零距离接触移动电源“内心”世界 解密18650电芯的诞生过程

　　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，移动电源成为了人们出行必不可少的装备，18650电芯也因此开始从幕后走向台前，被大众所熟知。那么，看似简单的18650电芯是如何诞生的？它有什么秘密呢？接下来，让我们一起去探索它的诞生过程。

　　锂离子电池是目前数码领域使用最多的电池，其最突出的优点是能量密度高，适用于非常注重体积、重量的数码产品。相对于以往的干电池，锂离子电池可以循环利用，在环保方面具有优势。锂离子电池的正负极材料都可以吸收、释放锂离子。由于负极中锂离子的化学势能高于正极，锂离子放电时，正负极的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。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。

　　锂离子电池常采用圆柱封装方式，常见形态为直径18mm，长度65mm的圆柱型电芯。在移动电源、电动车、笔记本电脑、强光手电筒等领域应用较为广泛，这类封装的好处是规格统一，方便自动化、规模化生产，具有机械强度高、耐冲击性强、良品率高等特点；此外还有方形软包封装，常用于手机和平板电脑，这类封装最直接的好处是轻薄，体积小，方便携带。

　　那么，被人们广泛使用的18650电芯是如何生产出来的呢？近日，笔者有幸进入东莞一家电芯厂拜访学习，接下来我将从涂布、组装、测试三个方面，为大家介绍18650电芯的诞生过程。

　　生产过程一：涂布

　　铝箔（银色）用来涂布18650电芯的正极材料，这里采用镍钴锰NCM三元金属；铜箔（黄色）则是用来涂布负极活性材料石墨；其中白色的为隔膜。电芯的容量，是根据这些配方的调配比例得来。

　　一整卷涂布使用的正负极材料宽约126mm，需要裁剪成宽度约18mm的7小卷，每卷都会均匀分成若干段，每一段代表一颗电芯所需的用料。自动化的机器将每段打上镍带和绝缘耐高温的麦拉片，再进行偏重、A1、A 2、A3、偏轻5个级别的称重。这个跟CPU晶圆挑选一样，同一批切割工艺，也会出现不同体质，根据不同体质再分出对应容量，配对出货。

　　生产过程二：组装

　　分类好正极和负极，送到组装车间完成全自动卷包。然后加入电解液作为媒介，电解液必须在充满氩气的手套箱内注入，防止电极氧化。完成之后的电芯将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，因此对钢材质量要求很高。工人利用手中的铜钉，先从预留的小洞插入底部，然后通过点焊机焊接。最后给每一只电芯按容量分类来穿上“新衣服”，不同容量的电芯对应了不同颜色的PVC封套，我们在这里看到了绿、蓝、粉等色。

　　生产过程三：首次充电和测试

　　注入电解液的电芯正负极表面状态并不稳定，必须通过首次充电才能够正常使用，这种首次充电称为化成。首次充电时需要充入额外的电量，在电极表面形成保护膜，其性质直接影响电池的性能和寿命，因此，化成工艺十分重要。电芯是化学品，为了保障使用安全和寿命，在出厂前需要确保三个一致性：容量一致、内阻一致、电压一致。

　　测试一：容量

　　新诞生的电芯先做5 个循环老化测试，剔除不能工作或容量有偏差的电芯。合格的电芯依据国家标准G B/ T18287- 2013《移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池组总规范》，按照0.2C进行放电测试：以合适的电流（最好小于0.5 C即1.3A）充电至4.2V，静置一段时间（15mi n以上）使电池温度接近室温且电池内极化基本消散。电压在4.18V~4.22V之间的电池采用0.2C放电至2.75V终止，达到所标注的容量，才算合格。C是倍率单位，以2600m A h电芯为例，0.2C则为520m A放电。试验次数5次，有1次容量达标试验结束。

　　测试二：内阻

　　现在电芯厂都通过内阻自动筛选机器筛选。18650电芯的三元材料，内阻在70mΩ以内，都算合格品；低于30mΩ的算是极品了。如果是磷酸铁锂或者钛酸锂，内阻能做到20mΩ以内。

　　测试三：电压

　　同一装箱里面的电芯电压出厂标准为3.7V±0.05，每一箱的电芯都做过三个一致性配对，不推荐跨箱使用，这也是国际通用方法。

　　除了一致性测试，每一个批次的电芯还需要抽查完成撞击、震动、穿刺等数十项破坏性测试，杜绝隐患，确保每一个批次的产品都能达到最佳品质。

　　在此次拜访学习即将结束时，笔者剖析了一支全新的18 6 5 0电芯，一探其内部安全结构。电芯的内部硬件设计有两重保护，分别是CID泄压安全阀和PTC热敏电阻。其中安全阀是每一颗电芯的标配，也是最重要的一道防爆屏障，没有之一。

　　既然18650电芯本身是如此安全，为何移动电源起火事故依然不算罕见呢？其原因就在移动电源本身。移动电源的外壳常采用塑料材质，而塑料本身是易燃物，遇到高温可能自燃。合格移动电源的USB输出有短路保护，但若其内部的镍片或连接导线短路，输出短路保护也无能为力。而电芯本身的PTC只是在电池本身过热之前能够切断电池的电流，由于电池的热容量很可观，升温较慢，或许在导线、镍片都烧红的情况下，电池还没有热到切断输出。这样烧红的镍片和塑料外壳接触，发生火灾也就在所难免了。合格的移动电源会对电芯到电路板的导体多重绝缘，且所用的绝缘体是耐高温300度的高温聚酰亚胺胶带和阻燃的青稞纸。加上适当的固定设计，防止机械冲击下导体移动或变形，从而最大限度地保证短路不会发生。特别是电芯的负极裸露在外，同时正极镍片也经过这里，需要特别增加绝缘保护，防止短路。

　　至此，一只18650电芯的诞生过程介绍完毕。随着等待装箱的货车，它们将被运往全国各地开启一段新的奇幻旅程，化作移动电源等数码外设来到你的手中。

　　Tips：安全阀的工作原理

　　当电芯内部由于过充电、短路等原因产生大量气体，气压升高到1.0~1.2Mpa时，安全阀上的碗型铝片会向上弹起，与下面的铝片脱离接触，使电路立即断开，若是压力继续上升，安全阀将破裂，使内部压力释放出来，避免爆炸。而方形软包封装的电芯，内部气压升高时，最常见的是“怀孕”鼓包现象。其次PTC热敏电阻，当电池输入输出电流过高时，PTC会发热升温，当温度达到预设值时，PTC电阻会突然增大，切断外界电流输入电芯或阻止电芯内部电流输出，让电芯停止工作。除了以上两者外，电池还有不为人知的第三道防线—隔膜。当电池升温到160℃以上时，隔膜中的微孔会闭合，使正负极被物理隔离，电池自然不会再输出电流。

　　文/图 cooldiy_cn、小妖