自1990年問世以來，鋰電池因（yīn）其能量密度高、電壓高、環（huán）保、壽命長以及可快（kuài）速充電等優（yōu）點（diǎn），深受3C數碼、動力工具等行業的青睞，其對新能源汽（qì）車行業的貢獻尤為突出。作為提供新能源汽車動力來源的鋰（lǐ）電池產業，市場潛力巨大，是國家戰略發展的重要一環，預計未來5-10年，產業規模有望（wàng）突破1600億元。

動力電池作為新能源汽車的核心部件，其（qí）品（pǐn）質直接（jiē）決定了整車性能。鋰電池（chí）製造設備一般為前端設備、中端設備、後端設備三種，其設備精度和自動化水平將會直（zhí）接影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術已廣泛應用於鋰電製造（zào）設備之中。

本文通過激光在動力電池行業中的應用情況，闡述了激光焊接（jiē）的工藝特點，分析了鋁合金激光焊接難點以及（jí）焊接模式對焊接質量的（de）影響，列舉了方形動力電池及電池PACK工藝特（tè）點及設備發（fā）展趨勢。

激光焊接工藝

從鋰電池（chí）電芯的製造到（dào）電池PACK成組（zǔ），焊（hàn）接都是一（yī）道很重要的製造工序，鋰電池的導電性、強度、氣（qì）密性、金屬疲勞和耐腐蝕性（xìng），是典型的電池焊接質量評價標準。

焊接方法和焊接工藝的選用，將直（zhí）接影響電池的（de）成本、質量、安全以及電池的一致性。在眾多焊接方式中，激光焊接以如下（xià）優勢脫穎而出：首先，激光焊接能（néng）量密（mì）度高、焊接變形小、熱影響區小，可以有效地提高製（zhì）件精度（dù），焊（hàn）縫光滑無雜質、均勻致密、無需附加的打（dǎ）磨工作；其次，激光焊接可精確控製，聚焦光點小，高精度（dù）定位，配合機械手臂易於實現自動（dòng）化，提高焊接效率，減（jiǎn）少工時，降（jiàng）低（dī）成本；另（lìng）外，激光焊接薄板材（cái）或細徑線材時，不會像（xiàng）電弧焊接那樣（yàng）容（róng）易受到回熔的困擾。

電池的結構通常包含多種（zhǒng）材料，如鋼、鋁、銅、鎳等，這些金屬可能被製成電極、導線，或是（shì）外殼；因（yīn）此，無論是一種材料之間或（huò）是多種材料之間的焊接（jiē），均對焊（hàn）接（jiē）工藝提出了較（jiào）高要求。激光焊接的工藝優勢就在（zài）於可以焊接的材質（zhì）種類廣泛，能夠實現不同材料之間的焊接。

工藝難點

動力電池電芯的製造由於遵循“輕便”原則，通常會采用較“輕（qīng）”的鋁材質，而（ér）且還要做得更“薄（báo）”，一般殼、蓋、底的厚度基本都要求達到1.0mm以下，目前一些主流（liú）廠家的基本材料厚度均（jun1）在0.8mm左右。據統（tǒng）計，鋁（lǚ）合金材料的電池殼體占整個動力電池的90%以上。

鋁材焊接的（de）難點在於鋁合金（jīn）對激（jī）光束的高初始反射率及其（qí）本身的高導熱性，使得鋁合金在未熔（róng）化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散，使（shǐ）得焊接穩（wěn）定性差。另外，焊接過程中（zhōng）合金元素的燒損，使鋁合金焊接接頭的力學性能下降。由於焊接過程（chéng）中氣孔敏（mǐn）感性高,焊接時不可避免地會出現一些問題缺陷，其中（zhōng）最主要的是氣孔和熱裂紋。鋁合金的激光焊接過程中產生的氣孔主要有兩類（lèi）：氫氣孔和匙孔破滅產生的氣孔。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陷（xiàn）而產生的孔洞。

熱裂紋問題（tí）。鋁合金屬於典型的共（gòng）晶型合金，焊接時容易出（chū）現熱裂紋，包括焊（hàn）縫結晶裂紋和HAZ液化裂紋，由於焊縫區成分偏析（xī）會發生共晶偏析（xī）而出（chū）現晶界熔化，在應力作用下會在晶界處形成液化裂紋，降低焊接接頭的性能。

