铜铝排专题:电池包中为什么用镍

一、镍的特性及标号体系

1、镍的性质

镍是一种具有重要工业价值的金属,其熔点为 1453℃,沸点 3075℃,比重 8.8g/cm³。它具有出色的抗腐蚀性能,在空气中不易氧化,即便加热到 700~800℃也能保持稳定,同时焊接性良好,这些特性使其在电池包内得到广泛应用。

2、国内牌号体系

以 “N” 为前缀(代表镍),数字编号反映纯度等级,常见牌号如下表:

640-7

3、加工状态标识

Y:硬态,经深度冷加工,强度最高(抗拉强度≥500MPa),硬度≥200HV,塑性差(延伸率≤5%)。

Y2:半硬态,中等冷加工度,强度与塑性平衡(抗拉强度≥400MPa,延伸率≥10%),硬度 150-180HV,适合多数结构件。

M:软态,经完全退火,塑性最佳(延伸率可达 40% 以上),硬度最低(≤100HV),强度较低(300-350MPa),适合复杂成型场景。

二、铜铝连接用镍

1、耐腐蚀性与抗氧化性

镍的耐腐蚀性可解决铜、铝氧化问题:

硬排镀镍:镀层厚度 3-20μm(按需调整),隔绝水汽与电解液挥发物,避免铜表面生成高电阻氧化膜(CuO),维持低接触电阻。

软铜铝排贴镍片:采用 0.1mm 厚镍片(剥离力≥3N/mm),形成物理屏障防止铝排生成导电差的氧化膜(Al₂O₃),同时利用镍的延展性缓冲形变,避免镀层脱落。

相比之下,镀锡在高温(>100℃)下易形成疏松氧化膜(SnO₂),导致接触电阻骤增,不易于满足长期可靠性要求。

2、焊接与连接性能

镍作为异种材料连接过渡层,适配电池包内复杂连接场景:

铜铝连接:采用超声波焊接要求水平拉力≥1500N、垂直拉力≥500N,焊接面积残留≥1/3。镍可缓解铜(1083℃)与铝(660℃)的熔点差异,减少脆性金属间化合物。

铝镍连接:高分子扩散焊要求单位宽度垂直拉力≥3N/mm,镍的兼容性可抵消铝(23.1×10⁻⁶/℃)与镍(13.3×10⁻⁶/℃)的热膨胀差异,避免连接松动。

汇流排处理:输出极汇流排采用电镀镍或化学镀镍(后者镀层更均匀,但成本高),减少焊接气孔与裂纹,提升连接强度。

3、抑制电化学腐蚀

铜(+0.34V)与铝(-1.66V)直接接触易形成原电池,引发腐蚀。镍(-0.25V)的电极电位介于两者之间,作为中间层可降低电位差:

镀镍或压镍片形成的物理隔离层,减少铜铝界面离子迁移,尤其在高湿度、电解液泄漏场景中,显著延长部件寿命。

三、电压采集用镍片

电压采集是电池包监测电芯状态的核心,一般采用N6纯镍Y2半硬态采集片,要求如下:

640-8

1、材质合规性与基础性能

纯镍材质,符合《GB/T2072-2020 镍及镍合金带、箔材》标准:

抗拉强度≥400MPa、延伸率≥10%,可承受振动与温度循环(-40~150℃),避免连接断裂;

硬度 150-180HV,可以兼顾贴合紧密性与形变缓冲能力,减少接触电阻波动影响。

2、表面质量

镍片采集电芯电压、并把信号传输至电池管理系统,所以对表面质量要求须严格:

平面度≤0.1mm,确保与汇流排、FPC 紧密贴合;

清洁度 RFU≤100,控制油污与杂质,防止焊接缺陷与局部腐蚀。

3、焊接与连接强度

镍的优异焊接性保障信号传输可靠:

镍片与汇流排(铝排)激光焊接:水平拉力≥300N、剥离力≥40N,激光能量集中形成低阻焊缝(接触电阻 1~5mΩ);

镍片与 FPC (铜箔)焊接:焊接部分镀锡(利用低熔点特性),水平拉力≥100N、剥离力≥25N,确保强度超 FPC 铜箔承载极限(约 90N),非焊接部分保留镍的防腐性。

四、加工工艺成本

镍的应用成本受材料、工艺影响显著,不同形式差异如下:

1、原材料成本

镍价主导基础成本,2025 年纯镍(如 N6)约 20-25 万元 / 吨,远高于铜(6-7 万元 / 吨)、铝(1.8-2 万元 / 吨)。

2、加工工艺成本

镀镍:电镀成本大概 1-3 元 /dm²(3-20μm),厚度每增 5μm,成本升 30%-50%。

压镍片:0.1mm 厚 N6 Y2 镍片材料成本 0.5-1 元 / 片(10cm²),占比 60%-70%;贴合工艺(保证剥离力≥3N/mm)成本 0.2-0.3 元 / 片,占比 30%-40%。

电压采集镍片:材料成本 1.2-1.5 元 / 片(5cm²),精密加工(激光切割、抛光等)费 0.8-1 元 / 片,局部镀锡增 0.3-0.5 元 / 片,总成本 2.3-3 元 / 片,为普通镍片的 3-5 倍。

3、铜铝复合片替代

铜铝复合片原理:铜端与 FPC上的铜箔采用回流焊,铝端与铝巴采用激光焊,同时避免了异种金属的焊接。成本比纯镍低,现今部分厂商正在进行替代验证。
640-9

图片来源:洛阳铜一金属

五、总结

镍及镍合金凭借 “耐腐蚀性强、焊接性优异、机械性能稳定” 的核心特性,成为电池包内铜排、铝排的理想保护与连接材料,以及电压采集的关键部件。应用镍片主要解决异种金属连接、腐蚀防护等问题,从而保障电池包的安全与性能稳定。

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