ATL封装手册.docx
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ATL封装手册
1.封装的用途及基本原理
1.1封装的用途
1.2封装的基本原理
1.2.1封装材料的结构
1.2.2封装原理
1.
3主要封装工序
2.1几种常见的封装材料
2.2设备的工作原理……
2.3设备参数的选择……
2.4工艺参数的选择……
2.4.1温度
2.4.2时间
2.4.3压力
2.5ProcessStructure***SOP
3.封装工艺的控制及效果检查
4.常见的封装失效模式
4.1分层
4.2电阻坏品、腐蚀
4.3胀气
4.4顶封起皱、鼓泡
5.封装可靠性评估
6.封装材料的判断
7.封装工序FMEA
故障6：
真空度不够
产生原因：
（1）总的真空管路系统真空度不够
（2）拆装封腔过程中没有装配好或是密封硅胶损坏而导致密封不良
（3）真空电磁阀损坏或电磁阀内部电解液过多导致堵塞
解决方法：
（1）检查管路系统的真空度，确认系统问题后及时找厂房维修
（2）重新装配封腔，更换密封硅胶
（3）更换新的电磁阀或拆下电磁阀后清洗电磁阀内腔
故障7：
不抽真空
产生原因：
（1）真空电磁阀的电感线圈损坏导致电磁阀没有动作
（2）上压腔的气缸动作传感器损坏或没有感应到而导致电磁阀没有
指令信号
（3）真空表的设置错误导致信号终止
解决方法：
（1）更换电磁阀的电感线圈
（2）更换传感器或重新调整传感器的位置
（3）重新校正真空表的设置
2.3设备参数的选择
封头的选择
封头有两种，一种是用于Topsealing的顶封封头，一种是用于Sidesealing和Degassing
封装的侧封封头。
顶封封头主体示意图（侧视图）
顶封封头俯视示意图
图5
各标示点注释：
b宽度由电芯Tab设计中心矩决定，可参考《封头履历表》
2c为封头凹槽深度，由Tab厚度决定，常见对应数据如下表2所示，在本
节后面附计算方法
Tabthickness（mm）
0.1
0.08
0.05
Groovedepth（mm）
0.23±0.01
0.22±0.01
0.18±0.01
d为顶封封头的辅助加热块，由于Tab和Sealant的存在，顶封热量容易损
失，所以在上、下封头各有一与封头联结的加热块，用于在封装过程中压
住Tab给予Tab一定的热量，从而达到好的密封效果。
结构：
下封头辅助加热块与封头一体固定，其平面与封头凹槽持平；上封
头辅助加热块由弹簧控制，要求其必须高出封头约1mm,才能保证在封头
下压后它能够压紧TaboAl转Nitab后厚度发生变化，在辅助加热块上此
位置处有大约0.02mm的凹槽。
要点：
上封头与弹簧配套的两根小铜棒必须为光滑状，否则弹簧易被卡助,
达不到辅助加热Tab的目的。
侧封封头示意图（侧视）如图6
图6
图6中，封头尺寸由电芯尺寸决定（可参考《封头履历表》），上封头封装截面为平面
下封头封装截面有两个凹槽：
a称为避胶槽，其尺寸参考《封头履历表》
b称为Stopper,其高度由电芯所使用的包装铝箔类型、厚度决定，表3给出了常用的
Thickness〜Stopper对照数值，其原理算法将附在本章节后面。
表3
FoilTypes
FoilThickness（mm）
StopperDepth（mm）
PFR-001-05/PFR-001-04
0.15
0.25±0.01
PFR-002-05
0.11
0.18±0.01
Stopper作用是可以有效控制PackingfoilPP的变形率，达到比较好的封装性能，同时
可保证电芯有比较好的电阻性能。
备注：
在侧封封头内侧有一个倒角。
附：
侧封头Stopper高度和顶封头凹槽深度的原理计算
附1：
侧封头Stopper高度与Packingfoil厚度关系计算方法
