激光焊接在动力电池中的六大应用

作为新能源汽车的配套行业，近年在新能源汽车产业的带动下，动力电池行业也迎来爆发式增长。在之前的文章中，楚天激光•中谷联创给大家介绍了《动力电池生产线的标配设备—激光焊接机》，本文则详细介绍下激光焊接技术具体应用在动力电池生产中的哪些环节上，我们一起来看下。

动力电池常见焊接应用

动力电池分方形、圆柱和软包电池。当下，在动力电池的生产中，使用激光焊接的环节主要包括：中道工艺：极耳的焊接（包括预焊接）、极带的点焊接、电芯入壳的预焊、外壳顶盖密封焊接、注液口密封焊接等；后道工艺：包括电池PACK模组时的连接片焊接，以及模组后的盖板上的防爆阀焊接等。

1、电池防爆阀焊接

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，防爆阀阀体率先破裂泄气，释放压力，避免电池爆裂。

防爆阀结构巧妙，多用激光焊接牢固一定形状的两个铝质金属片。当电池内部压力升高到一定值时，铝片从设计的凹槽位置处破裂，防止电池进一步膨胀造成爆炸。因而这道工序对激光焊接工艺要求极为严格，要求焊缝密封，严格控制热输入量，保证焊缝的破坏压力值稳定在一定范围内（一般在0.4~0.7MPa），过大或太小都会对电池的安全性造成很大影响。因此，防爆阀一般采用拼接焊。

2、极柱焊接

电池盖板上的极柱，分为电池内部和电池外部连接。电池内部连接，是电芯极耳与盖板极柱的焊接；电池外部连接，是电池极柱通过连接片焊接，形成串联、并联电路，组成电池模组。

电池的极柱即电池的正负极，一般正极采用铝，负极采用铜。常用的结构为铆压结构，铆压完成后进行满焊，其大小一般为直径8的圆。焊接时，在满足设计要求的拉力和导电性能的情况下，优先选择光束质量好、能量分布均匀的光纤激光器或是复合焊激光器，采用光纤激光器、复合焊激光器焊接可以实现的电极柱的铝-铝结构焊接、铜-铜结构焊接稳定性，减少飞溅、进而提升焊接良率。

3、转接片焊接

转接片与软连接是连接电池盖板与电芯的关键部件。它必须同时考虑到电池的过流、强度及低飞溅的要求，所以在与盖板的焊接过程中，需要有足够的焊缝宽度。

4、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，也有少数采用纯铝。不锈钢是激光焊接性最好的材质，尤其304不锈钢，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。现在为了追求更快的焊接速度和更均匀的外观，大部分公司已经开始采用复合焊和环形光斑取代以往低速的单光纤焊接，目前大部分公司的量产线焊接速度已达200 mm/s，而部分厂家光纤焊接的低速线，为保证焊道稳定，一般量产速度为70 mm/s。

5、密封钉（电解液注入口）焊接

密封钉（注液孔盖帽）的形式也较多，其形状通常为一个直径 8 mm、厚度约 0.9 mm 的圆形盖帽，其焊接的基本要求就是耐压值达到1.1 MPa，密封且不能有针孔、裂纹和爆点的存在。

作为电芯焊接的最后一道工序，密封钉焊接的良率尤为重要。密封钉焊接时由于有残留电解液的存在，导致有爆点、针孔等缺陷，而抑制这些缺陷的关键方式则是减小热输入量。

6、动力电池模组及PACK焊接

电池模组可以理解为锂离子电芯经串并联方式组合，并加装单体电池监控与管理装置。电池模组的结构设计往往能决定一个电池包的性能和安全。其结构必须对电芯起到支撑、固定和保护作用。同时如何满足过电流要求，电流均匀性，如何满足对电芯温度的控制，以及是否有严重异常时能断电，避免连锁反应等等，都将是评判电池模组优劣的标准。 

由于铜和铝之间采用激光焊接后易形成脆性化合物，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。