鋰離子電池是目前數(shù)碼領域使用最多的電池。其最突出的優(yōu)點是能量密度高，適用于非常重視體積、便攜的數(shù)碼產(chǎn)品。同時，相關于以往的干電池，鋰離子電池可以循環(huán)利用，在環(huán)保方面也有優(yōu)勢。鋰離子電池的正負極材料都可以吸收、釋放鋰離子。

但是鋰離子在正極和負極中的化學勢能有所不同。負極中的鋰離子化學勢能高，正極中的鋰離子化學勢能低。鋰離子放電時，負極中存儲的鋰離子釋放出來，被正極所吸收。由于負極中鋰離子的化學勢能高于正極，這部分勢能差就以電能的形式釋放出來。充電過程則是上述過程的逆轉，將正極中的鋰離子釋放到負極中。由于這種鋰離子在正負極中的來回遷移，鋰離子電池又被稱為搖椅電池。

電芯的生產(chǎn)過程一：涂布

一整卷涂布完成的正負極材料寬約126mm，接下來還要裁剪成寬度約18mm的7小卷，每卷都會均勻分成若干段，每一段代表一顆電芯所需的用料。據(jù)電芯廠工程師徐工介紹，目前三元正極材料每噸售價為12萬元，每噸材料可以用于生產(chǎn)5萬只電芯；當前電芯產(chǎn)量日均50萬只，要用到10噸三元正極材料，光這一項開支每日就要60萬元。

自動化的機器將每段打上鎳帶和絕緣耐高溫的麥拉片（Mylar），下一步進行5個級別的稱重，分別是偏重、A1、A2、A3、偏輕。這個跟CPU晶圓選擇相同，同一批切割工藝，也會出現(xiàn)不同體質，根據(jù)不同體質再分出對應容量，配對出貨。

電芯的生產(chǎn)過程二：組裝

這家電芯廠分為三棟樓，其中一棟三層是生產(chǎn)線，另外兩棟是辦公室和宿舍。生產(chǎn)線一樓涂布、二樓組裝、三樓測試。參觀完一樓后，進入二樓的組裝環(huán)節(jié)。

分類好的正極和負極，將在這里完成全自動卷包，白色的材質是隔膜。電芯這樣還不能正常工作，要加入電解液作為媒介，讓正負極發(fā)生化學反應，鋰離子才能夠在正負極之間遷移，出現(xiàn)電荷離子輸出能量鋰離子電池才能進行充放電。自動化卷包好后直接滾落在了流水線上，進入下一個組裝步驟裝入鋼殼。

鋼殼是一體沖壓成型，厚度不足1mm，因此對鋼材強度質量要求很高，這家電芯廠選用的是進口韓鋼材料。

這一步將負極極耳與鋼殼底部通過點焊的方式連接。該廠采用了日系Miyachi激光點焊機，確保了點焊精度和產(chǎn)品質量。點焊機無法焊接鋼殼底部，組裝小妹的手中有一個銅釘，先從預留的小洞插入底部，然后放入點焊機，咔嚓一下，負極就打好鎳帶與鋼殼底部連接好了。

電解液在密封箱充滿惰性氣體氬氣的手套箱中內(nèi)注入，密封箱手套內(nèi)氧氣濃度必須低于10ppm（接近無氧真空環(huán)境），防止電極氧化。電解液氬氣通過循環(huán)凈化裝置輸入密封箱，裝置里頭有催化劑和還原劑氫氣，通過氫氧反應生成水可以把氧氣除去。同時，裝置中的干燥劑吸收水分，保證箱內(nèi)氣氛的干燥。

注入電解液后的電芯，已經(jīng)通過激光焊接將蓋帽與鋼殼連為一體。一排排整齊有序的堆放著，整裝待發(fā)。

一只新的電芯就這樣誕生了。每一只電芯都要穿上按容量分類的新衣服PVC套管。

不同的容量對應了不同的PVC封套，這里我們看到了綠、藍、粉等多個色，豐富的外觀顏色增添了電芯時尚感。

電芯的生產(chǎn)過程三：首次充電和測試

電芯在注入電解液后，實際上還沒有存上電，而且此時正負極表面的狀態(tài)也沒有達到穩(wěn)定，必須通過首次充電才能夠正常使用，這種首次充電稱之為化成。首次充電時要充入額外的電量，用來在電極表面出現(xiàn)保護膜，這層保護膜正是鋰離子電池低自放電的奧秘所在。同時，保護膜的性質也影響電池的性能和壽命。因此，化成工藝十分重要。化成采用分容柜完成。

