揭秘 动力电池的激光焊接工艺

  近两年的井喷式发展吸引了慢慢的变多的外界目光，不光是消费端的影响，在工业领域，由新能源汽车所引领的技术潮流同样成长为一股不容忽视的强大力量。今天我们要说的，就是应用在新能源汽车的动力核心——电池上的，激光焊接工艺。

  动力电池里面也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。

  动力电池制作的完整过程焊接方法与工艺的合理选用，将直接影响电池的成本、质量、安全以及电池的一致性。接下来就整理一下动力电池焊接方面的内容。

  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。

  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，进而影响电池的寿命和安全性能 。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，一般都会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上的问题是 未熔透、气孔和下榻，这些缺陷会降低电池的密封性。

  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。

  防爆阀是电池封口板上的薄壁阀体，当电池里面压力超过规定值时，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。当电池里面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技术要求极为严格，要求焊缝密封，严控热输入量，保证焊缝的破坏压力值稳定在一些范围内(一般在0.4~0.7MPa)，过大或太小都会对电池的安全性造成非常大影响。

  转接片与软连接是连接电池盖板与电芯的核心部件。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，防止电池短路。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单位体积内的包含的能量去焊接，联赢激光最新的蓝光复合激光器则能很好的解决高反及飞溅等传统工艺难题。

  电池盖板上的极柱，分为电池里面和电池外部连接。电池里面连接，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体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 。高单位体积内的包含的能量的激 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 。

  电池模组能够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，还有是不是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，因此就需要采用较高功率的激光器才可以在一定程度上完成焊接。

  目前动力电池中激光焊接的主体问题是气孔、 裂纹、成形不良、炸孔等焊接缺陷 。这些缺陷导致电池 组强度降低、密封性和导电性下降，引发电池爆炸、漏 液和发热等一 系列安全问题 。针对这样一些问题，大量研 究着眼于工艺优化，通过调整激光焊接的功率、脉冲宽 度、焊接速度、离焦量等参数可以有实际效果的减少缺陷。

  不难看出，动力电池焊接工艺是一项精细的活，任何一点小问题都会影响到后续成品动力电池的性能、安全。故而优质的材料和高质量的激光焊接仪器是保证焊接工艺成功的基础。以激光焊接路径规划、焊缝识别、缺陷识 别、质量监测等为代表的智能化技术也是未来的研究热点之一。