三家企業(yè)電池模組焊接方法對比分析

將電芯通過焊接的方式串并聯(lián)起來成組，是電池模組生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟，焊接技術(shù)在某種程度上已經(jīng)成為制約模組產(chǎn)品品質(zhì)、生產(chǎn)效率、成本的最關(guān)鍵因素之一。下面以幾家優(yōu)秀的模組生產(chǎn)企業(yè)的專利技術(shù)為例，討論一下領(lǐng)域內(nèi)對該技術(shù)的著眼點。

A企業(yè)

由于總輸出極承擔(dān)較大的載流量，所以一般會采用銅材質(zhì)，而銅電極片直接與鋁極柱焊接強度低，穩(wěn)定性不好。

A家最早的解決方案是先把銅電極片與一塊鋁片預(yù)制超聲焊接在一起，再對鋁片與極柱進行焊接。此方法存在三個問題：

1、對鋁連接片和鋁極柱焊接時，會影響已焊接好的銅鋁結(jié)合部穩(wěn)定性；

2、銅鋁電極片焊接區(qū)域非對稱，影響焊接強度；

3、銅電極片連接插接件后會給銅鋁界面帶來剪切力，影響結(jié)合強度。

針對這三個問題，A家共進行了三項改進。

第一項改進是在銅電極片上開通孔，沿通孔一圈的圓環(huán)區(qū)域?qū)︺~鋁電極片進行超聲焊接，再在通孔區(qū)域?qū)︿X片和鋁極柱進行激光焊接。該方法解決了多次焊接和焊接區(qū)域不對稱的問題，但是依然存在銅電極片上插接件造成的剪切力。

第二項改進是在上述分區(qū)焊接的基礎(chǔ)上，把銅電極片變成銅臺，銅臺上有帶有外螺紋的同心銅柱，或者帶有內(nèi)螺紋的圓柱孔，與插接件進行螺紋連接。一方面降低剪切力帶來的影響；二來降低插接件的生產(chǎn)難度，實現(xiàn)自主生產(chǎn)。

第三項改進也是給予第一項分區(qū)焊接技術(shù)，開發(fā)了一種可伸縮鋁電極片，為多層鋁箔堆疊后經(jīng)沖壓成型再分段熱壓焊接而成。拱形段為各層間未結(jié)合的多層分散的狀態(tài)，平面段為各層間經(jīng)熱壓焊接結(jié)合在一起的單層的狀態(tài)，從而形成一種柔性鋁電極連接片，補償因電池膨脹形成的位移，降低在銅鋁結(jié)合部產(chǎn)生的應(yīng)力。推測前兩項改進方式對界面結(jié)合力的提升并不能完全滿足要求，所以才采用這種柔性鋁連接片的方式，彌補銅鋁界面強度不足的問題。

B企業(yè)

B家是采用鎳片與極柱進行連接，可焊接性好，但是導(dǎo)電能力不足，且成本高。

針對此問題，研發(fā)了一種銅鎳復(fù)合電極片，分別開有對應(yīng)的通孔，通孔處有鎳凸片用于與極柱進行焊接，從而兼具鎳的焊接性能與銅的導(dǎo)電性能。這種方式并未徹底解決導(dǎo)電能力不足的問題，如通過增加連接片厚度的方法來優(yōu)化，則又影響焊接性能，增大了電池模組重量，提高了成本。

于是開發(fā)了一種由厚薄兩片鋁極片組成的復(fù)合連接片。在厚極片上設(shè)有通孔，薄極片上開有與通孔對應(yīng)的圓槽，圓槽為薄極片與極柱的焊接區(qū)域。此時，厚極片可以增加到足夠大的厚度來保證導(dǎo)電性，薄極片降低到足夠薄來保證焊接性。而鋁材密度小價格低，也能保證整體質(zhì)量和成本的要求。

C企業(yè)

C家為了實現(xiàn)很好的連接強度，在連接片上開通孔，電芯極柱穿過通孔與之配合，然后利用激光將通孔周圍金屬熔融進行焊接。問題是，如果所開通孔過大，焊接效果會受到影響。如果過小，又增加了裝配難度。

針對此問題，C家把通孔分成了大小孔兩段，采用過盈配合的模式降低對孔形狀和尺寸的要求。

為了提高連接片的導(dǎo)電性能，C家開發(fā)了一種多層疊加的連接片。兩層材料焊接在一起，其中一層或幾層開通孔，剩下一層與通孔對應(yīng)的區(qū)域為連接片與極柱的焊接部，兼顧薄處焊接，厚處導(dǎo)電的功能。值得注意的是，兩項技術(shù)的基材均為多層箔材焊接而成，兩種連接片均為一次性沖壓成型。

總結(jié)一下各家企業(yè)的共同點：

1、連接片多采用多層材料復(fù)合+開設(shè)通孔的方法，其中一層材料為連接片與極柱的連接層，保證焊接性能。多層材料疊加用于保證連接片的導(dǎo)電性。

2、連接片基材采用多層箔材堆疊之后加工成型，可形成柔性區(qū)域，用于補償電芯膨脹造成的位移，減小對低強度界面的影響。

以上三家均為電池模組生產(chǎn)企業(yè)，解決問題的思路也基本類似，即想辦法繞開問題。當兩種材料焊接質(zhì)量無法滿足要求時，嘗試采用不同的替代材料，再利用更加精細的結(jié)構(gòu)或工藝彌補更換材料帶來的性能損失。因為焊接技術(shù)本身的優(yōu)化空間，對于模組生產(chǎn)商來說是很小的。