激光焊接讓動力電(diàn)池更安(ān)全
目前全球新(xīn)能(néng)源電(diàn)動汽車(chē)需求旺盛，锂電(diàn)産(chǎn)業鏈将迎來新(xīn)一波浪潮。而動力電(diàn)池制造邁向智能(néng)化、自動化生産(chǎn)對其制造關鍵設備提出了更高的要求。激光作(zuò)為(wèi)新(xīn)能(néng)源行業的“加工(gōng)利刃”，其相關産(chǎn)業鏈随之也将迎來高速發展期。
動力電(diàn)池是什麽？
動力電(diàn)池即為(wèi)工(gōng)具(jù)提供動力來源的電(diàn)源，多(duō)指為(wèi)電(diàn)動汽車(chē)、電(diàn)動自行車(chē)提供動力的蓄電(diàn)池。而全球電(diàn)動汽車(chē)行業基本約定：為(wèi)提供驅動動力的電(diàn)池被稱為(wèi)動力電(diàn)池，包括傳統的鉛酸電(diàn)池、鎳氫電(diàn)池以及新(xīn)興的锂離子動力電(diàn)池，分(fēn)為(wèi)功率型動力電(diàn)池（混合動力汽車(chē)）以及能(néng)量型動力電(diàn)池（純電(diàn)動汽車(chē)）。
衆所周知，動力電(diàn)池是新(xīn)能(néng)源汽車(chē)的“心髒”。而動力锂電(diàn)池主要為(wèi)三元材料電(diàn)池及磷酸鐵锂電(diàn)池，下遊為(wèi)新(xīn)能(néng)源汽車(chē)的裝(zhuāng)機應用(yòng)，相對于普通電(diàn)池有(yǒu)更高的放電(diàn)功率。
作(zuò)為(wèi)新(xīn)能(néng)源汽車(chē)的配套行業，随着新(xīn)能(néng)源車(chē)滲透率快速增長(cháng)的帶動下，動力電(diàn)池行業也迎來爆發式增長(cháng)。
激光焊接讓動力電(diàn)池更安(ān)全
動力電(diàn)池作(zuò)為(wèi)新(xīn)能(néng)源汽車(chē)的核心零部件之一，在新(xīn)能(néng)源汽車(chē)整車(chē)成本中(zhōng)占比30%-40%，是新(xīn)能(néng)源汽車(chē)成本占比最大的部分(fēn)，對新(xīn)能(néng)源汽車(chē)的續航裏程、整車(chē)壽命、安(ān)全性等關鍵指标均有(yǒu)非常重要影響。因此，提升動力電(diàn)池性能(néng)是提升新(xīn)能(néng)源汽車(chē)整體(tǐ)性能(néng)的關鍵。
由于動力電(diàn)池的焊接部位多(duō)、焊接難度大、精(jīng)度要求高，傳統焊接方式難以滿足要求。激光焊接技(jì )術焊材損耗小(xiǎo)、被焊接工(gōng)件變形小(xiǎo)、設備性能(néng)穩定易操作(zuò)、焊接質(zhì)量及自動化程度高，應用(yòng)于動力電(diàn)池焊接領域可(kě)大大提高電(diàn)池的安(ān)全性、可(kě)靠性，延長(cháng)使用(yòng)壽命。
動力锂電(diàn)池産(chǎn)業鏈示意圖
在動力電(diàn)池生産(chǎn)過程中(zhōng)，從電(diàn)芯制造到PACK組裝(zhuāng)，焊接都是一道非常重要的制造工(gōng)序。尤其動力電(diàn)池結構包含多(duō)種材料，如鋼、鋁、銅、鎳等這些金屬可(kě)能(néng)被制成電(diàn)極、導線(xiàn)或是外殼。因此，無論是一種材料之間或是多(duō)種材料之間的焊接，都對焊接工(gōng)藝提出了更高的要求。
激光焊接是利用(yòng)激光束優異的方向性和高功率密度等特性進行工(gōng)作(zuò)，通過光學(xué)系統将激光束聚焦在很(hěn)小(xiǎo)的區(qū)域内，在極短的時間内使被焊處形成一個能(néng)量高度集中(zhōng)的熱源區(qū)，從而使被焊物(wù)熔化并形成牢固的焊點和焊縫。
