Точечная сварка 18650: не там, где кажется, ищем надежный контакт 

Когда говорят про точечную сварку 18650, многие сразу представляют мощный аппарат и красивый шов. А на деле, 90% проблем — не в аппарате, а в подготовке. Очистил ли ты контактную площадку на батарее? Никакой флюс не спасет, если там оксидная пленка. И да, речь именно о литиевых батарей, где перегрев анода — это уже не брак, а потенциальный отказ. Видел немало сборок, где с виду все прихвачено, а сопротивление контакта зашкаливает. Греется потом в сборке, баланс уходит… И начинаются поиски виноватых: то ли сварка плохая, то ли ячейки. Чаще — первое.

Где тонко, там и рвется: подготовка поверхности

Вот смотри, берешь новую 18650, например, с катодом из никелированной стали. Кажется, блестит, все чисто. Но этот блеск — часто обман. Микроскопический слой масла, оксида, просто пыли. Если варить по нему, пятно контакта получится нестабильным. Я для себя выработал правило: механическая зачистка. Не наждачкой, а специальным абразивным волокнистым шлифовальным бочком, легкое касание. Цель — не стереть покрытие, а активировать поверхность. После — обезжиривание. Изопропиловый спирт, не ацетон. Ацетон может оставить пленку.

И вот тут многие ошибаются, пытаясь варить через никелевую ленту на неочищенный анод (отрицательный полюс). Анод у 18650 — это обычно медный колпачок. Медь окисляется быстро. И если не зачистить, то точечная сварка даст видимое соединение, но с высоким переходным сопротивлением. В итоге в точке сварки будет локальный нагрев при высоких токах разряда. Проверял тепловизором — некоторые точки в сборке светились на 10-15 градусов горячее соседних. Это брак.

Кстати, про ленту. Толщина имеет значение, но не абсолютное. Лента 0.15 мм варится хорошо, но для силовых сборок, где токи выше, нужна 0.2 мм или даже 0.3 мм. Но тут уже нужен более мощный аппарат, способный за короткий импульс (2-4 мс) обеспечить глубокий прогрев без перегрева самой банки. Баланс найти сложно. Помню, пытался на старом самодельном аппарате с трансформатором от микроволновки варить толстую ленту — или не проваривал, или прожигал корпус банки. Страшно было. Сейчас, конечно, импульсные источники, как у того же ООО Гуандун Сяовэй Нью Энерджи Технолоджи, дают больше контроля.

Аппарат: не мощность, а контроль импульса

Гонка за ваттами — это для новичков. Ключевое — это стабильность и форма импульса. Хороший аппарат для точечной сварки литиевых батарей должен иметь точную настройку длительности импульса (желательно, с шагом в 0.1 мс) и регулировку тока. Почему? Потому что разные производители 18650 используют разную толщину и состав материала для полюсов. У одной банки катодная сталь мягче, у другой — тверже. Эмпирически подбираешь.

У нас в лаборатории стоит стенд для тестов, так вот, мы проверяем не ?приварилось или нет?, а именно усилие на отрыв и сопротивление контакта. Идеальный шов — это когда при отрыве ленты металл рвется не по контуру сварной точки, а рядом, в основном материале ленты или колпачка. Это говорит о том, что соединение прочнее, чем сам материал. Добиться такого можно только при идеальном подборе параметров. Информацию по настройке для разных типов ячеек иногда можно найти на профильных ресурсах, вроде сайта https://www.www.xiaoweitop.ru. Они, как раз, работают с исследовательскими институтами, и у них часто есть такие практические данные.

Еще момент — электроды. Медные — классика, но они ?плывут?, требуют частой заточки. Сплав кадмиевой бронзы — лучше, держит форму. Кончик электрода должен быть всегда чистым и определенной формы (скошенный конус или радиус). Плоский, ?расплющенный? кончик увеличивает площадь контакта, снижает плотность тока, и вместо точечной сварки получается ?приглаживание? с плохим проплавлением.

Типичные косяки, которые видны только после

Самая коварная вещь — внутренний дефект. С виду точка ровная, красивая, без подгаров. Но если посмотреть под микроскопом, видно, что сплавление произошло только по краям, а в центре — непровар. Такое бывает, если электроды не параллельны поверхности или усилие прижатия недостаточное. Воздушный зазор — плохой проводник тепла. В итоге, ток пошел по пути наименьшего сопротивления, по периметру.

