多層極耳焊接向百層“猛進(jìn)”

替代燃油車的終極構(gòu)想驅(qū)動(dòng)，電池（電池清洗機(jī)）的快充性能從2C走向4C、6C，巨灣技研在6月初發(fā)布的鳳凰電池技術(shù)甚至實(shí)現(xiàn)了最高8C的水平。

現(xiàn)階段快充技術(shù)主要通過高壓實(shí)現(xiàn)，其對(duì)電池材料、結(jié)構(gòu)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(shí)代前路的一塊短板。

極耳焊接的層數(shù)與快充性能成正相關(guān)，層數(shù)越多，電池內(nèi)阻越小、倍率性能更優(yōu)、更能承受高電壓快充。目前極耳焊接的層數(shù)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(guān)鍵性能指標(biāo)出現(xiàn)斷層。

不僅層數(shù)上有很大空間，多層極耳焊接是電池生產(chǎn)中良率最低的環(huán)節(jié)。當(dāng)其他工序良率普遍突破99%，不斷向“1”逼近時(shí)，多層極耳焊接環(huán)節(jié)良率仍處于94%-97%的瓶頸階段。

此外，新箔材復(fù)合集流體產(chǎn)業(yè)化加速中，受復(fù)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(dá)新設(shè)立公司卡洛維德，經(jīng)過二到三年多的技術(shù)攻克，研發(fā)出區(qū)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(huán)節(jié)爆發(fā)生命力。

開啟極耳+極柱“一次焊接”時(shí)代

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

根據(jù)電池廠產(chǎn)線設(shè)置的區(qū)別，多層極耳焊接與接續(xù)的極柱焊接一般分為三步或兩步。三步為多層極耳預(yù)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(yù)焊環(huán)節(jié)加上極柱，再進(jìn)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(dòng)焊接，而極耳箔材薄、層數(shù)多，壓力太大箔材易撕裂，壓力太小則會(huì)出現(xiàn)虛焊，兩種情況均會(huì)影響電池質(zhì)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(huán)節(jié)仍舊不可規(guī)避，仍難徹底解決多層極耳焊接環(huán)節(jié)中的低良率。

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

壓熔焊的工藝基礎(chǔ)為傳統(tǒng)焊接工藝——電阻焊中的點(diǎn)焊，此前被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電器等領(lǐng)域的焊接工序中。區(qū)別傳統(tǒng)點(diǎn)焊實(shí)現(xiàn)點(diǎn)狀連接，卡洛維德壓熔焊，還能實(shí)現(xiàn)線形的、環(huán)形連接。

壓熔焊實(shí)現(xiàn)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(qū)域產(chǎn)生的電阻熱，將被焊金屬加熱到局部熔化或達(dá)到高溫塑性狀態(tài)，形成牢固的焊接接頭。

在焊接效果上，卡洛維德壓熔焊設(shè)備最多可實(shí)現(xiàn)鋁箔120層、銅材80層。以實(shí)際生產(chǎn)中的60-70層為例，卡洛維德壓熔焊可達(dá)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(duì)復(fù)合集流體的多層焊接難點(diǎn)在持續(xù)性攻關(guān)，已實(shí)現(xiàn)60層復(fù)合銅箔焊接，近期正在對(duì)60層復(fù)合鋁箔焊接做攻克，未來還將在復(fù)合集流體的焊接層數(shù)上做更高挑戰(zhàn)。

成本方面，壓熔焊設(shè)備成本與超聲波焊接、激光焊接相當(dāng)，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(fù)后重復(fù)使用。由于采用了優(yōu)化設(shè)計(jì)，壓熔焊在節(jié)能、環(huán)保方面也取得了很大的突破。

值得一提的是，壓熔焊設(shè)備故障率低。前身點(diǎn)焊設(shè)備此前被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域金屬焊接工序中，多年的實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)備的穩(wěn)定性倍受認(rèn)可。在汽車車身焊接中，已有設(shè)備使用超20年的先例。