在動力電(diàn)池整個産(chǎn)業鏈中(zhōng)，激光焊接主要應用(yòng)在動力锂電(diàn)池中(zhōng)遊生産(chǎn)。作(zuò)為(wèi)一種高精(jīng)密的焊接方式，極為(wèi)靈活、精(jīng)确和高效，能(néng)夠滿足動力電(diàn)池生産(chǎn)過程中(zhōng)的性能(néng)要求，是動力電(diàn)池制造過程中(zhōng)的首選，目前已經成為(wèi)動力電(diàn)池生産(chǎn)線(xiàn)的标配設備。
動力電(diàn)池常見焊接應用(yòng)
動力電(diàn)池分(fēn)方形、圓柱和軟包電(diàn)池。當下，在動力電(diàn)池的生産(chǎn)中(zhōng)，使用(yòng)激光焊接的環節主要包括：
中(zhōng)道工(gōng)藝：極耳的焊接（包括預焊接）、極帶的點焊接、電(diàn)芯入殼的預焊、外殼頂蓋密封焊接、注液口密封焊接等；
後道工(gōng)藝：包括電(diàn)池PACK模組時的連接片焊接，以及模組後的蓋闆上的防爆閥焊接等。
1、電(diàn)池防爆閥焊接
防爆閥是電(diàn)池封口闆上的薄壁閥體(tǐ)，當電(diàn)池内部壓力超過規定值時，防爆閥閥體(tǐ)率先破裂洩氣，釋放壓力，避免電(diàn)池爆裂。防爆閥結構巧妙，多(duō)用(yòng)激光焊接牢固一定形狀的兩個鋁質(zhì)金屬片。當電(diàn)池内部壓力升高到一定值時，鋁片從設計的凹槽位置處破裂，防止電(diàn)池進一步膨脹造成爆炸。因而這道工(gōng)序對激光焊接工(gōng)藝要求極為(wèi)嚴格，要求焊縫密封，嚴格控制熱輸入量，保證焊縫的破壞壓力值穩定在一定範圍内（一般在0.4~0.7MPa），過大或太小(xiǎo)都會對電(diàn)池的安(ān)全性造成很(hěn)大影響。
因此，防爆閥一般采用(yòng)拼接焊。經過大量實踐證明，采用(yòng)激光複合焊激光器可(kě)以實現高速高質(zhì)量的焊接，且焊接穩定性、焊接效率以及良品率都能(néng)夠得到保障。
2、極柱焊接
電(diàn)池蓋闆上的極柱，分(fēn)為(wèi)電(diàn)池内部和電(diàn)池外部連接。電(diàn)池内部連接，是電(diàn)芯極耳與蓋闆極柱的焊接；電(diàn)池外部連接，是電(diàn)池極柱通過連接片焊接，形成串聯、并聯電(diàn)路，組成電(diàn)池模組。
電(diàn)池的極柱即電(diàn)池的正負極，一般正極采用(yòng)鋁，負極采用(yòng)銅。常用(yòng)的結構為(wèi)鉚壓結構，鉚壓完成後進行滿焊，其大小(xiǎo)一般為(wèi)直徑8的圓。焊接時，在滿足設計要求的拉力和導電(diàn)性能(néng)的情況下，優先選擇光束質(zhì)量好、能(néng)量分(fēn)布均勻的光纖激光器或是複合焊激光器，采用(yòng)光纖激光器、複合焊激光器焊接可(kě)以實現的電(diàn)極柱的鋁-鋁結構焊接、銅-銅結構焊接穩定性，減少飛濺、進而提升焊接良率。
3、轉接片焊接
轉接片與軟連接是連接電(diàn)池蓋闆與電(diàn)芯的關鍵部件。它必須同時考慮到電(diàn)池的過流、強度及低飛濺的要求，所以在與蓋闆的焊接過程中(zhōng)，需要有(yǒu)足夠的焊縫寬度，且需要保證沒有(yǒu)particle落在電(diàn)芯上，避免出現電(diàn)池短路。而作(zuò)為(wèi)負極材料的銅，屬于低吸收率的高反材料，在焊接時需要更高的能(néng)量密度去焊接，藍光複合激光器則可(kě)以很(hěn)好的解決高反及飛濺等傳統工(gōng)藝難題。
4、殼體(tǐ)封口焊接
