激光焊接在鋰電池領(lǐng)域的應(yīng)用

鋰離子電池由于具有比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小、無記憶效應(yīng)和無污染等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備（如移動(dòng)電話、筆記本電腦、PDA、數(shù)碼相機(jī)及數(shù)碼攝像機(jī)等）以及交通工具（巡邏車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車等）上，成為我國(guó)能源領(lǐng)域重點(diǎn)支持的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

動(dòng)力電池指應(yīng)用于電動(dòng)車的電池，是相對(duì)于小容量電池（如手機(jī)、筆記本電腦電池等）而言的，具有較大的容量和輸出功率，可用于電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)電源及大型移動(dòng)電源應(yīng)用領(lǐng)域的二次電池。鋰離子電池或電池組的制作工序非常多，而其中有多道工序，如防爆閥密封焊接、極耳焊接、軟連接焊接、安全帽點(diǎn)焊、電池殼體密封焊接、模組及PACK焊接都以激光焊接為最佳工藝。動(dòng)力電池用于焊接的材質(zhì)主要有純銅、鋁及鋁合金、不銹鋼等。

圖表 1 激光焊接在鋰電池中的應(yīng)用

圖片來源：OFweek研究中心

1、電池防爆閥焊接

電池的防爆閥是電池封口板上的薄壁閥體， 當(dāng)電池內(nèi)部壓力超過規(guī)定值時(shí)， 防爆閥閥體破裂， 避免電池爆裂。安全閥結(jié)構(gòu)巧妙，這道工序?qū)す夂附庸に囈髽O為嚴(yán)格。沒有采用連續(xù)激光焊接之前，電池防爆閥的焊接都是采用脈沖激光器焊接，通過焊點(diǎn)與焊點(diǎn)的重疊和覆蓋來實(shí)現(xiàn)連續(xù)密封焊接，但焊接效率較低，且密封性相對(duì)較差。采用連續(xù)激光焊接可以實(shí)現(xiàn)高速高質(zhì)量的焊接，焊接穩(wěn)定性、焊接效率以及良品率都能夠得到保障。

2、電池極耳焊接

極耳通常分為三種材料，電池的正極使用鋁（Al）材料，負(fù)極使用鎳（Ni）材料或銅鍍鎳（Ni－Cu）材料。在動(dòng)力電池的制造過程中，其中的一個(gè)環(huán)節(jié)是將電池極耳與極柱焊接到一起。在二次電池的制作中需要將其與另外一鋁制的安全閥焊接在一起。焊接不僅要保證極耳與極柱之間的可靠連接，而且要求焊縫平滑美觀。

3、電池極帶點(diǎn)焊

電池極帶使用的材質(zhì)包括純鋁帶、鎳帶、鋁鎳復(fù)合帶以及少量的銅帶等。電池極帶的焊接一般使用脈沖焊接機(jī)，隨著IPG公司QCW準(zhǔn)連續(xù)激光器的出現(xiàn)，其在電池極帶焊接上也得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)由于其光束質(zhì)量好、焊斑能夠做到很小，其在應(yīng)對(duì)高反射率的鋁帶、銅帶以及窄帶電池極帶（極帶寬度在1．5mm以下）的焊接有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

4、動(dòng)力電池殼體與蓋板封口焊接

動(dòng)力電池的殼體材料有鋁合金和不銹鋼，其中采用鋁合金的最多，一般為3003鋁合金，也有少數(shù)采用純鋁。不銹鋼是激光焊接性最好的材質(zhì)，尤其304不銹鋼，無論是脈沖還是連續(xù)激光都能夠獲得外觀和性能良好的焊縫。

鋁及鋁合金的激光焊焊接性能根據(jù)采用焊接方式的不同而略有差異。除了純鋁和3系鋁合金采用脈沖焊接和連續(xù)焊接都沒有問題，其他系列鋁合金最優(yōu)選擇連續(xù)激光焊接方式，以減小裂紋敏感性。同時(shí)，根據(jù)動(dòng)力電池殼體厚度選擇合適功率的激光器，一般殼體厚度1mm以下時(shí)，可考慮采用1000W以內(nèi)單模激光器，厚度在1mm以上需使用1000W以上單模或多模激光器。

小容量鋰電池常采用比較薄的鋁殼（厚度在0．25mm左右），也有18650之類的采用鋼殼。由于殼體厚度的關(guān)系，此類電池的焊接一般采用較低功率的激光器即可。使用連續(xù)激光器焊接薄殼鋰電池，效率可以提升5～10倍，且外觀效果和密封性更好。因此有逐漸取代脈沖激光器在這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的趨勢(shì)。

5、動(dòng)力電池模組及pack焊接

動(dòng)力電池之間的串并聯(lián)一般通過連接片與單體電池的焊接來完成，正負(fù)極材質(zhì)不同，一般有銅和鋁2種材質(zhì)，由于銅和鋁之間采用激光焊接后形成脆性化合物，無法滿足使用要求，通常采用超聲波焊接外，銅和銅、鋁和鋁一般均采用激光焊接。同時(shí)，由于銅和鋁傳熱均很快，且對(duì)激光反射率非常高，連接片厚度相對(duì)較大，因此需要采用較高功率的激光器才能夠?qū)崿F(xiàn)焊接。