如今，电池产品的要求越来越多样化、复杂化：除了精 度、强度和最小颗粒组成外，工艺验证和可追溯性同样是重要的质量标准。产品设计和焊接工艺参数的选择对于确保高质量的生产水平和最高的工艺安全性起到决定性作用，具体取决于个别应用案例。
在锂离子电池生产中, 多层极耳之间、极耳与极耳引片之间、极耳与盖板之间的连接, 经历了从机械铆接、电阻焊接、激光焊接到超声波焊接的发展历程。 超声波焊接高速、 高效且高自动化, 在锂离子电池生产中的应用越来越多。
超声波焊接机是利用超声波( 频率在16 kHz 以上) 的高频振动能量, 对工件接头进行内部加热和表面清理, 并对工件施加压力来实现同种或异种金属连接的压焊方法。
超声波焊接的特点有 :工件不通电, 不外加热源, 焊接过程趋近于冷焊接, 不需要加焊剂, 所需电能少, 能耗较低;焊接区金属的物理和力学性能没有宏观变化, 焊接接头的静载强度和疲劳强度较高, 且稳定性好;被焊工件变形小, 焊后无须热处理, 焊接面清洁美观, 焊后无需清理焊点;可与计算机配合使用, 对焊接参数和数据进行记录、对焊接过程进行控制, 实现信息化和自动化。
超声波焊接技术在锂电池行业中的应用
在铝壳电池制作中的应用
铝壳电池( 叠片工艺) 在制作过程中，对于层数较多的极耳，需通过超声波焊接机对多层极耳预焊，再将预焊后的极耳与盖板极耳引片焊接起来。 若极耳层数较少，可直接对多层极耳与盖板极耳引片进行焊接，无需预焊;若盖板极耳引片厚度较大，即使极耳层数较少，也需进行预焊。 预焊起到整形的作用，有利于盖板极耳引片与极耳之间的焊接。目前，市场上适合锂离子电池行业使用的超声波焊接机功率，功率最小的为 40 kHz/500 W, 功率最大的为 20 kHz/ 5500 W。 预焊时, 可选择功率较小的设备, 盖板焊接时可选择功率较大的设备, 为保证焊接质量, 预焊和盖板焊接所用设备应分开选择。 对于同于一台设备, 可同时进行预焊和盖板焊接, 但要频繁调整焊接参数, 易导致焊接效果不稳定。 焊接完成后, 需要使用拉力设备检验焊接效果, 根据测试结果对焊接参数进行调整, 直至焊接效果最佳。
在软包电池制作中的应用
软包电池( 叠片工艺) 与铝壳电池( 叠片工艺) 不同，在制作过程中，软包电池需对多层极耳进行预焊，再将极耳引片与预焊后的极耳焊接在一起，极耳引片与铝壳电池的极柱功能相当。 整个过程分为极耳预焊和极耳引片焊接两步。 软包电池( 叠片工艺) 层数较少，可用功率较小的超声波焊接机。软包电池( 卷绕工艺) 需要将正、负极的极耳引片分别焊接在正、负极片上, 再进行卷绕，形成单只电芯。 在此过程中，需用超声波焊机进行极耳引片焊接, 由于极耳引片较薄，可选用 800 W 左右的焊机焊接。
超声波焊接技术被认为是一种环保技术。与热接合工艺相比，超声波焊接技术整体能耗降低了 75%，经济性达到最佳，大幅降低了能量消耗 ，能量主要集中在要接合的区域，并且仅在实际焊接过程中消耗 。由于超声波不需要预热或待机循环，因此能够有效利用能量 。并且超声波焊接无需额外的辅助材料 ，不需要特殊的表面预处理。
