Page 35 - LFWC_MayJun2017_eMag

光耀荆楚 Laser brighten Hubei

激光焊接

激光在电池电芯模组及 Pack 制造中的应用

文/冉昌林，杨毛三；武汉逸飞激光设备有限公司

自 1990 年问世以来，锂电池因其能量密度高、电 材质种类广泛，能够实现不同材料之间的焊接。
压高、环保、寿命长以及可快速充电等优点，
深受 3C 数码、动力工具等行业的青睐，其对新 工艺难点
能源汽车行业的贡献尤为突出。作为提供新能源汽车动力 动力电池电芯的制造由于遵循“轻便”原则，通常会
来源的锂电池产业，市场潜力巨大，是国家战略发展的重 采用较“轻”的铝材质，而且还要做得更“薄”，一般壳、
要一环，预计未来 5-10 年，产业规模有望突破 1600 亿元。 盖、底的厚度基本都要求达到 1.0mm 以下，目前一些主
动力电池作为新能源汽车的核心部件，其品质直接决 流厂家的基本材料厚度均在 0.8mm 左右。据统计，铝合
定了整车性能。锂电池制造设备一般为前端设备、中端设 金材料的电池壳体占整个动力电池的 90% 以上。
备、后端设备三种，其设备精度和自动化水平将会直接影 铝材焊接的难点在于铝合金对激光束的高初始反射
响产品的生产效率和一致性。而激光加工技术作为一种替 率及其本身的高导热性，使得铝合金在未熔化前对激光的
代传统焊接技术已广泛应用于锂电制造设备之中。 吸收率低，由于铝的电离能低，焊接过程中光致等离子体
本文通过激光在动力电池行业中的应用情况，阐述 不易于扩散，使得焊接稳定性差。另外，焊接过程中合金
了激光焊接的工艺特点，分析了铝合金激光焊接难点以及 元素的烧损，使铝合金焊接接头的力学性能下降。由于焊
焊接模式对焊接质量的影响，列举了方形动力电池及电池 接过程中气孔敏感性高 , 焊接时不可避免地会出现一些问
PACK 工艺特点及设备发展趋势。 题缺陷，其中最主要的是气孔和热裂纹。铝合金的激光焊
接过程中产生的气孔主要有两类 ：氢气孔和匙孔破灭产生
激光焊接工艺 的气孔。由于激光焊接的冷却速度太快，氢气孔问题更加
从锂电池电芯的制造到电池 PACK 成组，焊接都是 严重，并且在激光焊接中还多了一类由于小孔的塌陷而产
一道很重要的制造工序，锂电池的导电性、强度、气密性、 生的孔洞。
金属疲劳和耐腐蚀性，是典型的电池焊接质量评价标准。 热裂纹问题。铝合金属于典型的共晶型合金，焊接时
焊接方法和焊接工艺的选用，将直接影响电池的成 容易出现热裂纹，包括焊缝结晶裂纹和 HAZ 液化裂纹，由
本、质量、安全以及电池的一致性。在众多焊接方式中， 于焊缝区成分偏析会发生共晶偏析而出现晶界熔化，在应
激光焊接以如下优势脱颖而出 ：首先，激光焊接能量密度
高、焊接变形小、热影响区小，可以有效地提高制件精度，
焊缝光滑无杂质、均匀致密、无需附加的打磨工作；其次，
激光焊接可精确控制，聚焦光点小，高精度定位，配合机
械手臂易于实现自动化，提高焊接效率，减少工时，降低
成本 ；另外，激光焊接薄板材或细径线材时，不会像电弧
焊接那样容易受到回熔的困扰。
电池的结构通常包含多种材料，如钢、铝、铜、镍等，
这些金属可能被制成电极、导线，或是外壳 ；因此，无论
是一种材料之间或是多种材料之间的焊接，均对焊接工艺
提出了较高要求。激光焊接的工艺优势就在于可以焊接的 图1：利用脉冲激光焊接实现的方壳动力电池侧焊样品。

激光世界 Laser Focus World China www.laserfocusworld.com.cn May/ Jun 2017 33