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（gòu）件，廣（guǎng）義來講（jiǎng）包括電芯頂（dǐng）蓋、鋼/鋁（lǚ）外殼、正負極軟連接、電池軟連接排等，狹義（yì）來講主要包括電芯殼體（tǐ）和頂蓋，對鋰電池（chí）的安全性、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（bú）同，主要有方形、圓柱、軟包三種形狀，對應的結構件分別為方形結構（gòu）件、圓柱結構件和鋁塑膜。

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

圖為（wéi）鋰電池結構件產業鏈圖（tú）解

工藝端：精密製造

蓋（gài）板的主（zhǔ）要生產工藝包括衝（chōng）壓（yā）、焊接、注塑等（děng），殼體的（de）生產工藝主（zhǔ）要是衝壓、拉 伸（shēn）。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（diàn）池封裝。目前，主流的電池封裝技（jì）術主要有方形電池、圓形電池以（yǐ）及軟包電池三類。動力電池的安全性（xìng）和（hé）使用壽命都受（shòu）其封裝工藝的影響（xiǎng），不同的封裝技術都具有不同的技術壁壘。封裝工藝設（shè）計（jì）除需滿足（zú）耐（nài）撞擊振動和擠壓穿刺的物理衝擊外，也需滿（mǎn）足防火阻燃等化學性能要求。

圖為不同封裝技術電池結構

硬殼結構件：蓋帽（mào）是關鍵（jiàn），防爆片鋁材有待降（jiàng）本

硬殼結構件包括（kuò）圓柱和方形結構件，通常由殼體和蓋板組成。其中，蓋（gài）板的製造工藝複雜度通常遠高於殼體。

蓋（gài）板（bǎn）

蓋板的主要功能包（bāo）括：

1）固定/密封功能：頂蓋與鋁殼激光焊接（jiē），包裹（guǒ）固定裸電芯（xīn）並實現密封作用（yòng）；

2）電流導（dǎo）通功能（極柱）：在電池中，頂蓋極柱、轉接片和電芯（xīn）極耳焊接（jiē）導通，保證電芯充放電電（diàn）流導通的功能；在模組（zǔ）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（néng）（防（fáng）爆片（piàn））：當電池出（chū）現異常，內部氣壓增大至一定值，頂蓋防爆閥將開（kāi）啟進行泄壓，降低爆炸風險；

4）熔斷保護功能（翻轉（zhuǎn）片）：當（dāng）電池出現異常，內（nèi）部氣壓增大至（zhì）一定值，頂蓋翻轉片向上頂起（qǐ），與負極鉚接（jiē）塊（kuài）接觸，使頂蓋正負極直接短路，同（tóng）時鋁連接（jiē）片Fuse熔斷（duàn），快速切斷電流；

5）降低電腐蝕：正極上塑膠（jiāo）采用導電PPS，保證正極柱與頂蓋板間有一（yī）定阻（zǔ）值，降低正（zhèng）極柱與鋁殼（ké）間的電位差，防止頂蓋板/鋁殼電腐蝕，進而提（tí）高產品質量和使用壽命（mìng）

蓋板（bǎn）中重要部件主要有：

1）防爆片：一般磷酸鐵（tiě）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0.4～0.8MPa。當內部壓強增（zēng）大並超過防爆閥的開啟壓力時（shí），防爆閥將從刻痕處破裂並開啟進行泄壓；

2）翻轉片：三元體係電池除了采用防爆閥外，還會疊加SSD翻（fān）轉片組合設計形式，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（diàn）池內部（bù）壓強增大至SSD 翻轉壓力時，翻轉片向上頂起，快（kuài）速切斷電流；

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

殼體（tǐ）

殼體的製造相（xiàng）對簡單，主要采用連續拉伸工藝。由於蓋板集成部件較多（duō），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（fēi）濺至蓋板接線（xiàn）造成（chéng）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（sù）膜封裝。鋁塑膜由鋁箔、多種塑料和粘合劑（包括粘接性樹脂）組成（chéng），按照製作工藝區（qū）分，主要有幹法（fǎ）和熱法兩種。相比熱法鋁（lǚ）塑膜，幹法鋁（lǚ）塑膜更加適用於大倍率、高能量動力電池，應用更加普遍（biàn）。

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

1）極高的阻隔性；2）良好的熱封性能；3）內層材料耐電解液及強酸，不（bú）與電解液反應；4）良好的延展性、柔（róu）韌（rèn）性（xìng）和機械（xiè）強度。