设PP厚度为a；PP变形率为b；Nylon、Al等厚度为c；Stopper高度为h,则计算公式
为：
h=2a（l-b）+2c
附2：
顶封头凹槽深度与Tab厚度关系计算方法
设PP厚度为a；PP变形率为b；Nylon、Al等厚度为c；Sealant厚度为d；Tab；厚度
为e；顶封Tab位变形率为f；凹槽深度为h,则计算公式为：
e+2（a+d）（1-f）+2c=h+2c+2a（1-b）
即h=e+2（ab-af+d-df）
如：
以PFR-002-05及0.1mm厚度Tab为例
Stopperh=2*0.08*（1-0.3）+2*0.07=0.252mm
凹槽h=0.1+2*（0.08*0.3-0.08*0.2+0.075・0.075*0.2）=0.236mm
封头的检查
封头在使用一段时间后，由于上下封头不断的碰撞磨损，封头的Stopper和凹槽可能会
有一定程度局部磨损，尤其是侧封封头，其Stopper一般较长，下封头长时间受上封头的力
后极易发生磨损。
为保证封头的精确性，一般每周对封头Stopper和凹槽进行一次平行度检
查，在使用25〜30万次后进行一次返修。
另在调整或使用新封头，也需要根据尺寸要求对封
头进行检查。
ATL目前通常采用一下两种方法对Stopper和凹槽进行检查确认：
塞尺法
侧封头检查：
选择合适尺度的塞尺放入侧封封头Stopper之间，将上封头手动下压后，
左右拉动塞尺检查Stopper间隙是否合格。
判断标准如下：
表4
Stopper高度
塞尺厚度（nim）
检查要求
0.25mm
0.24
塞尺可通过Stopper间的每一个区域
0.26
Stopper被抬起，且两端Stopper间隙相当
0.18mm
0.16
塞尺可通过Stopper间的每一个区域
0.19
Stopper被抬起，且两端Stopper间隙相当
顶封头检查：
选择0.02mm的塞尺，放在封头无槽位置，要求在整个封头上能够受力均
匀。
复写纸法
侧封头检查：
按照目前两种Stopper高度的封头，对复写纸和打印纸有不同的要求。
Stopper0.25mm,将封头温度调整到70±10°C左右，在三层打印纸中夹两张复写纸,
放在下封头上，手动将上封头打下压在复写纸上约Is,将封头抬起，检查封头留在打印纸上
的印痕。
Stopper为0.18mm,将封头温度调整到70±10°C左右，在两层打印纸中夹一张复写纸,
放在下封头上，手动将上封头打下压在复写纸上约Is,将封头抬起，检查封头留在打印纸上
的印痕。
顶封头检查：
将封头温度调整到70±10°C左右，在两层打印纸中夹一张复写纸，放在
下封头上，手动将上封头打下压在复写纸上约Is,将封头抬起，检查封头留在打印纸上的印
痕。
附：
打印纸封头印痕判断方法，主要不良如下：
令印痕太黑。
原因是温度过高或者压下时间长，不能发现问题，需要重新制作样品；
G印记一边深一边浅。
原因是封头两不平行，需要调整平行后再验证；
0印记一边清晰整齐一边模糊。
原因是一边有倒角模糊或者沿宽度方向倾斜。
要求调
机再验证；
器印记两边整齐清晰，中间模糊。
原因是封头变形。
要求将封头卸下进行返修打磨;
G印记清晰，均匀，中间有些花纹但是也均匀，没有过黑现象，封头平行度0K。
封头平行度印痕不良图示举例
夹具的选择
顶封夹具：
a.是用于Loading裸电芯和Pocket进行封装，需要根据电芯的尺寸选择调
整夹具的限位，调整夹具Tab中心矩时，必须合适，保证Loading电芯时两
Tab能够刚好在夹具对应位置，电芯tab且不可发生扭曲，否则在顶封极易
导致Nitab与包装铝箔Al发生短路，造成电芯腐蚀。
b.目前ATL顶封夹具Tab槽位处都配有Sealant胶挡位块，目的是在顶封
控制Sealant外露长度，避免电芯最终长度超出Spec.
