自1990年（nián）問世以（yǐ）來，鋰電池因其能量密度高、電壓高、環保、壽命長以及（jí）可快速充電等優點，深受3C數碼、動（dòng）力工具（jù）等行業的青（qīng）睞，其對（duì）新能源汽車行業的貢（gòng）獻尤為突出。作為提供新能源汽車動力來（lái）源的鋰電池產業，市場（chǎng）潛力巨大，是國家戰略發展的重要（yào）一環，預計未來5-10年，產業規模有望突破1600億元（yuán）。

動力電池作為新能源汽車的核心部件，其品質直接決定了整車性能。鋰電池製造設備一般為前端設備、中端設備、後端設備三種，其設備精（jīng）度和自動化水平將會直接影（yǐng）響產品的生產效率和一致性。而激光加工技術作為一種替代傳統焊接技（jì）術（shù）已廣泛應用於鋰電製造（zào）設備之中。

本（běn）文通過激光在動力電池行業中的應（yīng）用情況，闡述了激光焊接的工藝特點，分析了鋁合金激光焊（hàn）接難點以及焊接模式（shì）對焊接質量的影響，列舉（jǔ）了方形動（dòng）力電（diàn）池及電（diàn）池PACK工藝特點及設（shè）備發展趨勢。

激光焊接工藝

從鋰電池（chí）電芯的製造到電（diàn）池PACK成組，焊（hàn）接都是一道很重要的製（zhì）造工序，鋰電池的導電性、強度、氣密性、金屬疲勞和耐腐蝕性，是典型（xíng）的電池焊接質量評價標準（zhǔn）。

焊接方法和焊接（jiē）工藝的選用，將直接影響電池的成本、質量、安全以及電池的一致性。在眾多（duō）焊接（jiē）方式中，激光焊接以如下優勢脫（tuō）穎而出：首先，激光焊接能量密度高、焊接變形小（xiǎo）、熱影響區小，可以有效地提高（gāo）製件（jiàn）精度，焊縫光滑無雜質、均勻致密、無需附加的（de）打磨工作；其次，激光焊接可精（jīng）確控製，聚焦光點小，高精（jīng）度定位，配合機械手臂易於實現自動化，提高焊接效率，減少工時，降低成本；另外，激光焊接薄板材或細徑線材時，不會像（xiàng）電弧焊接那樣容易受到回熔的（de）困擾。

電池的結構通常包含（hán）多種材料，如鋼、鋁、銅、鎳等（děng），這些金屬可（kě）能被製成（chéng）電極、導線，或是（shì）外殼；因此，無（wú）論是一種材料之間或是（shì）多種材料之間的焊（hàn）接（jiē），均對焊（hàn）接工（gōng）藝提出（chū）了較高要求。激光焊接的工藝優勢（shì）就在（zài）於可以焊接的材質（zhì）種類廣泛，能夠實現（xiàn）不同材料之間的焊接（jiē）。

工藝難點

動力電池電芯（xīn）的製造由於遵循“輕便（biàn）”原則，通常會采用較“輕”的鋁材質，而且還要做（zuò）得更“薄”，一般殼、蓋、底的厚度基本（běn）都要求達到1.0mm以下，目前一（yī）些主流廠家的基本（běn）材（cái）料厚度均在0.8mm左右。據（jù）統計，鋁合金材料的電池殼（ké）體（tǐ）占整個動力電池的90%以上。

鋁材焊接的難點在於鋁合金對激光束的高初始反射率及其本（běn）身的高（gāo）導熱性，使得鋁合（hé）金在未熔（róng）化（huà）前對激光的吸收率低，由於鋁的電離（lí）能低，焊接過程中光致等離子體不易於擴（kuò）散，使得焊接穩定性差。另外，焊接過程中合金元素的（de）燒損，使鋁合金焊接接頭的力（lì）學（xué）性能下降。由於焊接過程中氣孔敏感性（xìng）高,焊接時不可避免地會（huì）出現一些問題缺陷（xiàn），其中最主（zhǔ）要的是氣孔和熱裂紋。鋁合金的激光焊接過程（chéng）中產（chǎn）生的氣孔主要（yào）有兩類：氫氣孔（kǒng）和匙孔破滅產生的氣（qì）孔（kǒng）。由於激光焊接的冷卻速度太快，氫氣孔問題更加嚴重，並且在激光焊接中還多了一類由於小孔的塌（tā）陷而（ér）產生的孔洞。

