鋰電池自從九十年代初問(wèn)世以來(lái)，以其能量密度，環(huán)保，電壓高，使用壽命長(zhǎng)以及可以實(shí)現(xiàn)快速充電等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到3C數(shù)碼，動(dòng)力設(shè)備等行業(yè)的歡迎，特別是對(duì)近年來(lái)新能源汽車行的發(fā)展提供不可替代的貢獻(xiàn)，做為其動(dòng)力來(lái)源的鋰電池產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展?jié)摿薮?，屬于?guó)家戰(zhàn)略發(fā)展的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，未來(lái)5-10年，鋰電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望突破1680億元。鋰電池做為新能源汽車動(dòng)力的核心部件，其質(zhì)量直接關(guān)系到整車的安全與性能，而現(xiàn)階段，我們?cè)谥圃熹囯姵禺a(chǎn)品的設(shè)備中一共分了三段設(shè)備，分別為前端設(shè)備，中端設(shè)備，后端設(shè)備這三種，其設(shè)備在制造精度和自動(dòng)化水平將影響到電池產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與質(zhì)量一致性，而激光焊接設(shè)備及其先進(jìn)的焊接技術(shù)正好適應(yīng)現(xiàn)在及未來(lái)鋰電池生產(chǎn)的需求，并己得到廣泛的應(yīng)用。

下邊通過(guò)激光在動(dòng)力電池行業(yè)中的應(yīng)用情況，闡述關(guān)于激光焊接的工藝，分析鋁合金激光焊接的難點(diǎn)及焊接模式對(duì)焊接質(zhì)量的影響，列舉方形動(dòng)力電池與電池PACK工藝特點(diǎn)以及設(shè)備的未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
一、鋰電池激光焊接工藝
從鋰電池的電芯制造到電池PACK成組，焊接是一道很重要加工工序，因?yàn)檫@道工藝將直接決定著鋰電池的強(qiáng)度，導(dǎo)電性，氣密性，金屬疲勞及耐腐蝕性，屬于典型的電池焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而達(dá)不到此類標(biāo)準(zhǔn)的電池產(chǎn)品，將被嚴(yán)禁上市銷售，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，就是損失。

從大量的鋰電池實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，激光焊接是唯獨(dú)能信任此類產(chǎn)品的焊接加工質(zhì)量要求，是其它設(shè)備無(wú)法替代的加工設(shè)備，其擁有以下幾大優(yōu)點(diǎn)：
1、激光焊接能量密度高、焊接變形小、熱影響區(qū)小，可以有效地提高制件精度，焊縫光滑無(wú)雜質(zhì)、均勻致密、無(wú)需附加的打磨工作；
2、激光焊接可精確控制，聚焦光點(diǎn)小，高精度定位，配合機(jī)械手臂易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高焊接效率，減少工時(shí)，降低成本；
3、激光焊接薄板材或細(xì)徑線材時(shí)，不會(huì)像電弧焊接那樣容易受到回熔的困擾；
4、明顯提高了產(chǎn)品質(zhì)量，安全及電池的一致性；

制造電池用到的材料種類繁多，包括鋼，鋁，銅，鎳等，利用這些金屬可以制成電極，導(dǎo)線或是外殼，所以在實(shí)際焊接過(guò)程中經(jīng)常會(huì)碰到同種材料之間或多種材料之前的焊接，這對(duì)焊接工藝要求提了較了嚴(yán)酷的要求，而激光焊接的工藝優(yōu)勢(shì)就是可以焊接多種材料以及多種材料之間的焊接.
二、焊接工藝難點(diǎn)
動(dòng)力電池一般遵循“輕薄”的原則，而眾多材料中只有鋁材質(zhì)能信任此類要求，一般殼，蓋，底的厚度基本都要求在1.0mm以下，當(dāng)前比較先進(jìn)的廠家都要求在0.8mm左右，可見鋁合金材料電池殼體占到整個(gè)動(dòng)力電池的92%以上。
鋁材合金焊接難點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
1、鋁合金是一種有色金屬，具有較鎬的導(dǎo)熱性，屬于高反光材料，因而對(duì)激光的率相對(duì)較低，同時(shí)，由于鋁的電離能低，焊接過(guò)程中等離了不易于擴(kuò)散，使得焊接穩(wěn)定性差；
2、焊接過(guò)程中合金元素的燒損，使鋁合金焊接接頭的力學(xué)性能下降；
3、焊接過(guò)程中氣孔敏感性高, 焊接時(shí)不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題缺陷，其中最主要的是氣孔和熱裂紋；
4、鋁合金的激光焊接過(guò)程中產(chǎn)生的氣孔主要有氫氣孔和匙孔破滅產(chǎn)生的氣孔，由于激光焊接的冷卻速度太快，氫氣孔問(wèn)題更加嚴(yán)重，并且在激光焊接中還多了一類由于小孔的塌陷而產(chǎn)生的孔洞。
5、熱裂紋問(wèn)題。鋁合金屬于典型的共晶型合金，焊接時(shí)容易出現(xiàn)熱裂紋，包括焊縫結(jié)晶裂紋和HAZ 液化裂紋，由于焊縫區(qū)成分偏析會(huì)發(fā)生共晶偏析而出現(xiàn)晶界熔化，在應(yīng)力作用下會(huì)在晶界處形成液化裂紋，降低焊接接頭的性能。
6、炸火（也稱飛濺）問(wèn)題。引起炸火的因素很多，如材料的清潔度、材料本身的純度、材料自身的特性等，而起決定性作用的則是激光器的穩(wěn)定性。殼體表面凸起、氣孔、內(nèi)部氣泡，究其原因，主要是光纖芯徑過(guò)小或者激光能量設(shè)置過(guò)高所致。
針對(duì)以上出現(xiàn)的問(wèn)題，尋找到合適的工藝參數(shù)才是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

