核心概念： 軟包電池的核心是將正極、負極、隔膜卷繞或疊片后，注入電解液，用鋁塑膜封裝而成。其特點是形狀靈活、重量輕、能量密度高，但也相對嬌氣，對工藝要求嚴格。
材料準備：
正極材料： 通常是鋁箔（集流體）上涂覆正極活性物質(zhì)（如鈷酸鋰 LiCoO?、三元材料 NCM/NCA、磷酸鐵鋰 LiFePO?）、導(dǎo)電劑（炭黑）、粘結(jié)劑（PVDF）。
負極材料： 通常是銅箔（集流體）上涂覆負極活性物質(zhì)（如石墨、硅碳復(fù)合材料）、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑（SBR+CMC）。
隔膜： 多孔聚合物薄膜（PP/PE/PP三層復(fù)合），允許鋰離子通過但隔絕電子。常用陶瓷涂層隔膜提升安全性。
電解液： 鋰鹽（如 LiPF?）溶解在有機溶劑（EC, DMC, DEC, EMC 等混合物）中。（劇毒、易燃！）
鋁塑膜： 外層尼龍（耐刮）、中層鋁箔（阻隔水氧）、內(nèi)層 PP（熱封層）。有預(yù)制沖坑（容納電芯）和邊封、頂封區(qū)域。
極耳： 金屬引線（正極用鋁，負極用鎳或銅鍍鎳）。
輔助材料： 膠帶（固定極耳、保護邊角）、絕緣膠帶、干燥劑（可選）、頂封板（金屬或塑料，保護極耳引出區(qū)）。
實例： 組裝一個 3.7V 標(biāo)稱電壓、容量約 2000mAh 的軟包電池。正極選用 NCM622 材料涂覆鋁箔（厚度約 15μm），負極選用人造石墨涂覆銅箔（厚度約 10μm），隔膜選用 16μm 陶瓷涂層 PP/PE/PP 復(fù)合膜，電解液選用 1M LiPF? in EC:DMC:EMC (1:1:1 vol%)。
極片制作：
涂布： 將制備好的正負極漿料均勻涂覆在各自集流體上。
干燥： 在烘箱中分段升溫干燥，去除溶劑。（嚴格控制溫度和時間防止材料分解）
輥壓： 用精密輥壓機將干燥后的極片壓實，達到目標(biāo)壓實密度和厚度，提高能量密度和導(dǎo)電性。（壓力過大可能導(dǎo)致極片脆裂）
分切： 將寬幅的涂覆箔材按設(shè)計寬度分切成條狀。
模切/沖切： 將條狀極片沖切成設(shè)計好的形狀（通常為矩形），并預(yù)留極耳焊接位置。
干燥： 極片再次進入真空烘箱徹底干燥（120°C 左右），去除殘余水分（至關(guān)重要！水分會與電解液反應(yīng)產(chǎn)氣、腐蝕）。
實例： 正極片尺寸設(shè)計為 100mm x 50mm，負極片設(shè)計為 102mm x 52mm（負極比正極稍大，防止邊緣析鋰），極耳焊接位置在長邊中部。模切后極片在 120°C 真空烘箱中干燥 12 小時以上。
疊片：
在超低濕度環(huán)境（手套箱或干燥房，露點<-40°C）下進行。
按順序疊放：隔膜 -> 負極片 -> 隔膜 -> 正極片 -> 隔膜 -> 負極片 -> ... 通常以負極片開始和結(jié)束。（確保正負極片完全被隔膜隔開，無錯位！）
對齊邊緣，保證層疊整齊。
用膠帶在四角或邊緣固定初步疊好的“裸電芯”。
實例： 設(shè)計為 20層（10對），疊片順序：隔膜(底層)-> 負極 -> 隔膜 -> 正極 -> 隔膜 -> 負極 -> ... -> 隔膜(頂層)。使用耐高溫膠帶在四個角輕輕固定。
