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动力电池的激光焊接工艺!

2023-03-21

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动力电池是一种新型清洁能源,目前是世界范围内的研究热点。是一种为电动汽车、电动火车、电动自行车、高尔夫球车等车辆提供动力源的蓄电池。它已被广泛应用于各行各业,成为人们生活的一部分。

PART.1什么是动力电池?

动力电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解液、电池壳等组成,作为新能源汽车的核心部件,直接决定了整车性能。激光焊接是将这些原材料焊接到电芯、电池组等的一种制造工艺,对于动力电池的整个生产过程来说是非常关键的。

动力电池在新能源汽车整车成本中占比30%-40%,是新能源汽车成本占比最大的部分,对新能源汽车的续航里程、整车寿命、安全性等关键指标均有非常重要影响,因此,提升动力电池性能是提升新能源汽车整体性能的关键。

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PART.2激光焊接在动力电池上的应用

锂电池制造设备一般为前端设备、中端设备、后端设备三种,其设备精度和自动化水平将会直接影响产品的生产效率和一致性。而激光加工技术作为一种替代传统焊接技术已广泛应用于锂电制造设备之中。激光焊接的工艺优势就在于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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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**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,降低成本等优点,目前激光焊接机已经成为动力电池生产线的标配设备。

PART.3动力电池常见的焊接应用

3.1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。

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3.2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。

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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,采用光纤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。


3.3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,且需要保证没有particle(颗粒)落在电芯上,避免出现电池短路。而作为负极材料的铜,属于低吸收率的高反材料,在焊接时需要更高的能量密度去焊接。

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3.4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**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。

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3.5连接片焊接

电池模组经连接片(或称汇流体)将电芯串联或并联起来,连接片须满足过电流要求、电流均匀性要求,以及对电芯温度的控制要求。动力电池模组连接片多采用多层材料复合,其中一层材料为连接片与极柱的连接层,保证焊接性能。多层材料叠加用于保证连接片的导电性。

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连接片基材采用多层箔材堆叠之后加工成型,可形成柔性区域,用于补偿动力电池电芯膨胀造成的位移,减小对低强度界面的影响。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。


3.6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。

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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。

电话: 0512-52662575