自1990年問世以來，鋰電池因其能量密度高、電壓高、環保、壽命長（zhǎng）以及可快速充電等優點，深受3C數碼、動力工具等行業的青睞，其對新（xīn）能源（yuán）汽（qì）車行業的貢獻尤為突出。作（zuò）為提供新（xīn）能源汽車動力來源的鋰電池產業，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（guī）模有望突破1600億元。

動力電池（chí）作為新能源汽車（chē）的（de）核心部件，其品質直接決定了（le）整車性能。鋰電池製造（zào）設備一（yī）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接影響（xiǎng）產品的生產效率和一致性。而激光加工技術作為一（yī）種替代傳統（tǒng）焊接技術已（yǐ）廣泛應用於鋰電製（zhì）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（chǎn）述了激光焊接的（de）工藝特點（diǎn），分析了（le）鋁合（hé）金激光焊接難點以及焊（hàn）接模式對焊接質（zhì）量的（de）影響，列舉了方形動（dòng）力電池及電池PACK工藝特（tè）點及設備發展趨勢（shì）。

激光焊接工藝

從鋰電池電芯的製造到電池PACK成組，焊接都是一（yī）道很重要的製造工（gōng）序，鋰電池（chí）的導電性（xìng）、強度、氣密性、金屬疲勞和耐腐蝕性，是典型的電（diàn）池焊接（jiē）質量評價（jià）標準（zhǔn）。

焊接（jiē）方法和焊接工藝（yì）的選用，將直接影響電池的成（chéng）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（hàn）接以如下優勢脫穎而（ér）出：首先，激光焊接能量密度高、焊接變形（xíng）小（xiǎo）、熱影響區小，可以有效（xiào）地提高製件精度，焊縫光滑無雜質、均勻致密、無需附加的打磨工作；其次，激光焊接可精確控製，聚焦光（guāng）點小，高精度（dù）定位，配合機械手臂易於實（shí）現自動化，提高焊接效率，減少工時，降低成本；另外，激（jī）光焊接薄（báo）板材或細徑線材時，不會像電弧焊接那樣容易受到回熔的（de）困擾。

電池的結構通（tōng）常包含多種材料，如鋼、鋁、銅、鎳等，這些金屬可（kě）能被製成電極、導線，或是外殼；因此，無論是一種材料之間或是多種材料之（zhī）間的焊（hàn）接，均對焊接工（gōng）藝提出了較高要求。激光焊接的工藝（yì）優勢就在於可以焊接的材（cái）質種（zhǒng）類廣泛（fàn），能夠實現（xiàn）不同材（cái）料之間的（de）焊接。

工藝（yì）難點

動（dòng）力電池電芯的製造由於遵循“輕便”原（yuán）則，通常會采用較“輕”的鋁材質，而且（qiě）還要做得更“薄”，一般殼、蓋、底（dǐ）的厚度基本都要（yào）求（qiú）達到1.0mm以下，目前一些主流廠家的基本材料厚度均在0.8mm左右。據統計（jì），鋁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（zài）於鋁合金對激光束的高初始反射率及其本身的高導熱性，使得鋁合金在未熔化前對激光（guāng）的吸收率低，由於鋁的電離能低，焊接（jiē）過（guò）程中（zhōng）光致等離子體不易（yì）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（yóu）於焊接過程中氣孔（kǒng）敏感性（xìng）高,焊接時不可避免地會（huì）出現一些問題缺陷，其中最主要的是氣孔和熱裂紋。鋁合金的（de）激（jī）光焊接過程中（zhōng）產生的氣孔主（zhǔ）要有兩類：氫氣孔和匙孔破滅產生的氣孔。由於激光焊接的冷卻速度（dù）太快（kuài），氫氣（qì）孔問（wèn）題更加嚴重，並且在激光焊接中還多了一類由（yóu）於（yú）小（xiǎo）孔的塌陷而產生的孔洞。

