新能(neng)源(yuan)汽(qi)車近兩年的(de)井噴式發展(zhan)吸引(yin)了越(yue)來越(yue)多的(de)外界目光(guang)，不(bu)光(guang)是消費端的(de)影響，在工(gong)業領域，由新能(neng)源(yuan)汽(qi)車所(suo)引(yin)領的(de)技術潮流同樣成長為(wei)一股不(bu)容忽(hu)視的(de)強大力量。今天我們要說(shuo)的(de)，就是應用在新能(neng)源(yuan)汽(qi)車的(de)動力核心——電池上的(de)，激(ji)光(guang)焊接工(gong)藝。

隨著新能源汽(qi)車(che)銷量的(de)(de)增加，動力電(dian)池(chi)裝機量也快(kuai)速增長。數據顯示,2021年我(wo)國新能源汽(qi)車(che)銷售352.1萬輛，同比增長157.5%；動力電(dian)池(chi)裝機量達(da)到(dao)154.5GWh，同比增長142.8%。電(dian)池(chi)制(zhi)造(zao)(zao)企(qi)業(ye)紛紛擴(kuo)充產能，歐(ou)陽明高(gao)院(yuan)士在(zai)(zai)電(dian)動汽(qi)車(che)百人會上專家表(biao)示，到(dao)2025年我(wo)國動力電(dian)池(chi)產能將達(da)3000GWh。在(zai)(zai)動力電(dian)池(chi)制(zhi)造(zao)(zao)過(guo)程中，低成本、高(gao)質(zhi)量和高(gao)效率是制(zhi)造(zao)(zao)企(qi)業(ye)追求的(de)(de)三(san)大目標，因此，能達(da)到(dao)這三(san)種目標的(de)(de)技術工(gong)藝和智(zhi)能化(hua)裝備(bei)備(bei)受到(dao)電(dian)池(chi)制(zhi)造(zao)(zao)商的(de)(de)青睞。

動力電(dian)池內部也(ye)是一整個(ge)復(fu)雜的(de)系統(tong)，從電(dian)芯、電(dian)池模(mo)組(zu)、電(dian)池包(bao)，歷(li)經一道道制造工序，最(zui)后組(zu)裝成一整個(ge)動力電(dian)池系統(tong)。這其中(zhong)，材(cai)料與材(cai)料、模(mo)組(zu)與模(mo)組(zu)、電(dian)池包(bao)結(jie)構的(de)連接(jie)就涉(she)及到(dao)高要求的(de)焊(han)接(jie)工藝——激光焊(han)接(jie)。

動力電(dian)池制(zhi)造過程焊接(jie)方法與工藝的(de)(de)合(he)理(li)(li)選用(yong)，將(jiang)直接(jie)影響電(dian)池的(de)(de)成(cheng)本、質量、安全(quan)以(yi)及電(dian)池的(de)(de)一(yi)致(zhi)性。接(jie)下來(lai)就整理(li)(li)一(yi)下動力電(dian)池焊接(jie)方面的(de)(de)內(nei)容。

動力電池常見的焊接應用

動(dong)力電(dian)池分方形、圓柱和軟包(bao)電(dian)池。當下，在動(dong)力電(dian)池的生(sheng)產中，使用激光(guang)焊(han)接的環節(jie)主(zhu)要包(bao)括

中道工藝：極(ji)耳的焊(han)接(jie)(包括(kuo)預(yu)焊(han)接(jie))、極(ji)帶的點焊(han)接(jie)、電芯入殼的預(yu)焊(han)、外殼頂(ding)蓋密封(feng)焊(han)接(jie)、注液口密封(feng)焊(han)接(jie)等；

后(hou)道工(gong)藝：包括電池PACK模組時的(de)(de)連(lian)接片焊(han)接，以及(ji)模組后(hou)的(de)(de)蓋(gai)板上的(de)(de)防爆閥焊(han)接等。

電池殼體與蓋板焊接

動力電(dian)(dian)池的(de)(de)殼(ke)(ke)體和(he)蓋(gai)(gai)板起到封(feng)裝電(dian)(dian)解液和(he)支撐電(dian)(dian) 極材料的(de)(de)作用(yong)，為電(dian)(dian)能(neng)的(de)(de)儲存和(he)釋放提供穩定的(de)(de)密閉環境，其焊(han)接(jie)質(zhi)量直接(jie)決定電(dian)(dian)池的(de)(de)密封(feng)性(xing)及耐壓強度，從而影響(xiang)電(dian)(dian)池的(de)(de)壽命(ming)和(he)安全性(xing)能(neng)。電(dian)(dian)池殼(ke)(ke)體主要采(cai)用(yong)Al3003 鋁合金(jin)，其厚度一(yi)般在0．6 ~ 0．8 mm之間(jian)，一(yi)般采(cai)用(yong)小功率(lv)脈沖激光焊(han)接(jie)。殼(ke)(ke)體與蓋(gai)(gai)板的(de)(de)連接(jie)位置如圖所示，該處的(de)(de)激光焊(han)縫的(de)(de)主要質(zhi)量問(wen)題是 未熔(rong)透、氣孔和(he)下榻，這(zhe)些缺(que)陷會(hui)降(jiang)低電(dian)(dian)池的(de)(de)密封(feng)性(xing)。