c.夹具压板，对于M6S卷绕电芯一般使用size较大，可防止顶部错位，封
边起皱等。
平板调节：
平板位置必须要与夹具、封头等匹配，否则易发生起皱，注意螺丝的调节
度。
平衡垫块的选择：
Degassing机器转盘区域必须加有一定高度的垫块，防止在封装时机
盖板过度挤压电芯，或电芯受力不均匀，导致电芯出现外观问题或其他性能
问题。
垫块高度与所生产的电芯高度相同，一般要高出电芯1〜2mm。
刺刀选择：
按经验来说，进行Degassing封装时，刺刀加密和刺刀位置的选择对电芯
封装有一定的好处，在抽真空过程中，电芯内部残留电解液杂质会随气体
均匀抽走，不易在封边处发生堆积，降低封边分层的可能性。
气缸选择：
按经验规则是，长度100mm及以上的电芯一般选择大缸径的气缸，直径大
概在40mm以上；长度较小的电芯选择比较小缸径的气缸，一般选择直径
为32mm或20mm直径的气缸，若电芯封边起皱，也可尝试换成大缸径气
缸进行试验。
2.4工艺参数的选择
我们知道包装铝箔为铝塑复合膜，是给其一定的温度、时间和压力使它内层的PP熔化
黏结在一起达到密封的目的。
在保证封头各结构性能尺寸参数都复合条件的情况下，还必须
要达到一定的温度才能使PP熔化，一定的压力和时间才能进行融合凝结，本章节主要介绍
了制定温度、时间和压力参数的依据，一些试验原理及参数对封装性能的影响。
这里先列出ATL常用的包装铝箔的封装参数（Top&Sidesealing、Degassing），供参
考：
表5.Topsealing顶封、侧封封装参数表
Foil类型
封头要求
Tab类型
热封时间
顶、侧气压
设定温度
顶封
侧封
顶封
侧封
顶封
侧封
PFR-001-05
PFR-002-05
PFR-001-04
Tab加热
ALL
3S
3S
0.3MPa
0.4MPa
185°C
180°C
表6.Degassing封装参数表
Foil类型
封头
Stopper
封头
Teflon
封头气
缸压力
封装真空度
真空保持
时间
封装时间
封头设定温度
PFR-001-05
No
Yes
0.6Mpa
w—90.0KPa
4s
6s
200°C（上/下）
PFR-002-05
Yes
Yes
0.6Mpa
W—90.0KPa
4s
6s
200°C（上/下）
PFR-001-04
Yes
No
0.6MPa
W—90.0KPa
4s
6s
180°C（上/下）
备注：
PFR-001-05、PFR-002-05和PFR-001-04这三种包装铝箔PP的熔点经DSC测试，
基本一样，都分布在160。
（2左右，因此使用相同的温度参数。
在早期，ATL使用无Stopper
的侧封封头，需要在封头表面贴有Teflon胶布防止封边受过度挤压。
温度、时间参数的选择
我们已经知道封装PP的熔点，必须要保证封装温度超过其熔点，才能使其熔化达到好
的封装效果，我们设定的是封头的温度，而热量需要经过Nylon和A1才能传递到PP,还需
要排除其他散热损失的影响，即必须使封装过程中PP所收到的实际温度超过其熔点一定的
范围，才会保证PP受热熔化处于稳定的温度状态。
为测量PP在受热熔化过程中的实际温度，我们使用Tracker（HIOKI8420-51MEMOERY
HiLOGGER）进行封装实际温度的测量，为准确地测量，使用的测量探头为两种专用细金属
丝，先介绍一下测量原理:
图7测量示意图
测量记录设备可以每0.01s自动记录一次温度数据，测量导线被完全封装在两层PP中
间，因此得到的温度〜时间数据曲线为PP的封装实际熔化温度曲线。
从以上数据关系图可以看出，封头温度为175。
。
仪器所测量的PP实际受热温度温度
由室温上升到160°C（PP熔化温度）大概需要0.8s,在160°C~165°C间维持1.2s；封头温
度为180°C,PP受热实际温度由室温上升到160°C大概需要0.4s,维持在此温度上l.6s,最高
温度在170°C,热量由封头传递到PP,温度损失了将近10°C.
