自1990 年问人情冷暖以来，锂电池因其能量密度高、电压高、绿色、寿命长以及可疾速充电等长处，深受 3C 数码、能源对象等行业的青眼，其对于新动力汽车行业的奉献尤为凸起。作为提供新动力汽车能源起源的锂电池工业，市肆后劲宏大，是国度策略开展的首要一环，预计将来 5-10 年，工业规模无望冲破 1600 亿元。
能源电池作为新动力汽车的中心部件，其质量间接抉择了整车机能。锂电池制作设施普通为前端设施、中端设施、后端设施三种，其设施精度跟主动化程度将会间接影响产物的出产效力跟一致性。而镭射加工手艺作为一种替换传统焊接手艺已普遍利用于锂电制作设施之中。
本文经由过程镭射在能源电池行业中的利用情形，论述了镭射焊接的工艺特色，剖析了铝合金镭射焊接难点以及焊接模式对于焊接品质的影响，罗列了方形能源电池及电池PACK 工艺特色及设施开展趋向。
镭射焊接工艺
从锂电池电芯的制作到电池 PACK 成组，焊接都是一道很首要的制作工序，锂电池的导电性、强度、气密性、金属委顿跟耐侵蚀性，是典范的电池焊接品质评估尺度。
焊接法子跟焊接工艺的选用，将间接影响电池的本钱、品质、保险以及电池的一致性。在泛滥焊接方式中，镭射焊接以如下上风怀才不遇 ：起首，镭射焊接能量密度高、焊接变形小、热影响区小，能够无效地进步制件精度，焊缝润滑无杂质、平均致密、无需附加的打磨工作；其次，镭射焊接可准确节制，聚焦光点小，高精度定位，合作机器手臂易于完成主动化，进步焊接效力，减少工时，下降本钱 ；另外，镭射焊接薄板材或细径线材时，不会像电弧焊接那样容易遭到回熔的困扰。
电池的构造通常包括多种资料，如钢、铝、铜、镍等，这些金属可能被制成电极、导线，或是外壳 ；因而，无论是一种资料之间或是多种资料之间的焊接，均对于焊接工艺提出了较高要求。镭射焊接的工艺上风就在于能够焊接的材质品种普遍，可以完成不同资料之间的焊接。
工艺难点
能源电池电芯的制作因为遵循“轻巧”准则，通常会采纳较“轻”的铝材质，并且还要做得更“薄”，普通壳、盖、底的厚度根本都要求到达 1.0mm 以下，今朝一些主流厂家的根本资料厚度均在 0.8mm 阁下。据统计，铝合金资料的电池壳体占整个能源电池的 90% 以上。
铝材焊接的难点在于铝合金对于镭射束的高初始反射率及其自身的高导热性，使得铝合金在未融化前对于镭射的排汇率低，因为铝的电离能低，焊接进程中光致等离子体不易于扩散，使得焊接波动性差。另外，焊接进程中合金元素的烧损，使铝合金焊接接头的力学机能降低。因为焊接进程中气孔敏理性高 , 焊接时不行防止地会涌现一些问题缺陷，个中最次要的是气孔跟热裂纹。铝合金的镭射焊接进程中发生的气孔次要有两类 ：氢气孔跟匙孔幻灭发生的气孔。因为镭射焊接的冷却速率太快，氢气孔问题愈加严峻，而且在镭射焊接中还多了一类因为小孔的陷落而发生的孔洞。
热裂纹问题。铝合金属于典范的共晶型合金，焊接时容易涌现热裂纹，包含焊缝结晶裂纹跟 HAZ 液化裂纹，因为焊缝区身分偏析会产生共晶偏析而涌现晶界融化，在应力作用下会在晶界处构成液化裂纹，下降焊接接头的机能。
炸火（也称飞溅）问题。惹起炸火的要素良多，如资料的干净度、资料自身的纯度、资料本身的特征等，而起抉择性作用的则是镭射器的波动性。壳体名义突出、气孔、外部气泡，究其起因，次要是光纤芯径过小或许镭射能量配置过高所致。
针对于以上涌现的问题，寻觅到适合的工艺参数才是解决问题的要害。
焊接模式剖析
（1）脉冲模式焊接
脉冲镭射器罕用的脉冲波形无方波、尖峰波、双峰波等几种，因为铝合金名义对于光的反射率太高，焊接时应取舍适合的焊接波形。当高强度镭射束入射到资料名义，金属名义将会有 60%~98% 的镭射能量因反射而损掉失，且反射率随物件名义的温度而变动。普通焊接铝合金时最优取舍尖形波跟双峰波，这两种焊接波形前面缓降局部脉宽较长，可以无效地减少气孔跟裂纹的发生。
因为铝合金对于镭射的反射率较高，为了避免镭射束垂直入射造成垂直反射而侵害镭射聚焦镜，焊接进程中通常将焊接头偏转必定角度。焊点直径跟无效联合面的直径，随镭射倾斜角的增大而增大，当镭射倾斜角度为 40°时，取得最大的焊点及无效联合面。焊点熔深跟无效熔深随镭射倾斜角减小，当镭射倾斜角度大于 60°时，其无效焊接熔深降为零。以是倾斜焊接头到必定角度，能够恰当添加焊缝熔深跟熔宽。另外在焊接时，以焊缝为界，需将镭射焊斑偏盖板 65%、壳体 35% 进行焊接，这样能无效减少因合盖问题招致的炸火。
