自1990年問世以來，鋰（lǐ）電池因其（qí）能（néng）量密度高、電壓高、環保、壽命長以及可快速充電等優點，深受3C數碼、動力工（gōng）具等行業的青（qīng）睞，其對新能源汽車行業的貢獻（xiàn）尤為突出。作為提供新（xīn）能源汽車動力來源的鋰電池（chí）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（nián），產業規模有望突破1600億（yì）元。

動力電池作為新（xīn）能（néng）源汽車的核心部件（jiàn），其品質直接決（jué）定了整車性能。鋰電池製造設備（bèi）一般為前端設備、中端設備（bèi）、後端（duān）設備三種，其設備精（jīng）度和自動化（huà）水（shuǐ）平將會（huì）直接影響產品的生產效率（lǜ）和一致性。而激光加工技術作為一種替代傳統焊接技術已廣泛應用於鋰電製造設備之中。

本文通過激光在動（dòng）力電池行業中（zhōng）的應用情況，闡述了激光（guāng）焊接的工藝特點，分析了鋁合金（jīn）激光焊接難點以及焊接模式對焊接質量的影響，列舉了方形動力電池（chí）及電池PACK工藝特點及（jí）設（shè）備發展趨勢。

激光焊接工藝

從鋰電池電芯的製造到（dào）電池PACK成（chéng）組，焊接都是一道很重要的製造工序，鋰電池的導電性、強度、氣（qì）密性、金（jīn）屬疲勞和耐腐蝕性，是典型的電池焊接質量評價標準。

焊接方法和焊接工藝的選用，將直接（jiē）影響電池（chí）的成本、質量、安全以及電池的一致（zhì）性。在眾多焊（hàn）接方式中，激光（guāng）焊接以如下優勢脫穎而出：首先，激光焊接能量密度高（gāo）、焊接變形小、熱影響區小，可以有效（xiào）地提高製件精度，焊縫光滑無雜質（zhì）、均（jun1）勻致密、無（wú）需附加的打（dǎ）磨工作；其（qí）次，激（jī）光焊接可精確控（kòng）製，聚焦光點小，高（gāo）精（jīng）度定位，配合（hé）機械手臂易於實現自動化，提（tí）高焊接效率，減少工時，降低成（chéng）本；另外，激光焊接薄板（bǎn）材或細徑線材（cái）時，不會像電（diàn）弧焊接那樣容易受到回熔的困擾。

電池的結構通常包含多種材料，如鋼、鋁、銅、鎳等，這些金屬可能被製成電極、導線，或是外殼；因此，無論是一種材料之間或是多種材料之間（jiān）的焊接，均對焊接（jiē）工藝提出了較高要求。激光焊接的工藝優勢就在於可以焊接的材質（zhì）種類廣泛，能夠實現不同材料之間的焊接。

工藝難（nán）點

動力電池電芯的製造（zào）由於遵循“輕便”原則，通常會采用較“輕”的鋁材質，而且還要做得更“薄（báo）”，一般（bān）殼、蓋、底的厚度基本都要求達到1.0mm以下，目前一些（xiē）主流廠家的基本材料厚度均（jun1）在0.8mm左右。據統計，鋁合金材料的電池殼體占整個動力電池的90%以（yǐ）上。

鋁材焊接的難點在於鋁合金對激光束的高初始反（fǎn）射率（lǜ）及其本身的高導熱性，使（shǐ）得鋁（lǚ）合金在未熔化前對激光的（de）吸收率低，由於鋁的電離能低，焊接過程中光致等離子（zǐ）體不易於擴散（sàn），使得焊接穩定性差。另外，焊接過程中合（hé）金元素（sù）的燒損，使鋁合金焊接接頭的力學性能下降（jiàng）。由於焊接過程中氣孔敏感性高,焊接時不可（kě）避免（miǎn）地會（huì）出現一些問題缺陷，其（qí）中最主要的是氣孔和熱（rè）裂紋。鋁合金的激光（guāng）焊接過（guò）程中產生的氣孔主要有兩類：氫氣孔和匙孔（kǒng）破滅產生的氣孔。由於激光焊（hàn）接的冷卻速度太快，氫氣孔問題更加嚴重，並且在激光焊接中還多了一類由於小孔的塌陷而產生的孔洞。

