自1990年面世以来，因其能量密度高、电压高、环保、寿命长以及可快速充电等长处，深受3C数码、动力东西等职业的喜爱，其对新能源轿车职业的奉献尤为杰出。作为供给新能源轿车动力来历的锂电池工业，市场潜力巨大，是国家战略开展的重要一环，估计未来5-10年，工业规划有望打破1600亿元。
动力电池作为新能源轿车的核心部件，其质量直接决议了整车功能。锂电池制作设备一般为前端设备、中端设备、后端设备三种，其设备精度和自动化水平将会直接影响产品的出产功率和一致性。而激光加工技能作为一种代替传统焊接技能已广泛运用于锂电制作设备之中。
本文经过激光在动力电池职业中的运用状况，论述了激光焊接的工艺特色，剖析了铝合金激光焊接难点以及焊接形式对焊接质量的影响，列举了方形动力电池及电池PACK工艺特色及设备开展趋势。
激光焊接工艺
从锂电池电芯的制作到电池PACK成组，焊接都是一道很重要的制作工序，锂电池的导电性、强度、气密性、金属疲惫和耐腐蚀性，是典型的电池焊接质量点评规范。
焊接方法和焊接工艺的选用，将直接影响电池的本钱、质量、安全以及电池的一致性。在许多焊接方法中，激光焊接以如下优势锋芒毕露：首要，激光焊接能量密度高、焊接变形小、热影响区小，能够有用地进步制件精度，焊缝润滑无杂质、均匀细密、无需附加的打磨作业;其次，激光焊接可准确操控，聚集光点小，高精度定位，合作机械手臂易于完成自动化，进步焊接功率，削减工时，下降本钱;别的，激光焊接薄板材或细径线材时，不会像电弧焊接那样简单遭到回熔的困扰。
电池的结构一般包含多种资料，如钢、铝、铜、镍等，这些金属或许被制成电极、导线，或是外壳;因而，无论是一种资料之间或是多种资料之间的焊接，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能够焊接的原料品种广泛，能够完成不同资料之间的焊接。
工艺难点
动力电池电芯的制作因为遵从“简便”准则，一般会选用较“轻”的铝原料，并且还要做得更“薄”，一般壳、盖、底的厚度根本都要求到达1.0mm以下，现在一些干流厂家的根本资料厚度均在0.8mm左右。据统计，铝合金资料的电池壳体占整个动力电池的90%以上。
铝材焊接的难点在于铝合金对激光束的高初始反射率及其本身的高导热性，使得铝合金在未熔化前对激光的吸收率低，因为铝的电离能低，焊接进程中光致等离子体不易于分散，使得焊接稳定性差。别的，焊接进程中合金元素的烧损，使铝合金焊接接头的力学功能下降。因为焊接进程中气孔敏感性高,焊接时不可避免地会呈现一些问题缺点，其间最首要的是气孔和热裂纹。铝合金的激光焊接进程中发生的气孔首要有两类：氢气孔和匙孔幻灭发生的气孔。因为激光焊接的冷却速度太快，氢气孔问题愈加严峻，并且在激光焊接中还多了一类因为小孔的陷落而发生的孔洞。
热裂纹问题。铝合金归于典型的共晶型合金，焊接时简单呈现热裂纹，包含焊缝结晶裂纹和HAZ液化裂纹，因为焊缝区成分偏析会发生共晶偏析而呈现晶界熔化，在应力作用下会在晶界处构成液化裂纹，下降焊接接头的功能。
炸火(也称飞溅)问题。引起炸火的要素许多，如资料的清洁度、资料本身的纯度、资料本身的特性等，而起决议性作用的则是激光器的稳定性。壳体外表凸起、气孔、内部气泡，究其原因，首要是光纤芯径过小或许激光能量设置过高所构成的。
针对以上呈现的问题，寻找到适宜的工艺参数才是处理问题的要害。
焊接形式剖析
(1)脉冲形式焊接
脉冲激光器常用的脉冲波形有方波、尖峰波、双峰波等几种，因为铝合金外表对光的反射率太高，焊接时应挑选适宜的焊接波形。当高强度激光束入射到资料外表，金属外表将会有60%~98%的激光能量因反射而损失掉，且反射率随物件外表的温度而改变。一般焊接铝合金时最优挑选尖形波和双峰波，这两种焊接波形后边缓降部分脉宽较长，能够有用地削减气孔和裂纹的发生。
因为铝合金对激光的反射率较高，为了避免激光束笔直入射构成笔直反射而危害激光聚集镜，焊接进程中一般将焊接头偏转必定视点。焊点直径和有用结合面的直径，随激光歪斜角的增大而增大，当激光歪斜视点为40°时，取得最大的焊点及有用结合面。焊点熔深和有用熔深随激光歪斜角减小，当激光歪斜视点大于60°时，其有用焊接熔深降为零。所以歪斜焊接头到必定视点，能够恰当添加焊缝熔深和熔宽。别的在焊接时，以焊缝为界，需将激光焊斑偏盖板65%、壳体35%进行焊接，这样能有用削减因合盖问题导致的炸火。
