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邹小姐：13326633089 -
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动力(li)电(dian)池是电(dian)动车(che)的“心脏”，其(qi)使用寿(shou)命和(he)安全性被(bei)认(ren)为是电动车能否大规模普及的关(guan)键(jian)。其(qi)中动力电池中端(duan)面(mian)盖板的密封性又是决定动(dong)力电(dian)池的(de)(de)安全性能(neng)的(de)(de)关(guan)键，然(ran)而(er)目前国内主要(yao)新能(neng)源(yuan)材料(liao)研究重点(dian)关(guan)注的(de)(de)是锂离(li)子电(dian)池的(de)(de)正(zheng)极、负极、隔膜及电(dian)解质材料(liao)，往往对电(dian)池(chi)两电(dian)极极柱的封接问题少有涉及。动力电(dian)池(chi)的正、负(fu)极(ji)柱的密封不但与(yu)电(dian)池(chi)的安全性息息相关，而且对电(dian)池(chi)的能(neng)量密度(du)也有极(ji)大影(ying)响。
什么(me)是电(dian)池盖板(ban)和极柱？
一般电动汽车的能(neng)源是由(you)电池包或(huo)电池组(zu)提供的，包含若(ruo)干个电池单(dan)元通过串并联(lian)组合而(er)成(cheng)，作为电池单元的锂离子电池(chi)，其结构(gou)包括电芯、容纳电芯的电池(chi)壳(qiao)以(yi)及电池(chi)壳(qiao)一端的电池(chi)盖(gai)板组件。
成品电(dian)池（左）、电(dian)池结构示意图（右）
而盖板(ban)上(shang)的正负(fu)极柱(zhu)，就是(shi)成品电(dian)池(chi)(chi)对外部导通电(dian)路的正负(fu)极。一般电(dian)池(chi)(chi)盖板(ban)组件通过激(ji)光焊连(lian)接到电(dian)池(chi)(chi)壳体上(shang),其气密性容易得到保证,但电极极柱与电池盖板上通孔内壁之间(jian)的电(dian)绝缘密封材(cai)料是薄弱(ruo)环节,容易发生泄漏而影响电池寿命并产生安全隐患,最严重的情况是发生燃烧和爆炸。所以电(dian)池极柱的密(mi)封性(xing)、耐老化(hua)性(xing)、电(dian)绝缘性(xing)等(deng)具(ju)有(you)很重要(yao)的意义。
电(dian)池(chi)电(dian)极极柱的封接技术
1.塑料封(feng)接
电池电极极柱的(de)塑料密(mi)封技术(shu)是最(zui)早被采用的(de),因为塑料的电绝缘性好同时塑料的易变形性使得它能与接触面形成紧密物理接触,从而起到密封作用。
塑料封接技术已在动力电池中(zhong)应用了(le)近十(shi)年的时间,其优点是有良好的(de)电绝缘性、工艺(yi)简单(dan)、制(zhi)造成(cheng)本相(xiang)对较低。但塑料一般都(dou)容易老化(hua),且容易因为温度变化(hua)或震动时的交变应力而(er)造成较大形变(bian)，使密封效(xiao)果大大降(jiang)低，从而导致电解液泄(xie)漏(lou)或潮气(qi)渗入，引(yin)起安全问(wen)题。而且一般塑(su)料密(mi)封圈耐温性有限，当电池(chi)温度异(yi)常时，可能会(hui)熔(rong)化(hua)使内部可燃气体外溢而产生燃烧。这些问题使得塑料(liao)密封寿命和(he)安全性均有一定的不足。
常见的塑料(liao)密封结构(gou)
2.玻璃(li)封接
玻璃封接的核心(xin)在于构建穿贯件结构，它(ta)包括金(jin)属(shu)芯柱、金(jin)属(shu)环形密(mi)封盖和位于二(er)者之间的封接玻璃,其作用是电绝缘和密封。金属芯柱从密封盖上的孔插入，孔内壁和芯柱之间用封接玻璃进行密封。这样既有利于压缩型封接,也有利于匹配型封接。
常(chang)见的玻璃封接结构
玻璃封接(jie)技(ji)术(shu)的(de)最(zui)大(da)优点是玻(bo)璃与金属表面的(de)氧化膜能形成化学(xue)键结合,比起塑料密(mi)(mi)封(feng)的(de)(de)(de)物(wu)理密(mi)(mi)封(feng)气密(mi)(mi)性(xing)(xing)(xing)更好,此外(wai)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)或玻(bo)(bo)(bo)璃(li)陶瓷密(mi)(mi)封(feng)材(cai)料也(ye)具(ju)有优良的(de)(de)(de)电绝缘性(xing)(xing)(xing)。但缺(que)点是玻(bo)(bo)(bo)璃(li)的(de)(de)(de)强(qiang)度(du)(du)和韧性(xing)(xing)(xing)有限,还有玻(bo)(bo)(bo)璃(li)预制(zhi)体制(zhi)作(zuo)过程中(zhong)低温条件下排胶不净的(de)(de)(de)问(wen)题(ti),玻(bo)(bo)(bo)璃(li)与封(feng)接(jie)(jie)夹具(ju)的(de)(de)(de)粘结问(wen)题(ti),以及密(mi)(mi)封(feng)盖在焊接(jie)(jie)时封(feng)接(jie)(jie)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)容易(yi)受(shou)到热(re)冲击而(er)开裂的(de)(de)(de)问(wen)题(ti)等，导致玻(bo)(bo)(bo)璃(li)密(mi)(mi)封(feng)的(de)(de)(de)工(gong)艺(yi)难度(du)(du)较高。此外(wai)，单(dan)一的(de)(de)(de)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)材(cai)料很(hen)难承受(shou)住(zhu)电解(jie)液的(de)(de)(de)腐蚀作(zuo)用，必须要经过特(te)殊(shu)的(de)(de)(de)改性(xing)(xing)(xing)。
