锂电池组装过程中的质量控制关键技术探讨

　　程运建

　　【摘 要】随着新能源汽车、储能等行业的快速发展，锂电池产业规模不断扩大。电池组装质量直接关系到电池成组效率、安全性能和使用寿命。本研究从电芯筛选、极耳焊接、组装工艺、电气连接以及检测等环节入手，重点探讨了锂电池组装过程中质量控制的关键技术，以供相关从业者参考。

　　【关键词】锂电池；电池组装；质量控制；关键技术

　　引言

　　随着新能源汽车、储能和便携式电子设备等市场的迅速发展，锂电池的需求持续攀升，其产业规模不断扩大。然而，锂电池的性能和安全性在很大程度上取决于其组装质量。电池组装的质量不仅影响电池的组成效率和使用寿命，还直接关系到其安全性能。因此，加强锂电池组装过程中的质量控制显得尤为重要。

　　一、锂电池组装质量控制概述

　　（一）锂电池组装的工艺流程

　　锂电池组装是将单体电芯通过串联或并联的方式组成电池模组，再将模组集成为电池包的过程。其主要工艺流程包括：电芯筛选与配组、极耳焊接、电芯与结构件组装、模组与电池包装配、电气连接以及成品检测等环节。各工序环环相扣，缺一不可，共同决定着锂电池组装的最终质量。

　　（二）锂电池组装质量控制的重要性

　　锂电池组装质量直接关系到电池组成效率、安全性能和使用寿命等关键指标。电池组装对安全性能也有着至关重要的影响，组装不当极易引发电池内部短路、过充过放等问题，进而诱发热失控、起火爆炸等严重安全事故[1]。

　　（三）影响锂电池组装质量的关键因素

　　锂电池组装质量管控是一项系统工程，影响因素错综复杂。归结起来，电芯一致性、极耳焊接可靠性、组装精度、电气连接性能以及防错措施是影响组装质量的几大关键因素。组装精度关系到系统的机械强度与散热性能，而防错措施则是确保组装质量的重要保障。这些关键因素与锂电池组装质量密切相关，是质量控制需要重点关注的对象。

　　二、电芯筛选与配组技术

　　（一）电芯一致性筛选标准

　　电芯一致性是保障电池组装质量的首要前提。只有单体电芯性能一致，才能避免在成组使用中出现短板效应。筛选一致性电芯需从外观质量与性能参数两方面着手。电芯外观筛选主要检查电芯的尺寸、形状、标识等是否满足要求，表面是否存在损伤、污渍等缺陷。常见的外观缺陷包括电芯变形、鼓胀、漏液，极柱歪斜、根部虚焊等。

　　（二）电芯配组方法

　　分档配组是最简单、最常用的一种配组方法。其基本原理是首先将所有待配组电芯按容量、内阻等参数划分为若干档位，然后从各挡位中随机抽取电芯进行配组。这种方法操作简单，但配组效果较粗放。交互配组是在分档配组基础上，进一步优化而成的一种配组方法。其特点是将不同挡位的电芯进行交叉配组，从而使配组后的各性能更加接近。但这种方法计算较复杂，效率不高。

　　（三）电芯配组过程质量控制要点

　　配组是电池组装的基础环节，其过程质量控制的好坏直接影响后续工序。为确保配组质量，应注意以下几点：配组前，宜选择容量、内阻等性能参数相近的电池，以保证性能的一致性。配组过程应严格按照分档或优化配组方案执行，严禁随意调换电芯。配组时，应详细记录每个电芯的位置信息并建档，以备质量追溯。配组后，宜对模组进行充放电、静置等测试，筛查性能差异较大的组别，并及时调整。总之，电芯配组是影响锂电池组装质量的关键环节。只有严把配组质量关，才能为后续工序奠定良好基础。

　　三、极耳焊接工艺质量控制

　　（一）极耳焊接工艺及其质量要求

　　极耳焊接是锂电池组装中的关键工序，其质量的优劣直接决定电芯的导电性能和机械连接强度。常用的极耳焊接工艺主要有超声波焊接和激光焊接两种。超声波焊接是利用超声波的高频振动，使金属表面氧化皮破裂，在加压作用下，通过原子间的相互扩散而实现连接的方法。其工艺简单，设备投资小，但易发生虚焊、焊痕变形、飞边等问题[2]。激光焊接是利用高能量密度的激光束照射电芯极耳，在极短时间内将焊点金属熔化，并在瞬时冷却下实现焊接的方法。激光焊接热输入小，焊接质量稳定性高，焊点强度大，但设备投资较大。不过总体而言，激光焊接的工艺适应性更强。