動力電(diàn)池的殼體(tǐ)材料有(yǒu)鋁合金和不鏽鋼，其中(zhōng)采用(yòng)鋁合金的最多(duō)，也有(yǒu)少數采用(yòng)純鋁。不鏽鋼是激光焊接性最好的材質(zhì)，尤其304不鏽鋼，無論是脈沖還是連續激光都能(néng)夠獲得外觀和性能(néng)良好的焊縫。
使用(yòng)連續激光器焊接薄殼锂電(diàn)池，效率可(kě)以提升5~10倍，且外觀效果和密封性更好。現在為(wèi)了追求更快的焊接速度和更均勻的外觀，大部分(fēn)公(gōng)司已經開始采用(yòng)複合焊和環形光斑取代以往低速的單光纖焊接，目前大部分(fēn)公(gōng)司的量産(chǎn)線(xiàn)焊接速度已達200mm/s，而部分(fēn)廠家光纖焊接的低速線(xiàn)，為(wèi)保證焊道穩定，一般量産(chǎn)速度為(wèi)70mm/s。
5、密封釘（電(diàn)解液注入口）焊接
密封釘（注液孔蓋帽）的形式也較多(duō)，其形狀通常為(wèi)一個直徑 8mm、厚度約 0.9mm 的圓形蓋帽，其焊接的基本要求就是耐壓值達到1.1MPa，密封且不能(néng)有(yǒu)針孔、裂紋和爆點的存在。
作(zuò)為(wèi)電(diàn)芯焊接的最後一道工(gōng)序，密封釘焊接的良率尤為(wèi)重要。密封釘焊接時由于有(yǒu)殘留電(diàn)解液的存在，導緻有(yǒu)爆點、針孔等缺陷，而抑制這些缺陷的關鍵方式則是減小(xiǎo)熱輸入量。經過長(cháng)期實驗及市場廣泛驗證，采用(yòng)鵬鼎自主研發的智能(néng)視覺定位系統能(néng)夠很(hěn)好的實現定位、抓取、檢測，機器視覺使生産(chǎn)變得更加智能(néng)，不僅節省了人力成本，同也提高了工(gōng)作(zuò)效率。
6、動力電(diàn)池模組及PACK焊接
電(diàn)池模組可(kě)以理(lǐ)解為(wèi)锂離子電(diàn)芯經串并聯方式組合，并加裝(zhuāng)單體(tǐ)電(diàn)池監控與管理(lǐ)裝(zhuāng)置。電(diàn)池模組的結構設計往往能(néng)決定一個電(diàn)池包的性能(néng)和安(ān)全。其結構必須對電(diàn)芯起到支撐、固定和保護作(zuò)用(yòng)。同時如何滿足過電(diàn)流要求，電(diàn)流均勻性，如何滿足對電(diàn)芯溫度的控制，以及是否有(yǒu)嚴重異常時能(néng)斷電(diàn)，避免連鎖反應等等，都将是評判電(diàn)池模組優劣的标準。
由于銅和鋁之間采用(yòng)激光焊接後易形成脆性化合物(wù)，無法滿足使用(yòng)要求，通常采用(yòng)超聲波焊接外，銅和銅、鋁和鋁一般均采用(yòng)激光焊接。同時，由于銅和鋁傳熱均很(hěn)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(yòng)較高功率的激光器才能(néng)夠實現焊接。
鵬鼎高功率振鏡焊接系統具(jù)備精(jīng)心設計的水風雙冷循環系統和極佳的整體(tǐ)密封性，嚴格的光學(xué)元件篩選及檢測、組裝(zhuāng)流程，可(kě)在6KW 激光功率下長(cháng)時間穩定工(gōng)作(zuò)。高功率振鏡系統由振鏡、準直、場鏡組成。
最大承受至 6KW 的激光功率。
實時位置反饋和鵬鼎控制卡配套可(kě)實現閉環控制。
振鏡電(diàn)源電(diàn)壓監測、電(diàn)源紋波監測、電(diàn)機電(diàn)流監測、控制指令 監測等。
自帶軟件可(kě)實現激光器能(néng)量實行監控，自動測高調焦、焊接參數記錄保存和上傳。
鵬鼎高功率振鏡焊接系統
高功率振鏡焊接系統技(jì )術參數
鵬鼎高功率振鏡焊接系統可(kě)應用(yòng)于動力電(diàn)池行業、汽車(chē)部件焊接、3C、五金加工(gōng)、航空航天領域等精(jīng)密行業。
