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簡述激光焊接鋰電池的難點和應用

簡述激光焊接鋰電池的難點和應用

作者:
天弘激光
來源:
天弘激光
發布時間:
2021/03/11
【摘要】:
鋰電池是中國“十二五”和“十三五”期間重點發展的新能源、新能源汽車和新材料三大產業中的交叉產業,隨著國家相關政策的出臺,新能源汽車的快速發展,不斷帶動了中國鋰電池市場快速的增長趨勢。
鋰電池是中國“十二五”和“十三五”期間重點發展的新能源、新能源汽車和新材料三大產業中的交叉產業,隨著國家相關政策的出臺,新能源汽車的快速發展,不斷帶動了中國鋰電池市場快速的增長趨勢。
 
新能源汽車將逐漸取代傳統燃油汽車已經成為全球共識,鋰電池作為核心部件,直接決定著新能源汽車及電動汽車的性能,動力電池的焊接質量同樣也對動力電池的性能起著根本性的作用。
 
激光焊接具有能量集中,焊接效率高、加工精度高,焊縫深寬比大特點,較其他焊接方式有著明顯的優勢。目前,激光焊接主要在電池模組、電芯封口、極耳、翻轉片、匯流排、注流孔封裝等應用。作為鋰電池制造業的重要應用之一,激光焊接技術在其中發揮了越來越重要的作用。
 
 
激光焊接鋰電池工藝難點
目前,鋁合金材料的電池殼占整個動力電池的90%以上。其焊接的難點在于鋁合金對激光的反射率極高,焊接過程中氣孔敏感性高,焊接時不可避免地會出現一些問題缺陷,主要包括以下幾種:
1、鋁合金的激光焊接過程中容易產生氣孔,主要有兩類:氫氣孔和氣泡破滅產生的氣孔。由于激光焊接的冷卻速度太快,氫氣孔問題更加嚴重,并且在激光焊接中還多了一類由于小孔的塌陷而產生的孔洞。
 
2、由于鋁合金屬于典型的共晶型合金,焊接時容易出現熱裂紋,包括焊縫結晶裂紋和HAZ液化裂紋,由于焊縫區成分偏析會發生共晶偏析而出現晶界熔化,在應力作用下會在晶界處形成液化裂紋,降低焊接接頭的性能。
 
其他難點:
1、軟包極耳焊接,對焊接工裝要求較高,必須將極耳壓牢,保證焊接間隙。
2、圓柱電芯的焊接主要用于正極的焊接,由于負極部位殼體薄,極容易焊穿。
3、方形電池組合焊接時,極柱或連接片受污染厚,焊接連接片時,污染物分解,易形成焊接炸點,造成孔洞;極柱較薄、下有塑料或陶瓷結構件的電池,容易焊穿。極柱較小時,也容易焊偏至塑料燒損,形成爆點。
 
電池模組與電芯封口的激光焊接應用
作為電池生產的重要工藝環節之一,激光焊接技術對動力電池的一致性,穩定性和安全性有很大的影響,動力電池激光焊接部位多,工藝難度大,對焊接工藝要求更高。通過高效精密的激光焊接可以大大提高汽車動力電池安全性、可靠性以及使用壽命,未來激光焊接技術將成為動力汽車及新能源汽車發展的有力保障。
 
激光焊接動力電池的應用有很多種,我們主要來分析下,電池模組以及電芯焊接。
1、電池模組
模組側板焊接方面,動力電池模組常用鋁合金型材(端板)、板材(側板)作為模組外框結構件,焊接質量的好壞,決定了模組整體結構的剛性。采用不同的焊接頭和工藝可以獲得不同的焊接效果,側板激光焊接也發展出多種工藝方式。普通焊接頭的氣孔率達10%,雙光束焊接頭氣孔率在3%,而擺動光斑焊接頭的氣孔率只有1%。越來越多的先進激光焊接設備及工藝,不斷的提高焊接質量,降低氣孔率。
 
激光焊接類型
1)穿透焊和縫焊:穿透焊是通過激光能量穿透上層連接片與下層極柱融合在一起,縫焊是通過激光能量通過連接片與電芯極柱之間的縫隙將兩件材料融合在一起。
 
2)脈沖模式焊接:常用脈沖波形有方波、尖峰波、雙峰波等,鋁合金表面對光的反射率太高,一般焊接鋁合金時最優選擇尖形波和雙峰波,能夠有效地減少氣孔和裂紋的產生。
 
3)連續模式焊接:與傳統的焊接方法相比,生產效率高,且無需填絲;與脈沖激光焊相比可以解決其在焊后產生的缺陷,如裂紋、氣孔、飛濺等,保證鋁合金在焊后有良好的機械性能;焊后不會凹陷,焊后拋光打磨量減少,節約了生產成本,但是因為連續激光器的光斑比較小,所以對工件的裝配精度要求較高。
 
2、電芯封口焊接
電芯封口激光焊接是電池制造的一道重要工藝,極大的影響電池成品率。電芯焊接速度越來越快的同時,還需要保證焊縫一致性等焊縫性能。由此衍生出多種激光焊接封口工藝。其中,光纖激光器高速擺動焊接,焊縫平整光滑,一致性好。而擺動頭隨著焊接頻率的提升對爆點有修復作用。
 
此外,圓柱電芯的焊接主要用于正極的焊接,如目前一些廠家電芯正極采用的為激光焊接。
 
動力電池模組全自動激光焊接生產線
動力電池模組全自動激光焊接生產線
助力臂上下模組,倍數鏈運輸,智能相機定位,高精度測距傳感器測量高度,不同模組之間切換時間短,兼容性高,可以完成市場上90%的模組busbar激光焊。

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