　　（二）极耳焊接缺陷分析及成因

　　焊接不良是指焊点与母材结合不牢固，常表现为焊点脱落、部分脱落、焊点附着力不足等。其主要原因是焊接能量输入不足，未能使焊点金属完全熔化；或者焊接时压力偏小，熔融金属未能充分流动；又或是焊接表面存在油污、氧化物等杂质，影响焊点的冶金结合。虚焊是指焊点内部存在未熔合的缝隙或空洞，常因能量输入过低，熔深不够引起。而塌陷则是指焊点表面凹陷，多由能量输入过高，熔深过大导致。这两种缺陷都会严重影响焊点强度与导电性能。飞边是指焊点周围出现锋利的毛刺或飞溅物，多由于焊接时间过长、能量密度过高引起，易划伤电芯包装。裂纹则表现为焊点开裂或微裂纹，常由焊接冷却速度过快，焊点产生过大残余应力导致。这两种缺陷在一定程度上会减弱焊点强度。产生以上缺陷的主要原因是焊接工艺参数控制不当，如能量输入、加压力度、焊接时间等把握不准所致。

　　（三）提高极耳焊接质量的关键技术

　　提高极耳焊接质量的首要措施是优化焊接工艺参数。对于超声波焊接，应适当提高焊头振幅、焊接压力和保压时间，并控制焊接时间在1 s 以内。对于激光焊接，则需合理调节激光功率、焊接时间、熔点位置及保护气体流量等参数，确保焊点熔深、形状符合要求。同时还需为不同类型、不同规格的极耳建立最佳工艺参数数据库。焊接设备是保证焊接质量的物质基础。需定期对焊接设备进行校准和维护，确保设备正常运转。

　　四、电池组装工艺质量控制

　　（一）串并联组装工艺要点

　　往往需通过多个电芯串并联组装而成。串联可提高电池组总电压，并联则可提升电池组总容量。电池组装工艺的优劣，决定了各电芯能否协调工作、平衡充放电。组装方式主要有顺序组装与分体组装两种。所谓顺序组装，就是将配组后的电芯按照电路图要求，逐一进行串联或并联。具体是将电芯正、负极依次焊接在汇流排上，再用镍带将汇流排连成所需串并联形式。这种方法适合小批量电池包的组装，但组装效率低，自动化程度不高。组装过程中，需严格控制汇流排与极耳的对位精度，确保每个电芯的焊点导通、过渡均匀。同时要合理布置电芯，避免相邻电芯正负极接反。

　　（二）结构件装配工艺与质量把控

　　电池组装还需多种结构件的配合。如用于固定、支撑电芯的侧板、端板，用于电池散热的冷却板，以及用于密封、绝缘的上下盖板等。这些结构件直接决定电池包的机械强度、散热性能及安全性能。结构件需采用高强度、高导热的材料，如不锈钢、阳极氧化铝等。其加工要求精度高，尺寸公差小，表面粗糙度低。可采用激光切割、CNC 加工等方式制造。切忌采用铸造、冲压等精度较低的加工方式[3-4]。

　　结构件与电池之间需采用机械压装或粘接的方式固定连接。机械压装主要通过纯物理方式施加压力，使结构件与电池保持紧密接触。其压装力度要适中，太小达不到固定效果，太大又易损伤电芯。粘接固定则主要采用双面胶、导热硅胶等粘接剂。其粘接剂要与电池包材料相容，具有较高的粘接强度与导热系数。涂覆厚度要均匀，不能有气泡、缺胶等现象。粘接时的位置精度和紧密程度也要把控好，避免偏位或粘接不牢。结构件制造及装配是保证电池包整体性能的关键。装配时，要采用合适的连接方式，严控装配精度，确保电芯固定可靠、散热良好、绝缘有效。

　　（三）组装过程中的防错技术应用

　　电池组装过程中稍有疏忽，就可能酿成质量或安全事故。为从根源上预防人为失误，需在组装各环节应用防错技术。常见的防错技术包括：电芯反接是最常见的组装错误之一。反接会导致电芯极性颠倒，严重时可引起电芯鼓胀、起火。为防止反接，可在正负极耳设计成不同形状，采用不同颜色的绝缘套管；在焊接夹具上设计限位结构，防止电芯装反；在焊接设备PLC 中嵌入极性检测程序，识别电芯正负极。电芯漏装也是组装中的常见错误。漏装会导致电芯缺失，使电池容量达不到要求。为防止漏装，可对每个工位设置光电开关，检测电芯是否到位。一旦发现漏装，应及时补装或重新组装。

　　五、电气连接可靠性控制技术

　　（一）汇流排焊接质量提升技术

　　汇流排是连接电芯与端子的关键部件，其焊接质量直接影响电池导电性能与安全性能。提升汇流排焊接质量的关键在于：汇流排多采用超声波焊接或激光焊接。需优化焊接能量、焊接时间、加压力等参数，既要确保焊点牢固，又要避免发生虚焊、焊穿等缺陷。宜通过试验规划，寻求最佳工艺参数组合。焊接后，要采用外观检查、X 射线无损检测、金相分析等方法，定期抽检汇流排焊点质量。建立汇流排焊点缺陷分类标准，量化焊点可靠性。对于评价为不可靠的焊点，要采取返工、报废等纠正措施，坚决不允许流入下道工序。