熱裂紋問題（tí）。鋁合金屬於典型的共晶型合金，焊接（jiē）時容易（yì）出（chū）現熱裂紋（wén），包括焊縫（féng）結晶裂紋和HAZ液化（huà）裂紋，由於焊縫區（qū）成分偏（piān）析會發生共晶偏析而出現晶界熔化，在應（yīng）力作用下會在晶界處形成液化裂紋，降低焊接接頭的性能。

炸火（也稱飛濺）問題。引起（qǐ）炸火的因素很多，如材料的清潔度、材料本身的純度、材料自身的特性等，而起決定（dìng）性作用的則是激光器的穩定性。殼體表麵凸（tū）起、氣孔、內部氣泡，究其原因，主（zhǔ）要是光纖芯徑過小或（huò）者激光能量設置過高（gāo）所（suǒ）致。

針對（duì）以上出現的問題，尋找到合適的工藝參數才是解決問題的（de）關（guān）鍵。

焊接模式分析

（1）脈衝模（mó）式焊接

脈衝激光器常用（yòng）的脈衝波形有方波、尖峰波、雙峰波等幾種，由於（yú）鋁合金表麵對光的反射率太高，焊接時應選擇合適的焊接波形。當高強度激光束入射到材料表麵，金（jīn）屬（shǔ）表麵將會有60%~98%的激光能量因反射而損失掉，且（qiě）反（fǎn）射率隨物（wù）件表（biǎo）麵的溫度而變化。一般焊接鋁合金時最優選擇（zé）尖形波和雙（shuāng）峰波，這兩種焊接波形（xíng）後麵緩降部分脈寬較長，能夠有效地減少氣孔和裂紋的產生。

由於鋁合金對激（jī）光的反射率較高（gāo），為了防止激光束垂直入射造成垂直（zhí）反（fǎn）射而損害激光聚焦鏡，焊接過程中通常將焊（hàn）接頭偏轉一定角（jiǎo）度。焊點直徑和有效結合麵（miàn）的直徑，隨激（jī）光傾斜角的增大而增大，當激光傾斜角度為（wéi）40°時，獲得最大的焊點及有效結合麵。焊點熔深和有效（xiào）熔深隨激光傾斜角減小，當（dāng）激光傾斜角（jiǎo）度（dù）大於60°時，其有效焊接熔深降為零。所以傾斜焊接頭到一定角度，可以適當增加焊縫熔深和熔寬（kuān）。另外在（zài）焊接時，以焊縫為界，需將激光焊斑偏蓋板65%、殼體35%進行焊接，這樣能有（yǒu）效減少因合蓋問題導（dǎo）致的（de）炸火。

（2）連續模式焊接

連續（xù）激光器焊接由於其受熱過程不像脈衝驟冷驟熱，焊接時裂紋傾向不是很明顯，為了改善焊縫質量，采用連續激光器焊接，焊縫（féng）表麵平滑均勻，無（wú）飛濺，無缺陷，焊縫內部未發現裂紋。在鋁合金焊接方麵（miàn），連續激（jī）光器優勢明顯（xiǎn）：與傳統焊接方式相比，生（shēng）產效率高，且無（wú）需填絲；與（yǔ）脈衝激光焊相比，可以解決其（qí）在焊後產生的缺陷，如裂紋、氣孔、飛濺等，保證鋁合金在焊後有良好的機械性能；焊後不會凹陷，拋光打磨量減（jiǎn）少（shǎo），節約生產成本，但是（shì）因為連續激（jī）光器光斑較小，所以對工（gōng）件的裝配精度要求較高。

在動力電池焊接過程中，焊接工藝技術人員會根據電池材料、形狀、厚度、拉力要求等選擇合適的激光器和焊接工（gōng）藝參數，包括焊接速度、波形、峰值、焊頭傾斜角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（mǎn）足動力電池廠家的要求。

方形電池焊接

在方型電池的焊接工藝中，最重要的工序是殼蓋（gài）的（de）封裝（zhuāng），方形電池外殼的封口辦法一（yī）般是在電池頂部有一個長方形蓋板，板上帶有正極輸入端（duān），將蓋板塞入外殼與口平齊，然後用激光將蓋板與外殼之間的長方（fāng）形（xíng）縫隙以脈衝（chōng）或者連續激光焊接（jiē）的方式，焊好密封即（jí）可。

