激光焊接在锂电池领域的应用

来源:激光制造网

  发布:rongpuiwing

关键词:锂电池,动力电池,激光焊接

2018-11-12

 自1990年问世以来,锂电池因其能量密度高、电压高、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,其对新能源汽车行业的贡献尤为突出。作为提供新能源汽车动力来源的锂电池产业,市场潜力巨大,是国家战略发展的重要一环,预计未来5-10年,产业规模有望突破1600亿元。(资料来源:中国新能源网)

动力电池作为新能源汽车的核心部件,其品质直接决定了整车性能。锂电池制造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生产效率和一致性。而激光加工技术作为一种替代传统焊接技术已广泛应用于锂电制造设备之中。
 

本文通过激光在动力电池行业中的应用情况,阐述了激光焊接在锂电池领域的工艺特点,列举了多道工序的工艺特点及设备发展趋势。

 

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从锂电池电芯的制造到电池PACK成组,焊接都是一道很重要的制造工序,锂电池的导电性、强度、气密性、金属疲劳和耐腐蚀性,是典型的电池焊接质量评价标准。焊接方法和焊接工艺的选用,将直接影响电池的成本、质量、安全以及电池的一致性。下面,笔者将带大家了解一下激光焊接在锂电池领域的多种应用。
 

 1、电池防爆阀焊接

电池的防爆阀是电池封口板上的薄壁阀体,当电池内部压力超过规定值时,防爆阀阀体破裂,避免电池爆裂。安全阀结构巧妙,这道工序对激光焊接工艺要求极为严格。没有采用连续激光焊接之前,电池防爆阀的焊接都是采用脉冲激光器焊接,通过焊点与焊点的重叠和覆盖来实现连续密封焊接,但焊接效率较低,且密封性相对较差。采用连续激光焊接可以实现高速高质量的焊接,焊接稳定性、焊接效率以及良品率都能够得到保障。
 

2、电池极耳焊接 

极耳通常分为三种材料,电池的正极使用铝(Al)材料,负极使用镍(Ni)材料或铜镀镍(Ni-Cu)材料。在动力电池的制造过程中,其中的一个环节是将电池极耳与极柱焊接到一起。在二次电池的制作中需要将其与另外一铝制的安全阀焊接在一起。焊接不仅要保证极耳与极柱之间的可靠连接,而且要求焊缝平滑美观。
 

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3、电池极带点焊

电池极带使用的材质包括纯铝带、镍带、铝镍复合带以及少量的铜带等。电池极带的焊接一般使用脉冲焊接机,随着IPG公司QCW准连续激光器的出现,其在电池极带焊接上也得到了广泛的应用,同时由于其光束质量好、焊斑能够做到很小,其在应对高反射率的铝带、铜带以及窄带电池极带(极带宽度在1.5mm以下)的焊接有着独特的优势。
 

4、动力电池壳体与盖板封口焊接

动力电池的壳体材料有铝合金和不锈钢,其中采用铝合金的最多,一般为3003铝合金,也有少数采用纯铝。不锈钢是激光焊接性最好的材质,无论是脉冲还是连续激光都能够获得外观和性能良好的焊缝。使用连续激光器焊接薄壳锂电池,效率可以提升5~10倍,且外观效果和密封性更好。因此有逐渐取代脉冲激光器在这个应用领域的趋势。
 

5、动力电池模组及pack焊接

动力电池之间的串并联一般通过连接片与单体电池的焊接来完成,正负极材质不同,一般有铜和铝2种材质,由于铜和铝之间采用激光焊接后形成脆性化合物,无法满足使用要求,通常采用超声波焊接外,铜和铜、铝和铝一般均采用激光焊接。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,因此需要采用较高功率的激光器才能够实现焊接。
 

由此可见,,激光焊接已经在众多焊接方式中脱颖而出。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。并且它可以焊接的材质种类广泛,能够实现不同材料之间的焊接。