预载调控对多层铜微箔与阳极盘激光焊接质量的影响及其热传递机制研究

本文系统研究了预载调控（20-60 N）对圆柱锂电池多层铜箔（full-tab结构）与阳极盘激光焊接质量的影响。研究发现40 N预载可显著减少焊缝截面波动（降低34.3%）、孔洞缺陷，并提高导电性（2.05 mΩ）与拉伸强度（59.9 N），揭示了微间隙热阻（slip-flow regime）调控对热传递效率的关键作用，为电池制造工艺优化提供了新策略。

　　

Highlight

预载调控在多层铜箔与阳极盘激光焊接中扮演着关键角色！通过精确控制预载力（20-60 N），我们不仅优化了焊缝的深度和宽度，更显著减少了孔洞和缺陷——在40 N预载下，焊缝截面波动降低至34.3%，电阻值低至2.05 mΩ，拉伸强度高达59.9 N！理论分析揭示，铜箔间微气隙处于滑流 regime（slip-flow regime），具有显著热阻，而预载直接调控间隙热阻，从而改变激光焊接过程中的热传递效率。

Conclusion

本研究提出通过精确调控预载来提升圆柱电池铜箔堆与阳极盘激光焊接质量的新方法，结合表面形貌、截面形态及热传递理论分析，阐明焊接质量提升机制，主要结论如下：

1. 1.
   在特定焊接参数下，增加预载可实现更大焊深和焊宽；
2. 2.
   40 N左右预载可获得缺陷更少、深度更优的焊缝；
3. 3.
   预载过小导致焊深不足，过大则引发工艺不稳定；
4. 4.
   微间隙热阻是影响焊接质量的核心因素。

CRediT authorship contribution statement

郭俊卓（Junzhuo Guo）： 撰写初稿，数据分析

李皓月（Haoyue Li）： 验证与监督

李立群（Liqun Li）： 监督与资金支持

夏洪波（Hongbo Xia）： 监督

曾祥兵（Xiangbing Zeng）： 监督

袁定凯（Dingkai Yuan）： 监督

赵丽娜（Lina Zhao）： 监督

Declaration of competing interest

作者声明不存在任何可能影响本研究的财务或个人利益冲突。

Acknowledgments

本研究获得安徽省科技重大专项（2023z020003）、中国博士后科学基金（2024M764175）、中国博士后基金会博士后 Fellowship 项目（GZC20233433）、河南省科技研发计划联合基金（242103810059）支持。作者感谢哈尔滨工业大学郑州研究院实验室中心的技术协助。