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多解密18650电芯诞生全过程

IT之家（www.ithome.com）：多图：解密18650电芯诞生全过程

锂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、便携的数码产品。同时，相对于以往的干电池，锂离子电池可以循环利用，在环保方面也有优势。锂离子电池的正负极材料都可以吸收、释放锂离子。但是锂离子在正极和负极中的化学势能有所不同。负极中的锂离子化学势能高，正极中的锂离子化学势能低。锂离子放电时，负极中存储的锂离子释放出来，被正极所吸收。由于负极中锂离子的化学势能高于正极，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，将正极中的锂离子释放到负极中。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。

18650是目前最常见的锂电封装方式，无论是当下最流行的三元材料，还是国家力推的磷酸铁锂，以及尚未普及的钛酸锂，均有18650的规格。18650型电芯，采用Cylindrical圆柱形封装方式，这种电芯直径18mm，长度65mm，广泛应用于充电宝、电动车、笔记本、强光手电筒等领域，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Prismatic方形软包封装，常见于手机和平板电脑，这类封装最直接的好处是轻薄，体积小，便携。

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也得以开始从幕后走向前台，被大众所熟知。那么，看似简单的18650电芯是如何诞生？它有什么秘密呢？接下来，让我们一起去探索它的诞生过程。近日笔者有幸进入东莞一家电芯厂拜访学习，将从涂布、组装、测试三方面图文并茂，为大家介绍18650电芯的诞生过程。

电芯的生产过程一：涂布

进入生产车间之前，需要戴上口罩和鞋套，避免吸入粉尘和产生静电。首先从涂布工艺了解起，这道工序中可以看到大卷的铜箔（黄色）和铝箔（银色）。铝箔，是用来涂布镍钴锰NCM三元材料；反之，铜箔是用来涂布负极活性材料石墨；其中白色的为隔膜。全球锂电池隔膜主要被Asahi、Celgard、SK、toray、W-SCOP等厂商占据，这些国外企业把持了近70%的市场份额。而中国隔膜企业所占的市场份额约30%，锂电池隔膜自主国产化正在不断突破。电芯的容量，是根据这些配方的调配比例面积得来。

一整卷涂布完成的正负极材料宽约126mm，接下来还需要裁剪成宽度约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。据电芯厂工程师徐工介绍，目前三元正极材料每吨售价为12万元，每吨材料可以用于生产5万只电芯；当前电芯产能日均50万只，需要用到10吨三元正极材料，光这一项开支每日就需要60万元。

自动化的机器将每段打上镍带和绝缘耐高温的麦拉片（Mylar），下一步进行5个级别的称重，分别是偏重、A1、A2、A3、偏轻。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。

电芯的生产过程二：组装

这家电芯厂分为三栋楼，其中一栋三层是生产线，另外两栋是办公室和宿舍。生产线一楼涂布、二楼组装、三楼测试。参观完一楼后，进入二楼的组装环节。

分类好的正极和负极，将在这里完成全自动卷包，白色的材质是隔膜。电芯这样还不能正常工作，需要加入电解液作为媒介，让正负极发生化学反应，锂离子才能够在正负极之间迁移，产生电荷离子输出能量锂电池才能进行充放电。自动化卷包好后直接滚落在了流水线上，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，因此对钢材强度质量要求很高，这家电芯厂选用的是进口韩钢材料。

这一步将负极极耳与钢壳底部通过点焊的方式连接。该厂采用了日系Miyachi激光点焊机，确保了点焊精度和产品质量。点焊机无法焊接钢壳底部，组装小妹的手中有一个铜钉，先从预留的小洞插入底部，然后放入点焊机，咔嚓一下，负极就打好镍带与钢壳底部连接好了。

电解液在密封箱充满惰性气体氩气的手套箱中内注入，密封箱手套内氧气浓度必须低于10ppm（接近无氧真空环境），防止电极氧化。电解液氩气通过循环净化装置输入密封箱，装置里头有催化剂和还原剂氢气，通过氢氧反应生成水可以把氧气除去。同时，装置中的干燥剂吸收水分，保证箱内气氛的干燥。