電芯是化學品，為了保障使用安全和壽命，在出廠前要做好配對按盒分裝，每盒200只。確保三個一致性：容量一致、內(nèi)阻一致、電壓一致。如此方能正常出廠，否則把被打入冷宮，淪為B級、C級電芯。

第二個測試，內(nèi)阻。現(xiàn)在電芯廠都配有內(nèi)阻自動篩選機器，可流水線篩選。18650三元材料，內(nèi)阻在70毫歐以內(nèi)，都算合格品；低于30毫歐的算是特挑優(yōu)品了。假如是磷酸鐵鋰或者鈦酸鋰，內(nèi)阻能做到20毫歐以內(nèi)。

第三個測試，電壓。同一裝箱里面的電芯電壓3.7V?.05，方便多節(jié)并聯(lián)或者串聯(lián)使用下，整箱抽出使用。每一箱的電芯都做過三個一致性配對，因此不推薦跨箱使用，這也是國際上通用的方法。

除了一致性測試，每一個批次的電芯還要抽查完成撞擊、震動、穿刺等數(shù)十項破壞性測試，杜絕隱患，確保每一個批次品質最佳。

在此次廠拜訪學習即將結束時，為了能近距離的了解電芯的安全結構，筆者將剖析一支全新的18650電芯，一探內(nèi)部究竟。18650電芯在內(nèi)部硬件設計有兩重保護，分別是CID（CurrentInterruptDevice）泄壓安全閥和PTC（PositiveTemperatureCoefficient）熱敏電阻。其中安全閥是每一顆18650電芯的標配，也是最重要的一道防爆屏障，沒有之一。

CID和PTC的工作原理：當電芯內(nèi)部溫度異常，由于過充電、短路等原因出現(xiàn)大量氣體，氣壓升高到1.0-1.2Mpa時，安全閥上的碗型鋁片會向上彈起，與下面的鋁片脫離接觸，使電路立即斷開。若是壓力繼續(xù)上升，安全閥將破裂，開啟排除內(nèi)部氣體使內(nèi)部壓力釋放出來，防止壓力過高造成爆炸。而Prismatic方形軟包封裝的電芯，內(nèi)部氣壓升高時，最常見的是懷孕鼓包現(xiàn)象。

其次PTC熱敏電阻，當電池輸入輸出電流過高時，PTC會發(fā)熱升溫，當溫度達到預設值時，PTC電阻會突然增大，切斷外界電流輸入電芯或阻止電芯內(nèi)部電流輸出，讓電芯停止工作。除了以上兩者外，電池還有不為人知的第三道防線隔膜。當電池升溫到160攝氏度以上時，隔膜中的微孔會閉合，使正負極被物理隔離，電池自然不會再輸出電流。

既然18650電芯本身是如此安全，為何移動電源起火事故依然不算罕見呢？奧秘就在移動電源本身。移動電源的外殼等組件往往常用到塑料。塑料本身是易燃物，遇到高溫可以自燃。合格移動電源的USB輸出有短路保護，所以當輸出被短路時不會有大電流通過。但是移動電源內(nèi)部還有從18650到電路板的鎳片或者導線等連接。

若是這部分不幸短路了，那么輸出短路保護是完全無能為力的。而18650電芯本身的PTC只是在電池本身過熱之前能夠切斷電池的電流，由于電池的熱容量很可觀，升溫沒有那么快，或許在導線、鎳片都燒紅的情況下，電池還沒有熱到切斷輸出。這樣燒紅的鎳片和外殼的塑料接觸，發(fā)生火災也就在所難免了。

合格的移動電源往往對18650到電路板的導體進行多重絕緣，且所用的絕緣體是耐高溫300度的高溫聚酰亞胺膠帶（麥拉片）和阻燃的青稞紙。同時這段導體有適當?shù)墓潭ㄔO計，防止機械沖擊下導體移動或變形。從而最大限度的保證短路不會發(fā)生。但是山寨移動電源就隨意的多，要么沒有絕緣，要么就是絕緣不充分。特別是18650頭部，由于此處有裸露的負極和絕緣外皮包裹的負極。同時正極鎳片也經(jīng)過這里，若是不額外新增絕緣保護，正極鎳片邊緣一旦劃破外皮，就會立即造成短路。而山寨移動電源往往內(nèi)部電池固定不好，電池晃來晃去，鎳片也彎來彎去的，這種概率更大了。