三、焊接模式分析：
1、脈沖模式焊接
脈沖激光器常用的脈沖波形有方波、尖峰波、雙峰波等幾種，由于鋁合金表面對(duì)光的反射率太高，焊接時(shí)應(yīng)選擇合適的焊接波形。當(dāng)高強(qiáng)度激光束入射到材料表面，金屬表面將會(huì)有60%~98% 的激光能量因反射而損失掉，且反射率隨物件表面的溫度而變化。一般焊接鋁合金時(shí)最優(yōu)選擇尖形波和雙峰波，這兩種焊接波形后面緩降部分脈寬較長(zhǎng)，能夠有效地減少氣孔和裂紋的產(chǎn)生。
由于鋁合金對(duì)激光的反射率較高，為了防止激光束垂直入射造成垂直反射而損害激光聚焦鏡，焊接過(guò)程中通常將焊接頭偏轉(zhuǎn)一定角度。焊點(diǎn)直徑和有效結(jié)合面的直徑，隨激光傾斜角的增大而增大，當(dāng)激光傾斜角度為40°時(shí)，獲得最大的焊點(diǎn)及有效結(jié)合面。焊點(diǎn)熔深和有效熔深隨激光傾斜角減小，當(dāng)激光傾斜角度大于60°時(shí)，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(dāng)增加焊縫熔深和熔寬。另外在焊接時(shí)，以焊縫為界，需將激光焊斑偏蓋板65%、殼體35% 進(jìn)行焊接，這樣能有效減少因合蓋問(wèn)題導(dǎo)致的炸火。

2、連續(xù)模式焊接
連續(xù)激光器焊接由于其受熱過(guò)程不像脈沖驟冷驟熱，焊接時(shí)裂紋傾向不是很明顯，為了改善焊縫質(zhì)量，采用連續(xù)激光器焊接，焊縫表面平滑均勻，無(wú)飛濺，無(wú)缺陷，焊縫內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)裂紋。在鋁合金焊接方面，連續(xù)激光器優(yōu)勢(shì)明顯：與傳統(tǒng)焊接方式相比，生產(chǎn)效率高，且無(wú)需填絲；與脈沖激光焊相比，可以解決其在焊后產(chǎn)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(jī)械性能；焊后不會(huì)凹陷，拋光打磨量減少，節(jié)約生產(chǎn)成本，但是因?yàn)檫B續(xù)激光器光斑較小，所以對(duì)工件的裝配精度要求較高。
在動(dòng)力電池焊接過(guò)程中，焊接工藝技術(shù)人員會(huì)根據(jù)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藝參數(shù)，包括焊接速度、波形、峰值、焊頭傾斜角度等來(lái)設(shè)置合理的焊接工藝參數(shù)，以保證最終的焊接效果滿足動(dòng)力電池廠家的要求。

