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简述激光焊接锂电池的难点和应用

简述激光焊接锂电池的难点和应用

作者:
天弘激光
来源:
天弘激光
发布时间:
2021/03/11
【摘要】:
锂电池是中国“十二五”和“十三五”期间重点发展的新能源、新能源汽车和新材料三大产业中的交叉产业,随着国家相关政策的出台,新能源汽车的快速发展,不断带动了中国锂电池市场快速的增长趋势。
锂电池是中国“十二五”和“十三五”期间重点发展的新能源、新能源汽车和新材料三大产业中的交叉产业,随着国家相关政策的出台,新能源汽车的快速发展,不断带动了中国锂电池市场快速的增长趋势。
 
新能源汽车将逐渐取代传统燃油汽车已经成为全球共识,锂电池作为核心部件,直接决定着新能源汽车及电动汽车的性能,动力电池的焊接质量同样也对动力电池的性能起着根本性的作用。
 
激光焊接具有能量集中,焊接效率高、加工精度高,焊缝深宽比大特点,较其他焊接方式有着明显的优势。目前,激光焊接主要在电池模组、电芯封口、极耳、翻转片、汇流排、注流孔封装等应用。作为锂电池制造业的重要应用之一,激光焊接技术在其中发挥了越来越重要的作用。
 
 
激光焊接锂电池工艺难点
目前,铝合金材料的电池壳占整个动力电池的90%以上。其焊接的难点在于铝合金对激光的反射率极高,焊接过程中气孔敏感性高,焊接时不可避免地会出现一些问题缺陷,主要包括以下几种:
1、铝合金的激光焊接过程中容易产生气孔,主要有两类:氢气孔和气泡破灭产生的气孔。由于激光焊接的冷却速度太快,氢气孔问题更加严重,并且在激光焊接中还多了一类由于小孔的塌陷而产生的孔洞。
 
2、由于铝合金属于典型的共晶型合金,焊接时容易出现热裂纹,包括焊缝结晶裂纹和HAZ液化裂纹,由于焊缝区成分偏析会发生共晶偏析而出现晶界熔化,在应力作用下会在晶界处形成液化裂纹,降低焊接接头的性能。
 
其他难点:
1、软包极耳焊接,对焊接工装要求较高,必须将极耳压牢,保证焊接间隙。
2、圆柱电芯的焊接主要用于正极的焊接,由于负极部位壳体薄,极容易焊穿。
3、方形电池组合焊接时,极柱或连接片受污染厚,焊接连接片时,污染物分解,易形成焊接炸点,造成孔洞;极柱较薄、下有塑料或陶瓷结构件的电池,容易焊穿。极柱较小时,也容易焊偏至塑料烧损,形成爆点。
 
电池模组与电芯封口的激光焊接应用
作为电池生产的重要工艺环节之一,激光焊接技术对动力电池的一致性,稳定性和安全性有很大的影响,动力电池激光焊接部位多,工艺难度大,对焊接工艺要求更高。通过高效精密的激光焊接可以大大提高汽车动力电池安全性、可靠性以及使用寿命,未来激光焊接技术将成为动力汽车及新能源汽车发展的有力保障。
 
激光焊接动力电池的应用有很多种,我们主要来分析下,电池模组以及电芯焊接。
1、电池模组
模组侧板焊接方面,动力电池模组常用铝合金型材(端板)、板材(侧板)作为模组外框结构件,焊接质量的好坏,决定了模组整体结构的刚性。采用不同的焊接头和工艺可以获得不同的焊接效果,侧板激光焊接也发展出多种工艺方式。普通焊接头的气孔率达10%,双光束焊接头气孔率在3%,而摆动光斑焊接头的气孔率只有1%。越来越多的先进激光焊接设备及工艺,不断的提高焊接质量,降低气孔率。
 
激光焊接类型
1)穿透焊和缝焊:穿透焊是通过激光能量穿透上层连接片与下层极柱融合在一起,缝焊是通过激光能量通过连接片与电芯极柱之间的缝隙将两件材料融合在一起。
 
2)脉冲模式焊接:常用脉冲波形有方波、尖峰波、双峰波等,铝合金表面对光的反射率太高,一般焊接铝合金时最优选择尖形波和双峰波,能够有效地减少气孔和裂纹的产生。
 
3)连续模式焊接:与传统的焊接方法相比,生产效率高,且无需填丝;与脉冲激光焊相比可以解决其在焊后产生的缺陷,如裂纹、气孔、飞溅等,保证铝合金在焊后有良好的机械性能;焊后不会凹陷,焊后抛光打磨量减少,节约了生产成本,但是因为连续激光器的光斑比较小,所以对工件的装配精度要求较高。
 
2、电芯封口焊接
电芯封口激光焊接是电池制造的一道重要工艺,极大的影响电池成品率。电芯焊接速度越来越快的同时,还需要保证焊缝一致性等焊缝性能。由此衍生出多种激光焊接封口工艺。其中,光纤激光器高速摆动焊接,焊缝平整光滑,一致性好。而摆动头随着焊接频率的提升对爆点有修复作用。
 
此外,圆柱电芯的焊接主要用于正极的焊接,如目前一些厂家电芯正极采用的为激光焊接。
 
动力电池模组全自动激光焊接生产线
动力电池模组全自动激光焊接生产线
助力臂上下模组,倍数链运输,智能相机定位,高精度测距传感器测量高度,不同模组之间切换时间短,兼容性高,可以完成市场上90%的模组busbar激光焊。

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