注入电解液后的电芯，已经通过激光焊接将盖帽与钢壳连为一体。一排排整齐有序的堆放着，整装待发。

一只新的电芯就这样诞生了。每一只电芯都需要穿上按容量分类的“新衣服”PVC套管。

不同的容量对应了不同的PVC封套，这里我们看到了绿、蓝、粉等多个色，丰富的外观颜色增添了电芯时尚感。

电芯的生产过程三：首次充电和测试

电芯在注入电解液后，实际上还没有存上电，而且此时正负极表面的状态也没有达到稳定，必须通过首次充电才能够正常使用，这种首次充电称之为“化成”。首次充电时需要充入额外的电量，用来在电极表面产生保护膜，这层保护膜正是锂离子电池低自放电的奥秘所在。同时，保护膜的性质也影响电池的性能和寿命。因此，化成工艺十分重要。化成采用分容柜完成。

电芯是化学品，为了保障使用安全和寿命，在出厂前需要做好配对按盒分装，每盒200只。确保三个一致性：容量一致、内阻一致、电压一致。如此方能正常出厂，否则把被打入冷宫，沦为B级、C级电芯。

第一个测试，容量。为了确保容量测试的准确性，该厂采购了行业领先的贝尔全自动分容柜，满足每日上万只的分容需求。新诞生的电芯，需要做5个循环老化测试，把不能工作或者容量有偏差的挑选出来。依据国家标准GB/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充放电测试。以合适的电流充电至4.20V截止（高压版本需要充到4.30V或4.35V），静置一段时间（15min以上）使电池温度接近室温且电池内极化基本消散。测试采用0.2C放电至2.75V终止电压，达到所标注的容量，才算合格。这里的C是一个倍率单位，以2600mAh电芯放电为例，0.2C则为520mA放电。

第二个测试，内阻。现在电芯厂都配有内阻自动筛选机器，可流水线筛选。18650三元材料，内阻在70毫欧以内，都算合格品；低于30毫欧的算是特挑极品了。如果是磷酸铁锂或者钛酸锂，内阻能做到20毫欧以内。

第三个测试，电压。同一装箱里面的电芯电压3.7V±0.05，方便多节并联或者串联使用下，整箱抽出使用。每一箱的电芯都做过三个一致性配对，因此不推荐跨箱使用，这也是国际上通用的方法。

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，确保每一个批次品质最佳。

在此次工厂拜访学习即将结束时，为了能近距离的了解电芯的安全结构，笔者将剖析一支全新的18650电芯，一探内部究竟。18650电芯在内部硬件设计有两重保护，分别是CID（Current Interrupt Device）泄压安全阀和PTC（Positive Temperature Coefficient）热敏电阻。其中安全阀是每一颗18650电芯的标配，也是最重要的一道防爆屏障，没有之一。

CID和PTC的工作原理：当电芯内部温度异常，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，开启排除内部气体使内部压力释放出来，避免压力过高造成爆炸。而Prismatic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摄氏度以上时，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。

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？奥秘就在移动电源本身。移动电源的外壳等组件往往常用到塑料。塑料本身是易燃物，遇到高温可以自燃。合格移动电源的USB输出有短路保护，所以当输出被短路时不会有大电流通过。但是移动电源内部还有从18650到电路板的镍片或者导线等连接。若是这部分不幸短路了，那么输出短路保护是完全无能为力的。而18650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，升温没有那么快，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。这样烧红的镍片和外壳的塑料接触，发生火灾也就在所难免了。

