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電池企業為何在極耳上“大做文章”?

   2024-05-10 高工鋰電44120
核心提示:電池在極耳上“大做文章”已屢見不鮮。

強調電芯高倍率性能的當下,極耳結構愈發受電池大廠的重視。

電池在極耳上“大做文章”已屢見不鮮。

(文章來源:高工鋰電,微信號:weixin-gg-lb)

如一度成為話題的特斯拉4680,相比4680大圓柱本身,其堅持的全極耳工藝率先面市應用,通過18/21系小圓柱電芯,在電動工具、無人機等高倍率應用場景占得一席之地。

全極耳設計外,電池大廠也各自在明星產品中,對極耳做獨特設計。

中創新航2023年4月發布的“頂流”電池中,采用一體化裝配技術,打造極耳直連頂部一體式集流盤,實現電流流經路徑下降70%,ACR(交流內阻)下降27%,DCR(直流阻抗)下降40%,結構內阻下降50%,空間利用率提升3%。

瑞浦蘭鈞“問頂”電池的思路也是通過極耳結構創新、空間的優化利用,直接提升電芯的快充與續航性能。

強調電芯高倍率性能的當下,極耳結構愈發受電池大廠的重視。不僅是為上探電芯性能,更是因為在現有產線中,多層極耳焊接仍是掣肘效率、良率的痛難點。

多層極耳焊接是電池生產中良率最低的環節,這與該工序本身的焊接難度、目前的工藝方式都有關系。

隨著箔材極薄化與極耳層數的攀升,極耳焊接環節本身難度越來越高,焊接強度過高箔材易撕裂,過小則會出現虛焊。

工藝方面,現有工藝主要通過超聲波焊接、激光焊接結合完成,根據產線設置的區別,連同焊極柱需兩步或三步。即便激光焊、與超聲波焊工藝提升,多步良率的總成仍舊偏低,當其他工序良率普遍突破99%,不斷向“1”逼近時,多層極耳焊接良率成為明顯的短板。

為解決多層極耳焊接痛點,卡洛維德(常州)智能焊接裝備有限公司,研發出可替代超聲波焊接+激光焊接的“第三種焊接工藝”——壓熔焊,提出了多層極耳焊接+極柱焊接的“一步到位”式焊接解法,可應用于主流銅、鋁、鎳、鋼箔材,且無懼復合集流體焊接挑戰。

2023年,壓熔焊工藝作為新工藝得到了電池企業的密切關注,卡洛維德已經配合頭部電池企業進行多輪驗證,并在此過程中持續精進壓熔焊。

不挑箔材

極耳+極柱“一步式”焊接

所謂“第三種工藝”壓熔焊,其工藝基礎類似于傳統的電阻點焊,通過智能焊接控制器和智能焊接監控系統,成為完整的壓熔焊焊接工藝。區別在于,點焊僅形成點狀連接,卡洛維德壓熔焊還能實現線形的、環形等不同方式、不同形狀的原子級連接。

對于多層極耳焊接與極柱焊接,壓熔焊是一種全新工藝。在具體應用中,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,形成牢固的焊接頭,實現“一步式”焊接。

高工鋰電從卡洛維德了解到,2023全年,卡洛維德配合電池企業的需求持續改進工藝,壓熔焊在多層極耳焊接中的應用愈發成熟。

最為直觀的是,壓熔焊設備的焊接效率有了顯著提升,整機設備已能滿足主流30ppm產線節拍。

焊接效果方面,壓熔焊的多層極耳焊接從過去鋁箔120層、銅箔80層水平進一步提升,目前達到銅箔、鋁箔200層內水平。同時,壓熔焊工藝可滿足復合集流體焊接要求。在各箔材應用的成熟度上,卡洛維德表示目前進展銅箔>鋁箔,復合銅箔>復合鋁箔。

因對多層極耳+極耳極柱焊接流程的化繁為簡,整體上一次成本大幅降低。同時,壓熔焊設備用電量少,其中生產性耗材修復后可重復使用。

搶抓刀片/大電芯機遇

壓熔焊工藝產線導入加速中

高工鋰電從卡洛維德了解到,自壓熔焊工藝面向鋰電行業推出,便吸引了頭部電池企業的密切關注。壓熔焊工藝方式、經濟性與可制造性,都有顯著提升和明顯優勢,也在過去與各企業密集的合作測試中得到驗證。

在電芯適配上,該焊接工藝在動力、儲能領域都具備廣闊空間。

動力領域,快充趨勢下,刀片電池加速裝車PHEV、HEV、BEV各新能源車型。卡洛維德表示,刀片電池為壓熔焊工藝的主要適配電池,使用壓熔焊的焊后內阻得到了顯著降低。

儲能領域,在儲能大電芯趨勢下,極耳焊接層數要求相應提高。卡洛維德表示,理論上,目前的壓熔焊在主流的銅箔、鋁箔上的焊接效果已能滿足儲能大電芯極耳層數的要求,當壓熔焊工藝的成熟度在動力市場中得以驗證,相信儲能領域的導入也將加速。

據悉,卡洛維德壓熔焊工藝有望在下半年逐步導入頭部電池企業產線,卡洛維德自身已為未來的批量出貨做好產能準備。

同時,卡洛維德已對壓熔焊工藝做專利布局,正在完善、豐富自身設備矩陣。

基于壓熔焊的“一步式”焊接優勢,公司將在2024上半年正式發布全新一代極耳極柱焊接工作站,并在下半年推出全新一代復合集流體焊接工作站。

基于壓熔焊點狀、線形、環形焊接的靈活性,卡洛維德還將推出方形殼體蓋板封口機、大圓柱電池殼體和蓋板封口機等。

 
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