多層極耳焊接向百層“猛進”

替代燃油車的終極構想驅動，電池（電池清洗機）的快充性能從2C走向4C、6C，巨灣技研在6月初發布的鳳凰電池技術甚至實現了最高8C的水平。

現階段快充技術主要通過高壓實現，其對電池材料、結構體系的要求之一便是承受高壓。具體在制造工序中，多層極耳焊接成為邁向快充時代前路的一塊短板。

極耳焊接的層數與快充性能成正相關，層數越多，電池內阻越小、倍率性能更優、更能承受高電壓快充。目前極耳焊接的層數約為60片，而電池廠商已提出超100層的下一代要求。供給方與需求方的關鍵性能指標出現斷層。

不僅層數上有很大空間，多層極耳焊接是電池生產中良率最低的環節。當其他工序良率普遍突破99%，不斷向“1”逼近時，多層極耳焊接環節良率仍處于94%-97%的瓶頸階段。

此外，新箔材復合集流體產業化加速中，受復合集流體中的基膜絕緣性影響，主流的焊接工藝難以滿足其多層焊接要求。 

工藝亟待變革。常州一隅，電阻焊老兵上海梅達新設立公司卡洛維德，經過二到三年多的技術攻克，研發出區別于超聲波焊接、激光焊接的“第三種焊接工藝”——壓熔焊，在多層極耳焊接環節爆發生命力。

開啟極耳+極柱“一次焊接”時代

多層極耳焊接通常需應用超聲波焊接、激光焊接兩種工藝，對焊接表面清潔要求較高的超聲波焊接預先將金屬材料焊在一起（預焊），再通過激光焊接消除超聲波焊接中的虛焊。

根據電池廠產線設置的區別，多層極耳焊接與接續的極柱焊接一般分為三步或兩步。三步為多層極耳預焊（超聲波）、多層極耳終焊（激光）、極耳極柱焊接（激光）；兩步則在多層極耳預焊環節加上極柱，再進行激光終焊。

良率之所以低，是由于超聲波焊接是通過聲波的高頻振動焊接，而極耳箔材薄、層數多，壓力太大箔材易撕裂，壓力太小則會出現虛焊，兩種情況均會影響電池質量。

所以，即便兩步法相較于三步法在流程上有所化簡，但激光消除虛焊環節仍舊不可規避，仍難徹底解決多層極耳焊接環節中的低良率。

位于常州的新公司卡洛維德則研發出多層極耳焊接的“第三種工藝”——壓熔焊，實現從多層極耳到極耳極柱的一次焊接。

壓熔焊的工藝基礎為傳統焊接工藝——電阻焊中的點焊，此前被廣泛應用于航空航天、汽車、電器等領域的焊接工序中。區別傳統點焊實現點狀連接，卡洛維德壓熔焊，還能實現線形的、環形連接。

壓熔焊實現兩道工序一次焊接的“密鑰”在于，上、下電極在焊接壓力作用下，連同多層極耳和極柱蓋板一起壓緊，并利用電流通過焊件接頭的接觸面及鄰近區域產生的電阻熱，將被焊金屬加熱到局部熔化或達到高溫塑性狀態，形成牢固的焊接接頭。

在焊接效果上，卡洛維德壓熔焊設備最多可實現鋁箔120層、銅材80層。以實際生產中的60-70層為例，卡洛維德壓熔焊可達到垂直向400N拉力（通常電池廠要求50N以上），焊接良率高。

特別地，卡洛維德表示，目前公司對復合集流體的多層焊接難點在持續性攻關，已實現60層復合銅箔焊接，近期正在對60層復合鋁箔焊接做攻克，未來還將在復合集流體的焊接層數上做更高挑戰。

成本方面，壓熔焊設備成本與超聲波焊接、激光焊接相當，但因工序的減少，整體上一次成本大幅降低，用電量少，耗材可修復后重復使用。由于采用了優化設計，壓熔焊在節能、環保方面也取得了很大的突破。

值得一提的是，壓熔焊設備故障率低。前身點焊設備此前被廣泛應用于各領域金屬焊接工序中，多年的實際應用中，設備的穩定性倍受認可。在汽車車身焊接中，已有設備使用超20年的先例。

在焊接效率上，按照0.3s一個焊點，一臺壓熔焊設備效率在100PPM-200PPM。

能源變革下老牌焊接技術“新活法”

電阻焊在各領域焊接中能長青不倒，不無原因。新工藝壓熔焊繼承了傳統點焊的焊接范圍小、精度高、柔性好等絕大部分優勢。

但TWh時代的規模化生產需求讓產線速度越來越快，相比于激光焊接、超聲波焊接對快生產節奏的適應，電阻焊似乎在電池生產應用中境地尷尬。卡洛維德也告訴高工鋰電，點焊不做突破性變革是無法進行多層極耳焊接的。

窮則變，變則通。深耕電阻焊工藝的卡洛維德通過重新構建工藝壁壘，將老牌工藝再次推向能源變革的風口。

溫度是多層極耳焊接門檻之一。

因電池隔膜的性能會受高溫影響（約130℃），這對通過電阻熱實現焊接的壓熔焊提出了挑戰。在多層極耳焊接中，鋁箔、銅箔的焊接區溫度分別高達660℃、1100℃，遠超隔膜可承受溫度?？寰S德已對高溫問題做了集中攻克，采用適當的能量控制技術陡化焊接區外側的溫度梯度，可保證隔膜性能不受影響。

同時，壓熔焊的焊接形狀面積約為20平方毫米，約為超聲波焊接面積的五分之一。不僅大幅縮小高溫影響的范圍，更大的優勢在于，小面積賦予了壓熔焊更高的柔性。無論電池型號如何改變，只要焊接表面大于壓熔焊接面積，設備都能適用，而這一優勢也源于對點焊工藝的繼承。

此外，若直接用傳統點焊進行多層極耳焊接，將面臨飛濺嚴重、熔核生長難、電極磨損快三大痛點。

應對電極磨損，卡洛維德合理利用零件結構對電極實施防粘措施，已實現一班一換方案落地，支持單臺設備每班焊接過萬顆電池（一極兩處焊點，焊接次數超2萬次）。

對于飛濺與熔核生長難，卡洛維德表示，工藝創新基礎上，還需要過硬的硬件設備支撐，這同時是脫胎于上海梅達的卡洛維德的優勢所在。

1993年，上海電焊機廠與WTC, ROMAN成立合資公司上海梅達，此后上海梅達深耕電阻焊工藝，一路發展壯大，成為汽車車身焊接設備的行業領先者。

在硬件上，卡洛維德有來自WTC的核心技術支持，擁有多型號焊接控制器、焊接電源、焊接變壓器。在硬件基礎上，通過工藝調試，足以高效率、高良率支撐多層極耳焊接。

目前，卡洛維德壓熔焊已應用于頭部電池廠的負極多層極耳焊接中，正極設備正在試生產環節。

卡洛維德表示，下游對壓熔焊在多層極耳焊接中的效果是認可的，但在新能源領域中，壓熔焊仍屬于新工藝，還需要與更多客戶通過更長時間驗證壓熔焊的變革性進步。

據了解，除了多層極耳焊接，卡洛維德已經布局封口焊接、匯流排焊接等工序設備。電阻焊工藝會否掀起一場電池焊接市場變局，值得期待。

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