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鄒小姐：13326633089 -
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動力電池是電動車的“心臟”，其使用壽命和安全性被認為是電動車能否大規模普及的關鍵。其中動力電池中端面蓋板的密封性又是決定動力電池的安全性能的關鍵，然而目前國內主要新能源材料研究重點關注的是鋰離子電池的正極、負極、隔膜及電解質材料，往往對電池兩電極極柱的封接問題少有涉及。動力電池的正、負極柱的密封不但與電池的安全性息息相關，而且對電池的能量密度也有極大影響。
什么是電池蓋板和極柱？
一般電動汽車的能源是由電池包或電池組提供的，包含若干個電池單元通過串并聯組合而成，作為電池單元的鋰離子電池，其結構包括電芯、容納電芯的電池殼以及電池殼一端的電池蓋板組件。
成品電池（左）、電池結構示意圖（右）
而蓋板上的正負極柱，就是成品電池對外部導通電路的正負極。一般電池蓋板組件通過激光焊連接到電池殼體上,其氣密性容易得到保證,但電極極柱與電池蓋板上通孔內壁之間的電絕緣密封材料是薄弱環節,容易發生泄漏而影響電池壽命并產生安全隱患,最嚴重的情況是發生燃燒和爆炸。所以電池極柱的密封性、耐老化性、電絕緣性等具有很重要的意義。
電池電極極柱的封接技術
1.塑料封接
電池電極極柱的塑料密封技術是最早被采用的,因為塑料的電絕緣性好同時塑料的易變形性使得它能與接觸面形成緊密物理接觸,從而起到密封作用。
塑料封接技術已在動力電池中應用了近十年的時間,其優點是有良好的電絕緣性、工藝簡單、制造成本相對較低。但塑料一般都容易老化,且容易因為溫度變化或震動時的交變應力而造成較大形變，使密封效果大大降低，從而導致電解液泄漏或潮氣滲入，引起安全問題。而且一般塑料密封圈耐溫性有限，當電池溫度異常時，可能會熔化使內部可燃氣體外溢而產生燃燒。這些問題使得塑料密封壽命和安全性均有一定的不足。
常見的塑料密封結構
2.玻璃封接
玻璃封接的核心在于構建穿貫件結構，它包括金屬芯柱、金屬環形密封蓋和位于二者之間的封接玻璃,其作用是電絕緣和密封。金屬芯柱從密封蓋上的孔插入，孔內壁和芯柱之間用封接玻璃進行密封。這樣既有利于壓縮型封接,也有利于匹配型封接。
常見的玻璃封接結構
玻璃封接技術的最大優點是玻璃與金屬表面的氧化膜能形成化學鍵結合,比起塑料密封的物理密封氣密性更好,此外玻璃或玻璃陶瓷密封材料也具有優良的電絕緣性。但缺點是玻璃的強度和韌性有限,還有玻璃預制體制作過程中低溫條件下排膠不凈的問題,玻璃與封接夾具的粘結問題,以及密封蓋在焊接時封接玻璃容易受到熱沖擊而開裂的問題等，導致玻璃密封的工藝難度較高。此外，單一的玻璃材料很難承受住電解液的腐蝕作用，必須要經過特殊的改性。
目前，在特種玻璃領域具有一百多年技術沉淀的德國肖特集團是動力電池的電極極柱玻璃封接的先行者，針對電池密封性薄弱環節，肖特創新性的推出了玻璃-鋁密封(GTAS)材料替代聚合物作為密封材料，改善動力電池的氣密性。但該技術在國內起步不久，還有許多應用問題需要解決。
肖特玻璃不銹鋼/玻璃鋁電極密封
3. 陶瓷金屬化封接
陶瓷具備優越的電絕緣性和機械強度,在電子行業用做密封件已越來越普遍，近些年已逐漸有龍頭電池企業用陶瓷密封來代替常見的塑料密封，其代表性企業就是比亞迪，拆開比亞迪的“刀片電池”，可以看到電芯就是用的陶瓷密封，使安全性大大提升。
陶瓷與金屬的連接技術在鋰離子電池的出現之前就已經是相當成熟了,所以采用陶瓷材料來封接電極的一般方法自然是先做陶瓷金屬化,實現陶瓷表面的金屬屬性，然后進行釬焊焊接。
關于陶瓷與金屬的封接有多種方法，具體可詳細看下文。
陶瓷用于功率器件的關鍵工藝：金屬與陶瓷封接
電極極柱陶瓷密封
陶瓷密封環充分發揮陶瓷材料的高絕緣、高強度、耐高溫、耐老化、耐腐蝕等特性，通過金屬化焊接后具備良好的氣密性，且極耐高溫，能承受得住急劇的溫度變化，機械強度高，封接處尺寸公差小，使用壽命和安全性大大提升。但陶瓷金屬化封接技術涉及釬焊料的使用,容易導致陶瓷絕緣體與被封接的金屬基體之間存在多層界面,使界面因為熱膨脹系數的不匹配而開裂，影響密封性。因此活性釬料開發、釬焊工藝研究和構件結構設計等，是動力電池研發和生產中存在的陶瓷與金屬封接關鍵技術難題。
目前，該領域由婁底市安地亞斯公司領先市場，產品采用高純氧化鋁陶瓷及厚膜鍍鎳工藝技術生產，適用于釬焊銅和鋁等不同材質。
電池極柱陶瓷密封環
總結
先進陶瓷材料憑借各項優越性能，已逐漸在多種新興領域呈現替代傳統材料的趨勢，許多產品性能提升的契機往往就在一些關鍵處的材料和工藝改善。陶瓷密封環的使用有望對長久以來的塑料密封進行全面替代，也或許將來會出現融合了幾種方式優點的組合式封接技術，這些都離不開對工藝的持續性研究，以實現更佳的密封解決方案，使動力電池產品的性能得到進一步提升。
參考來源：
1. 動力鋰離子電池玻璃封接技術的專利文獻綜述，繆錫根、潘華路、申亮、繆波、何紀生（中澳科創(深圳)新材料有限公司）；
2. 動力電池電極連接密封材料的發展。
粉體圈 小吉
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