熱裂紋問題。鋁合金屬於典（diǎn）型的共晶型合金，焊（hàn）接時容易出現熱（rè）裂（liè）紋，包括焊縫結晶裂紋和HAZ液（yè）化裂紋，由於焊縫區成分偏析會發生共晶偏析而出現晶（jīng）界熔化，在應力作用下會在晶界處形（xíng）成液化裂（liè）紋，降低焊接（jiē）接頭的性能。

炸火（huǒ）（也稱飛濺）問題。引起炸火的因（yīn）素很多，如材料的清潔度（dù）、材料本身的純度、材料自身的（de）特性等，而（ér）起決定（dìng）性作用的則（zé）是激光器的（de）穩（wěn）定性。殼體表麵（miàn）凸起、氣孔、內部氣泡，究其原因（yīn），主要是光（guāng）纖芯徑過小或者激光能量設置（zhì）過（guò）高所（suǒ）致（zhì）。

針對以上出（chū）現的問題（tí），尋找到合適的工藝參數才是解決問題的關（guān）鍵。

焊接模式分析

（1）脈衝模式焊接

脈衝激光器常用的脈衝波形有方（fāng）波、尖峰波、雙峰波等幾種，由於鋁合金（jīn）表麵對光的反（fǎn）射率太高，焊接時應選擇合適的焊接波形。當（dāng）高強度（dù）激光束入射到材料表麵，金（jīn）屬表麵（miàn）將會有60%~98%的激光能（néng）量因反射而損失掉，且反射率隨物件表麵（miàn）的（de）溫度而變化。一般焊接鋁合金（jīn）時最優選擇尖形波和雙峰波（bō），這兩種焊（hàn）接波形後麵緩降部（bù）分脈寬較長，能夠有效地減（jiǎn）少氣孔和裂紋的（de）產生（shēng）。

由於鋁合金對激光的反射率較高，為了防止激光束垂直入射造成垂（chuí）直反射而（ér）損害激光聚焦鏡，焊接過程中通常將焊接頭偏轉（zhuǎn）一定角度。焊點直徑和有效結合麵（miàn）的直徑，隨（suí）激光傾斜角的增大而增大，當激光傾斜角度為40°時，獲得最（zuì）大的焊（hàn）點及有效結合（hé）麵（miàn）。焊點熔深和（hé）有效熔深（shēn）隨（suí）激光傾斜角減小，當激光傾斜角度大於（yú）60°時，其有效焊接熔深降為零。所以（yǐ）傾斜焊接頭到一定（dìng）角度，可以適當增（zēng）加焊縫熔深和熔寬。另外（wài）在焊接時，以（yǐ）焊縫為（wéi）界（jiè），需將激（jī）光焊斑偏蓋板65%、殼體35%進行焊接（jiē），這樣能有效減少因合蓋問題導致的炸火。

（2）連續模式（shì）焊（hàn）接

連續激光器焊接由於其受熱（rè）過程不像脈衝驟冷（lěng）驟熱，焊接時裂紋傾向不是很明顯，為了改善焊（hàn）縫質量，采用連續激光器焊接，焊縫表（biǎo）麵平滑均勻，無飛濺，無缺陷，焊縫內部未發現（xiàn）裂紋。在鋁（lǚ）合金焊接方麵，連續激光器優勢明顯：與傳（chuán）統焊接方式相比，生（shēng）產效率高，且無需（xū）填絲；與脈衝激光焊相比，可以解決其在焊後產生的缺陷，如裂紋、氣孔、飛濺等，保證鋁合金在焊（hàn）後有良好的機械性能（néng）；焊後不會凹陷，拋光打磨量減少（shǎo），節約生產成本，但是因為連續激光器光（guāng）斑較小，所以對工件的裝配精度要求較（jiào）高。

在動力電池焊接過程中，焊接工藝技術人員（yuán）會（huì）根據電池材料、形狀、厚度、拉力要求等選擇（zé）合適的激光器和焊接工藝參數（shù），包括（kuò）焊接速度、波（bō）形、峰值（zhí）、焊頭傾斜角度等來設置合理（lǐ）的焊接工（gōng）藝參數，以保證（zhèng）最終的焊接效果滿足動力電池廠家的要求。

