Driven by the ultimate concept of alternative fuel vehicles, the fast charging performance of the battery has moved from 2C to 4C and 6C, and the Phoenix battery technology released by Juwan Technology Research in early June has even achieved the highest level of 8C.

At this stage, fast charge technology is mainly achieved through high pressure, and one of its requirements for battery materials and structural systems is to withstand high pressure. Specifically in the manufacturing process, multi-layer pole ear welding has become a short board on the way to the era of fast charging.

The number of electrode electrode welding layers is positively correlated with the fast charging performance. The more layers, the smaller the internal resistance of the battery, the better the rate performance, and the more able to withstand high voltage fast charging. At present, the number of layers for electrode welding is about 60, and battery manufacturers have proposed next-generation requirements of more than 100 layers. The supply-side and demand-side key performance indicators are disintegrated.

Not only is there a lot of space on the number of layers, but multi-layer electrode welding is the lowest yield in battery production. When the yield of other processes generally breaks through 99% and continues to approach "1", the yield of the multi-layer pole ear welding link is still in the bottleneck stage of 94% to 97%.

In addition, in the accelerated industrialization of new foil composite collector, the main welding process is difficult to meet the multi-layer welding requirements due to the influence of the base film insulation in the composite collector.

The process needs to change. In a corner of Changzhou, resistance welding veteran Shanghai Meida newly established company Calloverde, after two to three years of technical overcoming, developed a "third welding process" different from ultrasonic welding and laser welding - pressure fusion welding, which broke out vitality in the multi-layer pole electrode welding link.

Open the pole lug + pole

The "one weld" era

Multi-layer pole ear welding usually requires the application of ultrasonic welding, laser welding two processes, ultrasonic welding on the welding surface cleaning requirements of the higher metal materials are welded together in advance (pre-welding), and then through laser welding to eliminate the virtual welding in ultrasonic welding.

According to the difference in the production line setting of the battery factory, the multi-layer electrode welding and the continuous pole welding are generally divided into three or two steps. The three steps are multi-layer electrode pre-welding (ultrasonic), multi-layer electrode final welding (laser), and electrode pole welding (laser); In the two steps, a pole is added to the pre-welding link of the multi-layer pole ear, and then the laser final welding is performed.

The reason why the yield is low is that ultrasonic welding is welded by high-frequency vibration of sound waves, and the pole ear foil is thin, the number of layers, the pressure is too large and the foil is easy to tear, and the pressure is too small, virtual welding will occur, both of which will affect the quality of the battery.

Therefore, even if the two-step method has been simplified in the process compared to the three-step method, the laser elimination of the virtual welding link is still inevitable, and it is still difficult to completely solve the low yield in the multi-layer pole ear welding link.

A new company based in Changzhou, Calloverde, has developed a "third process" for multi-layer electrode welding - pressure fusion welding, which enables a single welding from the multi-layer electrode to the pole.

The process of pressure fusion welding is based on the traditional welding process - spot welding in resistance welding, which has been widely used in the welding process of aerospace, automobiles, electrical appliances and other fields. Different from the traditional spot welding to achieve point-like connection, Calloverde pressure fusion welding, but also to achieve linear, circular connection.

The "key" of pressure fusion welding is that the upper and lower electrodes are pressed together with the multi-layer pole lug and pole cover plate under welding pressure, and the resistance heat generated by the current through the contact surface and adjacent area of the weldment joint will be heated to local melting or high temperature plastic state to form a solid welded joint.

In terms of welding effect, Calloverde pressure fusion welding equipment can achieve up to 120 layers of aluminum foil and 80 layers of copper. Taking 60-70 layers in actual production as an example, Calloverde pressure fusion welding can reach a vertical 400N tension (usually battery factories require more than 50N), and the welding yield is high.

In particular, Calloverde said that at present, the company's multi-layer welding difficulties in composite fluid collection are continuing to tackle, has achieved 60-layer composite copper foil welding, and is recently solving 60-layer composite aluminum foil welding, and will also do higher challenges in the number of welding layers in composite fluid collection in the future.

