于注入电解液。
组装的则是电池装入铝壳后，用把正负极耳焊接到铝盖板上，然后使用激光焊焊合盖板与铝壳，盖板上留有有注液孔用于注液。
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 软包装电芯
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七、烘烤
烘烤其实也可以归类为注液工序，烘烤的作用是去水分。因为水分残留在电芯内部容易产生化学反应，导致电池发生鼓包。
<div style="text-align: left; margin-bottom: 10px;"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/d2d18bc1b5054f1492dbf4b93a01b6fe~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1721476733&x-signature=OCJ4JdAlr%2FuHGoXSf63SdEwk8RQ%3D" style="width: 100%; margin-bottom: 20px;">
 真空烘烤箱
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八、注液
烘烤完后就可以注入电解液了。电解液只是电解质中的一种，也有半固态电解质和固态电解质，这种属于聚合物锂电池，比较少。
在注液这个工序，软包装电池和硬壳电池又有所不同。
硬壳电池会先注入一点电解液，然后进行首次短时间的充电，充完电后再进行第二次注液，二次注液后再用钢珠把注液孔封掉。
软包装电池则不同，软包装电池一次完成注液，然后再用高温将气囊袋侧也封掉。这次封合会封得比电芯本体宽一点，因为后续还有一次封合。
<div style="text-align: left; margin-bottom: 10px;"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/cc48c600f36b470e8f55330c0db1e499~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1721476733&x-signature=9Tqd14hKg5kfJ2fZm4BITmCXCo4%3D" style="width: 100%; margin-bottom: 20px;"></div>
九、化成分容
化成就是给电池充放电，目的是为了形成一层覆盖于负极材料表面的钝化层。这种钝化膜被称为：固体电解质界面膜( solid electrolyte interface)，简称为SEI膜，这层膜的作用是成为锂离子的导体。
化成之后，软包装电池又会比硬壳电池多出一道工序。由于软包装电池采用铝塑膜，在化成过程中会产生气体，所以需要将气囊袋刺破，再将气体抽出来，再进行第二次封合。二次封合之后才会对多余的侧边和气囊袋进行裁切掉。
化成之后就是分容了，分容只是对容量进行筛选挑出容量不良品而已。
<div style="text-align: left; margin-bottom: 10px;"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-qvj2lq49k0/6e826bd88e0f432289cea4340a2b7e71~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1721476733&x-signature=jo9jZo2SZaKSD3iMPaVCMQMWZHk%3D" style="width: 100%; margin-bottom: 20px;">
 化成分容设备
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十、检测
分容后的合格品就会转入检测工序了，会检验电池的外观和重量，然后进行电压检测、内阻检测、高压检测、耐压检测、整齐度检测等。
十一、PACK
先说一下，电池制造流程中，进行叠片或卷绕工序后的单体叫做极芯；封装或组装后一直到PACK之前的单体叫做电芯；PACK工序之后的才叫做电池。
不过到了PACK前的一步，电芯的完成度已经很高了，所以有些电池厂会将PACK外包给第三方厂商。
对于单体电池而言，PACK只是给电芯加上保护板、连接片等物件而已；对于组合电池而言还会将电芯组合在一起，不过手机行业用组合电池的非常少，山寨充电宝里倒是有不少。
当然，还有的组合电池是在组装工序就进行组合的，只不过那不是手机这类产品所用的，本文就不说了。
PACK工序完成之后，可以正常使用的电池就这样诞生了。
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