　　（二）引线压接工艺参数优选

　　引线压接用于连接汇流排与保护电路板，其接触电阻大小影响电池内阻及散热性能。优选压接工艺参数的要点包括：引线压接一般采用伺服压接机完成，其压接过程可通过位移、压力传感器绘制成压接曲线。通过分析压接曲线可判断压接质量的好坏，曲线应力峰值应高且平稳，无毛刺、缺陷等。

　　压接后需采用微欧姆计测量接触电阻，电阻值要尽可能低，且批内一致性要好。可统计分析大量接触电阻数据并绘制管控图，及时发现异常波动，找出压接不良的原因。对于压接曲线异常、接触电阻超标的情况，应分析压接表面氧化、杂质污染、模具磨损等因素，微调压接力、压接力保持时间等参数，必要时进行模具修理或更换，以恢复压接质量。

　　（三）绝缘包覆技术及其质量检测

　　绝缘包覆是防止电芯与外界发生短路、漏电的重要措施。热缩管和绝缘套管是最常用的两种绝缘包覆材料，其包覆质量的好坏直接关系到电池使用安全。热缩管多采用辐照交联聚烯烃材料制成。在对极柱、铝塑膜进行热缩时，要控制收缩温度与时间，确保热缩管能均匀紧密地包覆在电芯表面，不能有破损或未完全收缩的现象。包覆后的电芯需进行绝缘电阻检测[5]。可采用兆欧表在线测量电芯正负极之间、正负极对壳体的绝缘电阻，阻值应在100 兆欧以上。对于绝缘不合格的电芯，需重新包覆或做绝缘补强，严禁混入成品。同时绝缘不良时，应立即停机检查，排查包覆材料选择、包覆过程控制等方面的原因，及时采取纠正预防措施。总之，电芯绝缘包覆是电池安全的最后一道防线，其质量的优劣事关电池能否安全使用。在包覆过程中，务必严把材料关、工艺关和检验关，确保电芯实现完全绝缘。

　　六、电池组检测技术与标准

　　（一）成组电池性能检测

　　组装后的电池需进行出厂检验，检验项目主要包括：利用电池测试系统对电池进行标准充放电，计算成组效率。成组效率是衡量电芯配组和焊接质量的重要指标，应不低于设计标称容量的97%。在不同倍率下对电池进行充放电，计算各倍率下的放电容量和能量，考察电池的倍率适应性。倍率性能主要取决于电池内阻大小，内阻过大会导致倍率性能下降。对电池进行短路、过充、过放、挤压等多种滥用试验，考核其安全性能。电池应能承受一定程度的滥用，不能发生起火、爆炸等危险。检测过程中，一旦发现性能指标异常，应启动内部分析程序，找出根本原因，采取相应的纠正措施。经返工、维修后仍不合格的电池，应划分为废品，严禁出厂。

　　（二）电池组在线检测技术研究进展

　　在电池使用过程中，需实时监测电池状态，预防安全事故。目前，常用的在线检测技术包括：开路电压、内阻、过流过载保护、过充过放保护、过热保护等，其中内阻是评价电池性能的关键参数。在线内阻检测多采用电流脉冲法，即在恒流充放电过程中，叠加一个微小的电流脉冲，测量电压响应，计算内阻。内阻变化可反映电池老化、失效等状况。在电池正负极间串联断路保护器件，当外部负载短路或电池内部短路时，断路器能快速切断电路，避免电池过放或电流过大引发危险[6]。断路器的动作可靠性与断路速度是在线监测的重点。除上述方法外，还可采用电压、温度、压力等多参数融合监测，实现电池状态的精准估计。在线检测是保障电池安全运行的重要手段，其能否准确、可靠、实时地预警衡量着电池管理系统的水平。

　　结语

　　随着锂离子电池在新能源汽车、储能等领域的广泛应用，其安全性备受关注。组装质量是决定电池性能的关键因素，其涉及电芯筛选、极耳焊接、电池组装、电气连接、在线监测等诸多环节。提升锂电池组装质量，既需要优化设计、改进工装、完善检测等硬件措施，也需要建章立制、严格执行、持续改进等软件保障。只有全员、全程、全面地推行质量管理，才能从根本上防范质量风险，打造精品电池。锂电池组装质量控制任重道远，需要产学研用各界协同创新，久久为功。

　　参考文献：

　　[1] 彭碧.全自动锂电池电芯卷绕机张力与纠偏控制关键技术研究[D].武汉:华中科技大学,2013.

　　[2] 陈华,阳如坤.锂电池制造工艺及装备[M].北京:化学工业出版社,2024.

　　[3] 王飞,张强先.动力电池模组和PACK装配线的工艺技术应用研究[J].蓄电池,2023,60(02):82-86.

　　[4] 赵晓军,王颖超,陈猛,等.动力电池系统内模组汇流排可靠性浅析[J].储能科学与技术,2024,13(07):2450-2458.

　　[5] 刘国栋.基于深度学习的锂电池极片表面缺陷检测方法研究[D].广州:广东工业大学,2022.

　　[6] 黄可龙.锂离子电池原理与关键技术[M].北京:化学工业出版社,2022.