考虑到机器设计的偏差，给予封头温度±5°C的偏差，所以若封头温度为175。
。
就会
PP受热温度不够的可能性，导致封装不良。
为保证顶封PP、Sealant与Tab的良好黏结及
Tab的散热损失，将顶封的温度选定为185°C且需要对封头进行辅助加热。
经试验证明封头
温度过高会造成PP破损加剧，电阻坏品增加。
另温度在195。
。
以上时，Nylon会老化发黄,
影响到其性能。
从温度曲线可以看出，随着封装时间的延长，PP受热温度维持在最高水平的时间越长,
PP熔化黏结的效果越好，但PP的变形也越大，如下四副侧封边横截面剖视图（在X700显
微镜下观察）
180°C/3s/0.4Mpa
180°C/2s/0.4Mpa
黏结时融合较好，封边处
有良好的PP堆积保证有
好的电阻
但从下面顶封的温度（185°C）曲线来看，，封装时间为2s‘Sealant封装部位温度在140°C
（DSC测量ATL所用Sealant熔点为140°C左右）以上的时间明显非常短，对比3s的封装
时间曲线，可以看出它有比较好的时间进行融合
Topsealing2s
Topsealing3s
Temprisecurve
PP&PPattopsidePP&SealantatALtab
Time/s
由于Degassing在后工序Forming进行，Degassing边的包装铝箔PP已经经过了长时间
的电解液浸泡，在Formation及Baking等工序可能产生凝胶等，PP的融合黏结性能会变
差。
经大量的试验证明，在上下封头上贴Teflon,下封头Teflon在Stopper上，电芯的封装
效果会很好。
下面图示为上下封头贴Teflon,温度均为200°C,封装时间为6s的温度变化曲线。
Vacuum阶段，机器真空腔会闭合，同时下封头带动刺刀上来刺传Pocket,由于下封头的
热传导，PP温度会稍有上升，在Sealing阶段，上封头下来与下封头闭合进行热压，6s
时间内需要大概1.3s达到PP的熔化温度，其余时间用于进行封装。
Teflon会导致热量的损失，所以温度由180°C调整到200°C。
Degassingtemperaturetrend
压力参数
封边所受到的压力F与气缸直径d、压强参数m的关系为：
F=兀*（d/2）*（d/2）*m*N
N为固定系数。
气缸直径越大，电芯封边所受的压力越大，一般来说，32mm缸径选择
0.6Mpa的压强，50mm缸径选择0.4Mpa的压强。
真空度的选择
在ATL早期生产过程中，需要进行真空抽出电芯内部气体的共有3道工序，即：
Injection~Vacuumsealing~►Standby~FormationI~re-degassing—FormationII
—►—►
BakingDegassing
Vacuumsealing>Pre-degassing和Degassing需要进行抽真空，由于工艺及产品性能的改
进，目前只有Vacuumsealing和Degassing两道工序，已经取消了Pre-degassing,Formation
只进行一次。
Vacuumsealing为在Dryroom进行灌液真空静置后，进行封口前抽掉内部空气
防止影响到电芯的化成，进而影响到电芯的性能。
当然此工序真空度也不可过高，以避免电
解液被抽出。
一60Kpa〜-40Kpa己经能够很好满足要求。
DegassingI序，电芯已经彻底完成活化，以后的充放电不会再产生气体，所以为保证
电芯的使用性能，在此工序必须要抽出内部所有气体，采用<-90Kpa的真空度，进行4s钟
抽气过程。
做完Degassing的电芯内部真空度达到一40Kpa一下，一般对P1及M6S工艺电
8.附录
1.封装的用途及基本原理
1.1封装的用途
电池的使用过程是一个不断充电放电的过程，电芯内部在不断的进行动态的电化学
反应，电芯内部存有多用有机溶剂和遇水、氧等能迅速分解产生大量氢氟酸的电解质锂
