鋰離子電池作為核心儲能部件，其制造工藝的每一次精進都推動著電動汽車、儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域的技術(shù)革新。鋰離子電池組裝過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)實力的重要指標(biāo)。本文將從工藝原理、技術(shù)難點、創(chuàng)新方案及美能鋰電的實踐應(yīng)用等維度，深入解析鋰離子電池組裝過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，確保極片邊緣無毛刺、隔膜無破損。

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，同時確保極耳位置準(zhǔn)確。

3.繞線工藝的技術(shù)難點

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。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)，同時通過真空預(yù)壓工藝排除卷芯內(nèi)部空氣，使電解液浸潤效率提升 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。通過高頻振動使金屬接觸面產(chǎn)生塑性變形，形成固態(tài)冶金結(jié)合，具有熱影響區(qū)小、焊接強度高的特點。

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。

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。

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

電阻控制：單個焊點接觸電阻需≤100μΩ，整電池內(nèi)阻值波動控制在 ±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

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，同時兼容極片寬度達 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，提升自動化程度。

干電極繞線：配合干電極技術(shù)，繞線過程無需溶劑，簡化工藝的同時提升能量密度10-15%。

2.極耳焊接的技術(shù)突破

無極耳設(shè)計：以4680 電池為代表，通過全極耳設(shè)計，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，先通過超聲波實現(xiàn)初步連接，再用激光強化焊點，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)實時調(diào)整焊接參數(shù)，實現(xiàn)自適應(yīng)焊接。

未來，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)則會向更高精度、更低能耗方向發(fā)展，AI 視覺檢測與智能控制將成為標(biāo)配，確保每一個焊點的一致性和可靠性。美能鋰電也會以電池組裝工藝為突破口，持續(xù)推動電池制造技術(shù)向智能化、綠色化方向發(fā)展。