方形電池焊接

在方型（xíng）電池的焊接工藝中（zhōng），最重要的工序是殼蓋的封裝，方形電（diàn）池外殼的封口辦法一般是（shì）在電池頂部有（yǒu）一個長方形（xíng）蓋（gài）板，板上（shàng）帶有正極輸入端，將（jiāng）蓋（gài）板（bǎn）塞入外殼（ké）與口平齊，然後用激光將（jiāng）蓋板與外殼之（zhī）間的長方形縫隙（xì）以脈衝或（huò）者連續（xù）激（jī）光焊接的方式，焊好密封即可。

方形電池的焊（hàn）接方式主要分為側焊和頂焊，其中側焊的主要好（hǎo）處（chù）是對電芯內部的影響較小，飛濺物不會輕易進（jìn）入殼蓋內側。由於焊（hàn）接後可能會導致凸起，這對後續工藝的裝配會有些微影響，因此（cǐ）側（cè）焊工藝對激光器的穩定性、材料的潔淨度等要求極高。而頂焊工（gōng）藝由於焊接在一個麵上，對焊接設（shè）備集成要求（qiú）比較低。

目前，動（dòng）力電池立焊接方式是業（yè）內廣為青睞（lài）的焊接方式（shì），立焊隻需一個收口節點，便可大大降低側焊接四個收口節點的側漏風險，而且有利於量產。武漢逸飛激光設備有（yǒu）限公司的（de）“高速電（diàn）池殼體激光立焊接設備”，實現（xiàn）了99.5%以（yǐ）上的焊接良品率和12PPM的生產效率。

電池（chí）PACK工藝

（1）電（diàn）池PACK

電池電芯通過加裝保護電（diàn）路、外殼、輸出而形成（chéng）的（de）應用（yòng）電池組的生產過程稱為PACK。電池PACK是實現電池在不同領域應用的一道重要工序。隨（suí）著PACK工藝的不斷發展，連接方式也（yě）不斷改進，從最初的錫（xī）焊到到後來的電阻焊，發展至今，激光焊接因其（qí）焊接精度、可（kě）靠性及自動化程度高（gāo）的（de）優勢，已成為目前PACK 工藝（yì）最為廣泛的連接方（fāng）式，而搭載著激光焊接工藝的智能自動化設備已成為（wéi）方形（xíng）、圓柱（zhù）、軟（ruǎn）包、18650等不（bú）同類型電芯PACK成組的高端製造裝備。

（2）智能裝備發展趨勢

新（xīn）能源汽車產業的發展，並未對其所使用的動力電池（chí）及電池模組的規格標（biāo）準定型（xíng）並標準化，出現了眾多規（guī）格體係不兼容的問題，當前的工藝流程和人工操作製約了企業的生產節拍（pāi）和效率，從而無法有效提升產品（pǐn）質量和產能。所以，提升動力電池模組組裝的（de）自動化水平非常必要。現今，實（shí）現“整（zhěng）線設備+機器（qì）人+ 軟（ruǎn）件控（kòng）製”的智能化解決方案（àn），既要解決用戶重點關注的兼容性、整線節拍和效率問題，又要解決用戶電池（chí）PACK訂單批量小、規格多（duō）的問題。

管（guǎn）理軟件方麵。整套MES係統直接（jiē）將產線打造成準無人化生產車間，人工隻需要在線外進（jìn）行物料補充，既提高（gāo）了安全性（xìng），又減少了人為介入。焊接工序環節，隻需要（yào）將（jiāng）激光焊接工藝數據集成在MES管理軟件係（xì）統中，以方便用戶直接調用、切換。從電芯到PACK成組，每一道工序的（de）參數、數據（jù）及其他來料信息等，都可以通過MES係統快速查詢並（bìng）及時分析處理，既要做到過程可控（kòng），又要有（yǒu）效（xiào）保障生產效率，用戶還通過預（yù）留的工業通訊（xùn）接口實現遠程監控管理，充分體現智能化自動化（huà）的製造特（tè）點。搭載激光解決方案的產品已向著高智能化、高自動化的趨勢方向發展。

小結

雖然我國激光焊接（jiē）工藝日趨成熟，但是，高質量的動力電池仍需生產廠（chǎng）家設計人員和激光焊接技術人員密切（qiē）協作，從材質、形狀、厚度、工藝、實時檢測等各方（fāng）麵優化（huà）設計，才能達到理想的焊接效果。武漢逸飛（fēi）激光設備有限公司在動（dòng）力電池焊接領域有十多年的經驗，致力於打造高精度、高效（xiào）率、高可靠性、無人化、可視化和信息化的電池電芯、模組（zǔ）及PACK智能（néng）自動化製造產線解決（jué）方案。