疊片關(guān)鍵控制點:
正負極對齊度→負極不能覆蓋正極，有安全風(fēng)險
負極與隔膜對齊度→極耳方向，安全風(fēng)險; 寬度方向，考慮負極膨脹問題
隔膜褶皺→安全風(fēng)險
極耳焊接：
將正極鋁極耳焊接到所有正極片預(yù)留的集流體鋁箔上（通常用超聲波焊接）。
將負極鎳極耳（或銅鍍鎳）焊接到所有負極片預(yù)留的集流體銅箔上（通常用超聲波焊接或激光焊接）。
（確保焊接牢固，電阻低！虛焊是常見失效點）
焊接后，用絕緣膠帶（如聚酰亞胺膠帶）包裹焊接點及極耳根部，防止與鋁塑膜接觸短路。
實例： 使用小型超聲波點焊機，設(shè)定合適功率和時間，確保每個焊點牢固。焊后用 Kapton 膠帶仔細包裹焊接區(qū)域。
入殼（鋁塑膜預(yù)封裝）：
將疊好并焊好極耳的裸電芯放入預(yù)制好沖坑的下層鋁塑膜中。
將上層鋁塑膜覆蓋其上，對齊邊封區(qū)域。
用熱封機進行 預(yù)封（側(cè)邊一封）：對除頂邊（極耳引出邊）外的三條邊進行熱封，形成一個留有注液口的“口袋”。熱封溫度、壓力、時間需精確控制。（封不牢漏液，封過度可能燙傷隔膜）
實例： 在手套箱內(nèi)完成此操作。使用小型熱封夾具，設(shè)定溫度約 180-200°C，壓力 0.3-0.5MPa，時間 3-5秒，封合三條邊。
注液：
在手套箱（充滿惰性氣體如氬氣，露點極低）中進行。
通過預(yù)留的注液口，使用精密注射器或注液泵，將精確計量的電解液注入“口袋”中。
注液速度要慢，保證電解液能充分浸潤極片和隔膜。（浸潤不良影響性能）
注液后，靜置一段時間（幾十分鐘到數(shù)小時），讓電解液自然滲透（稱為“陳化”）。
實例： 根據(jù)設(shè)計的孔隙體積計算注液量（約 2.5g - 3g 電解液）。用玻璃注射器緩慢注入。注液后靜置 1 小時。
抽真空與預(yù)封（二封）：
抽出電芯內(nèi)部和電解液中的微量氣體（空氣、水分分解氣）。
利用負壓促進電解液進一步浸潤。
將注液后的電芯放入真空腔（手套箱內(nèi)或連接手套箱的過渡艙）。
抽真空至較低壓力（如 10Pa 以下），保持一段時間。目的是：
在真空或恢復(fù)常壓后（但仍在手套箱內(nèi)），立即熱封注液口所在的邊（二封）。（確保密封前內(nèi)部已無大氣）
實例： 抽真空至 5Pa，保持 30 分鐘。然后在手套箱內(nèi)熱封注液口邊（頂封的一部分）。
整形（夾具化成前）：
二封后，有時會用夾具（通常是兩塊平整的金屬板）夾住電芯，施加一定的壓力。
目的：使電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)更緊密，接觸更好；為后續(xù)化成時電芯膨脹預(yù)留空間，防止過度鼓脹影響后續(xù)封裝；使電芯外觀更平整。
實例： 使用兩塊平整的鋁板夾住電芯，施加約 1-2kg/cm2 的壓力，靜置數(shù)小時或過夜。
化成：
將夾有夾具的電芯（或放入專用化成夾具）連接充放電測試儀。
進行第一次充電（活化）。以小電流（如 0.02C - 0.05C，即 40mA - 100mA 對于 2000mAh 電池）緩慢充電至特定電壓（如 3.8V - 4.0V，具體根據(jù)材料體系）。
