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来源：锂电派
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动力电池内部是一整个复杂的系统，从电芯、电池模组、电池包，历经一道道制造工序，最后组装成一整个动力电池系统。这其中，材料与材料、模组与模组、电池包结构的连接就涉及到高要求的焊接工艺——激光焊接。
1激光焊接原理及优点
激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功率密度等特性进行工作，通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。
激光焊接优点
能量集中，焊接效率高、加工精度高，焊缝深宽比大。激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，可在工件周围的夹具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。
热输入量小，热影响区小，工件残余应力和变形小；焊接能量可精确控制，焊接效果稳定，焊接外观好；
非接触式焊接，光纤传输，可达性较好，自动化程度高。焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回熔的困扰。用于动力电池的电芯由于遵循“轻便”的原则，通常会采用较“轻”的铝材质外，还需要做得更“薄”，一般壳、盖、底基本都要求达到1.0 mm 以下，主流厂家目前基本材料厚度均在0.8 mm 左右。
能为各种材料组合提供高强度焊接，尤其是在进行铜材料之间和铝材料之间焊接的时候更为有效。这也是唯一可以将电镀镍焊接至铜材料上的技术。
2激光焊接类型
2.1热传导焊接和深熔焊
热传导焊接，激光光束沿接缝将合作在工件的外表熔化，熔融物汇流到一同并固化，构成焊缝。主要用于相对较薄的材料，材料的最大焊接深度受其导热系数的约束，且焊缝宽度总是大于焊接深度。
深熔焊，当高功率激光聚集到金属外表时，热量来不及散失，焊接深度会急剧加深，此焊接技术即是深熔焊。因为深熔焊技术加工速度极快，热影响区域很小，而且使畸变降至最低，因而此技术可用于需求深度焊接或几层资料一起焊接。
热传导焊接和深熔焊的主要区别在于单位时间内施加在金属表面的功率密度，不同金属下临界值不同。
2.2穿透焊和缝焊
穿透焊，连接片无需冲孔，加工相对简单。穿透焊需要功率较大的激光焊机。穿透焊的熔深比缝焊的熔深要低，可靠性相对差点。
缝焊，相比穿透焊，缝焊只需较小功率激光焊机。缝焊的熔深比穿透焊的熔深要高，可靠性相对较好。但连接片需冲孔，加工相对困难。
2.3脉冲焊接和连续焊接
脉冲模式焊接，激光焊接时应选择合适的焊接波形，常用脉冲波形有方波、尖峰波、双峰波等，铝合金表面对光的反射率太高，当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60%-98%的激光能量因反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。一般焊接铝合金时最优选择尖形波和双峰波，此种焊接波形后面缓降部分脉宽较长，能够有效地减少气孔和裂纹的产生。
脉冲激光焊接样品
由于铝合金对激光的反射率较高，为了防止激光束垂直入射造成垂直反射而损害激光聚焦镜，焊接过程中通常将焊接头偏转一定角度。焊点直径和有效结合面的直径随激光倾斜角增大而增大，当激光倾斜角度为40°时，获得最大的焊点及有效结合面。焊点熔深和有效熔深随激光倾斜角减小，当大于60°时，其有效焊接熔深降为零。所以倾斜焊接头到一定角度，可以适当增加焊缝熔深和熔宽。