電池正負極極柱焊接

電(dian)(dian)池(chi)的極(ji)柱就是電(dian)(dian)池(chi)正(zheng)負(fu)極(ji)接(jie)觸片，一般來說(shuo)正(zheng)極(ji)使(shi)用(yong)鋁、負(fu)極(ji)使(shi)用(yong)銅，其作(zuo)用(yong)就是讓電(dian)(dian)池(chi)極(ji)柱通過連接(jie)片焊接(jie)，形成串(chuan)聯、并聯電(dian)(dian)路，組成電(dian)(dian)池(chi)模組。

電池防爆閥密封焊接

防(fang)(fang)(fang)爆閥是電池(chi)封口板上(shang)的(de)(de)薄(bo)壁(bi)閥體，當(dang)電池(chi)內(nei)部壓力超過規定(ding)值(zhi)時，防(fang)(fang)(fang)爆閥閥體率(lv)先破(po)裂泄氣，釋放壓力，避免電池(chi)爆裂。防(fang)(fang)(fang)爆閥結(jie)構巧妙，多(duo)用激光焊(han)(han)(han)接(jie)牢固一定(ding)形狀的(de)(de)兩個鋁質金屬片。當(dang)電池(chi)內(nei)部壓力升高到(dao)一定(ding)值(zhi)時，鋁片從設(she)計的(de)(de)凹槽位置處破(po)裂，防(fang)(fang)(fang)止電池(chi)進一步膨脹造成爆炸。因而這道(dao)工序對激光焊(han)(han)(han)接(jie)工藝(yi)要求極為嚴(yan)格，要求焊(han)(han)(han)縫密封，嚴(yan)格控制熱輸入量，保證焊(han)(han)(han)縫的(de)(de)破(po)壞壓力值(zhi)穩定(ding)在(zai)一定(ding)范圍內(nei)(一般(ban)在(zai)0.4~0.7MPa)，過大或(huo)太小(xiao)都會(hui)對電池(chi)的(de)(de)安全性造成很(hen)大影響。

電池轉接片焊接

轉接(jie)(jie)片與(yu)軟連接(jie)(jie)是連接(jie)(jie)電池蓋(gai)板(ban)與(yu)電芯的(de)關鍵部件。它必須同時(shi)考(kao)慮到電池的(de)過流、強度(du)及低(di)飛濺的(de)要(yao)求(qiu)，所以在(zai)與(yu)蓋(gai)板(ban)的(de)焊接(jie)(jie)過程(cheng)中(zhong)需要(yao)有(you)足夠(gou)的(de)焊縫寬度(du)，且需要(yao)保證(zheng)沒有(you)particle落在(zai)電芯上，避免出現電池短路。而(er)作為(wei)負極材(cai)料的(de)銅(tong)，屬于低(di)吸收率(lv)的(de)高(gao)反材(cai)料，在(zai)焊接(jie)(jie)時(shi)需要(yao)更(geng)高(gao)的(de)能量密度(du)去焊接(jie)(jie)，聯(lian)贏激(ji)光(guang)最新的(de)藍光(guang)復合(he)激(ji)光(guang)器(qi)則可以很好的(de)解決(jue)高(gao)反及飛濺等(deng)傳統(tong)工藝難題。

電池極柱焊接

電(dian)(dian)池蓋板(ban)上的極(ji)柱，分為電(dian)(dian)池內(nei)部和電(dian)(dian)池外(wai)部連接(jie)(jie)(jie)。電(dian)(dian)池內(nei)部連接(jie)(jie)(jie)，是(shi)電(dian)(dian)芯(xin)極(ji)耳與蓋板(ban)極(ji)柱的焊(han)接(jie)(jie)(jie)；電(dian)(dian)池外(wai)部連接(jie)(jie)(jie)，是(shi)電(dian)(dian)池極(ji)柱通過連接(jie)(jie)(jie)片焊(han)接(jie)(jie)(jie)，形成(cheng)串聯(lian)、并聯(lian)電(dian)(dian)路，組成(cheng)電(dian)(dian)池模組。