熱（rè）裂紋問題。鋁合金屬於典型的（de）共晶型合金，焊接時容易出現熱裂紋，包括焊縫結晶裂（liè）紋和HAZ液化裂紋，由（yóu）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（yīng）力作用下會在晶界處形成液化裂紋，降（jiàng）低焊接接頭（tóu）的（de）性能。

炸火（也稱飛濺）問（wèn）題。引起炸火的因素很多，如材料的清潔度、材料本身（shēn）的純度、材料自身的特性等，而起決定（dìng）性作用（yòng）的則是（shì）激光器（qì）的穩定性。殼體表麵凸起、氣孔、內部（bù）氣泡，究其原因（yīn），主（zhǔ）要是（shì）光纖芯徑過小或者激光能量（liàng）設置過高所致。

針對以上出現的問題，尋找（zhǎo）到合適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波形有（yǒu）方波、尖峰波、雙峰波等幾種，由於鋁合金表麵（miàn）對光（guāng）的反射率太高，焊接時應（yīng）選擇合適的（de）焊（hàn）接波形。當高強度激光束入射到材料表麵，金屬表麵（miàn）將會（huì）有60%~98%的激光能量因反射而損失掉，且反（fǎn）射率隨物件表麵（miàn）的溫度而變化。一般焊接鋁合金時最優選擇尖形波和雙峰波，這兩（liǎng）種焊接波形後麵緩降（jiàng）部分脈寬較長，能夠（gòu）有效地減少氣孔和裂紋的產生。

由於鋁合金對激光的反射率較高，為了防（fáng）止激光束垂直（zhí）入射造成垂直反射而損害（hài）激光聚焦鏡，焊接過程中通常將焊接頭偏轉一定角度。焊點直（zhí）徑和有（yǒu）效結合麵的直（zhí）徑，隨（suí）激光傾斜角的增大而增大（dà），當激光（guāng）傾斜角度為（wéi）40°時，獲得最大的焊點及有效結合麵。焊點熔深和有效熔深隨激光傾斜角減小，當激光（guāng）傾斜角度大於60°時，其有效焊接熔深降為零。所以傾斜焊接頭到（dào）一定角度，可以適（shì）當（dāng）增加焊縫熔（róng）深和（hé）熔寬。另外在焊接時，以焊縫為界，需將（jiāng）激光焊斑偏蓋板（bǎn）65%、殼體35%進行焊接，這樣能有效減少因合蓋問題導致的炸（zhà）火。

（2）連續模式焊接

連續激光器焊接由於其受熱過程不像脈衝驟冷（lěng）驟熱，焊接時裂紋傾向不是很明顯（xiǎn），為了改善焊縫質量，采用連續激光器焊接，焊縫表（biǎo）麵平（píng）滑均勻，無飛濺，無缺陷，焊縫內部未發現裂紋。在鋁合金焊接方麵，連（lián）續激光（guāng）器優勢明顯：與傳統焊（hàn）接方式相比，生產效率（lǜ）高，且無需填絲；與脈衝（chōng）激光焊相比，可以解決其在焊後產生的缺陷，如裂紋、氣（qì）孔、飛濺等，保（bǎo）證鋁合金在焊後有良（liáng）好的機械性能（néng）；焊後不（bú）會凹陷，拋（pāo）光打磨量減少，節約生產成（chéng）本，但是因為連續激光器光斑較小，所以對工件的裝配精度要求較高。

在動力電（diàn）池焊接過程中，焊接工藝技術（shù）人員會根據（jù）電池材料（liào）、形狀、厚度、拉力要求等選擇合適的激光器和焊接工藝參（cān）數，包括焊接速度、波（bō）形（xíng）、峰值、焊（hàn）頭傾斜角（jiǎo）度等來設置合理的焊接工藝參數，以保證最終的焊接效果滿足動力電池廠家（jiā）的要（yào）求。