另外在焊接时，以焊缝为界，需将激光焊斑偏盖板65%、壳体35%进行焊接，可以有效减少因合盖问题导致的炸火。
连续模式焊接，连续激光器焊接由于其受热过程不像脉冲机器骤冷骤热，焊接时裂纹倾向不是很明显，为了改善焊缝质量，采用连续激光器焊接，焊缝表面平滑均匀，无飞溅，无缺陷，焊缝内部未发现裂纹。在铝合金的焊接方面，连续激光器的优势很明显，与传统的焊接方法相比，生产效率高，且无需填丝；与脉冲激光焊相比可以解决其在焊后产生的缺陷，如裂纹、气孔、飞溅等，保证铝合金在焊后有良好的机械性能；焊后不会凹陷，焊后抛光打磨量减少，节约了生产成本，但是因为连续激光器的光斑比较小，所以对工件的装配精度要求较高。
连续激光焊接样品
在动力电池焊接当中，焊接工艺技术人员会根据客户的电池材料、形状、厚度、拉力要求等选择合适的激光器和焊接工艺参数，包括焊接速度、波形、峰值、焊头倾斜角度等来设置合理的焊接工艺参数，以保证最终的焊接效果满足动力电池厂家的要求。
3、动力电池常见的焊接应用
动力电池分方形、圆柱和软包电池。当下，在动力电池的生产中，使用激光焊接的环节主要包括：
中道工艺：极耳的焊接(包括预焊接)、极带的点焊接、电芯入壳的预焊、外壳顶盖密封焊接、注液口密封焊接等；
后道工艺：包括电池PACK模组时的连接片焊接，以及模组后的盖板上的防爆阀焊接等。
3.1电池壳体与盖板焊接
动力电池的壳体和盖板起到封装电解液和支撑电 极材料的作用，为电能的储存和释放提供稳定的密闭 环境，其焊接质量直接决定电池的密封性及耐压强度，从而影响电池的寿命和安全性能[13]。电池壳体主要采 用 Al3003铝合金，其厚度一般在0．6 ~ 0．8 mm 之间，一般采用小功率脉冲激光焊接 。壳体与盖板的连接位 置如图所示，该处的激光焊缝的主要质量问题是 未熔透、气孔和下塌，这些缺陷会降低电池的密封性。
3.2电池正负极极柱焊接
电池的极柱就是电池正负极接触片，一般来说正极使用铝、负极使用铜，其作用就是让电池极柱通过连接片焊接，形成串联、并联电路，组成电池模组。
3.3电池防爆阀密封焊接
防爆阀是电池封口板上的薄壁阀体，当电池内部压力超过规定值时，防爆阀阀体率先破裂泄气，释放压力，避免电池爆裂。防爆阀结构巧妙，多用激光焊接牢固一定形状的两个铝质金属片。当电池内部压力升高到一定值时，铝片从设计的凹槽位置处破裂，防止电池进一步膨胀造成爆炸。因而这道工序对激光焊接工艺要求极为严格，要求焊缝密封，严格控制热输入量，保证焊缝的破坏压力值稳定在一定范围内(一般在0.4~0.7MPa)，过大或太小都会对电池的安全性造成很大影响。
3.4电池转接片焊接
转接片与软连接是连接电池盖板与电芯的关键部件。它必须同时考虑到电池的过流、强度及低飞溅的要求，所以在与盖板的焊接过程中需要有足够的焊缝宽度，且需要保证没有particle落在电芯上，避免出现电池短路。而作为负极材料的铜，属于低吸收率的高反材料，在焊接时需要更高的能量密度去焊接。
3.5电池极柱焊接
电池盖板上的极柱，分为电池内部和电池外部连接。电池内部连接，是电芯极耳与盖板极柱的焊接；电池外部连接，是电池极柱通过连接片焊接，形成串联、并联电路，组成电池模组。
电池极柱激光焊的主要问题同样是炸孔缺陷，其产生的原因和防爆阀的类似 。极柱焊缝实质上是铝转 接块和极柱的配合面，铝块孔直径仅为6 mm 左右，此 处极易残留冲压油、清洁剂等杂质 。高能量密度的激 光造成焊件温度激增，导致极柱处残留的杂质快速汽化，气泡逸出并克服熔池表面张力离开熔池造成炸孔缺陷 。在这一过程中，脉冲激光功率的快速变化进一 步增加了形成炸孔的趋势 。因此，除了加强焊前清洗， 通过优化激光功率变化也能减少炸孔缺陷 。
3.6动力电池模组及PACK焊接
电池模组可以理解为锂离子电芯经串并联方式组合，并加装单体电池监控与管理装置。电池模组的结构设计往往能决定一个电池包的性能和安全。其结构必须对电芯起到支撑、固定和保护作用。同时如何满足过电流要求，电流均匀性，如何满足对电芯温度的控制，以及是否有严重异常时能断电，避免连锁反应等等，都将是评判电池模组优劣的标准。