在焊接效率上，按照0.3s一個(gè)焊點(diǎn)，一臺(tái)壓熔焊設(shè)備效率在100PPM-200PPM。

能源變革下老牌焊接技術(shù)“新活法”

電阻焊在各領(lǐng)域焊接中能長青不倒，不無原因。新工藝壓熔焊繼承了傳統(tǒng)點(diǎn)焊的焊接范圍小、精度高、柔性好等絕大部分優(yōu)勢。

但TWh時(shí)代的規(guī)模化生產(chǎn)需求讓產(chǎn)線速度越來越快，相比于激光焊接、超聲波焊接對(duì)快生產(chǎn)節(jié)奏的適應(yīng)，電阻焊似乎在電池生產(chǎn)應(yīng)用中境地尷尬。卡洛維德也告訴高工鋰電，點(diǎn)焊不做突破性變革是無法進(jìn)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(gòu)建工藝壁壘，將老牌工藝再次推向能源變革的風(fēng)口。

溫度是多層極耳焊接門檻之一。

因電池隔膜的性能會(huì)受高溫影響（約130℃），這對(duì)通過電阻熱實(shí)現(xiàn)焊接的壓熔焊提出了挑戰(zhàn)。在多層極耳焊接中，鋁箔、銅箔的焊接區(qū)溫度分別高達(dá)660℃、1100℃，遠(yuǎn)超隔膜可承受溫度。卡洛維德已對(duì)高溫問題做了集中攻克，采用適當(dāng)?shù)哪芰靠刂萍夹g(shù)陡化焊接區(qū)外側(cè)的溫度梯度，可保證隔膜性能不受影響。

同時(shí)，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(yōu)勢在于，小面積賦予了壓熔焊更高的柔性。無論電池型號(hào)如何改變，只要焊接表面大于壓熔焊接面積，設(shè)備都能適用，而這一優(yōu)勢也源于對(duì)點(diǎn)焊工藝的繼承。

此外，若直接用傳統(tǒng)點(diǎn)焊進(jìn)行多層極耳焊接，將面臨飛濺嚴(yán)重、熔核生長難、電極磨損快三大痛點(diǎn)。

應(yīng)對(duì)電極磨損，卡洛維德合理利用零件結(jié)構(gòu)對(duì)電極實(shí)施防粘措施，已實(shí)現(xiàn)一班一換方案落地，支持單臺(tái)設(shè)備每班焊接過萬顆電池（一極兩處焊點(diǎn)，焊接次數(shù)超2萬次）。

對(duì)于飛濺與熔核生長難，卡洛維德表示，工藝創(chuàng)新基礎(chǔ)上，還需要過硬的硬件設(shè)備支撐，這同時(shí)是脫胎于上海梅達(dá)的卡洛維德的優(yōu)勢所在。

1993年，上海電焊機(jī)廠與WTC, ROMAN成立合資公司上海梅達(dá)，此后上海梅達(dá)深耕電阻焊工藝，一路發(fā)展壯大，成為汽車車身焊接設(shè)備的行業(yè)領(lǐng)先者。

在硬件上，卡洛維德有來自WTC的核心技術(shù)支持，擁有多型號(hào)焊接控制器、焊接電源、焊接變壓器。在硬件基礎(chǔ)上，通過工藝調(diào)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(yīng)用于頭部電池廠的負(fù)極多層極耳焊接中，正極設(shè)備正在試生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

卡洛維德表示，下游對(duì)壓熔焊在多層極耳焊接中的效果是認(rèn)可的，但在新能源領(lǐng)域中，壓熔焊仍屬于新工藝，還需要與更多客戶通過更長時(shí)間驗(yàn)證壓熔焊的變革性進(jìn)步。

據(jù)了解，除了多層極耳焊接，卡洛維德已經(jīng)布局封口焊接、匯流排焊接等工序設(shè)備。電阻焊工藝會(huì)否掀起一場電池焊接市場變局，值得期待。

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