【材制 | 视角】神奇的电池—电池的封装

初原载于 爱学习的 青春材制

2022-11-25

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前言

        电池作为电的储存单元，在这个时代早已与人们密不可分，电池的安全问题一直被人们所重视。其中，电池的封装就是一项重要的技术，小到手表中的纽扣电池，大到电动汽车的车载电池，都需要良好的封装技术，否则会导致漏电，中毒等一系列的严重问题。

软包电池封装

        一般的电池主要是由电极板，隔膜，电解液，外壳所构成，以软包锂电池为例（上图），这种电池一般用于空间紧凑的设备，比如无人机，手机，智能机器人等，其封装的意义与目的是将内部与外部完全隔绝，使内部处于安全稳定的状态，从而将电池潜在的危险性降低。那为什么要这样做呢？主要是因为其内部对水分、氧气较为敏感，其内部的电解液会与水分、氧气反应，影响电池性能，比如电池容量与电池寿命。

太阳能电池封装

        再比如最近越来越常见的太阳能电池，它的封装和普通的电池不同，为了保持电池稳定性，避免外部环境破坏电池，常见的封装方式大致可分为两类：一种是完全覆盖封装（下图中a），通常在电池顶部制备封装层；另一种是边缘封装（下图中b），在电池周围放置密封剂。

        完全覆盖封装工艺的优势在于保护效果更好，但对电池性能的保持影响较大，并且由于其直接接触电池，所以需要更高的透光率，也就是说，虽然完全覆盖封装工艺保护效果好，但是对封装材料的品质要求较高。边缘封装优势在于直接接触面积较小，对电池影响更小，对封装材料透光率的要求较低，但密封效果较差，但这个问题可以通过在边缘加入一些干燥剂解决。兼顾二者优点的多层复合封装也在不断开发。

电动汽车电池封装

        电动汽车中的电池封装也有许多讲究，以中国的新能源车为例，现在电动汽车电池主要采用三种封装方式：圆柱，方形，软包。其中，国内大多采用的是方形封装电池。方形封装一般采用卷绕（下图）或叠片（下下图）的方式。卷绕结构的优点就是加工成本低，无论是人工、半自动、全自动的卷绕，都可以做到高效又高质。叠片结构的充放电效率更良好，对电能的利用率更高，能量密度也更高。但缺点就是叠片结构的内部相比卷绕结构更易短路，加工时候不像卷绕工艺那样只用两边切断即可，容易控制成品的形状与品质，叠片结构需要将半成品电池切成方形的形状，相较来说更加不易控制。

发展前景

        近年来，封装材料及工艺已经引起了人们的广泛重视与研究。但是，更多的研究成果还处于实验室水平。针对电池封装过程中存在的问题，未来将研究新型聚合物材料，使电池实现更多功能，满足不同封装方式的需求，改进封装工艺，开展高性能封装材料的研究、智能封装材料及封装工艺、封装装备的研制及改造升级等等，这些均将是电池封装领域涉及到的重要方向。相信，随着该领域科学工作者和企业界研发人员的共同努力，我国电池封装技术一定能够更上一层楼。

文献参考：

[1]王婷,魏奇,付强,李伟,王世伟.钙钛矿光伏电池封装材料与工艺研究进展[J].应用化学,2022,39(09):1321-1344.DOI:10.19894/j.issn.1000-0518.210521.

[2]https://zhuanlan.zhihu.com/p/543221743

[3]图片来自网络

撰 稿 人 ：科技协会科创部        吕晋源 陈逸凡

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