同时，由于铜和铝传热均很快，且对激光反射率非常高，连接片厚度相对较大，因此需要采用较高功率的激光器才能够实现焊接。
4激光焊接工艺难点
目前，铝合金材料的电池壳占整个动力电池的90%以上。其焊接的难点在于铝合金对激光的反射率极高,焊接过程中气孔敏感性高,焊接时不可避免地会出现一些问题缺陷，其中最主要的是气孔、热裂纹和炸火。
铝合金的激光焊接过程中容易产生气孔，主要有两类：氢气孔和气泡破灭产生的气孔。由于激光焊接的冷却速度太快，氢气孔问题更加严重，并且在激光焊接中还多了一类由于小孔的塌陷而产生的孔洞。
热裂纹问题。铝合金属于典型的共晶型合金，焊接时容易出现热裂纹，包括焊缝结晶裂纹和HAZ液化裂纹，由于焊缝区成分偏析会发生共晶偏析而出现晶界熔化，在应力作用下会在晶界处形成液化裂纹，降低焊接接头的性能。
炸火（也称飞溅）问题。引起炸火的因素很多，如材料的清洁度、材料本身的纯度、材料自身的特性等，而起决定性作用的则是激光器的稳定性。壳体表面凸起、气孔、内部气泡。究其原因，主要是光纤芯径过小或者激光能量设置过高所致。并不是一些激光设备提供商宣传的“光束质量越好，焊接效果越优秀”，好的光束质量适合于熔深较大的叠加焊接。寻找合适的工艺参数才是解决问题的致胜法宝。
其他难点
软包极耳焊接，对焊接工装要求较高，必须将极耳压牢，保证焊接间隙。可实现S形、螺旋形等复杂轨迹的高速焊接，增大焊缝结合面积的同时加强焊接强度。
圆柱电芯的焊接主要用于正极的焊接，由于负极部位壳体薄，极容易焊穿。如目前一些厂家采用的负极免焊接工艺，正极采用的为激光焊接。
方形电池组合焊接时，极柱或连接片受污染厚，焊接连接片时，污染物分解，易形成焊接炸点，造成孔洞；极柱较薄、下有塑料或陶瓷结构件的电池，容易焊穿。极柱较小时，也容易焊偏至塑料烧损，形成爆点。不要使用多层连接片，层之间有孔隙，不易焊牢。
方型电池的焊接工艺最重要的工序是壳盖的封装，根据位置的不同分为顶盖和底盖的焊接。有些电池厂家由于生产的电池体积不大，采用了“拉深”工艺制造电池壳，只需进行顶盖的焊接。
方形动力电池侧焊样品
方形电池焊接方式主要分为侧焊和顶焊，其中侧焊的主要好处是对电芯内部的影响较小，飞溅物不会轻易进入壳盖内侧。由于焊接后可能会导致凸起，这对后续工艺的装配会有些微影响，因此侧焊工艺对激光器的稳定性、材料的洁净度等要求极高。而顶焊工艺由于焊接在一个面上，对焊接设备集成要求比较低，量产化简单，但是也有两个不利的地方，一是焊接可能会有少许飞溅进入电芯内，二是壳体前段加工要求高会导致成本问题。
5相关企业情况
在欧美等发达工业国家，其代表性的激光切割机设备制造商如德国通快TRUMPF、瑞士百超BYSTRONIC、意大利PRIMA、美国WHITNEY和日本TANAKA等，我国的激光产业起步较晚，但发展迅速。近几年诞生了如大族、华工、巨星、联赢、锦帛方、光大激光、海目星、逸飞激光、迅镭激光、泰德激光、君屹等许多优秀的激光企业。
其中，联赢激光为CATL公司设计生产的用于宝马新能源车的G38电池激光焊接生产线于2016年4月20日完成。2018年1月8日，华工激光联合华中科技大学、神龙汽车、江淮汽车、长城汽车、上汽通用、江铃汽车、中航精机、凌云股份、武汉法利莱等多家单位共同自主研发的“汽车制造中的高质高效激光焊接、切割关键工艺及成套装备”项目。
参考文章：
1.《动力电池工艺，激光焊接概述》 动力电池技术
2.《动力电池激光焊接工艺详解》有材有料新能源网
3、《为什么宝马、奔驰、吉利、比亚迪等都很看重这几家激光加工企业？》金属加工
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