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激光焊接在鋰電池領域的應用

來源:深圳市鐳康機械設備有限公司發表時間:2020-10-30

        自1990年問世以來,鋰電池因其能量密度高、電壓高、環保、壽命長以及可快速充電等優點,深受3C數碼、動力工具等行業的青睞,其對新能源汽車行業的貢獻尤為突出。作為提供新能源汽車動力來源的鋰電池產業,市場潛力巨大,是國家戰略發展的重要一環,預計未來5-10年,產業規模有望突破1600億元。
       動力電池作為新能源汽車的核心部件,其品質直接決定了整車性能。鋰電池制造設備一般為前端設備、中端設備、后端設備三種,其設備精度和自動化水平將會直接影響產品的生產效率和一致性。而激光加工技術作為一種替代傳統焊接技術已廣泛應用于鋰電制造設備之中。  本文通過激光在動力電池行業中的應用情況,闡述了激光焊接在鋰電池領域的工藝特點,列舉了多道工序的工藝特點及設備發展趨勢。
      從鋰電池電芯的制造到電池PACK成組,焊接都是一道很重要的制造工序,鋰電池的導電性、強度、氣密性、金屬疲勞和耐腐蝕性,是典型的電池焊接質量評價標準。焊接方法和焊接工藝的選用,將直接影響電池的成本、質量、安全以及電池的一致性。下面,將帶大家了解一下激光焊接在鋰電池領域的多種應用。
 
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,當電池內部壓力超過規定值時,防爆閥閥體破裂,避免電池爆裂。安全閥結構巧妙,這道工序對激光焊接工藝要求極為嚴格。沒有采用連續激光焊接之前,電池防爆閥的焊接都是采用脈沖激光器焊接,通過焊點與焊點的重疊和覆蓋來實現連續密封焊接,但焊接效率較低,且密封性相對較差。采用連續激光焊接可以實現高速高質量的焊接,焊接穩定性、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,負極使用鎳(Ni)材料或銅鍍鎳(Ni-Cu)材料。在動力電池的制造過程中,其中的一個環節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、電池極帶點焊

      電池極帶使用的材質包括純鋁帶、鎳帶、鋁鎳復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,隨著IPG公司QCW準連續激光器的出現,其在電池極帶焊接上也得到了廣泛的應用,同時由于其光束質量好、焊斑能夠做到很小,其在應對高反射率的鋁帶、銅帶以及窄帶電池極帶(極帶寬度在1.5mm以下)的焊接有著獨特的優勢。
 
4、動力電池殼體與蓋板封口焊接
     動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,也有少數采用純鋁。不銹鋼是激光焊接性最好的材質,無論是脈沖還是連續激光都能夠獲得外觀和性能良好的焊縫。使用連續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應用領域的趨勢。
 
5、動力電池模組及pack焊接
     動力電池之間的串并聯一般通過連接片與單體電池的焊接來完成,正負極材質不同,一般有銅和鋁2種材質,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,由于銅和鋁傳熱均很快,且對激光反射率非常高,連接片厚度相對較大,因此需要采用較高功率的激光器才能夠實現焊接。
     由此可見,激光焊接已經在眾多焊接方式中脫穎而出。首先,激光焊接能量密度高、焊接變形小、熱影響區小,可以有效地提高制件精度,焊縫光滑無雜質、均勻致密、無需附加的打磨工作;其次,激光焊接可精確控制,聚焦光點小,高精度定位,配合機械手臂易于實現自動化,提高焊接效率,減少工時,降低成本;另外,激光焊接薄板材或細徑線材時,不會像電弧焊接那樣容易受到回熔的困擾。并且它可以焊接的材質種類廣泛,能夠實現不同材料之間的焊接。

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