钜大LARGE | 点击量：1170次 | 2021年11月30日
解密18650电芯加工全过程
锂离子电池是目前数码范畴使用最多的电池。其最突出的优势是能量密度高，适用于非常重视体积、便携的数码产品。同时，相有关以往的干电池，锂离子电池可以循环利用，在环保方面也有优点。锂离子电池的正负极材料都可以吸收、释放锂离子。但是锂离子在正极和负极中的化学势能有所不同。负极中的锂离子化学势能高，正极中的锂离子化学势能低。锂离子放电时，负极中存储的锂离子释放出来，被正极所吸收。由于负极中锂离子的化学势能高于正极，这部分势能差就以电能的形式释放出来。充电过程则是上述过程的逆转，将正极中的锂离子释放到负极中。由于这种锂离子在正负极中的来回迁移，锂离子电池又被称为摇椅电池。
18650是目前最常见的锂电封装方式，无论是当下最流行的三元材料，还是国家力推的磷酸铁锂，以及尚未普及的钛酸锂，均有18650的规格。18650型电芯，采用Cylindrical圆柱形封装方式，这种电芯直径18mm，长度65mm，广泛使用于充电宝、电动汽车、笔记本、强光手电筒等范畴，这类封装的好处是规格统一，方便自动化、规模化加工，具有机械强度高、耐冲击性强、良品率高等特点;此外还有Prismatic方形软包封装，常见于手机和平板电脑，这类封装最笔直的好处是轻薄，体积小，便携。
在笔记本电脑时代，18650电芯还只是数码产品的幕后英雄。随着智能手机和平板等智能设备的普及，18650也得以开始从幕后走向前台，被大众所熟知。那么，看似简单的18650电芯是要怎么样诞生?它有什么秘密呢?接下来，让我们一起去探索它的诞生过程。近日笔者有幸进入东莞一家电芯厂拜访学习，将从涂布、组装、探测三方面图文并茂，为大家解析18650电芯的诞生过程。
电芯的加工过程一：涂布
进入加工车间之前，要戴上口罩和鞋套，戒备吸入粉尘和出现静电。首先从涂布工艺了解起，这道工序中可以看到大卷的铜箔(黄色)和铝箔(银色)。铝箔，是用来涂布镍钴锰NCM三元材料;反之，铜箔是用来涂布负极活性材料石墨;其中白色的为隔膜。全球锂离子电池隔膜紧要被Asahi、Celgard、SK、toray、W-SCOP等厂商占据，这些国外公司把持了近70%的市场份额。而我国隔膜公司所占的市场份额约30%，锂离子电池隔膜自主国产化正在不断冲破。电芯的容量，是依据这些配方的调配比例面积得来。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
一整卷涂布完成的正负极材料宽约126mm，接下来还要裁剪成宽度约18mm的7小卷，每卷都会平均分成若干段，每一段代表一颗电芯所需的用料。据电芯厂工程师徐工解析，目前三元正极材料每吨售价为12万元，每吨材料可以用于加工5万只电芯;当前电芯产量日均50万只，要用到10吨三元正极材料，光这一项开支每日就要60万元。
自动化的机器将每段打上镍带和绝缘耐高温的麦拉片(Mylar)，下一步进行5个级别的称重，分别是偏重、A1、A2、A3、偏轻。这个跟CPU晶圆选择相同，同一批切割工艺，也会出现不同体质，依据不同体质再分出对应容量，配对出货。
电芯的加工过程二：组装
分类好的正极和负极，将在这里完成全自动卷包，白色的材质是隔膜。电芯这样还不能正常工作，要加入电解液作为媒介，让正负极发生化学反应，锂离子才能够在正负极之间迁移，出现电荷离子输出能量锂离子电池才能进行充放电。自动化卷包好后笔直滚落在了流水线上，进入下一个组装步骤装入钢壳。
钢壳是一体冲压成型，厚度不足1mm，因此对钢材强度质量要求很高，这家电芯厂选用的是进口韩钢材料。
这一步将负极极耳与钢壳底部通过点焊的方式连接。该厂采用了日系Miyachi激光点焊机，确保了点焊精度和产品质量。点焊机无法焊接钢壳底部，先从预留的小洞插入底部，然后放入点焊机，咔嚓一下，负极就打好镍带与钢壳底部连接好了。
电解液在密封箱洋溢惰性气体氩气的手套箱中内注入，密封箱手套内氧气浓度非得低于10ppm(接近无氧真空环境)，戒备电极氧化。电解液氩气通过循环净化装置输入密封箱，装置里头有催化剂和还原剂氢气，通过氢氧反应生成水可以把氧气除去。同时，装置中的干燥剂吸收水分，保证箱内气氛的干燥。
注入电解液后的电芯，已经通过激光焊接将盖帽与钢壳连为一体。一排排整洁有序的堆放着，整装待发。
一只新的电芯就这样诞生了。每一只电芯都要穿上按容量分类的“新衣服”PVC套管。
不同的容量对应了不同的PVC封套，这里我们看到了绿、蓝、粉等多个色，丰富的外观颜色增添了电芯时尚感。
电芯的加工过程三：首次充电和探测
电芯在注入电解液后，实际上还没有存上电，而且此时正负极表面的状态也没有达到稳定，非得通过首次充电才能够正常使用，这种首次充电称之为“化成”。首次充电时要充入额外的电量，用来在电极表面出现保护膜，这层保护膜正是锂离子电池低自放电的奥秘所在。同时，保护膜的性质也影响电池的性能和寿命。因此，化成工艺十分紧要。化成采用分容柜完成。
电芯是化学品，为了保障使用安全和寿命，在出厂前要做好配对按盒分装，每盒200只。确保三个一致性：容量一致、内阻一致、电压一致。如此方能正常出厂，否则把被打入冷宫，沦为b级、C级电芯。
第一个探测，容量。为了确保容量探测的准确性，该厂采购了行业领先的贝尔全自动分容柜，满足每日上万只的分容需求。新诞生的电芯，要做5个循环老化探测，把不能工作或者容量有偏差的选择出来。根据国家标准Gb/T18287-2013《移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池包总规范》，按照0.2C充放电探测。以适宜的电流充电至4.20V截止(高压版本要充到4.30V或4.35V)，静置一段时间(15min以上)使电池温度接近室温且电池内极化基本消散。探测采用0.2C放电至2.75V终止电压，达到所标注的容量，才算合格。这里的C是一个倍率单位，以2600mAh电芯放电为例，0.2C则为520mA放电。
第二个探测，内阻。今朝电芯厂都配有内阻自动筛选机器，可流水线筛选。18650三元材料，内阻在70毫欧以内，都算合格品;低于30毫欧的算是特挑优品了。倘若是磷酸铁锂或者钛酸锂，内阻能做到20毫欧以内。
第三个探测，电压。同一装箱里面的电芯电压3.7V±0.05，方便多节并联或者串联使用下，整箱抽出使用。每一箱的电芯都做过三个一致性配对，因此不推荐跨箱使用，这也是国际上通用的办法。
除了一致性探测，每一个批次的电芯还要抽查完成撞击、震动、穿刺等数十项破坏性探测，杜绝隐患，确保每一个批次品质最佳。