In terms of cost, the cost of pressure fusion welding equipment is comparable to ultrasonic welding and laser welding, but due to the reduction of the process, the overall cost is greatly reduced, the electricity consumption is less, and the consumables can be reused after repair. Because of the optimized design, pressure fusion welding has made great breakthroughs in energy saving and environmental protection.

It is worth mentioning that the failure rate of pressure fusion welding equipment is low. The predecessor spot welding equipment has been widely used in various fields of metal welding processes, many years of practical application, the stability of the equipment has been recognized. In the automotive body welding, the equipment has been used for more than 20 years.

In terms of welding efficiency, according to 0.3s a solder joint, the efficiency of a pressure fusion welding equipment is 100PPM-200PPM.

Under the energy revolution

Old welding technology "New activity"

Resistance welding can be evergreen in various fields of welding, not without reason. The new process of pressure fusion welding inherits most of the advantages of traditional spot welding, such as small welding range, high precision and good flexibility.

However, the large-scale production needs of the TWh era make the production line faster and faster, compared with the adaptation of laser welding and ultrasonic welding to the fast production rhythm, resistance welding seems to be embarrassing in the battery production application. Calloverde also told high power lithium, spot welding without breakthrough changes is unable to carry out multi-layer pole ear welding.

Poverty leads to change, and change leads to success. By reconstructing process barriers, Calloverde, which deeply cultivates resistance welding technology, pushes the old process to the outlet of energy change again.

Temperature is one of the multilayer electrode welding thresholds.

Because the performance of the battery diaphragm is affected by high temperature (about 130 ° C), this poses a challenge to the pressure fusion welding achieved by resistance heat. In the multi-layer electrode welding, the temperature of the welding zone of aluminum foil and copper foil is as high as 660℃ and 1100℃ respectively, which is far beyond the temperature that the diaphragm can bear. Calloverde has made a concentrated attack on the high temperature problem, using appropriate energy control technology to steepen the temperature gradient outside the welding zone, to ensure that the diaphragm performance is not affected.

At the same time, the welding shape area of pressure fusion welding is about 20 square millimeters, about one-fifth of the ultrasonic welding area. Not only greatly reduces the range of high temperature influence, but also has the greater advantage that the small area gives the pressure fusion welding higher flexibility. No matter how the battery model changes, as long as the welding surface is larger than the pressure fusion welding area, the device can be applied, and this advantage also stems from the inheritance of the spot welding process.

In addition, if the multi-layer pole ear welding is carried out directly with traditional spot welding, it will face three major pain points: serious spatter, difficult core growth and fast electrode wear.

In response to electrode wear, Carlo Verde has implemented anti-stick measures on the electrode by reasonable use of the part structure, and has realized the one-shift one-change program, supporting a single device to weld more than 10,000 batteries per shift (one pole and two welding spots, welding more than 20,000 times).

For the spatter and molten core growth is difficult, Calloverde said that on the basis of process innovation, it also needs to be supported by excellent hardware equipment, which is also the advantage of Calloverde born in Shanghai Meida.

In 1993, Shanghai Welding Machine Factory and WTC, ROMAN established a joint venture company Shanghai Meida. Since then, Shanghai MEida has been deeply engaged in resistance welding technology, all the way to become the industry leader in auto body welding equipment.

In terms of hardware, Calloverde has core technical support from WTC, with multiple models of welding controllers, welding power supplies, welding transformers. On the basis of hardware, through process debugging, it is enough to support multi-layer electrode welding with high efficiency and high yield.

At present, Calloverde pressure fusion welding has been applied to the negative multilayer electrode lug welding in the head battery factory, and the positive electrode equipment is in trial production.

Calloverde said that the downstream effect of pressure fusion welding in multi-layer electrode welding is recognized, but in the field of new energy, pressure fusion welding is still a new process, and it needs to be verified with more customers through a longer time to prove the transformative progress of pressure fusion welding.

It is understood that in addition to multi-layer electrode welding, Calloverde has laid out sealing welding, bus welding and other process equipment. It is worth looking forward to whether the resistance welding process will set off a market change in battery welding.