電(dian)池極(ji)(ji)柱(zhu)激光(guang)焊的主要問題同樣(yang)是炸(zha)孔(kong)缺(que)陷(xian)(xian)，其產生的原因(yin)和防爆閥(fa)的類似。極(ji)(ji)柱(zhu)焊縫實質(zhi)(zhi)上(shang)是鋁(lv)轉接塊和極(ji)(ji)柱(zhu)的配合面(mian)(mian)，鋁(lv)塊孔(kong)直(zhi)徑僅為 6 mm 左右，此(ci)處極(ji)(ji)易殘留沖壓油、清(qing)潔(jie)劑等雜(za)質(zhi)(zhi)。高能量密度(du)的激 光(guang)造(zao)成焊件溫(wen)度(du)激增，導致極(ji)(ji)柱(zhu)處殘留的雜(za)質(zhi)(zhi)快(kuai)速汽化(hua)(hua)，氣泡逸(yi)出并克服熔池表面(mian)(mian)張(zhang)力離開熔池造(zao)成炸(zha)孔(kong)缺(que)陷(xian)(xian) 。在這一(yi)過(guo)程中，脈沖激光(guang)功(gong)率的快(kuai)速變化(hua)(hua)進一(yi)步增加了(le)形成炸(zha)孔(kong)的趨(qu)勢。因(yin)此(ci)，除了(le)加強(qiang)焊前清(qing)洗，通過(guo)優化(hua)(hua)激光(guang)功(gong)率變化(hua)(hua)也能減少炸(zha)孔(kong)缺(que)陷(xian)(xian) 。

動力電池模組及PACK焊接

電(dian)(dian)池(chi)模組(zu)可以理(li)解為鋰離子電(dian)(dian)芯經串并(bing)聯方(fang)式組(zu)合，并(bing)加(jia)裝單(dan)體電(dian)(dian)池(chi)監控與管理(li)裝置。電(dian)(dian)池(chi)模組(zu)的(de)結(jie)構設(she)計(ji)往(wang)往(wang)能(neng)決定(ding)一個電(dian)(dian)池(chi)包的(de)性能(neng)和(he)安全。其結(jie)構必須對電(dian)(dian)芯起到(dao)支撐、固(gu)定(ding)和(he)保護(hu)作用。同時如(ru)何(he)滿足過電(dian)(dian)流要求(qiu)，電(dian)(dian)流均勻(yun)性，如(ru)何(he)滿足對電(dian)(dian)芯溫度的(de)控制，以及是(shi)否有嚴重異(yi)常時能(neng)斷電(dian)(dian)，避免連鎖反應等(deng)等(deng)，都將是(shi)評判(pan)電(dian)(dian)池(chi)模組(zu)優劣的(de)標準。

同時，由于銅和鋁傳熱均很快(kuai)，且對(dui)激光反(fan)射率非(fei)常高(gao)，連接片厚度(du)相對(dui)較(jiao)大(da)，因此需(xu)要采用較(jiao)高(gao)功率的(de)激光器才能夠(gou)實現焊接。

結語

目前(qian)動力電池中激光焊(han)(han)接的(de)(de)主要問(wen)(wen)題(ti)是氣孔(kong)、裂紋、成形不良(liang)、炸(zha)孔(kong)等焊(han)(han)接缺陷。這(zhe)(zhe)些缺陷導致電池組強度降低、密封性(xing)(xing)和導電性(xing)(xing)下降，引發電池爆炸(zha)、漏液和發熱等一系列(lie)安全問(wen)(wen)題(ti) 。針對(dui)這(zhe)(zhe)些問(wen)(wen)題(ti)，大量(liang)研(yan)究著眼于工(gong)藝優化，通過調整激光焊(han)(han)接的(de)(de)功率、脈(mo)沖寬度、焊(han)(han)接速度、離(li)焦量(liang)等參數可以有效(xiao)減(jian)少(shao)缺陷。

不難(nan)看出，動力電池焊接工藝是一(yi)項精細的(de)(de)(de)(de)活，任何一(yi)點小問題都(dou)會(hui)影響(xiang)到后續成品動力電池的(de)(de)(de)(de)性能(neng)、安全。故而優質的(de)(de)(de)(de)材料(liao)和高質量的(de)(de)(de)(de)激(ji)光(guang)焊接儀器是保(bao)證焊接工藝成功的(de)(de)(de)(de)基礎。以激(ji)光(guang)焊接路徑規劃、焊縫識(shi)別(bie)、缺陷識(shi)別(bie)、質量監(jian)測等為代(dai)表的(de)(de)(de)(de)智能(neng)化(hua)技術也是未來的(de)(de)(de)(de)研(yan)究熱(re)點之(zhi)一(yi)。