冲压电池极耳：锂离子电池的材料与连接
简短回答：锂离子电池极耳是一种冲压导体，将电芯电流引出壳体，其材料必须兼具高导电性和与电极的可焊接性。镀镍钢和纯镍适用于电阻焊和超声波焊接至极耳和汇流排，铝极耳匹配正极侧的铝塑膜箔材，铜极耳匹配负极侧。厚度通常为0.05–0.3 mm，需要时电镀1–3 µm，连接方法——超声波、激光或点焊——与金属本身同样重要。设计极耳时应宽而短，以降低电阻和发热。
每个锂离子电芯至少有两个极耳：一个焊接在正极箔材上的正极耳，一个焊接在负极箔材上的负极耳，两者都向外延伸，将电芯连接至保护电路、汇流排或下一个电芯。这些极耳是冲压件，其材料、厚度和连接方法决定了电芯能输出多少电流、连接处产生多少热量以及电池组能使用多久。本指南涵盖冲压电池极耳背后的材料和制造逻辑。
电池极耳必须实现的功能
极耳同时面临三项要求。
- 以低电阻承载电流，使电芯不受限流且连接处不发热。
- 可靠地焊接至电极箔材，而电极箔材通常只有几微米厚。
- 在电池组寿命期内承受机械和热应力，包括振动、热循环和偶发故障电流。
电阻是首要考虑因素。过薄或过长的极耳会增加电芯内阻的毫欧值，表现为负载下的电压跌落和连接处发热。第二个考虑因素是焊接：铝和铜比钢难焊接得多，错误的工艺会产生薄弱或高电阻的连接，随时间推移而失效。
材料：使极耳与电极匹配
极耳材料必须与其连接的电极在电气和冶金上兼容。正极箔材通常为铝；负极箔材通常为铜。这决定了基材的选择。
| 极耳材料 | 导电率（% IACS） | 匹配电极 | 典型厚度 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 镀镍钢 | ~14% | 均可（通过镀层） | 0.05–0.2 mm | 圆柱电芯常用，可焊接 |
| 纯镍 | ~23% | 均可 | 0.05–0.3 mm | 导电性更好，成本更高 |
| 铝 1060/1070 | ~61% | 正极（铝箔） | 0.05–0.2 mm | 匹配软包正极，轻 |
| 铜 C11000 | ~101% | 负极（铜箔） | 0.05–0.2 mm | 匹配负极，导电性最高 |
| 镀镍铜 | ~90% | 均可 | 0.05–0.2 mm | 兼具两者优点，用于高电流电芯 |
镀镍钢是圆柱和方形电芯的主力材料，因为钢强度高、成本低且易于焊接，而镍镀层使其与铝箔兼容并耐腐蚀。软包电芯通常直接使用铝和铜极耳，因为薄箔材与极耳的焊接受益于金属匹配。
连接方法
连接占极耳价值的一半。完美的极耳若连接不当，其性能不如连接良好的普通极耳。
| 方法 | 最适合 | 优势 | 局限 |
|---|---|---|---|
| 超声波焊接 | 箔材至极耳，铝和铜 | 无熔化，低热量 | 需要良好夹紧，工具磨损 |
| 激光焊接 | 极耳至汇流排，高速 | 快速、精确 | 热影响区，飞溅 |
| 电阻点焊 | 钢/镍极耳，小电芯 | 便宜、简单 | 不适用于厚铝/铜 |
| 焊接 | 原型、小批量 | 容易、可返工 | 热量传入电芯，助焊剂残留 |
超声波焊接是将极耳连接至箔材的标准方法，因为它无需熔化即可连接，避免损坏脆弱的电芯化学体系。激光焊接对于模组中的极耳至汇流排连接快速且精确。无论采用何种方法，极耳表面状态——清洁、必要时电镀、无氧化物——决定焊接质量。我们的压接和焊接极耳说明和电池接触件指南涵盖了相关的接触侧。
厚度、电镀与电阻
极耳厚度是电阻与可焊接性之间的权衡。薄极耳易于焊接至箔材但承载电流较小；厚极耳承载电流较大但更难焊接，并可能在连接处产生应力。
| 极耳厚度 | 近似电阻 | 适用 |
|---|---|---|
| 0.05 mm | 高 | 小电芯，低电流 |
| 0.10 mm | 中等 | 消费类电芯，中等电流 |
| 0.15 mm | 低 | 动力电芯，高电流 |
| 0.20–0.30 mm | 最低 | 高倍率电池组，汇流排连接 |
电镀有两个目的：防腐蚀和可焊接性。钢或铜上的镍镀层（1–3 µm）提供一致可焊且抗氧化的表面。未电镀的铜会迅速失去光泽并变得难以可靠焊接，因此高电流铜极耳通常镀镍或在成形后立即焊接。电阻应通过组装后极耳的四线测量来确认，而非根据图纸假设。
安全与寿命设计规则
几条规则可确保极耳安全且寿命长。
- 保持极耳短而宽。电阻与长度成正比，与宽度成反比，因此短宽极耳优于长窄极耳。
- 避免极耳根部的尖锐内角。应力集中在那里，振动疲劳裂纹从尖角开始。
- 提供应变消除。电芯与汇流排之间的成形弯曲或轻微环圈可吸收振动和错位。
- 注意焊缝周围的热影响区。过度焊接会使极耳变脆并降低其疲劳寿命。
- 在设计中要求时使用熔断特性。一些极耳包含窄颈，在故障电流下充当受控失效点。
大多数极耳是在连续模上从卷料冲压而成，这保持了低单位成本和尺寸一致性。电镀可在冲压前在卷料上进行（经济），或在冲压后选择性进行（仅接触区需要电镀时）。BQUQ在东莞从镍、镀镍钢和铜合金冲压电池极耳、接触件和压接件。将图纸发送至sc@bquq.com，12个工作小时内报价。
常见问题
问：锂离子电池极耳由什么材料制成？
答：常见极耳使用镀镍钢、纯镍、铝或铜。选择取决于极耳连接的电极：铝极耳匹配铝正极箔材，铜极耳匹配负极箔材，镀镍钢与两侧均焊接良好。
问：电池极耳应该多厚？
答：大多数极耳厚度为0.05–0.3 mm。较薄的极耳易于焊接至箔材但承载电流较小；较厚的极耳承载电流较大但更难焊接。根据电流确定厚度，然后通过电阻测量确认。
问：为什么电池极耳使用镍镀层？
答：镍镀层防腐蚀，并使表面可焊接且一致。未电镀的铜会迅速失去光泽并变得难以焊接，因此使用电镀或新成形的极耳以保持连接质量稳定。
问：哪种焊接方法最适合电池极耳？
答：超声波焊接是将极耳连接至箔材的标准方法，因为它无需熔化即可连接，避免损坏电芯。激光焊接常用于极耳至汇流排连接，点焊适用于小电芯上的钢和镍极耳。
问：如何降低电池极耳的电阻？
答：使极耳短而宽，因为电阻与长度成正比，与宽度成反比。使用导电性更高的材料如铜，选择足够厚度，并确保焊接接头清洁且成形良好。
相关资源
- 冲压电池接触件：冲压电池接触件的设计指南。
- 冲压端子和接触件：从电镀金属冲压的电池极耳、接触件和压接件。
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