软包电芯极耳超声波预焊接输出的产品特性及控制点

软包锂电芯正负极tab(通常为集流体凸出部分)的超声波预焊接是电池制造中的关键工序，主要用于将多个薄层箔材(通常是铝箔正极和铜箔/镍箔负极)初步焊接，以便后续与极耳最终焊接(通常采用激光焊或超声焊)。其输出的产品特性和控制点直接关系到电池的内阻、连接可靠性、安全性和寿命

输出的产品特性

❶电学特性:
低且稳定的接触电阻：这是最重要的特性。预焊接必须显著降低多层极耳之间的接触电阻，使其远低于单纯叠加的接触电阻，并确保电阻值低且稳定(批次内和批次间一致性)
低电阻一致性：同一电芯内两个极耳的电阻应接近，同一批次不同电芯的预焊接电阻应具有高度一致性。
❷机械特性:
足够的抗拉强度/剥离强度：焊点必须能承受后续工序（如转运、入壳、模组焊接）以及电池使用过程中的机械应力（振动、冲击），不发生分层或断裂。强度需大于后续工序可能施加的最大应力和电池使用要求。
良好的韧性：焊点应具有一定的延展性，避免在受力时发生脆性断裂。
焊点完整性：焊点应均匀、连续，无明显的未焊合区域、裂纹或孔洞。
❸冶金/微观结构特性:
金属间原子扩散与结合：在超声能量作用下，金属表面氧化层被破坏，金属原子在界面处发生扩散和冶金结合（主要是固态扩散焊机制），形成牢固连接。
可控的热影响区：超声波焊接是固态焊接，热输入相对较低且集中，但仍会产生局部温升。理想的焊接应使热影响区（HAZ）最小化，避免金属箔材（尤其是铝）发生过度的晶粒长大或软化，导致强度下降。
无金属熔融或飞溅：理想的超声波金属焊接是固态过程，应避免局部熔化产生飞溅物(可能引起内部短路风险)或改变材料性能。
❹几何/形貌特性:
焊点形貌规则：
焊点通常呈现规则的“鱼鳞纹”或网格状图案,这是焊头纹路在压力下压印和金属塑性流动的结果。纹路应清晰、连续、分布均匀。
厚度控制：焊接后“焊头”的总厚度应控制在设计范围内。过厚可能影响后续装配（如入壳），过薄可能强度不足。
极耳对齐度：多层箔材在焊接后应保持良好对齐，无明显错位、扭曲或波浪形。
表面质量：焊点表面应平整，无严重压溃、毛刺、撕裂或烧伤痕迹。
❺可靠性特性:
高连接可靠性：确保在电池整个生命周期内（包括充放电循环、温度变化、振动等条件下）连接稳定，不出现失效（如电阻增大、开路、虚焊恶化）。
低失效风险：避免产生潜在的失效隐患，如微裂纹、内部空洞、未焊合区域等。

关键控制点

❶焊接参数 (Welding Parameters):
振幅：焊头振动幅度。影响能量输入和塑性变形程度。需根据材料、层数、厚度精确设定和监控。振幅过大易损伤箔材，过小则能量不足导致焊接不良。
焊接压力：施加在焊头上的压力。保证箔材紧密接触，促进能量传递和塑性流动。压力不足导致虚焊，过大导致箔材压溃或焊头/砧座损伤。
焊接时间/能量：超声波能量作用的时间或直接控制输入的总能量(部分先进设备)。时间/能量不足导致未焊合，过高则可能导致过焊(箔材断裂、压溃严重、热影响区过大)
触发压力/距离：焊头接触到极耳并达到预设压力或位置时才开始发射超声波。确保焊接起始点一致。
保压时间：超声波停止后，压力保持的时间。有助于焊点定型和减少回弹。
❷设备与工具 (Equipment & Tooling):
焊头与砧座状态：表面必须清洁、平整、无损伤(崩缺、磨损、粘附物)。纹路清晰是形成良好焊点的关键。需定期清洁、检查和更换。
设备稳定性与校准：焊接机(发生器、换能器、调幅器、气动系统)必须状态良好，参数输出精确、稳定。需定期进行维护和校准
工装夹具：用于定位和夹紧极耳，确保焊接位置准确、极耳不偏移、不翘曲。夹具设计需合理，夹持力适中且稳定。
❸材料状态 (Material Condition):
极耳清洁度：箔材表面必须清洁，无油污、粉尘、氧化物（虽然超声能破坏薄氧化层，但严重污染会影响焊接）。生产环境（湿度、洁净度）和来料控制很重要。
极耳平整度与对齐：送入焊接区的多层箔材应尽可能平整，边缘对齐。叠片工艺和送料机构对此影响很大。
材料一致性：箔材的材质（合金成分）、厚度、涂层（如有）、机械性能（硬度、延展性）需稳定一致。不同批次材料可能需调整焊接参数。
层数与厚度：焊接参数需根据特定的层数和总厚度进行优化和验证。
❹过程监控与质量控制(Process Monitoring&QC):
在线过程监控：现代焊接机通常具备实时监控功能：
能量/功率曲线监控：实时显示焊接过程中的能量/功率变化。良好焊接有典型的曲线形状（如平稳上升段、稳定段）。异常曲线（如能量不足、过早达到峰值、剧烈波动）可能预示焊接不良（虚焊、污染、层间滑动、工具问题）。
高度/位置监控：监测焊头下压的最终位置或位移变化。可间接反映焊接厚度变化或箔材压溃程度。
时间/压力监控：确保实际焊接时间和压力符合设定值。
破坏性测试：
①剥离/拉伸测试：定期（如每班次、换型号时）抽样，将焊点撕裂，检查焊合面积（焊核面积）、断裂模式（箔材内断裂优于界面分离）、测量剥离力/抗拉强度。
②金相分析：切片观察焊点横截面，检查焊合情况、界面结合、空洞、裂纹、热影响区等微观结构。
非破坏性测试：
①外观检查：目视或AOI检查焊点形貌、表面缺陷(压溃、撕裂、烧伤)、对齐度、毛刺等。
②接触电阻测量：使用微欧计测量预焊接“焊头”的直流电阻（DCIR）。要求低且稳定。是最常用且关键的在线或离线检测手段。需设定合格范围。
③超声波扫描：可用于检测焊点内部的未焊合、空洞等缺陷（应用相对较少）。
❺环境与操作 (Environment & Operation):
环境温湿度：控制在适宜范围，避免极端条件影响焊接过程或材料性能。
操作员培训：操作员需理解工艺原理、关键参数、常见缺陷及应对措施，规范操作（如正确装夹、启动）。
首件确认与变更管理：更换型号、材料批次、焊接工具或长时间停机后，必须进行首件确认（结合外观、电阻、破坏性测试），合格后方可批量生产。任何变更（参数、材料、工具）需经过验证和批准。

总结：

软包电芯极耳超声波预焊接的核心目标是制造出具有低、稳、一致接触电阻和高机械强度/可靠性的“焊头”。实现这一目标的关键在于对焊接参数(振幅、压力、时间/能量)、设备工具状态（尤其是焊头/砧座）、材料状态(清洁、平整、对齐)的精确控制和持续监控。在线过程监控（能量曲线、电阻）和定期的破坏性测试（剥离/拉伸）是确保过程稳定性和输出质量符合要求的最重要手段。严格的工艺控制和质量管理体系是生产高质量、高安全性锂电池的基础。