(2)接连形式焊接
接连激光器焊接因为其受热进程不像脉冲骤冷骤热，焊接时裂纹倾向不是很显着，为了改进焊缝质量，选用接连激光器焊接，焊缝外表滑润均匀，无飞溅，无缺点，焊缝内部未发现裂纹。在铝合金焊接方面，接连激光器优势显着：与传统焊接方法比较，出产功率高，且无需填丝;与脉冲激光焊比较，能够处理其在焊后发生的缺点，如裂纹、气孔、飞溅等，确保铝合金在焊后有杰出的机械功能;焊后不会洼陷，抛光打磨量削减，节省出产本钱，可是因为接连激光器光斑较小，所以对工件的安装精度要求较高。
在动力电池焊接进程中，焊接工艺技能人员会依据电池资料、形状、厚度、拉力要求等挑选适宜的激光器和焊接工艺参数，包含焊接速度、波形、峰值、焊头歪斜视点等来设置合理的焊接工艺参数，以确保终究的焊接作用满意动力电池厂家的要求。
方形电池焊接
在方型电池的焊接工艺中，最重要的工序是壳盖的封装，方形电池外壳的封口方法一般是在电池顶部有一个长方形盖板，板上带有正极输入端，将盖板塞入外壳与口平齐，然后用激光将盖板与外壳之间的长方形缝隙以脉冲或许接连激光焊接的方法，焊好密封即可。
方形电池的焊接方法首要分为侧焊和顶焊，其间侧焊的首要优点是对电芯内部的影响较小，飞溅物不会容易进入壳盖内侧。因为焊接后或许会导致凸起，这对后续工艺的安装会有些微影响，因而侧焊工艺对激光器的稳定性、资料的洁净度等要求极高。而顶焊工艺因为焊接在一个面上，对焊接设备集成要求比较低。
现在，动力电池立焊接方法是业界广为喜爱的焊接方法，立焊只需一个收口节点，便可大大下降侧焊接四个收口节点的侧漏危险，并且有利于量产。武汉逸飞激光设备有限公司的“高速电池壳体激光立焊接设备”，完成了99.5%以上的焊接良品率和12PPM的出产功率。
电池PACK工艺
(1)电池PACK
电池电芯经过加装维护电路、外壳、输出而构成的运用电池组的出产进程称为PACK。电池PACK是完成电池在不同范畴运用的一道重要工序。跟着PACK工艺的不断开展，衔接方法也不断改进，从开始的锡焊到到后来的电阻焊，开展至今，激光焊接因其焊接精度、可靠性及自动化程度高的优势，已成为现在PACK 工艺最为广泛的衔接方法，而搭载着激光焊接工艺的智能自动化设备已成为方形、圆柱、软包、18650等不同类型电芯PACK成组的高端制作配备。
(2)智能配备开展趋势
新能源轿车工业的开展，并未对其所运用的动力电池及电池模组的规范规范定型并规范化，呈现了许多规范体系不兼容的问题，当时的工艺流程和人工操作限制了企业的出产节拍和功率，然后无法有用提高产质量量和产能。所以，提高动力电池模组拼装的自动化水平十分必要。如今，完成“整线设备+机器人+ 软件操控”的智能化处理方案，既要处理用户要点重视的兼容性、整线节拍和功率问题，又要处理用户电池PACK订单批量小、规范多的问题。
办理软件方面。整套MES体系直接将产线打构成准无人化出产车间，人工只需要在线外进行物料弥补，既进步了安全性，又削减了人为介入。焊接工序环节，只需要将激光焊接工艺数据集成在MES办理软件体系中，以便利用户直接调用、切换。从电芯到PACK成组，每一道工序的参数、数据及其他来料信息等，都能够经过MES体系快速查询并及时剖析处理，既要做到进程可控，又要有用保证出产功率，用户还经过预留的工业通讯接口完成长途监控办理，充分体现智能化自动化的制作特色。搭载激光处理方案的产品已向着高智能化、高自动化的趋势方向开展。
小结
尽管我国激光焊接工艺日趋老练，可是，高质量的动力电池仍需出产厂家规划人员和激光焊接技能人员密切协作，从原料、形状、厚度、工艺、实时检测等各方面优化规划，才干到达抱负的焊接作用。武汉逸飞激光设备有限公司在动力电池焊接范畴有十多年的经历，致力于打造高精度、高功率、高可靠性、无人化、可视化和信息化的电池电芯、模组及PACK智能自动化制作产线处理方案。