方形電池的焊接方式主要（yào）分為側焊和頂焊，其中側焊的主要好處（chù）是對電芯內部的影響較（jiào）小，飛濺物不會輕易進入殼蓋內（nèi）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（xiǎng），因此側焊工藝對激光器的穩定性、材料的（de）潔淨度等要求極高。而頂（dǐng）焊工藝由於焊接在一個麵上，對焊接設備集成要求比較低。

目前，動力電池立焊接方（fāng）式是業內廣為青睞的（de）焊接方式，立焊隻需一個收口節（jiē）點，便可大（dà）大降低側焊（hàn）接四（sì）個收口節點的側漏風險，而且有利於量產。武漢（hàn）逸飛激光設備有（yǒu）限公司的“高速電池殼體（tǐ）激光立焊接設備”，實現了（le）99.5%以上的焊接（jiē）良品率和12PPM的生產效率。

電池PACK工藝

（1）電池PACK

電池電芯通過加裝保護電路（lù）、外殼、輸出而形（xíng）成的應（yīng）用電池組的生產過程稱為PACK。電（diàn）池PACK是（shì）實現電池在不同領域應用的一道（dào）重要工序。隨著PACK工藝（yì）的不斷發展，連接方式也不斷改進，從最初的（de）錫焊到到（dào）後（hòu）來的電阻焊，發展至今，激光焊接因其焊接精度、可靠性及自動化程度（dù）高的優勢，已成為目前PACK 工藝最為廣泛的連接方式，而搭載（zǎi）著激光焊接工藝的智能自動化設備已成為方形、圓（yuán）柱、軟包、18650等不同類型電芯PACK成組的（de）高端製造（zào）裝備。

（2）智能裝（zhuāng）備發展趨勢

新能源（yuán）汽車產（chǎn）業（yè）的發（fā）展，並未對其所使用的動力電（diàn）池及電池模組的規（guī）格標準定型（xíng）並（bìng）標準化（huà），出現了眾多規格體係不兼容的（de）問題，當前的工藝流程和人工操作製約了企業的生產節拍和效率，從（cóng）而無法有效提升產品質量和產能。所以，提升動力電池模（mó）組組裝的自動化水（shuǐ）平非常必要。現今，實現“整線設備+機器人+ 軟件控製”的智能化解決方案，既要解決用戶重點關（guān）注的（de）兼（jiān）容性、整線節拍和（hé）效率問題（tí），又（yòu）要解（jiě）決用戶電（diàn）池PACK訂（dìng）單批量小（xiǎo）、規格多的（de）問題。

管理軟件方麵。整套MES係統直接將產（chǎn）線打造成準無人化（huà）生產（chǎn）車間，人工隻需要在線外進行物（wù）料補充，既（jì）提高了安（ān）全性，又減少了人為介入。焊接工序環（huán）節，隻需（xū）要將激光焊接工藝（yì）數據集成在MES管理軟件係統中，以方便用戶直接（jiē）調用、切換。從電（diàn）芯到（dào）PACK成組，每一道工序的參數、數據及其他（tā）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（zuò）到過程可（kě）控，又要有（yǒu）效保障生（shēng）產效率，用（yòng）戶還通過預留的工業通訊接口實現（xiàn）遠程監控管理，充分（fèn）體現智能化自動化的製造特點。搭載激光解決方（fāng）案的產品（pǐn）已向著高智能化（huà）、高自動化的趨（qū）勢方向發展。

小結

雖然我國激光焊接工藝日趨成熟，但是，高質量的動力（lì）電池（chí）仍（réng）需生產廠家設（shè）計人（rén）員和激光（guāng）焊接技術人員密（mì）切協作，從材質、形狀、厚度、工藝、實時檢測等各方麵優化設計，才能達到理想的（de）焊接效果。武漢（hàn）逸飛激光（guāng）設備有限（xiàn）公（gōng）司在動力電池焊接領域有十（shí）多年的經驗，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（de）電池電芯、模組及PACK智能自動化製造產線解決方案。