鋰離子電池作為核心儲(chǔ)能部件，其制造工藝的每一次精進(jìn)都推動(dòng)著電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域的技術(shù)革新。鋰離子電池組裝過(guò)程中的繞線和極耳焊接工藝不僅直接影響電池的能量密度、循環(huán)壽命和安全性，更是衡量電池制造商技術(shù)實(shí)力的重要指標(biāo)。本文將從工藝原理、技術(shù)難點(diǎn)、創(chuàng)新方案及美能鋰電的實(shí)踐應(yīng)用等維度，深入解析鋰離子電池組裝過(guò)程中的繞線與極耳焊接技術(shù)。

鋰離子電池組裝的繞線工藝

Millennial Lithium

鋰離子電池的繞線工藝示意圖

1. 繞線工藝的原理

鋰離子電池的繞線工藝主要應(yīng)用于圓柱形電池和部分棱柱形電池的生產(chǎn)，其核心是將正負(fù)極極片與隔膜按特定順序纏繞成“卷芯”，形成電池的核心能量轉(zhuǎn)換單元。

2.繞線工藝的流程

原料準(zhǔn)備：將涂布、干燥后的正負(fù)極極片（鋁箔/ 銅箔基底）與聚乙烯或聚丙烯隔膜按規(guī)格裁切，確保極片邊緣無(wú)毛刺、隔膜無(wú)破損。

極耳預(yù)焊接：在負(fù)極極片（銅箔）上焊接鎳帶極耳，正極極片（鋁箔）上焊接鋁帶極耳，為后續(xù)電連接奠定基礎(chǔ)。

繞線成型：以中心針為軸，按“負(fù)極 - 隔膜 - 正極 - 隔膜”的順序逐層纏繞，形成緊密的螺旋結(jié)構(gòu)。繞線過(guò)程中需精確控制張力，避免極片褶皺或隔膜偏移。

卷芯固定：繞線完成后，使用耐高溫膠帶固定卷芯兩端，防止松散，同時(shí)確保極耳位置準(zhǔn)確。

3.繞線工藝的技術(shù)難點(diǎn)

傳統(tǒng)繞線工藝中，靜電積累和卷芯內(nèi)部氣泡是兩大痛點(diǎn)。引入離子風(fēng)靜電消除系統(tǒng)，配合高精度張力閉環(huán)控制，將靜電電壓控制在±10V 以內(nèi)，同時(shí)通過(guò)真空預(yù)壓工藝排除卷芯內(nèi)部空氣，使電解液浸潤(rùn)效率提升 15%。

鋰離子電池組裝的極耳焊接

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鋰離子電池的極耳焊接示意圖

1.極耳焊接的工藝類型與應(yīng)用

極耳焊接是將極片極耳與電池外殼或連接片進(jìn)行電氣連接的關(guān)鍵工序，可根據(jù)不同電池類型采用差異化焊接方案：

超聲波焊接

主要用于pouch 電池和部分棱柱形電池的極耳與匯流排連接。通過(guò)高頻振動(dòng)使金屬接觸面產(chǎn)生塑性變形，形成固態(tài)冶金結(jié)合，具有熱影響區(qū)小、焊接強(qiáng)度高的特點(diǎn)。

激光焊接

適用于圓柱形電池極耳與頂蓋的連接，利用高能量密度激光束熔化金屬，形成牢固焊點(diǎn)。

2.極耳焊接的質(zhì)量控制

材料兼容性：正極鋁極耳與鋁匯流排采用激光焊接，負(fù)極鎳極耳與銅匯流排采用超聲波焊接，避免不同金屬接觸產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕。

焊接強(qiáng)度：超聲波焊接抗拉強(qiáng)度需≥80% 母材強(qiáng)度，激光焊接需通過(guò)拉力測(cè)試（≥5N）和金相切片檢測(cè)（熔深≥0.3mm）。

電阻控制：單個(gè)焊點(diǎn)接觸電阻需≤100μΩ，整電池內(nèi)阻值波動(dòng)控制在 ±5% 以內(nèi)。

繞線和極耳焊接的技術(shù)革新

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圓柱電池組裝繞線和極耳焊接工藝流程圖

1.繞線工藝的創(chuàng)新趨勢(shì)

高速化與大型化：為適應(yīng)4680 等大尺寸電池生產(chǎn)，新型繞線設(shè)備將繞線速度提升至 50m/min 以上，同時(shí)兼容極片寬度達(dá) 600mm 的大尺寸卷料。

功能集成：將極耳焊接、極片切割、卷芯固定等工序集成到繞線設(shè)備中，減少中間搬運(yùn)，提升自動(dòng)化程度。

干電極繞線：配合干電極技術(shù)，繞線過(guò)程無(wú)需溶劑，簡(jiǎn)化工藝的同時(shí)提升能量密度10-15%。

2.極耳焊接的技術(shù)突破

無(wú)極耳設(shè)計(jì)：以4680 電池為代表，通過(guò)全極耳設(shè)計(jì)，將極耳面積最大化，降低內(nèi)阻 30% 以上。

復(fù)合焊接技術(shù)：結(jié)合超聲波與激光焊接的優(yōu)勢(shì)，先通過(guò)超聲波實(shí)現(xiàn)初步連接，再用激光強(qiáng)化焊點(diǎn)，提升可靠性。

智能焊接系統(tǒng)：引入AI 算法，根據(jù)極片厚度、溫度等參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整焊接參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)焊接。

未來(lái)，隨著固態(tài)電池的發(fā)展，繞線工藝可能面臨顛覆性變革—— 固態(tài)電解質(zhì)的剛性特性可能需要全新的卷繞方式。而極耳焊接技術(shù)則會(huì)向更高精度、更低能耗方向發(fā)展，AI 視覺(jué)檢測(cè)與智能控制將成為標(biāo)配，確保每一個(gè)焊點(diǎn)的一致性和可靠性。美能鋰電也會(huì)以電池組裝工藝為突破口，持續(xù)推動(dòng)電池制造技術(shù)向智能化、綠色化方向發(fā)展。