在結構上，鋁塑膜為一種三層膜的（de）複合材料，主要由尼龍層（ON）、鋁箔層（AL）、流延或未拉伸聚丙烯層（CPP）相（xiàng）互（hù）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（sù）膜（mó）適用於（yú）動力電池，而更薄（báo）的88μm和113μm適用於3C領域（yù）。

圖為鋁塑膜（mó）結（jié）構示意圖

在成本（běn）上，鋁塑膜占到整（zhěng）隻電（diàn）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（shēn）的構成中，鋁（lǚ）箔（bó）的成（chéng）本占到65%。在（zài）鋁塑膜的原材料中（zhōng），鋁箔是核心材料，厚度5-9μm，國內產能較豐富（fù），領先的壓延（yán）鋁箔企業包括華（huá）西鋁業、渤海鋁（lǚ）業、河南神馬等（děng），但國內產品在性能方麵不及國際產品，主要供（gòng）應（yīng）中低端3C消（xiāo）費電子領域。CPP（流延聚丙烯薄膜）主要起到封口（kǒu）作用，國內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消費電子領域。BOPA（雙向（xiàng）拉伸尼龍（lóng）薄膜）位於最外層，主要（yào）起到保護作用。國內廠家主要有滄州明珠、佛塑科技、廈門長塑等（děng），但主（zhǔ）要應用領域（yù）為3C消費電子領域。綜上（shàng），國（guó）內原材料主要應用於3C消費電子（zǐ）領域，在軟包動力電池領（lǐng）域所需原材料仍（réng）依賴進口。
圖片

圖為鋁塑（sù）膜產業鏈示意圖（tú）

動力電池模組連接片焊接方式
新（xīn）能（néng）源動力鋰電池

新能源汽車需要使用鋰電池作為動力電池。動力（lì）電池即為工具提供動力來源的電源，多指為電動汽車、電動列（liè）車、電動自行車、高爾（ěr）夫球車提供動力的蓄（xù）電（diàn）池。其主要區別於用於汽車發（fā）動機起動的起動電池。

動（dòng）力電（diàn）池作為新能源汽車的核心零部件，其用來導電（diàn）連接的配置就是其重中之重。動力（lì）電池電芯單體與模組母排之間的連接方式，不僅影響動（dòng）力電池的製造效（xiào）率，還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（hòu）的性能表現同樣（yàng）有不容忽視的影響。

動力電池模組連接片

動力電池（chí）模塊的（de）連接（jiē）片大多采用多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，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堆疊後加工成型，可形成柔性區域，用於補償動力電池（chí）芯部膨脹引起的位移，減小（xiǎo）對（duì）低強度界麵的影響（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（jiē）麵粘貼0.1厚的鍍鎳銅箔，焊接時表麵在高溫下容易氧化變色，並在不破壞（huài）產品表麵塗層的情況下進行拋光清洗。這樣的產品（pǐn）不僅解決了整體電鍍的問題，還解決了電導率最大化的問題。

銅（tóng）鍍鎳連接片最好，其次純鎳（niè）連接片，可是價（jià）格偏貴（guì），最（zuì）後（hòu）是鍍鎳鋼連接片，鍍鎳鋼連（lián）接片價格相對（duì）便宜，並容易焊接。

各動力（lì）電池生產商選用（yòng）連（lián）接片的厚度是不同的，因連接片的厚度關（guān）係（xì）到耗用材（cái）料的重量及整體動力電池模組（zǔ）的重量，降低厚度是動力電池（chí）模組向輕量化設計（jì）的（de）方向。

鋁軟連接

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

動力電池模組連接的（de）焊接方法

動力電池電芯單體與模（mó）組母排之間的連接方式，不僅影響動力電池的製造效率（lǜ），還決定動力（lì）電池（chí）生產是否可以（yǐ）實現自動化，其對動力電池模組裝車以（yǐ）後的（de）性能表現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（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（hàn）是利用（yòng）電流流過工件接觸（chù）麵和相鄰區域（yù）產生的電阻（zǔ）熱效應，將其加熱到（dào）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（wéi）了防止接觸（chù）麵上的電弧和鍛焊金屬，焊接時應始終施加壓力（lì）。在電阻焊（hàn）接過程中，待焊接工件的接觸表（biǎo）麵對於獲得穩定的焊接質量至關重要。因此，在焊（hàn）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。

在動力電池的（de）分組（zǔ）工藝中，電阻（zǔ）焊是比較成熟的工藝，應用於動力電池連接（jiē）片與匯流條的焊接，動力電池極與並聯導電條的連接等。

由（yóu）於其設備簡（jiǎn）單、成本（běn）低（dī）廉，在動力電池行業發展初期得（dé）到了廣泛應用。近年來逐漸被更先（xiān）進的激光焊（hàn）接和高（gāo）分（fèn）子（zǐ）擴散焊所取代。