炸火（也稱飛（fēi）濺）問題。引起炸火的因素很多，如（rú）材料（liào）的清（qīng）潔度、材料本身（shēn）的純度、材（cái）料自身的特性等（děng），而起決定性作用的則是激（jī）光器的穩定性。殼（ké）體表麵凸起、氣孔、內部氣泡，究其原因，主要是光纖芯徑過小或者激光能（néng）量（liàng）設置過高所（suǒ）致。

針對以上（shàng）出現的問題，尋找到合適的工藝參數才是解決（jué）問題（tí）的關鍵。

焊接模式（shì）分析

（1）脈衝模式焊接

脈衝激光器常用的脈衝波形有方波、尖峰波、雙峰波（bō）等幾種，由（yóu）於鋁（lǚ）合金表麵對光的反射率太高，焊接時應（yīng）選擇合適的焊接波形。當高強度激光束入（rù）射到材（cái）料表麵（miàn），金屬表麵將會有60%~98%的激光能量因反射而損失掉，且反射（shè）率隨物件表麵的溫度而變化。一般焊接鋁合金（jīn）時（shí）最優選擇尖形波和雙峰波，這兩種焊接波形後麵緩降（jiàng）部分脈寬較長，能夠有效地減（jiǎn）少氣（qì）孔和裂（liè）紋的產生。

由於鋁合金（jīn）對激光的反射率（lǜ）較高，為了防止激光束（shù）垂直入（rù）射造成垂直反射而損害（hài）激光聚焦鏡（jìng），焊接過程中通常將（jiāng）焊接頭偏轉一定角（jiǎo）度（dù）。焊點直（zhí）徑（jìng）和有效結合麵的直徑，隨激（jī）光傾斜角的增大而增大，當激光傾斜角度為40°時，獲得最大的焊點及有效結合麵。焊點熔深和有（yǒu）效熔深隨激光傾斜角減小，當激光傾斜角度大於（yú）60°時，其有效焊接熔深降為零（líng）。所以傾斜焊接頭到一定角度（dù），可（kě）以適當增加焊（hàn）縫熔深和熔寬。另外在焊接時，以焊（hàn）縫（féng）為界，需將激光（guāng）焊斑（bān）偏蓋板（bǎn）65%、殼體35%進行（háng）焊接，這樣能有效減少因合蓋問題導致的炸火。

（2）連續模式焊接（jiē）

連續激光器焊接由於其受熱（rè）過程不像脈衝驟冷驟熱，焊接時裂紋（wén）傾向不是很明顯，為了改善焊縫質量，采用連續（xù）激光器焊接，焊縫表麵平滑均勻，無飛濺，無缺陷，焊縫內部未發（fā）現裂（liè）紋。在鋁合金焊接方麵，連續激光器優勢明顯：與傳統焊接方式相比，生產（chǎn）效率高，且（qiě）無需填絲；與脈衝激光焊（hàn）相（xiàng）比，可以解決其在焊後產生的缺陷，如裂紋、氣孔、飛濺等（děng），保證鋁合（hé）金在焊後（hòu）有良好的機械性能；焊後不會（huì）凹陷，拋光打磨量減少，節約生產成本，但是因為連續（xù）激光器光斑較小（xiǎo），所以對工件的裝配精度要求較高。

在動力電池焊接過程中，焊接工藝技術人員（yuán）會根據電池材料、形狀、厚度、拉（lā）力要求等選擇合（hé）適的激光（guāng）器和焊接工藝參數（shù），包括焊接速度、波形、峰值、焊頭傾斜角度等來設（shè）置合理的焊接（jiē）工藝參數，以保證最終（zhōng）的焊接效果滿足動力電池廠家（jiā）的要求。

方形（xíng）電池焊接

在方型電池的焊接工藝中，最（zuì）重要的（de）工序（xù）是殼蓋的封裝，方形電池外殼的封口辦法一般是在電池頂部有一個長方（fāng）形蓋板，板上（shàng）帶有正極輸入端，將（jiāng）蓋板塞入外殼與口平齊，然後用激光將蓋板與外殼之（zhī）間的（de）長方形縫隙以脈衝（chōng）或者連續激光焊接的方（fāng）式（shì），焊好密封即可（kě）。

