鋰電池是目前數(shù)碼領(lǐng)域使用最多的電池。其最突出的優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，適用于非常注重體積、便攜的數(shù)碼產(chǎn)品。同時(shí)，相對(duì)于以往的干電池，鋰離子電池可以循環(huán)利用，在環(huán)保方面也有優(yōu)勢(shì)。鋰離子電池的正負(fù)極材料都可以吸收、釋放鋰離子。但是鋰離子在正極和負(fù)極中的化學(xué)勢(shì)能有所不同。負(fù)極中的鋰離子化學(xué)勢(shì)能高，正極中的鋰離子化學(xué)勢(shì)能低。鋰離子放電時(shí)，負(fù)極中存儲(chǔ)的鋰離子釋放出來(lái)，被正極所吸收。由于負(fù)極中鋰離子的化學(xué)勢(shì)能高于正極，這部分勢(shì)能差就以電能的形式釋放出來(lái)。充電過程則是上述過程的逆轉(zhuǎn)，將正極中的鋰離子釋放到負(fù)極中。由于這種鋰離子在正負(fù)極中的來(lái)回遷移，鋰離子電池又被稱為搖椅電池。

　　18650是目前最常見的鋰電封裝方式，無(wú)論是當(dāng)下最流行的三元材料，還是國(guó)家力推的磷酸鐵鋰，以及尚未普及的鈦酸鋰，均有18650的規(guī)格。18650型電芯，采用Cylindrical圓柱形封裝方式，這種電芯直徑18mm，長(zhǎng)度65mm，廣泛應(yīng)用于充電寶、電動(dòng)車、筆記本、強(qiáng)光手電筒等領(lǐng)域，這類封裝的好處是規(guī)格統(tǒng)一，方便自動(dòng)化、規(guī)模化生產(chǎn)，具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐沖擊性強(qiáng)、良品率高等特點(diǎn);此外還有Prismatic方形軟包封裝，常見于手機(jī)和平板電腦，這類封裝最直接的好處是輕薄，體積小，便攜。

　　在筆記本電腦時(shí)代，18650電芯還只是數(shù)碼產(chǎn)品的幕后英雄。隨著智能手機(jī)和平板等智能設(shè)備的普及，18650也得以開始從幕后走向前臺(tái)，被大眾所熟知。那么，看似簡(jiǎn)單的18650電芯是如何誕生?它有什么秘密呢?接下來(lái)，讓我們一起去探索它的誕生過程。近日筆者有幸進(jìn)入東莞一家電芯廠拜訪學(xué)習(xí)，將從涂布、組裝、測(cè)試三方面圖文并茂，為大家介紹18650電芯的誕生過程。

電芯的生產(chǎn)過程一：涂布

　　進(jìn)入生產(chǎn)車間之前，需要戴上口罩和鞋套，避免吸入粉塵和產(chǎn)生靜電。首先從涂布工藝了解起，這道工序中可以看到大卷的銅箔(黃色)和鋁箔(銀色)。鋁箔，是用來(lái)涂布鎳鈷錳NCM三元材料;反之，銅箔是用來(lái)涂布負(fù)極活性材料石墨;其中白色的為隔膜。全球鋰電池隔膜主要被Asahi、Celgard、SK、toray、W-SCOP等廠商占據(jù)，這些國(guó)外企業(yè)把持了近70%的市場(chǎng)份額。而中國(guó)隔膜企業(yè)所占的市場(chǎng)份額約30%，鋰電池隔膜自主國(guó)產(chǎn)化正在不斷突破。電芯的容量，是根據(jù)這些配方的調(diào)配比例面積得來(lái)。

　　一整卷涂布完成的正負(fù)極材料寬約126mm，接下來(lái)還需要裁剪成寬度約18mm的7小卷，每卷都會(huì)均勻分成若干段，每一段代表一顆電芯所需的用料。據(jù)電芯廠工程師徐工介紹，目前三元正極材料每噸售價(jià)為12萬(wàn)元，每噸材料可以用于生產(chǎn)5萬(wàn)只電芯;當(dāng)前電芯產(chǎn)能日均50萬(wàn)只，需要用到10噸三元正極材料，光這一項(xiàng)開支每日就需要60萬(wàn)元。

　　自動(dòng)化的機(jī)器將每段打上鎳帶和絕緣耐高溫的麥拉片(Mylar)，下一步進(jìn)行5個(gè)級(jí)別的稱重，分別是偏重、A1、A2、A3、偏輕。這個(gè)跟CPU晶圓挑選一樣，同一批切割工藝，也會(huì)出現(xiàn)不同體質(zhì)，根據(jù)不同體質(zhì)再分出對(duì)應(yīng)容量，配對(duì)出貨。

電芯的生產(chǎn)過程二：組裝

　　分類好的正極和負(fù)極，將在這里完成全自動(dòng)卷包，白色的材質(zhì)是隔膜。電芯這樣還不能正常工作，需要加入電解液作為媒介，讓正負(fù)極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鋰離子才能夠在正負(fù)極之間遷移，產(chǎn)生電荷離子輸出能量鋰電池才能進(jìn)行充放電。自動(dòng)化卷包好后直接滾落在了流水線上，進(jìn)入下一個(gè)組裝步驟裝入鋼殼。

