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电池企业为何在极耳上“大做文章”?

刘英丽 2024-05-10 14:42 · 头闻号储能技术

强调电芯高倍率性能的当下,极耳结构愈发受电池大厂的重视。

电池在极耳上“大做文章”已屡见不鲜。

(文章来源:高工锂电,微信号:weixin-gg-lb)

如一度成为话题的特斯拉4680,相比4680大圆柱本身,其坚持的全极耳工艺率先面市应用,通过18/21系小圆柱电芯,在电动工具、无人机等高倍率应用场景占得一席之地。

全极耳设计外,电池大厂也各自在明星产品中,对极耳做独特设计。

中创新航2023年4月发布的“顶流”电池中,采用一体化装配技术,打造极耳直连顶部一体式集流盘,实现电流流经路径下降70%,ACR(交流内阻)下降27%,DCR(直流阻抗)下降40%,结构内阻下降50%,空间利用率提升3%。

瑞浦兰钧“问顶”电池的思路也是通过极耳结构创新、空间的优化利用,直接提升电芯的快充与续航性能。

强调电芯高倍率性能的当下,极耳结构愈发受电池大厂的重视。不仅是为上探电芯性能,更是因为在现有产线中,多层极耳焊接仍是掣肘效率、良率的痛难点。

多层极耳焊接是电池生产中良率最低的环节,这与该工序本身的焊接难度、目前的工艺方式都有关系。

随着箔材极薄化与极耳层数的攀升,极耳焊接环节本身难度越来越高,焊接强度过高箔材易撕裂,过小则会出现虚焊。

工艺方面,现有工艺主要通过超声波焊接、激光焊接结合完成,根据产线设置的区别,连同焊极柱需两步或三步。即便激光焊、与超声波焊工艺提升,多步良率的总成仍旧偏低,当其他工序良率普遍突破99%,不断向“1”逼近时,多层极耳焊接良率成为明显的短板。

为解决多层极耳焊接痛点,卡洛维德(常州)智能焊接装备有限公司,研发出可替代超声波焊接+激光焊接的“第三种焊接工艺”——压熔焊,提出了多层极耳焊接+极柱焊接的“一步到位”式焊接解法,可应用于主流铜、铝、镍、钢箔材,且无惧复合集流体焊接挑战。

2023年,压熔焊工艺作为新工艺得到了电池企业的密切关注,卡洛维德已经配合头部电池企业进行多轮验证,并在此过程中持续精进压熔焊。

不挑箔材

极耳+极柱“一步式”焊接

所谓“第三种工艺”压熔焊,其工艺基础类似于传统的电阻点焊,通过智能焊接控制器和智能焊接监控系统,成为完整的压熔焊焊接工艺。区别在于,点焊仅形成点状连接,卡洛维德压熔焊还能实现线形的、环形等不同方式、不同形状的原子级连接。

对于多层极耳焊接与极柱焊接,压熔焊是一种全新工艺。在具体应用中,上、下电极在焊接压力作用下,连同多层极耳和极柱盖板一起压紧,并利用电流通过焊件接头的接触面及邻近区域产生的电阻热,将被焊金属加热到局部熔化或达到高温塑性状态,形成牢固的焊接头,实现“一步式”焊接。

高工锂电从卡洛维德了解到,2023全年,卡洛维德配合电池企业的需求持续改进工艺,压熔焊在多层极耳焊接中的应用愈发成熟。

最为直观的是,压熔焊设备的焊接效率有了显著提升,整机设备已能满足主流30ppm产线节拍。

焊接效果方面,压熔焊的多层极耳焊接从过去铝箔120层、铜箔80层水平进一步提升,目前达到铜箔、铝箔200层内水平。同时,压熔焊工艺可满足复合集流体焊接要求。在各箔材应用的成熟度上,卡洛维德表示目前进展铜箔>铝箔,复合铜箔>复合铝箔。

因对多层极耳+极耳极柱焊接流程的化繁为简,整体上一次成本大幅降低。同时,压熔焊设备用电量少,其中生产性耗材修复后可重复使用。

抢抓刀片/大电芯机遇

压熔焊工艺产线导入加速中

高工锂电从卡洛维德了解到,自压熔焊工艺面向锂电行业推出,便吸引了头部电池企业的密切关注。压熔焊工艺方式、经济性与可制造性,都有显著提升和明显优势,也在过去与各企业密集的合作测试中得到验证。

在电芯适配上,该焊接工艺在动力、储能领域都具备广阔空间。

动力领域,快充趋势下,刀片电池加速装车PHEV、HEV、BEV各新能源车型。卡洛维德表示,刀片电池为压熔焊工艺的主要适配电池,使用压熔焊的焊后内阻得到了显著降低。

储能领域,在储能大电芯趋势下,极耳焊接层数要求相应提高。卡洛维德表示,理论上,目前的压熔焊在主流的铜箔、铝箔上的焊接效果已能满足储能大电芯极耳层数的要求,当压熔焊工艺的成熟度在动力市场中得以验证,相信储能领域的导入也将加速。

据悉,卡洛维德压熔焊工艺有望在下半年逐步导入头部电池企业产线,卡洛维德自身已为未来的批量出货做好产能准备。

同时,卡洛维德已对压熔焊工艺做专利布局,正在完善、丰富自身设备矩阵。

基于压熔焊的“一步式”焊接优势,公司将在2024上半年正式发布全新一代极耳极柱焊接工作站,并在下半年推出全新一代复合集流体焊接工作站。

基于压熔焊点状、线形、环形焊接的灵活性,卡洛维德还将推出方形壳体盖板封口机、大圆柱电池壳体和盖板封口机等。

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