自1990年問世（shì）以來（lái），鋰（lǐ）電池因（yīn）其能量（liàng）密（mì）度高、電壓高、環保、壽命長以及可快速充電等優點，深受3C數碼、動力工具等行業（yè）的青睞，其對新能源汽車行業的貢獻尤為突出。作為提供新能（néng）源汽車動力來源的鋰電（diàn）池產業（yè），市場潛力（lì）巨大（dà），是國家戰略（luè）發展的重要一環，預計（jì）未來5-10年，產業規模有望突破1600億元。

動力（lì）電池（chí）作為新能源汽車的核心部件，其品質直接決定（dìng）了整車性能。鋰電池製造設備一般為前端設備、中端（duān）設備、後端設備三種，其設備精度和自動化水平將會直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（tì）代傳統焊接技術已廣泛應用（yòng）於鋰電製造設備之中。

本文通過激光在動力電池行業中的應用（yòng）情況（kuàng），闡述（shù）了激光焊接的工藝（yì）特點，分析了鋁合金激光焊接（jiē）難點以及焊（hàn）接（jiē）模式對焊接（jiē）質量的影響，列舉了（le）方形動力電池及電池PACK工藝特點及設備發展趨勢。

激光焊接工藝

從鋰電池電芯的（de）製造到電池PACK成組，焊接都（dōu）是一道（dào）很重要的製造工序（xù），鋰電池的導電性、強度、氣密性、金屬疲勞和耐腐蝕性，是典型的電池焊接質量評價標準。

焊接方法和焊接工藝（yì）的選用，將直接影響電池的成本、質量、安全以及電池（chí）的一致性。在眾多焊接方（fāng）式中，激光焊接以如下優勢（shì）脫穎而出：首先，激光焊接能量密度高、焊接變形小、熱影響區小，可以有效地（dì）提（tí）高製件（jiàn）精度，焊縫光滑無雜（zá）質、均勻致密、無需附加的打磨工作；其次，激（jī）光焊接可精確控製，聚焦光點（diǎn）小，高精度定位，配合機械手臂易於實現自（zì）動化，提高焊接效率，減少工時，降低成本；另外（wài），激光焊接薄板材或細徑線材時，不會像電弧焊（hàn）接那樣容易受到回熔的困擾。

電（diàn）池的結構通常包（bāo）含多種材料，如鋼（gāng）、鋁、銅、鎳等，這些金屬可能被製成電極、導線，或是外殼；因此，無論是一種（zhǒng）材料之間（jiān）或是多種材料之間的焊接，均對焊接工藝（yì）提出了較高要求。激光焊接（jiē）的工藝優勢就在於可以（yǐ）焊接的材質種類廣泛，能夠實現不同材（cái）料之間的焊接。

工藝難點

動（dòng）力電池（chí）電芯的製造由於（yú）遵循“輕便”原則，通常會采用較（jiào）“輕（qīng）”的鋁材質，而且（qiě）還要做得更“薄”，一般殼、蓋、底的厚度基本都要求達到1.0mm以下，目前一些主（zhǔ）流廠（chǎng）家的基（jī）本材料厚度均在0.8mm左右。據統計，鋁合金材料的電（diàn）池殼體占整（zhěng）個動力電池的90%以上。

鋁材焊接的難（nán）點在於鋁合金對激光束的高初始反（fǎn）射率及其本身的高導（dǎo）熱性，使得（dé）鋁（lǚ）合金在未熔化前對激光的吸收率（lǜ）低，由於鋁的電離能低，焊接過程中光致等離子（zǐ）體不（bú）易於擴散，使得焊接穩定性差。另外，焊接過程中合金元素的燒損，使鋁合金焊接接頭的力學性能下降。由於焊（hàn）接過程中氣孔敏感性高,焊接時不可避免（miǎn）地會出現一些問題缺陷，其中（zhōng）最主要的是氣孔和熱（rè）裂紋。鋁合金的激光焊接過程（chéng）中（zhōng）產生的氣孔主要有兩類：氫氣孔和匙孔破（pò）滅產（chǎn）生的氣孔。由於激（jī）光（guāng）焊接的冷卻速度太快，氫氣孔（kǒng）問題更加嚴重，並且在激光焊接中（zhōng）還多了一類由於小孔的塌陷而產生的孔洞（dòng）。

