激光焊接在汽车铝壳锂电池行业的应用

知乎专栏 2019年5月3日18:09:15 评论 70

锂离子电池由于具有比能量高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应和无污染等优点,广泛应用于各种电子设备(如移动电话、笔记本电脑、PDA、数码相机及数码摄像机等)以及交通工具(巡逻车、电动自行车、电动汽车等)上,成为我国能源领域重点支持的高新技术产业。

激光焊接在铝壳锂电池行业的应用主要体现在通过拼接焊、叠焊等工艺焊接防爆阀、极柱、软连接、壳体封口、注液孔、模组等部位。

1.电池防爆阀焊接

电池的防爆阀是电池封口板上的薄壁阀体,当电池内部压力超过规定值时,防爆阀阀体破裂,避免电池爆裂。安全阀结构巧妙,这道工序对激光焊接工艺要求极为严格。没有采用连续激光焊接之前,电池防爆阀的焊接都是采用脉冲激光器焊接,通过焊点与焊点的重叠和覆盖来实现连续密封焊接,但焊接效率较低,且密封性相对较差。采用连续激光焊接可以实现高速高质量的焊接,焊接稳定性、焊接效率以及良品率都能够得到保障。

2.电池极耳焊接

极耳通常分为三种材料,电池的正极使用铝(Al)材料,负极使用镍(Ni)材料或铜镀镍(Ni-Cu)材料。在动力电池的制造过程中,其中的一个环节是将电池极耳与极柱焊接到一起。在二次电池的制作中需要将其与另外一铝制的安全阀焊接在一起。焊接不仅要保证极耳与极柱之间的可靠连接,而且要求焊缝平滑美观。

3.电池极带点焊

电池极带使用的材质包括纯铝带、镍带、铝镍复合带以及少量的铜带等。电池极带的焊接一般使用脉冲焊接机,随着IPG公司QCW准连续激光器的出现,其在电池极带焊接上也得到了广泛的应用,同时由于其光束质量好、焊斑能够做到很小,其在应对高反射率的铝带、铜带以及窄带电池极带(极带宽度在1.5mm以下)的焊接有着独特的优势。

4.动力电池壳体封口焊接

动力电池的壳体材料有铝合金和不锈钢,其中采用铝合金的最多,一般为3003铝合金,也有少数采用纯铝。不锈钢是激光焊接性最好的材质,无论是脉冲还是连续激光都能够获得外观和性能良好的焊缝。使用连续激光器焊接薄壳锂电池,效率可以提升5~10倍,且外观效果和密封性更好。因此有逐渐取代脉冲激光器在这个应用领域的趋势。

5.动力电池模组焊接

动力电池之间的串并联一般通过连接片与单体电池的焊接来完成,正负极材质不同,一般有铜和铝2种材质,由于铜和铝之间采用激光焊接后形成脆性化合物,无法满足使用要求,通常采用超声波焊接外,铜和铜、铝和铝一般均采用激光焊接。同时,由于铜和铝传热均很快,且对激光反射率非常高,连接片厚度相对较大,因此需要采用较高功率的激光器才能够实现焊接。

由此可见,激光焊接已经在众多焊接方式中脱颖而出。首先,激光焊接能量密度高、焊接变形小、热影响区小,可以有效地提高制件精度,焊缝光滑无杂质、均匀致密、无需附加的打磨工作;其次,激光焊接可精确控制,聚焦光点小,高精度定位,配合机械手臂易于实现自动化,提高焊接效率,减少工时,降低成本;另外,激光焊接薄板材或细径线材时,不会像电弧焊接那样容易受到回熔的困扰。并且它可以焊接的材质种类广泛,能够实现不同材料之间的焊接。

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