目前，在特(te)种(zhong)玻(bo)璃(li)(li)领域具有一(yi)百多年技术沉淀的(de)德(de)国(guo)肖特(te)集(ji)团是(shi)动力电池的(de)电极(ji)(ji)极(ji)(ji)柱玻(bo)璃(li)(li)封(feng)接的(de)先行者，针对电池密封(feng)性薄弱环节(jie)，肖特(te)创新(xin)性的(de)推(tui)出了玻(bo)璃(li)(li)-铝密封(GTAS)材料替代聚合物作为密封材料，改善动力电池的气密性。但该技术在国内起步不久，还有许多应用问题需要解决。
肖特玻璃(li)不锈钢/玻璃铝电极密封
3. 陶(tao)瓷金(jin)属(shu)化封接
陶瓷具(ju)备(bei)优越的电绝缘性和机械强度,在电子行业用做密(mi)封件(jian)已(yi)越来越普遍，近些年(nian)已(yi)逐(zhu)渐(jian)有龙头(tou)电池企(qi)业用陶瓷密(mi)封来代替常见的塑料密(mi)封，其代表性企(qi)业就(jiu)是比亚迪，拆开比亚迪的(de)“刀片电池”，可以看到电芯就是用的陶瓷密封，使安全性大大提升。
陶瓷与金属的(de)连接技术在锂(li)离子(zi)电池的(de)出现之前就已(yi)经是相当成熟(shu)了,所以采用陶瓷材料来封接电极的一般方法自然是先做陶瓷金属化,实现陶瓷表面的金属属性，然后进行(xing)钎焊焊接。
关(guan)于陶(tao)瓷(ci)与(yu)金属的封接(jie)有多种(zhong)方法，具体(ti)可详细(xi)看下文。
陶(tao)(tao)瓷用于功率器件的关键工艺：金属与(yu)陶(tao)(tao)瓷封接
电极极柱陶瓷密封
陶(tao)(tao)瓷密封环充分发挥陶(tao)(tao)瓷材料(liao)的高(gao)(gao)(gao)绝缘(yuan)、高(gao)(gao)(gao)强(qiang)度(du)(du)、耐(nai)高(gao)(gao)(gao)温、耐(nai)老化(hua)、耐(nai)腐(fu)蚀等特性(xing)，通过金(jin)属化(hua)焊接后具备良(liang)好的气密性(xing)，且极耐(nai)高(gao)(gao)(gao)温，能承受得住急剧的温度(du)(du)变化(hua)，机械强(qiang)度(du)(du)高(gao)(gao)(gao)，封接处尺寸(cun)公差小，使用寿命(ming)和安全(quan)性(xing)大大提升。但陶(tao)(tao)瓷金(jin)属化(hua)封接技术涉及钎焊料(liao)的使用,容易导致陶瓷绝缘体与被封接的金属基体之间存在多层界面,使界面因为热膨胀系数的不匹配而开裂，影响密封性。因此活性钎料开发、钎焊工艺研究和构件结构设计等，是动力电池研发和生产中存在的陶瓷与金属封接关键技术难题。
目(mu)前(qian)，该领(ling)域(yu)由娄底市安地亚斯公司(si)领(ling)先(xian)市场，产品采用高纯氧(yang)化铝陶瓷及厚膜镀(du)镍(nie)工艺技(ji)术(shu)生产，适用于钎焊铜和铝等不同材质。
电池极柱(zhu)陶(tao)瓷密(mi)封环
总(zong)结
先进(jin)(jin)陶(tao)瓷(ci)材(cai)料凭借各项优越性能(neng)，已(yi)逐渐在(zai)多(duo)种新兴(xing)领域呈现替(ti)代传统材(cai)料的(de)(de)(de)趋(qu)势，许多(duo)产(chan)品(pin)(pin)性能(neng)提升的(de)(de)(de)契机(ji)往往就在(zai)一(yi)些(xie)关(guan)键处(chu)的(de)(de)(de)材(cai)料和工艺(yi)改善。陶(tao)瓷(ci)密(mi)封(feng)(feng)(feng)环的(de)(de)(de)使用有望对(dui)长(zhang)久以来的(de)(de)(de)塑料密(mi)封(feng)(feng)(feng)进(jin)(jin)行全(quan)面替(ti)代，也(ye)或许将来会出现融(rong)合了几种方式优点的(de)(de)(de)组合式封(feng)(feng)(feng)接(jie)技术，这些(xie)都(dou)离不开对(dui)工艺(yi)的(de)(de)(de)持续性研究，以实(shi)现更(geng)佳的(de)(de)(de)密(mi)封(feng)(feng)(feng)解决方案，使动(dong)力电池产(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)性能(neng)得到(dao)进(jin)(jin)一(yi)步提升。
参(can)考来源：
1. 动力锂离子(zi)电(dian)池玻(bo)璃封接技术的专利文献综(zong)述(shu)，缪(mou)锡(xi)根、潘华路(lu)、申亮、缪(mou)波、何纪生（中澳科创(深圳)新材料有(you)限公司）；
2. 动力电池电极连接密封(feng)材料的发展。
粉体圈(quan) 小吉
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