核心目的： 在負極石墨表面形成穩(wěn)定的 SEI 膜（固體電解質(zhì)界面膜）。這層膜允許鋰離子通過但阻止溶劑分子通過，對電池的循環(huán)壽命、安全性、自放電至關(guān)重要。此過程會消耗部分鋰離子和電解液，產(chǎn)生氣體（主要是 CO?, CO, H? 等）。
實例： 在 25°C 恒溫箱中，以 0.03C (60mA) 電流恒流充電至 3.9V。
排氣與終封（三封）：
化成產(chǎn)生的氣體會使鋁塑膜鼓起（氣脹）。
再次將電芯放入真空腔抽真空（或在手套箱內(nèi)刺破一個小孔快速排氣），將產(chǎn)生的氣體抽出。（必須在惰性環(huán)境中操作！）
立即對頂封區(qū)域進行最終熱封（三封），完成鋁塑膜的完全密封。通常會將極耳區(qū)域（頂封）完全封死。
實例： 化成結(jié)束靜置幾小時后，在手套箱內(nèi)用針刺破鋁塑膜鼓起處（遠離電極區(qū)域）排氣，然后立即熱封整個頂封區(qū)域（包含原注液口、極耳、排氣口位置）。
老化：
終封后的電池在一定的溫度（如 45°C 或 25°C）下靜置儲存一段時間（幾天到幾周）。
目的：
讓 SEI 膜進一步穩(wěn)定和熟化。
使電池電壓、內(nèi)阻趨于穩(wěn)定。
篩選出有微短路、高自放電等缺陷的電池（電壓會明顯下降）。
實例： 在 45°C 烘箱中靜置老化 7 天。每天監(jiān)測電壓，剔除電壓降超過 10mV 的電池。
最終檢測：
外觀檢查： 封裝是否完好、無褶皺、無破損、無漏液、極耳無損傷。
尺寸/重量檢查： 是否符合規(guī)格。
開路電壓檢查： 是否在預(yù)期范圍內(nèi)（老化后穩(wěn)定）。
直流內(nèi)阻測試： 使用內(nèi)阻測試儀測量。
容量測試： 進行標(biāo)準充放電測試（如 0.2C 充放電），確認實際容量是否達標(biāo)。
自放電測試： 測量儲存一段時間（如7天）后的電壓降。
必要時進行更嚴格測試： 如循環(huán)壽命測試、倍率性能測試、安全測試（針刺、擠壓、過充過放等 - 僅限專業(yè)實驗室！）。
實例： 用萬用表測 OCV ≈ 3.6V。用電池測試儀以 0.2C (400mA) 恒流充電至 4.2V，恒壓至電流<0.05C，靜置5分鐘，再以 0.2C 恒流放電至 3.0V。記錄放電容量（應(yīng)接近 2000mAh）。
| 關(guān)鍵步驟 | 核心目標(biāo) | 學(xué)生實驗重點關(guān)注點 | 常見問題警示 |
|---|---|---|---|
| 1. 材料準備與干燥 | 手套箱是核心！ | 水分是死敵！ | |
| 2. 極片制作 | |||
| 3. 疊片與焊接 | |||
| 4. 入殼與預(yù)封 | |||
| 5. 注液與浸潤 | 嚴格防護！ | ||
| 6. 二封與整形 | |||
| 7. 化成 | 嚴格按規(guī)程！ | ||
| 8. 排氣與終封 | 手套箱內(nèi)操作！ | ||
| 9. 老化與篩選 | |||
| 10. 檢測 |
水分控制不足：
問題： 極片、隔膜、電解液、環(huán)境中的水分未徹底去除。
后果： 電解液分解（LiPF? + H?O -> HF + ...），產(chǎn)生大量氣體（鼓脹）、腐蝕電極材料、消耗活性鋰、內(nèi)阻增大、容量衰減快、自放電嚴重、甚至熱失控風(fēng)險。