 四、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的封裝，方形電池外殼的封口辦法一般是在電池頂部有一個(gè)長(zhǎng)方形蓋板，板上帶有正極輸入端，將蓋板塞入外殼與口平齊，然后用激光將蓋板與外殼之間的長(zhǎng)方形縫隙以脈沖或者連續(xù)激光焊接的方式，焊好密封即可。
方形電池的焊接方式主要分為側(cè)焊和頂焊，其中側(cè)焊的主要好處是對(duì)電芯內(nèi)部的影響較小，飛濺物不會(huì)輕易進(jìn)入殼蓋內(nèi)側(cè)。由于焊接后可能會(huì)導(dǎo)致凸起，這對(duì)后續(xù)工藝的裝配會(huì)有些微影響，因此側(cè)焊工藝對(duì)激光器的穩(wěn)定性、材料的潔凈度等要求極高。而頂焊工藝由于焊接在一個(gè)面上，對(duì)焊接設(shè)備集成要求比較低。
目前，動(dòng)力電池立焊接方式是業(yè)內(nèi)廣為青睞的焊接方式，立焊只需一個(gè)收口節(jié)點(diǎn)，便可大大降低側(cè)焊接四個(gè)收口節(jié)點(diǎn)的側(cè)漏風(fēng)險(xiǎn)，而且有利于量產(chǎn)。深圳市新華鵬激光設(shè)備有限公司的“高速電池殼體激光立焊接設(shè)備”，實(shí)現(xiàn)了99.5% 以上的焊接良品率和12PPM 的生產(chǎn)效率。

 五、電池PACK工藝：
1、電池PACK
電池電芯通過(guò)加裝保護(hù)電路、外殼、輸出而形成的應(yīng)用電池組的生產(chǎn)過(guò)程稱為PACK。電池PACK 是實(shí)現(xiàn)電池在不同領(lǐng)域應(yīng)用的一道重要工序。隨著PACK 工藝的不斷發(fā)展，連接方式也不斷改進(jìn)，從最初的錫焊到到后來(lái)的電阻焊，發(fā)展至今，激光焊接因其焊接精度、可靠性及自動(dòng)化程度高的優(yōu)勢(shì)，已成為目前PACK 工藝最為廣泛的連接方式，而搭載著激光焊接工藝的智能自動(dòng)化設(shè)備已成為方形、圓柱、軟包、18650 等不同類型電芯PACK 成組的高端制造裝備。
2、智能裝備發(fā)展趨勢(shì)
新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并未對(duì)其所使用的動(dòng)力電池及電池模組的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)定型并標(biāo)準(zhǔn)化，出現(xiàn)了眾多規(guī)格體系不兼容的問(wèn)題，當(dāng)前的工藝流程和人工操作制約了企業(yè)的生產(chǎn)節(jié)拍和效率，從而無(wú)法有效提升產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能。所以，提升動(dòng)力電池模組組裝的自動(dòng)化水平非常必要?，F(xiàn)今，實(shí)現(xiàn)“整線設(shè)備+ 機(jī)器人+ 軟件控制”的智能化解決方案，既要解決用戶重點(diǎn)關(guān)注的兼容性、整線節(jié)拍和效率問(wèn)題，又要解決用戶電池PACK 訂單批量小、規(guī)格多的問(wèn)題。
管理軟件方面。整套MES 系統(tǒng)直接將產(chǎn)線打造成準(zhǔn)無(wú)人化生產(chǎn)車間，人工只需要在線外進(jìn)行物料補(bǔ)充，既提高了安全性，又減少了人為介入。焊接工序環(huán)節(jié)，只需要將激光焊接工藝數(shù)據(jù)集成在MES 管理軟件系統(tǒng)中，以方便用戶直接調(diào)用、切換。從電芯到PACK 成組，每一道工序的參數(shù)、數(shù)據(jù)及其他來(lái)料信息等，都可以通過(guò)MES 系統(tǒng)快速查詢并及時(shí)分析處理，既要做到過(guò)程可控，又要有效保障生產(chǎn)效率，用戶還通過(guò)預(yù)留的工業(yè)通訊接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，充分體現(xiàn)智能化自動(dòng)化的制造特點(diǎn)。搭載激光解決方案的產(chǎn)品已向著高智能化、高自動(dòng)化的趨勢(shì)方向發(fā)展。
六、可信任的電池制造激光設(shè)備

總之，雖然我國(guó)在激光焊接技術(shù)方面己經(jīng)逐漸成熟，但是高質(zhì)量的電池生產(chǎn)屬于跨學(xué)科的制造工藝，需要電池設(shè)計(jì)師跟激光焊接技術(shù)工程師綜合協(xié)作，從電池的材料，結(jié)構(gòu)，厚度，工藝，實(shí)時(shí)檢測(cè)等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能達(dá)到理想的焊接效果，新華鵬激光焊接設(shè)備采用先進(jìn)光纖傳輸技術(shù)能實(shí)現(xiàn)精細(xì)化及智能自動(dòng)化焊接，擁有10多年的電池產(chǎn)品焊接技術(shù)工藝經(jīng)驗(yàn)，己為國(guó)內(nèi)上百家電池生產(chǎn)企業(yè)提供上千套解決方案，特別是成功應(yīng)用于新源汽車電池組自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線，如比亞迪電動(dòng)公交車電池組，并助力該車型成功出口