（2）持续模式焊接
持续镭射器焊接因为其受热进程不像脉冲骤冷骤热，焊接时裂纹偏向不是很分明，为了改善焊缝品质，采纳持续镭射器焊接，焊缝名义腻滑平均，无飞溅，无缺陷，焊缝外部未发觉裂纹。在铝合金焊接方面，持续镭射器上风分明 ：与传统焊接方式相比，出产效力高，且无需填丝 ；与脉冲镭射焊相比，能够解决其在焊后发生的缺陷，如裂纹、气孔、飞溅等，保障铝合金在焊后有良好的机器机能；焊后不会凹陷，抛光打磨量减少，节俭出产本钱，然而由于持续镭射器光斑较小，以是对于工件的拆卸精度要求较高。
在能源电池焊接进程中，焊接工艺手艺职员会依据电池资料、外形、厚度、拉力要求等取舍适合的镭射器跟焊接工艺参数，包含焊接速率、波形、峰值、焊头倾斜角度等来配置合理的焊接工艺参数，以保障终极的焊接后果知足能源电池厂家的要求。
方形电池焊接
在方型电池的焊接工艺中，最首要的工序是壳盖的封装，方形电池外壳的封口措施普通是在电池顶部有一家长方形盖板，板上带有正极输入端，将盖板塞入外壳与口平齐，而后用镭射将盖板与外壳之间的长方形缝隙以脉冲或许持续镭射焊接的方式，焊好密封即可。
方形电池的焊接方式次要分为侧焊跟顶焊，个中侧焊的次要利益是对于电芯外部的影响较小，飞溅物不会等闲进入壳盖内侧。因为焊接后可能会招致突出，这对于后续工艺的拆卸会有些微影响，因而侧焊工艺对于镭射器的波动性、资料的洁净度等要求极高。而顶焊工艺因为焊接在一家面上，对于焊接设施集成要求比拟低。
今朝，能源电池破焊接方式是业内广为青眼的焊接方式，破焊只要一家收口节点，便可大大下降侧焊接四个收口节点的侧漏危险，并且有益于量产。武汉逸飞镭射设施无限公司的“高速电池壳体镭射破焊接设施”，完成了99.5% 以上的焊接良品率跟 12PPM 的出产效力。
电池PACK工艺
（1）电池 PACK
电池电芯经由过程加装维护电路、外壳、输出而构成的利用电池组的出产进程称为 PACK。电池 PACK 是完成电池在不同领域利用的一道首要工序。跟着 PACK 工艺的一直开展，衔接方式也一直改良，从最初的锡焊到到起初的电阻焊，开展至今，镭射焊接因其焊接精度、牢靠性及主动化水平高的上风，已成为今朝 PACK 工艺最为普遍的衔接方式，而搭载着镭射焊接工艺的智能主动化设施已成为方形、圆柱、软包、18650 等不同范例电芯 PACK 成组的高端制作配备。
（2）智能配备开展趋向
新动力汽车工业的开展，并未对于其所使用的能源电池及电池模组的规格尺度定型并尺度化，涌现了泛滥规格系统不兼容的问题，以后的工艺流程跟人工操作制约了企业的出产节奏跟效力，从而无奈无效晋升产物品质跟产能。以是，晋升能源电池模组组装的主动化程度十分必要。惟妙惟肖今，完成“整线设施 + 机械人 + 软件节制”的智能化解决方案，既要解决用户重点存眷的兼容性、整线节奏跟效力问题，又要解决用户电池 PACK 订单批量小、规格多的问题。
治理软件方面。整套 MES 体系间接将产线打造成准无人化出产车间，人工只要要在线外进行物料增补，既进步了保险性，又减少了工钱参与。焊接工序环节，只要要将镭射焊接工艺数据集成在 MES 治理软件体系中，以不便用户间接挪用、切换。从电芯到 PACK 成组，每一道工序的参数、数据及其余来料信息等，都能够经由过程 MES 体系疾速查问并实时剖析处置，既要做到进程可控，又要无效保证出产效力，用户还经由过程预留的产业通信接话柄惟妙惟肖近程监控治理，充足体惟妙惟肖智能化主动化的制作特色。搭载镭射解决方案的产物已向着高智能化、高主动化的趋向方向开展。
小结
虽然我国镭射焊接工艺日趋幼稚，然而，高品质的能源电池仍需出产厂家设计职员跟镭射焊接手艺职员亲密协作，从材质、外形、厚度、工艺、及时检测等各方面优化设计，能力到达理想的焊接后果。武汉逸飞镭射设施无限公司在能源电池焊接领域有十多年的教训，致力于打造高精度、高效力、高牢靠性、无人化、可视化跟信息化的电池电芯、模组及 PACK 智能主动化制作产线解决方案。
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