合格的移动电源往往对18650到电路板的导体进行多重绝缘，且所用的绝缘体是耐高温300度的高温聚酰亚胺胶带（麦拉片）和阻燃的青稞纸。同时这段导体有适当的固定设计，防止机械冲击下导体移动或变形。从而最大限度的保证短路不会发生。但是山寨移动电源就随意的多，要么没有绝缘，要么就是绝缘不充分。特别是18650头部，由于此处有裸露的负极和绝缘外皮包裹的负极。同时正极镍片也经过这里，若是不额外增加绝缘保护，正极镍片边缘一旦划破外皮，就会立即造成短路。而山寨移动电源往往内部电池固定不好，电池晃来晃去，镍片也弯来弯去的，这种概率更大了。

到此，一只18650电芯的诞生过程介绍完毕，随着工厂门口等待装箱的货车，他们将运往全国各地。即将开启一段新的奇幻之旅，化作充电宝来到你的手中。

感谢小妖投递

产品大涨业绩不涨？千亿锂电龙头“解密”重要数据，四季度稳了？

9月以来，锂盐价格大幅上涨，天齐锂业第三季度营收环比第二季度却只是小幅增长。11月1日晚的一份调研纪要，揭开了“真相”。

天齐锂业称，公司碳酸锂产品价格随行就市，每个月定一次价，体现在财务报表上有一定滞后性，但公司第三季度锂化合物属于满产满销。

来源：Wind

报表滞后

中证君注意到，10月29日，调研天齐锂业的阵容可谓“豪华”。

投资者交流环节的第一个问题是：锂盐产品在9月有较大涨幅，但公司第三季度单季营业收入为何相较第二季度增长幅度较小？

根据天齐锂业公告，公司第三季度实现营业收入15.22亿元，第二季度实现营业收入14.47亿元，环比增速仅约5.2％。

天齐锂业的解释是，第三季度公司锂化合物及衍生品销量与第二季度基本持平，增长主要体现在销售均价上。但公司碳酸锂产品价格随行就市，每个月定一次价，体现在财务报表上有一定滞后性。

同时，天齐锂业表示，第三季度，公司锂化合物满产满销，锂精矿及锂化合物销量及收入均较去年同期有所增长。公司第三季度预收款也有所增加，在财务报表上体现为合同负债金额增加。

翻阅天齐锂业财报可知，公司半年报披露的合同负债为1.18亿元，三季报披露期达到5.09亿元。

这意味着9月以来锂盐价格上涨的效益于天齐锂业而言，将体现在四季度业绩上，而非第三季度。

上海有色网数据显示，电池级碳酸锂本轮价格上涨始于8月初。11月1日，电池级碳酸锂均价报19.35万元/吨，9月以来涨幅高达71％。

尽管锂盐价格节节攀升，但机构看多情绪仍浓厚。颇受行业关注的澳洲主力锂矿公司Pilbara第三次锂辉石精矿拍卖结果10月26日出炉，最终价格为2350美元/吨，加上65美元/吨运费为2415美元/吨。

机构测算，该批次碳酸锂生产成本将达到16.7万元/吨。国泰君安研报称，本次拍卖价格再次超过此前最高价，远超2016年、2017年高点锂矿价格，看好锂价后续进一步抬升，利好拥有锂矿资源的标的。

继续扩张产能

天齐锂业10月29日晚披露三季报，公司前三季度实现归母净利润5.3亿元，同比扭亏为盈，上年同期亏损11.03亿元。第三季度实现归母净利润4.44亿元，同比扭亏为盈，上年同期亏损4.07亿元。

业绩增长原因除前三季度公司锂化合物产品销量和销售均价较上年同期增长外，还有公司子公司增资扩股引入战略投资者IGO Limited的交易完成，偿还了12亿美元银团并购贷款本金及对应利息，银团并购贷款项下A+C类贷款自动展期至2022年11月25日、B类贷款展期至2023年11月29日的实质性条件已经达成，按照《企业会计准则第12号—债务重组》要求确认了与银团并购贷款展期相关的债务重组收益等因素。

前述调研对债务问题同样有提及。天齐锂业称，将综合考虑各项因素，逐步优化债务结构，进一步降低资产负债率至合适的水平。且从运营和财务角度来看，公司会考虑保持合理的负债从而进行新的产能扩张。