动储时代电芯焊接出现颠覆传统的新技术
众所周知,在锂电池或电池组的制造过程中,有20多个工序涉及焊接,以实现导电连接或密封。可以说,焊接对电池的安全性、质量、寿命及成本,都有着至关重要的作用。
其中,多层极耳焊接作为锂电制造焊接工艺中的“珠穆朗玛峰”,是最能体现锂电焊接设备技术实力的竞技场。
据了解,当前市场上能做到60片层数的极耳焊接,已是焊接技术金字塔头部的锂电设备。但这还不够,因为目前的电池厂商已提出超100层的下一代要求,毕竟极耳层数越多,电池的内阻就越小、倍率性能越高。
这一背景下,专业从事动力电池和储能领域焊接的卡洛维德,经过多年的技术攻克,研发出一种颠覆传统的新焊接工艺——压熔焊!
多种焊接技术的对比
传统的焊接工艺多达10种以上,先看三种常用焊接方式。
1、激光焊接,现阶段运用最普遍。激光焊属于非接触式焊接、可实现远程焊接。激光焊焊缝致密性高、深宽比较大、热影响区窄、焊接变形小;能依据要求进调节完成精准管控。
激光焊接也有尚待解决的问题。首先是焊接设备价格较高;其次,焊接过程中容易形成飞溅或炸点,尤其对多界面材料焊接;再次,需要有配套的工装、夹具、吹气装置,以满足激光焊接的要求。
2、超声波焊接,是一种利用高频振动,在静压力的作用下,将弹性振动能转变为工件间的摩擦功和形变能,对焊接进行局部加热的一种压焊方法。该方法速度快、精度高、不会产生废气、废渣等污染物;适用于同种或异种金属焊接。
超声波焊也存在以下问题:需要高品质的界面,否则无法保证连接的质量;对于厚度差较大的工件难以焊接,无法用于较厚的金属部件;在焊接过程中可能产生噪音和振动。
3、电阻焊接,主要采用点焊,目前在锂电池制造过程中很少出现,只在汽车制造过程中应用极多。电阻焊具有劳动条件好,不需另加焊接材料,操作简便,易实现自动化等优点。
电池焊接需要解决的问题是,耗电较大,电极棒更换快,存在飞溅现象等。
图:维科网锂电整理
事实上,在实际的锂电池制造过程中,多种焊接工艺,需要互相配合。例如,激光焊是熔化焊,超声波焊是固态焊,这两种焊接方法,对非常薄的材料的焊接工序复杂,需要先进行超声波焊,将金属材料焊在一起(预焊);再进行激光焊,以消除超声波焊接中的虚焊。
在锂电制造的多层极耳焊接与接续的极柱焊接流程中,一般分为三步或两步。三步为多层极耳预焊(超声波)、多层极耳终焊(激光)、极耳极柱焊接(激光);两步则在多层极耳预焊环节加上极柱,再进行激光终焊。
据了解,C公司的“极限工厂”的多层极耳焊接,所应用的焊接工艺就分为三步,设备投资成本较高,且效率方面还有提升空间。
压熔焊颠覆传统
卡洛维德研发出一种集电阻焊、超声波焊、激光焊优点于一体的新工艺——压熔焊。这是全球首创的新工艺,能为锂电制造带来立竿见影的提质降本。
压熔焊基于电阻焊创新而来。事实上,卡洛维德的全资子公司上海梅达,就是电阻焊中的龙头企业,它的客户包括鼎鼎有名的特斯拉、大众汽车、通用汽车、江铃汽车等。
卡洛维德用技术消除了电阻焊中的飞溅现象,使得这种操作简便、易实现自动化的传统工艺,可以应用到锂电池制造当中。此外,卡洛维德发挥电阻焊原子间结合的优势,完全解决了焊点的导电性问题,还能实现线形、环形连接。
攻克了电阻焊应用于锂电制造中的最大难点,压熔焊还一次性地结合了超声波焊与激光焊,实现了从多层极耳到极耳极柱的一次焊接。
需要两次或以上的焊接,能够一次性完成,这是压熔焊最大的特点。
不止于此。据维科网锂电了解,在焊接效果上,卡洛维德压熔焊设备最多可实现铝箔120层、铜箔100层。以实际生产中的60-70层为例,卡洛维德压熔焊可达到垂直向400N拉力(通常电池厂要求50N以上),焊接良率高。
卡洛维德表示,目前公司对复合集流体的多层焊接难点在持续性攻关,已实现100层复合铜箔焊接,近期正在对80层复合铝箔焊接做攻克,未来还将在复合集流体的焊接层数上做更高挑战。
在成本方面,压熔焊设备成本与超声波焊接、激光焊接相当,但因工序的减少,整体上一次成本大幅降低,用电量少,耗材可修复后重复使用。由于采用了优化设计,压熔焊在节能、环保方面也取得了很大的突破。
在焊接效率上,按照0.3s一个焊点,一台压熔焊设备效率在100PPM-200PPM!
据悉,在业内率先提出“极简制造”概念并付诸实践的中创新航One-Stop技术,焊接方面应用的就是卡洛维德的压熔焊!
此外,包括亿纬锂能、蜂巢能源、瑞浦兰钧、欣旺达、天合光能等知名新能源企业,都在对接卡洛维德的压熔焊技术。
图:卡洛维德的压熔焊设备
关于卡洛维德
卡洛维德成立于2023年3月,是一家集研发、生产、销售、服务于一体的焊接设备企业,专业从事新能源动力电池及储能类焊接设备(极耳极柱焊接设备、圆柱电池焊接设备、方形电池封口焊接设备)。
卡洛维德于2023年7月全资收购上海梅达。
目前,卡洛维德压熔焊已应用于头部电池厂的负极多层极耳焊接中,应用于正极的设备,正在试生产环节。
除了多层极耳焊接,卡洛维德也已经布局电池壳体与盖板封口焊接、汇流排焊接等工序设备。
由电阻焊演变而来、结合超声波焊、激光焊的卡洛维德压熔焊,正在掀起一场电池焊接市场的颠覆性变局。
卡洛维德表示,在未来的市场竞争中,公司将继续发挥自身优势,为新能源产业的发展提供强大的技术支持和服务保障,为实现绿色、可持续的能源转型贡献力量!
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