方形電池的焊接方式主要分為側焊和頂焊，其中側焊的主要好處是對（duì）電芯內部的影（yǐng）響較小，飛濺物不會輕易進入殼蓋內側。由於焊接（jiē）後可能會導致凸起，這對後續工藝的裝配會有些微影響（xiǎng），因此側焊工藝對激（jī）光器的穩（wěn）定性、材料的潔淨度等要求極高（gāo）。而頂焊工藝由於焊接（jiē）在一個麵上，對焊接設備集成（chéng）要求比（bǐ）較低。

目前，動力電（diàn）池（chí）立焊接方式是業內廣為青睞的焊接方式，立焊隻需一（yī）個收口節點（diǎn），便可大（dà）大降低（dī）側焊接四（sì）個收（shōu）口節（jiē）點的側漏風險，而且（qiě）有利於量產。武（wǔ）漢逸飛激光設備有限公司的“高速電池殼體激光立焊接設備”，實現了99.5%以上的焊接良品率和12PPM的生產效率。

電池PACK工藝

（1）電池PACK

電池電芯通過加裝保護電路、外殼、輸出而形成的應用電池（chí）組的生產過程稱為PACK。電池PACK是實現電（diàn）池（chí）在不同領域應用的一道重要工序。隨著PACK工藝的不斷發展，連接方式也不斷（duàn）改進，從最初的錫焊到到後來的（de）電阻焊，發展至今，激光焊接因其焊接精度（dù）、可（kě）靠性及自動化程度高的（de）優勢，已成為目（mù）前PACK 工藝最為（wéi）廣泛（fàn）的連接方式，而搭載（zǎi）著激光焊接工藝的智能自動化設備已成為方形、圓（yuán）柱、軟包、18650等不同類型電芯PACK成組的高端製造裝備。

（2）智能裝備（bèi）發展趨勢

新能源汽車產業的發展，並未對其所使用的動力電池及電池模組的規格標準定型並（bìng）標準化，出現了眾多規格體係（xì）不兼容的問（wèn）題，當前的工藝流程和人工操作製約了企業的生（shēng）產節拍和效（xiào）率（lǜ），從而無法有效（xiào）提升產品質量和產能。所以（yǐ），提升動力電（diàn）池模（mó）組組裝的自動（dòng）化水平非常必要（yào）。現今，實現“整線設備（bèi）+機器人+ 軟件控（kòng）製”的智能化解決方案，既要解決用戶重點關注的兼容性、整線節（jiē）拍和效率問（wèn）題，又要解決用戶電池PACK訂（dìng）單批量小、規格多的問題。

管理軟件方（fāng）麵。整（zhěng）套MES係統直接將（jiāng）產線打造成準無人（rén）化生產車間，人工隻需要在線外進行物料補充，既提高了（le）安全性，又減少了人為介入。焊接工序環節，隻需要將激光焊接工藝數據集成在MES管理軟件係統中，以（yǐ）方便用戶直接調用、切換。從電芯到PACK成組（zǔ），每一（yī）道工序的參數、數據及其他來料信息等，都可以通過（guò）MES係統快速查詢並及時（shí）分析處理，既要做到過程可控，又要有效（xiào）保障生產效率，用戶還通過預留的工業通訊接口實現遠程監控管（guǎn）理，充（chōng）分體現智能化自動化的製造特點。搭載激光解決方案的產品已向著高智能化（huà）、高自動化的趨勢方向發展。

小（xiǎo）結

雖然我國激（jī）光焊（hàn）接工藝日（rì）趨成（chéng）熟，但是（shì），高質量（liàng）的（de）動力電池仍需生產廠家設計（jì）人（rén）員和激光焊接技術人員密切協作，從材質、形狀、厚度、工（gōng）藝、實時檢測等各方麵優化設計，才能達到理想的焊接效（xiào）果。武漢逸（yì）飛激光設備（bèi）有限公司在動力電池（chí）焊（hàn）接（jiē）領域有十多年的經驗，致力於打造高精度、高效率、高可靠性、無（wú）人化、可視化和信（xìn）息化的電池電芯（xīn）、模組（zǔ）及PACK智能自動化製造產線解決方案。