熱裂（liè）紋問題。鋁合金屬於典型的共晶型合金，焊接時容易出現熱（rè）裂紋，包括焊縫結（jié）晶裂紋和HAZ液化裂紋，由於焊縫區成（chéng）分偏析（xī）會（huì）發生共晶偏析而出現晶界熔（róng）化，在應力（lì）作用下會在晶界（jiè）處（chù）形成液化裂紋，降低焊接接頭的性能。

炸火（也稱飛濺）問題（tí）。引起炸火的因素很多，如材料的清潔度、材料（liào）本身的純度、材料自身的特（tè）性等，而起決定性（xìng）作（zuò）用的則是激光器的穩定性。殼體表麵凸起、氣孔、內部氣（qì）泡，究其原因，主要是光纖芯（xīn）徑過小或者激光能量設（shè）置過高所致。

針對以上（shàng）出現的問題，尋找到合適（shì）的工藝參數才是解決問題的關鍵（jiàn）。

焊（hàn）接模式分析

（1）脈衝模（mó）式焊接

脈衝激光器常用的脈衝（chōng）波形有方波、尖峰波、雙峰波等幾種，由於鋁合金表麵對光（guāng）的反射率（lǜ）太（tài）高，焊接時應選擇合適的焊接波形。當高強度激光（guāng）束入射到材料表麵，金屬表麵（miàn）將會有60%~98%的激光能量因反射而損失掉，且反射率隨物件表（biǎo）麵的溫（wēn）度（dù）而變化（huà）。一般焊接鋁合金時最優選擇尖形波和雙峰波，這兩種焊接波形後麵緩降部分脈寬較長，能夠有效地減少氣孔和裂紋（wén）的產生。

由於鋁合金對激（jī）光的反射率較高，為了防止激光束垂直入射（shè）造成垂（chuí）直反射（shè）而損害激光聚焦鏡，焊接（jiē）過（guò）程中通常將焊接頭偏轉一定角度。焊點直徑和有效結合麵的直徑，隨激光傾（qīng）斜角的增大而增大，當激光傾斜（xié）角度為40°時，獲得最（zuì）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（dāng）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（qīng）斜焊接頭到一定角度，可以適當增加焊縫熔深和熔寬（kuān）。另外在焊接時，以焊縫為界，需將激光（guāng）焊斑偏蓋板65%、殼體35%進行（háng）焊接，這樣能有效減少因合蓋問題導致的（de）炸火（huǒ）。

（2）連續模式焊接

連續激光器焊接由於其受（shòu）熱（rè）過程不像脈（mò）衝驟冷驟熱，焊接時裂紋傾向（xiàng）不（bú）是很明顯，為了改善焊縫質量（liàng），采用（yòng）連續激光器焊（hàn）接，焊縫表麵平滑（huá）均勻，無飛濺，無缺陷，焊縫內部未發現裂紋。在鋁合金焊（hàn）接方麵，連續激光器優勢明顯：與（yǔ）傳統焊接方式（shì）相比，生產效率（lǜ）高，且無需填絲；與脈衝激光焊相比，可以解決（jué）其在焊後（hòu）產生的缺陷，如裂紋、氣孔、飛濺等，保證鋁合金在焊後有良好的機械性能；焊後不會凹陷，拋光打磨量（liàng）減少，節約生產成本，但是（shì）因為連續激光器光斑較小（xiǎo），所以對工件的裝配精度（dù）要（yào）求較高。

