软包电池因其高能量密度、设计灵活性和安全性,在电动汽车、高端消费电子等领域得到广泛应用。然而,其独特的结构也为焊接工艺带来了特殊挑战。软包电池的焊接质量直接决定了电池模组的电性能、机械强度和长期安全性,是电池制造中的关键环节。
一、焊接前的核心准备:极耳处理
软包电池的电极通过极耳(Tab)引出,极耳材料通常为铝(正极)和镍或铜镀镍(负极)。
焊接前的处理至关重要:
1. 极耳整形与清洁
极耳必须保持平整,无褶皱或扭曲,通常需专用治具进行整形。
表面必须彻底清洁,去除氧化层、油污和灰尘。铝极耳表面的氧化铝层(Al₂O₃)是焊接的主要障碍,需通过机械打磨或化学清洗去除。
2. 层叠与对齐
多电芯并联时,需将多个极耳精确层叠对齐。错位会导致连接电阻增大、有效焊接面积减小。
通常使用高精度夹具进行固定,确保极耳之间、极耳与连接件之间紧密贴合,无间隙。
二、主流焊接工艺详解
软包电池焊接主要有激光焊接和电阻焊二种,各有其适用场景和优劣。
1. 激光焊接
原理:高能激光束局部熔化金属,形成熔池,冷却后形成焊缝。
应用场景:主要用于极耳与较厚外部Busbar(连接排)的连接,或电芯与模块壳体特定部位的连接。
优势:速度快、精度高、自动化程度高、非接触。
挑战与细节
高反射率:铝和铜对常见红外激光(如1μm波长)反射率极高,需使用高功率或特定波长(如蓝色激光)的激光器。
热控制:严格控制热输入,防止焊穿薄极耳或热量传入电芯内部。
间隙敏感性:对极耳与连接件之间的装配间隙要求极高,通常要求间隙<0.1mm。
气孔与裂纹:铝焊接易产生气孔,需优化保护气体(如氩气)和焊接参数。
2. 电阻焊(点焊)
原理:利用电流通过接触电阻产生焦耳热,使局部金属熔化形成焊点。
应用:在软包焊接中应用较少,主要用于镍极耳之间的点焊。
缺点:对铝极耳焊接效果差(氧化层导致接触电阻不稳定),电极头磨损快,焊点热影响区较大。
三、焊接质量检验与关键指标
1. 无损检测
外观检查:焊缝/焊点均匀、连续,无虚焊、漏焊、过烧、穿孔、飞溅。
拉拔力测试:是最核心的力学性能测试。焊接后的接头需能承受标准规定的拉力(如N/mm极耳宽度)而不脱落。断裂位置理想状态应在极耳母材上,而非焊接界面。
超声检测:用于检测焊接界面是否存在未熔合、空洞等内部缺陷。
2. 电性能检测
直流内阻测试:测量焊接接头的接触电阻。要求焊接接头的电阻远小于极耳本体电阻,且同组电芯之间的焊接电阻差应控制在一定范围内(如≤10%),以确保电流分布均匀。
温升测试:在额定电流下工作,监测焊接点温升,应远低于安全阈值。
四、未来发展趋势
工艺复合化:如超声辅助激光焊,结合两者优势,改善铝/铜焊接质量。
智能闭环控制:利用红外热像仪、等离子体监测等传感器实时监控焊接过程,并动态调整参数,实现“自适应焊接”。
新材料连接:随着硅碳负极、固态电池的应用,对极耳材料和连接技术将提出新要求。
更高程度的集成化设计:如CTP/CTC技术中,软包电芯与结构件的直接连接,对焊接的强度和可靠性提出更高挑战。
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