預(yù)防： 嚴格干燥所有材料（尤其極片真空烘烤）、在低露點手套箱中操作（露點<-40°C）、電解液密封儲存和使用、縮短物料暴露在空氣中的時間。
粉塵與異物：
問題： 環(huán)境或操作引入的金屬屑、灰塵、毛發(fā)等。
后果： 刺穿隔膜導(dǎo)致內(nèi)部微短路（自放電大）、或引發(fā)熱失控；增大內(nèi)阻。
預(yù)防： 保持操作環(huán)境清潔（無塵臺/室）、穿戴無塵服/手套/帽、使用潔凈的工具和容器、定期清潔工作區(qū)域。
封裝不良：
問題： 熱封溫度/壓力/時間不當(dāng)，鋁塑膜本身有缺陷，封口區(qū)域有褶皺或污染（電解液、粉塵）。
后果： 漏液（電解液滲出，腐蝕、危險）、漏氣（空氣/水汽進入導(dǎo)致失效加速）。
預(yù)防： 優(yōu)化熱封參數(shù)（多做小樣測試）、確保封口區(qū)清潔干燥、選用質(zhì)量可靠的鋁塑膜、檢查封口強度和密封性（可做氦檢漏）。
焊接不良：
問題： 極耳與集流體虛焊（焊接強度不足、接觸電阻大）或過焊（焊穿集流體）。
后果： 內(nèi)阻增大、發(fā)熱嚴重、容量發(fā)揮不足、循環(huán)壽命短、甚至在使用中斷路/起火。
預(yù)防： 優(yōu)化焊接參數(shù)（功率、壓力、時間、振幅）、保持焊接面清潔、選用合適的焊頭、進行拉力測試抽查。
電解液問題：
注液量不足： 浸潤不良，部分活性物質(zhì)未參與反應(yīng)，容量低，極化大。
注液量過多： 增加成本，可能導(dǎo)致封裝困難或高溫下鼓脹更嚴重。
注液浸潤不良： 即使注液量夠，但未充分浸潤到電芯內(nèi)部。導(dǎo)致局部反應(yīng)不均，性能差。
電解液分解/變質(zhì)： 暴露在空氣中或混入雜質(zhì)。
預(yù)防： 精確計算和稱量注液量、優(yōu)化注液工藝和靜置/抽真空工藝促進浸潤、嚴格在惰性環(huán)境中操作和保存電解液。
短路：
問題： 正負極直接接觸（疊片錯位、隔膜破損、毛刺刺穿隔膜、金屬異物）、外部短路（工具觸碰正負極耳）。
后果： 瞬間大電流、發(fā)熱、起火爆炸（最危險！）。
預(yù)防： 仔細操作確保無錯位、檢查隔膜完整性（無針孔、無大褶皺）、徹底清除毛刺和粉塵、操作時使用絕緣工具、避免任何金屬物體同時觸碰正負極耳、裝配后測量絕緣電阻（正負極與鋁塑膜間應(yīng)>10MΩ）。
化成問題：
問題： 化成電流過大、充電截止電壓不當(dāng)、溫度控制不好。
后果： SEI 膜形成不良（太厚或不穩(wěn)定）、產(chǎn)氣過多、甚至析鋰（鋰金屬沉積在負極表面，非常危險！）。
預(yù)防： 嚴格按照材料體系要求設(shè)置化成制度（小電流慢充）、控制好溫度、確保夾具壓力均勻。
鼓脹：
問題： 化成產(chǎn)氣過多未排凈、老化或循環(huán)中副反應(yīng)持續(xù)產(chǎn)氣（水分、雜質(zhì)、過充過放、高溫）、封裝不良漏氣后內(nèi)部壓力變化。
后果： 外觀不良、性能下降（接觸變差）、安全隱患（內(nèi)壓過大可能破裂）。
預(yù)防： 嚴格控制水分雜質(zhì)、優(yōu)化化成制度、確保充分排氣和良好終封、避免電池濫用（過充、過放、高溫）。