2.激光焊

激（jī）光焊接效率高，易於實現（xiàn）自動化生產。在不斷改進（jìn）焊接（jiē）工（gōng）藝，限製成（chéng）型過程中的熱影（yǐng）響以後，在實際（jì）生產中的應用也越來越多（duō），激光焊接配合工業機器人正在逐步成為自動（dòng）化動力電池模組（zǔ）生產線的主力。

激光（guāng）焊接

激光焊接（jiē）是利用高（gāo）能量（liàng）密度的激光束作（zuò）為（wéi）熱源的一種高效精密焊（hàn）接方法，激光焊接主要用於焊接薄壁材料和低速焊接，激（jī）光焊接過程屬熱傳導（dǎo）型，即激光輻射加熱工件表麵，表麵熱量通過熱傳（chuán）導向（xiàng）內（nèi）部擴散，通過控製（zhì）激光脈衝的寬度、能量、峰值功率和（hé）重複頻率等參（cān）數，使工件熔（róng）化，形成（chéng）特定的熔池。

3.高分（fèn）子擴散焊

高分子擴散焊是新一代的擴散焊機， 導電帶軟連接設備，主要由主機與控（kòng）製兩部分組成（chéng），可實現高分子材料間的擴散焊接廣泛（fàn）應用於電力、化工、冶煉等行業，主要生產行業（yè）急需的母線伸縮節和軟連接導電帶（dài）產品，可實現軟母線、軟母線與硬（yìng）母線、硬母線之間（jiān）的擴散焊接。

其原理就是在一定溫度和壓力下，將待焊（hàn）物質的焊接表麵相互接觸，通過微觀塑性變形或通過（guò）焊（hàn）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（dá）(1～5)×10-8cm以內(這樣原子間的引力起作用，才可能形成金屬鍵)，再經較長時間的原子相互間的不斷（duàn）擴散，相互滲透，實現冶（yě）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，能使用不同強度的銅箔在特定的區域焊（hàn）接（jiē）在一起，這種焊接工藝不需要使用任何形式的助焊劑，可（kě）實現完美（měi）的分（fèn）子連接性，主要（yào）用於動力電池的軟連接。安裝接觸（chù）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（yǐ）安裝到隻有2mm的空間內。

對於新能源汽車電池模組連接片的焊接來說，高分子這項（xiàng）工藝不需要（yào）焊料，就可以（yǐ）實現焊（hàn）接，且焊接（jiē）後質量合格，外觀平整精（jīng）美（měi）。且高分子擴散焊機采用高頻（pín）變壓器，電壓（yā）低（dī），從而可以有效降（jiàng）低了由高（gāo）壓引起的絕緣和打火（huǒ）問題，增強了設備的（de）可靠（kào）性。
鋰電池蓋帽工作原理
一、電池蓋帽的（de）作用與原理

（1）正或負極引出端

（2）溫度保護作用：PTC （電阻驟增，切斷電流）

（3）斷電保護（hù）功能（néng）：CID 電流斷開裝置

（內壓上升→Vent翻轉→CID焊點拉斷）

（4）泄壓保（bǎo）護（hù）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（fēng）功能：防水、氣（qì）入侵、防（fáng）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
三、蓋帽壓力設計

（1）內部壓力推動 vent 翻轉（zhuǎn）

（2）Vent 翻轉拉斷 CID 焊（hàn）點

（3）控（kòng）製（zhì）點: (1) vent 翻轉壓力,(2) CID 焊點拉力

CID 斷開壓力 =Vent 翻（fān）轉壓力+ CID焊點拉力的等效壓力

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（hàn）點拉力(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（zhuǎn）。

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

4.2 下圖為Vent翻轉後的實物照片

4.3 Vent 翻（fān）轉高度的檢（jiǎn）驗示意圖

五、蓋（gài）帽拉斷與（yǔ）翻轉關係

2.1 CID 焊接拉（lā）力（lì）希望越小越好？

對 Vent 翻轉影響小

2.2 焊接拉力太小可能（néng）出（chū）現的問題？

振動（dòng）導致CID焊點斷開，然而CID 重量約0.1g， 0.1N 焊接拉力能抵抗100G 振動，因（yīn）此我們可以忽略它的影響。

六、 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（zhǔ）要與Vent 翻轉壓力關係較大。

七、蓋帽設計要點

（1）減小蓋帽高度

（2）Vent雙（shuāng）麵（miàn）刻痕優化為單麵刻痕，Vent的爆破翻轉一致性更好

（3）利用硬鋁CID應用，Vent刻痕不易拉伸變形其爆破一致（zhì）性更好

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