　　鋼殼是一體沖壓成型，厚度不足1mm，因此對(duì)鋼材強(qiáng)度質(zhì)量要求很高，這家電芯廠選用的是進(jìn)口韓鋼材料。

　　這一步將負(fù)極極耳與鋼殼底部通過點(diǎn)焊的方式連接。該廠采用了日系Miyachi激光點(diǎn)焊機(jī)，確保了點(diǎn)焊精度和產(chǎn)品質(zhì)量。點(diǎn)焊機(jī)無(wú)法焊接鋼殼底部，先從預(yù)留的小洞插入底部，然后放入點(diǎn)焊機(jī)，咔嚓一下，負(fù)極就打好鎳帶與鋼殼底部連接好了。

　　電解液在密封箱充滿惰性氣體氬氣的手套箱中內(nèi)注入，密封箱手套內(nèi)氧氣濃度必須低于10ppm(接近無(wú)氧真空環(huán)境)，防止電極氧化。電解液氬氣通過循環(huán)凈化裝置輸入密封箱， 裝置里頭有催化劑和還原劑氫氣，通過氫氧反應(yīng)生成水可以把氧氣除去。同時(shí)，裝置中的干燥劑吸收水分，保證箱內(nèi)氣氛的干燥。

　　注入電解液后的電芯，已經(jīng)通過激光焊接將蓋帽與鋼殼連為一體。一排排整齊有序的堆放著，整裝待發(fā)。

　　一只新的電芯就這樣誕生了。每一只電芯都需要穿上按容量分類的“新衣服”PVC套管。

　　不同的容量對(duì)應(yīng)了不同的PVC封套，這里我們看到了綠、藍(lán)、粉等多個(gè)色，豐富的外觀顏色增添了電芯時(shí)尚感。

電芯的生產(chǎn)過程三：首次充電和測(cè)試

　　電芯在注入電解液后，實(shí)際上還沒有存上電，而且此時(shí)正負(fù)極表面的狀態(tài)也沒有達(dá)到穩(wěn)定，必須通過首次充電才能夠正常使用，這種首次充電稱之為“化成”。首次充電時(shí)需要充入額外的電量，用來(lái)在電極表面產(chǎn)生保護(hù)膜，這層保護(hù)膜正是鋰離子電池低自放電的奧秘所在。同時(shí)，保護(hù)膜的性質(zhì)也影響電池的性能和壽命。因此，化成工藝十分重要。化成采用分容柜完成。

　　電芯是化學(xué)品，為了保障使用安全和壽命，在出廠前需要做好配對(duì)按盒分裝，每盒200只。確保三個(gè)一致性：容量一致、內(nèi)阻一致、電壓一致。如此方能正常出廠，否則把被打入冷宮，淪為B級(jí)、C級(jí)電芯。

　　第一個(gè)測(cè)試，容量。為了確保容量測(cè)試的準(zhǔn)確性，該廠采購(gòu)了行業(yè)領(lǐng)先的貝爾全自動(dòng)分容柜，滿足每日上萬(wàn)只的分容需求。新誕生的電芯，需要做5個(gè)循環(huán)老化測(cè)試，把不能工作或者容量有偏差的挑選出來(lái)。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18287-2013《移動(dòng)電話用鋰離子蓄電池及蓄電池組總規(guī)范》，按照0.2C充放電測(cè)試。以合適的電流充電至4.20V截止(高壓版本需要充到4.30V或4.35V)，靜置一段時(shí)間(15min以上)使電池溫度接近室溫且電池內(nèi)極化基本消散。測(cè)試采用0.2C放電至2.75V終止電壓，達(dá)到所標(biāo)注的容量，才算合格。這里的C是一個(gè)倍率單位，以2600mAh電芯放電為例，0.2C則為520mA放電。

　　第二個(gè)測(cè)試，內(nèi)阻。現(xiàn)在電芯廠都配有內(nèi)阻自動(dòng)篩選機(jī)器，可流水線篩選。18650三元材料，內(nèi)阻在70毫歐以內(nèi)，都算合格品;低于30毫歐的算是特挑極品了。如果是磷酸鐵鋰或者鈦酸鋰，內(nèi)阻能做到20毫歐以內(nèi)。

　　第三個(gè)測(cè)試，電壓。同一裝箱里面的電芯電壓3.7V±0.05，方便多節(jié)并聯(lián)或者串聯(lián)使用下，整箱抽出使用。每一箱的電芯都做過三個(gè)一致性配對(duì)，因此不推薦跨箱使用，這也是國(guó)際上通用的方法。

　　除了一致性測(cè)試，每一個(gè)批次的電芯還需要抽查完成撞擊、震動(dòng)、穿刺等數(shù)十項(xiàng)破壞性測(cè)試，杜絕隱患，確保每一個(gè)批次品質(zhì)最佳。