盐，一旦电芯内部HF含量过高，电芯电性能（如容量、循环寿命、放电平台等）会发
生损耗，严重影响电芯的使用。
由于内部有机溶剂的存在，必须要求软包装材料能够抵挡有机溶剂的溶胀、溶解、
吸收等，同时由于聚合物锂离子电芯的高性能表现，要求其软包装材料对氧、水分的阻
隔比普通的铝塑复合膜高上万倍。
使用这种高阻隔性的软包装材料将聚合物锂离子电芯
极片、电解液与外部环境完全隔绝，使其内部处于真空、无氧、无水的环境，才能保证
聚合物锂离子电芯的高性能使用要求，有这层包装的存在，电芯才能正常使用，若包装
失效，电芯使用寿命即终止，导致报废。
1.2封装的基本原理介绍
1.2.1封装材料的结构
我们使用的软包装材料（包装铝箔）结构上主要分为三个部分：
Nylon、Al和PP,
其示意图如下:
电芯，真空度可以达到一60Kpa一下，可以在抽真空测量系统测得。
箔具备良好的形变能力。
够防止外部对电芯的损伤。
备注：
经大量实验证明，Degassing机器真空度在一85Kpa以下、4s钟抽气或一90Kpa
以下，2s钟抽气，基本不会影响电芯内部的真空度和使用性能。
2.5Processstructure....SOP
Topsealingprocess
Topsealing工序由三个小工序组成：
电芯Loading工序，Sealing工序，电芯Unloading
工序，每道小工序由一个员工操作，共三个作业人员，机器为感应器感应进行封装操作，有
转盘机和普通机两种，转盘机可同时进行两次顶封，两次侧封。
普通机有两种机型，一种是
顶、侧封同时操作，一种是顶、侧封可以分开操作。
Loading工序：
将裸电芯Bi-cell和空Pocket分别使用操作台面的吸尘器进行吸尘处理，
将Bi-cell放置在Pocket坑内，再loading在顶封夹具并进行调整对位，注意Tab要准确放入
槽位，不能发生扭曲，Sealant外露要合乎规格要求，顶部Pocket不能错位。
Sealing工序：
先进行顶封操作，再进行侧封操作，注意封装过程中不可使感应器感应，
否则会造成假封装；
Unloading工序：
将作好顶封、侧封的电芯从夹具上取下，并进行目视检查。
检查项目有:
侧封未封区，顶封未封区，Sealant外露，顶边错位，封印尺寸。
Topsealing工序操作流程
第一步：
清洁并开机检查
•打开电源，打开压缩空气阀，设定封头气缸压力，封头温度以及封装时间；
•检查机器手动、自动状态下封头和平板动作是否正常；
•手动：
正常状态平板不动或没有下降到位情况下，按上封头不能动作；
•自动：
正常状态平板下降到位后上封头才能自动打下，反之属异常；
•每班生产前检查顶封夹具（侧边挡条，压把等）、挡胶块是否弯曲受损变形或断裂，若
有变形或受损现象，立即更换；
•每班生产前需用Master校验顶封夹具，观察Master是否可松紧适当地放入夹具定位区
域及挡胶块Tab定位槽内，夹具顶边与挡胶块的距离是否符合Mastersealant位置尺
寸；
•测量封头热封面温度并作好记录（此项由生产部专人负责以确保测量的一致性）；
•检查顶封Teflon胶布表面是否有起皱、破损、粘结不牢、严重变色现象，发现以上情
况需及时更换Teflon胶布；（封头贴Teflon进行本操作）
第二步：
首件制作
Loading电芯,将铝箔袋对折，使上下边对齐，放入夹具定位，Tab保持平行并放入定
位槽中；
调节Sealant高度，使Sealant露出包装袋上边缘约0.2~0.5mm；
将夹具置于热封机工作台上定位,启动封装机，对电池进行封装；
取出电池，检查封装平行度，槽位印，未封区，封装外观，Tab距电芯主体边距离等，数据
记录在首件评估表；
第三步：
正常生产
首件填写完毕，经技术员及技术员以上工程人员确认0K后开始量产；
量产时，发现封装异常,停止生产并立即汇报当班技术员和工程师，调试0K后，重新制作
首件，确认0K后，再进行生产（调机时生产的货MRB）.