方形電池焊接

在方型電池（chí）的焊接工藝中，最重要的工序（xù）是（shì）殼蓋的封裝，方形電池外殼的（de）封口辦法一般是在電池頂（dǐng）部有一個長方形蓋板，板上帶有正極輸入端，將蓋板塞入外殼與口平齊，然後用激光將蓋板與外殼之間（jiān）的長方形縫隙以脈衝或者連續激（jī）光焊接的方（fāng）式，焊好密封即可。

方形電池（chí）的焊接方式主要分為側焊和頂焊，其中側焊的主要好（hǎo）處是對電芯內部的影響較（jiào）小，飛濺物不會輕易進入殼蓋內側。由於焊接後可能會導致凸起，這對後續工藝的裝配會有（yǒu）些微影響，因此側焊工藝對激光器的穩定性、材料的（de）潔淨度等要（yào）求極高。而頂焊工藝由於焊（hàn）接在一個麵上，對焊接設備（bèi）集成要求比較低。

目前，動力電池立（lì）焊接方式是業內廣為青睞的焊接方式，立焊隻需一（yī）個（gè）收口節（jiē）點，便可大大降低側焊接四個收口節（jiē）點的側漏風險，而且有利於量（liàng）產。武漢（hàn）逸飛激光設備有限公司的“高速電（diàn）池（chí）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（zhuāng）保護電路、外殼、輸（shū）出而形成的應用電（diàn）池組的生產過程稱為PACK。電（diàn）池（chí）PACK是實現電（diàn）池在不（bú）同領域應用的一（yī）道重要工序。隨著PACK工藝的不（bú）斷發展，連接（jiē）方式也不斷改進，從最初的錫焊到到後來的電阻焊，發展至今，激光焊接因其（qí）焊接（jiē）精度（dù）、可靠性及自動化程度高的優勢，已成為目前PACK 工藝最為廣泛的連接方式，而搭載著激光焊接工藝的智能自動化設備已成（chéng）為方形、圓柱（zhù）、軟（ruǎn）包、18650等不同類型電芯PACK成組（zǔ）的高端製造裝備（bèi）。

（2）智能（néng）裝備發展趨勢

新能源汽車產業（yè）的發展，並未對其所使用的動力電池（chí）及電池模組的規格（gé）標準定型並標準化，出現了（le）眾多規格體係（xì）不兼容的問題，當（dāng）前的（de）工藝流（liú）程和人工操作製約了企業的（de）生（shēng）產節拍和效率，從而無法有效提升產品質量和產能（néng）。所以，提升動力電池模組組裝的自動化水（shuǐ）平非常（cháng）必要。現今，實現“整線設備+機器人+ 軟件控製”的智能化解決方（fāng）案，既要解（jiě）決用戶重點關注（zhù）的兼容性、整線節拍和效率（lǜ）問題，又要解決用戶電池（chí）PACK訂單批量小、規格多（duō）的問題。

管理軟件方麵。整套MES係統直接將產線打造成準無人化生產車間，人工隻需要在線（xiàn）外進行（háng）物料（liào）補充，既提高了安全性，又（yòu）減少了人為介入。焊接工序環（huán）節，隻需要將激（jī）光（guāng）焊接工藝數（shù）據集成（chéng）在MES管（guǎn）理軟件係統中，以方便用戶直接調用、切換。從電芯到PACK成組，每一道工序的參數、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析處理，既要做到過程可控，又要有效保障生產效率，用戶還通（tōng）過預留的工業通訊接口實現遠程（chéng）監控管理，充分體現智能化（huà）自動化（huà）的製造特點。搭載激光解決方案的產品已向著（zhe）高智能化、高自動（dòng）化的趨勢方向發展。

小結

雖然（rán）我國激光焊接工藝日趨（qū）成熟，但是，高質量的動力電池仍需生產（chǎn）廠家設計人員和激光焊接技（jì）術人員密切協作，從材質（zhì）、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（hàn）接效果。武漢逸飛激光設備有限公司（sī）在動力電池焊接領域（yù）有十多（duō）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智能自動化製造產線解決方案（àn）。