在動力電池焊接過（guò）程中，焊接工藝技術人員會根據電池材料、形狀（zhuàng）、厚度（dù）、拉力要求等（děng）選擇合適的激光器和（hé）焊接工藝（yì）參數，包括焊接速（sù）度、波形、峰值、焊頭傾斜角（jiǎo）度等來設置合理（lǐ）的焊接工藝參數，以保證最（zuì）終的焊接效果滿足動力電池廠（chǎng）家（jiā）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，方形電池外殼的封口辦法一般是在電池頂部有一（yī）個長方形蓋板，板上帶有正極輸入端，將蓋板塞入外（wài）殼與口平齊，然後用激光將（jiāng）蓋板與外殼之間的長（zhǎng）方形縫隙以脈衝或者連（lián）續激光焊接的方式，焊好密封即可。

方形電池的焊接方式主要分為側焊和（hé）頂焊，其中（zhōng）側焊的主要好處是對（duì）電芯內部的影響較小，飛（fēi）濺物不會輕易進入殼蓋內（nèi）側。由於焊接後可能會導致凸起（qǐ），這（zhè）對後續工藝的裝配（pèi）會有些微影響，因此側（cè）焊工藝對激光器的穩定性、材料的（de）潔淨度等要求極高。而頂焊工藝由（yóu）於焊接在一個麵上，對焊接設備（bèi）集成要求比較低。

目前，動力電（diàn）池立（lì）焊接方式是業內廣為青睞的（de）焊接方式（shì），立焊隻需一個（gè）收口節（jiē）點，便可大（dà）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（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（diàn）池PACK

電池電芯通過加裝保護電路、外殼（ké）、輸出而形（xíng）成的應用電池組的（de）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（xù）。隨著PACK工藝的（de）不斷發展，連接方式也不斷改進，從最初的（de）錫焊到到（dào）後來的電阻焊，發（fā）展至今（jīn），激光焊接因其焊接精度、可靠性及自動化（huà）程度高的優勢，已成為目前PACK 工藝最為廣（guǎng）泛的連接方式，而搭載著激光焊接（jiē）工藝的智（zhì）能（néng）自動化設備已成為方形、圓柱、軟包（bāo）、18650等不同類型電芯（xīn）PACK成組的高端製造裝備。

（2）智能裝備發展趨勢

新能源汽車產業的發展（zhǎn），並未對其所使用的動力電（diàn）池（chí）及電（diàn）池模組的規格標準定型並標準化，出現了眾多規格（gé）體係不兼容的問題，當前的（de）工（gōng）藝流程和人工操作製約了企業的生產節拍和效率，從而無法有效提升（shēng）產品質量（liàng）和產能。所以，提升動力電池模組組裝的自動化水（shuǐ）平非常必（bì）要。現今，實現“整線設備+機器人+ 軟件控製”的智能化解決方案，既要解決用戶重點關注的兼容性、整線節拍和效率問題，又要解（jiě）決用戶電池PACK訂單批量小、規格多的問題。

管理軟（ruǎn）件方麵。整套MES係統直接將產線打造（zào）成準（zhǔn）無人化生產車間，人工隻需（xū）要在線外進行物料補充，既提（tí）高了安全性，又減少了人為介入。焊接工序（xù）環節，隻需要將激光焊接工藝數（shù）據集成在MES管理軟件係統中，以方便用戶直接調用、切換。從電芯到PACK成組，每一（yī）道工（gōng）序的參數、數據及其他來料信息等，都可以通過MES係統快速查詢並及時分（fèn）析處理，既（jì）要做到過程（chéng）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（jiē）口實現遠程監控管理，充分體現智能化自動化的製造特點。搭載激光解決（jué）方案（àn）的產品已向著高智能化、高自（zì）動化的趨勢（shì）方向發展。

小結

雖然我國激光焊（hàn）接工藝（yì）日趨成熟（shú），但是，高質量的動力電池仍需生產廠家設計人員和激光焊接技術（shù）人員（yuán）密切（qiē）協作，從材質（zhì）、形狀、厚度（dù）、工藝、實時檢測等各方麵優化設計，才能達到理想的焊接效果。武漢逸飛激光設備有限公司在動力電池焊接領域有十多年的經驗，致力於打造高精度、高效率、高可靠性、無人化、可視化和信息化的電池電芯、模組及PACK智能自動化製造產（chǎn）線解決方案。