封装完成后从夹具上取下电芯，检查Sealant外露，封印尺寸外观等是否符合要求，并
根据好坏品分开放置。
质量控制要求
顶封和侧封靠外靠内的未封区区域是否符合要求；
PP胶是否粘封头，金属tab上是否有PP胶溢出；
实测温度需在设定温度±5°C范围内，顶封辅助加热块设定温度和顶封封头温度相同，
夹具放整齐；
封头热封面的温度为封头实测温度（热封头和温度感应头均不贴Teflon）；
调节温度控制器的补偿值之前必须严格测试封头温度，并记录在调机记录表中；
拉力测试不可斜拉，须将测试样放正才可固定进行测试，拉力测试频次：
每台机每班1
次；
如连续三次拉力测试不0K,需知会相关工程师进行及时的处理；
新品种开拉要测拉力，所有拉力测试结果须技术员及技术员以上工程人员确认后方可开
始量产，所有拉力测试的拉速选择中速；
Tab拉力测试样品，必须保证Tab侧面无sealant此时测出的拉力值即为tab与sealant
的真实拉力；
封装机上下封头的重合度偏离不能超过0.2mm,夹具凹槽与封头凹槽应该处于同一水平
位置；
异常质量处理：
因停电停气压停机，恢复正常后，需重新测温，确认相关参数，并重做
平行度测试;
•顶封的载料盘子底部必须要垫一层Inrni厚和白色硅胶防止电池打滑产生不良。
Topsealing辅料及工夹具
物料（含辅料）清单
工夹具清单
序号
名称
数量
序号
名称
数量
1
pocket
1
剪刀
1把
2
裸电芯
—
2
钢尺
1卷
3
Teflon
—
3
测温仪
1套
4
复写纸
—
4
塞尺
1把
5
5
游标卡尺
1把
6
6
封装手柄
4把
7
7
拉力器
1台
安全操作要求
•封头在工作时，在高温条件下，不可触摸，以免烫伤;
•操作时手不能轻易放在封头下，以避免手被压；
•严禁两人同时操作一台机器；
Vacuumsealing
一机一人，机器为Singlebar机，采用手动双按钮控制操作。
需要注意的是封印的清
晰度和封印的重合情况。
Degassing
一机一人，为圆盘转动机器，根据电芯长短和封头长度决定所放置电芯的数量，小电芯
可以放置两个，大电芯放置一个。
采用双按钮控制操作。
机器的运转过程如下：
上下腔体合
并——►开始真空抽气——下封头上来，刺刀刺破Pocket——►保持4s真空抽气——►
上封头下压，进行6s封装一腔体充气，封头分离，完成封装操作。
Visual电芯的封印
和未封区等情况。
Degassing标准操作过程
第一步：
清洁
•每半小时清洁真空腔、上压板、刺刀压板一次。
•每2小时更换抹布1次，确保每次用无污物的抹布对机器进行清洁，避免交叉污染。
•每半小时清洁剪刀一次。
（如有刺刀
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