Или другая история: перегрев. Не до дыр, а просто перекал. На глаз не видно, но структура металла в точке сварки меняется, становится хрупкой. При вибрации или тепловых расширениях в работе сборки такая точка может дать микротрещину. Сопротивление растет, греется еще сильнее — замкнутый круг. Поэтому после сварки хорошо бы проверять точки не только на прочность, но и, например, термопарой в режиме кратковременного пропускания тестового тока.

Вот, кстати, где пригождается комплексный подход, как у той же Xiaowei New Energy Technology. Они позиционируют себя не просто как продавцы оборудования, а как создатели платформы для R&D. Это значит, что для них важна воспроизводимость результата и диагностика. В кустарных условиях мы часто варим ?на глазок?, а потом удивляемся разбросу параметров в готовой батарее.

Никелевая лента: не всякая никель — никель

Казалось бы, никелированная стальная лента, она и в Африке лента. Ан нет. Есть лента с чистым никелевым покрытием, а есть с никель-оловянным или другими сплавами. Сопротивление у них разное, температура плавления тоже. Для точечной сварки 18650 лучше подходит лента с чистым никелем — она обеспечивает более стабильное и низкое переходное сопротивление. Но она и дороже.

Еще есть момент с лужением. Некоторые, чтобы упростить пайку проводов уже к собранной шине, используют луженую ленту. Но лудить до точечной сварки — категорически плохая идея. Припой имеет гораздо более низкую температуру плавления, чем никель или сталь. Во время сварки он просто расплавится, вытечет из-под электрода, и соединение будет чисто механическим, без сплавления основных металлов. Прочность близка к нулю.

Правильный путь: сначала точечная сварка чистой никелевой ленты к полюсам банки. Потом, если нужно, аккуратная пайка выводов уже к этой ленте, но с использованием термофена и теплоотвода, чтобы жар не пошел в тело банки. Литиевые элементы этого не любят.

Безопасность: это не пустой звук

Все эти танцы с настройками и зачистками — они не только для качества, но и для безопасности. Плохой контакт — это точка локального перегрева. В лучшем случае, банка в сборке просто быстрее деградирует. В худшем — при серьезной нагрузке может начаться тепловой разгон. Видел последствия такого ?разгона? в экспериментальной сборке — страшновато.

Поэтому мой протокол всегда включает в себя проверку каждой точки. Визуально — на однородность, отсутствие брызг металла и подгаров. Механически — пинцетом на попытку отрыва (не до фанатизма, а легким поддеванием). И обязательно — замер сопротивления между банкой и лентой в нескольких точках. Разброс более чем на 10-15% — повод переварить.

Для тех, кто занимается этим профессионально или в исследовательских целях, имеет смысл работать с поставщиками, которые понимают весь цикл. Вот, например, компания ООО Гуандун Сяовэй Нью Энерджи Технолоджи, основанная еще в 2014 году, как раз заточена под поддержку научных и инженерных задач. Им важно, чтобы их клиенты — те же университеты или R&D отделы предприятий — получали не просто железо, а работающее решение с пониманием всех этих подводных камней. От выбора ленты и режимов сварки до итоговых тестов сборки. Это другой уровень, не ?сварю-ка я пачку банок в гаражке?.

Вместо вывода: мысль вслух

Так что, точечная сварка 18650 литиевых батарей — это не операция, а процесс. Процесс, где половина успеха — в подготовке, треть — в правильном оборудовании с тонкой настройкой, а остальное — в контроле и понимании, что ты делаешь и зачем. Можно купить самый дорогой аппарат, но, не зачистив контакт, получить ненадежную сборку. А можно на скромном, но управляемом аппарате, соблюдая технологию, делать вещи, которые будут работать годами.

Главное — не останавливаться на ?вроде держится?. Литиевые элементы требуют уважения. И это уважение проявляется в каждой точке, в каждом контакте. Все остальное — от лукавого. Думаю, многие, кто давно в теме, со мной согласятся. Ну а новичкам совет один: сначала учись на одной банке, десятки раз, с разными настройками, с проверкой отрывом. Пока не поймешь связь между параметрами и результатом. И только потом — за сборку.