動(dòng)力電池內(nèi)部是一整個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，從電芯、電池模組、電池包，歷經(jīng)一道道制造工序，最后組裝成一整個(gè)動(dòng)力電池系統(tǒng)。這其中，材料與材料、模組與模組、電池包結(jié)構(gòu)的連接就涉及到高要求的焊接工藝——激光焊接。

動(dòng)力電池分方形、圓柱和軟包電池。當(dāng)下，在動(dòng)力電池的生產(chǎn)中，使用激光焊接的環(huán)節(jié)主要包括：

1）中道工藝：極耳的焊接(包括預(yù)焊接)、極帶的點(diǎn)焊接、電芯入殼的預(yù)焊、外殼頂蓋密封焊接、注液口密封焊接等；

2）后道工藝：包括電池PACK模組時(shí)的連接片焊接，以及模組后的蓋板上的防爆閥焊接等。

電池殼體與蓋板焊接

動(dòng)力電池的殼體和蓋板起到封裝電解液和支撐電 極材料的作用，為電能的儲(chǔ)存和釋放提供穩(wěn)定的密閉 環(huán)境，其焊接質(zhì)量直接決定電池的密封性及耐壓強(qiáng)度，從而影響電池的壽命和安全性能[13]。電池殼體主要采 用 Al3003鋁合金，其厚度一般在0．6 ~ 0．8 mm 之間，一般采用小功率脈沖激光焊接 。殼體與蓋板的連接位 置如圖所示，該處的激光焊縫的主要質(zhì)量問(wèn)題是 未熔透、氣孔和下塌，這些缺陷會(huì)降低電池的密封性。

電池正負(fù)極極柱焊接

電池的極柱就是電池正負(fù)極接觸片，一般來(lái)說(shuō)正極使用鋁、負(fù)極使用銅，其作用就是讓電池極柱通過(guò)連接片焊接，形成串聯(lián)、并聯(lián)電路，組成電池模組。

電池防爆閥密封焊接

防爆閥是電池封口板上的薄壁閥體，當(dāng)電池內(nèi)部壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，防爆閥閥體率先破裂泄氣，釋放壓力，避免電池爆裂。防爆閥結(jié)構(gòu)巧妙，多用激光焊接牢固一定形狀的兩個(gè)鋁質(zhì)金屬片。當(dāng)電池內(nèi)部壓力升高到一定值時(shí)，鋁片從設(shè)計(jì)的凹槽位置處破裂，防止電池進(jìn)一步膨脹造成爆炸。因而這道工序?qū)す夂附庸に囈髽O為嚴(yán)格，要求焊縫密封，嚴(yán)格控制熱輸入量，保證焊縫的破壞壓力值穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)(一般在0.4~0.7MPa)，過(guò)大或太小都會(huì)對(duì)電池的安全性造成很大影響。

電池轉(zhuǎn)接片焊接

轉(zhuǎn)接片與軟連接是連接電池蓋板與電芯的關(guān)鍵部件。它必須同時(shí)考慮到電池的過(guò)流、強(qiáng)度及低飛濺的要求，所以在與蓋板的焊接過(guò)程中需要有足夠的焊縫寬度，且需要保證沒(méi)有particle落在電芯上，避免出現(xiàn)電池短路。而作為負(fù)極材料的銅，屬于低吸收率的高反材料，在焊接時(shí)需要更高的能量密度去焊接。

電池極柱焊接

電池蓋板上的極柱，分為電池內(nèi)部和電池外部連接。電池內(nèi)部連接，是電芯極耳與蓋板極柱的焊接；電池外部連接，是電池極柱通過(guò)連接片焊接，形成串聯(lián)、并聯(lián)電路，組成電池模組。

電池極柱激光焊的主要問(wèn)題同樣是炸孔缺陷，其產(chǎn)生的原因和防爆閥的類(lèi)似 。極柱焊縫實(shí)質(zhì)上是鋁轉(zhuǎn) 接塊和極柱的配合面，鋁塊孔直徑僅為6 mm 左右，此 處極易殘留沖壓油、清潔劑等雜質(zhì) 。高能量密度的激 光造成焊件溫度激增，導(dǎo)致極柱處殘留的雜質(zhì)快速汽化，氣泡逸出并克服熔池表面張力離開(kāi)熔池造成炸孔缺陷 。在這一過(guò)程中，脈沖激光功率的快速變化進(jìn)一 步增加了形成炸孔的趨勢(shì) 。因此，除了加強(qiáng)焊前清洗， 通過(guò)優(yōu)化激光功率變化也能減少炸孔缺陷 。

動(dòng)力電池模組及PACK焊接

電池模組可以理解為鋰離子電芯經(jīng)串并聯(lián)方式組合，并加裝單體電池監(jiān)控與管理裝置。電池模組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往能決定一個(gè)電池包的性能和安全。其結(jié)構(gòu)必須對(duì)電芯起到支撐、固定和保護(hù)作用。同時(shí)如何滿(mǎn)足過(guò)電流要求，電流均勻性，如何滿(mǎn)足對(duì)電芯溫度的控制，以及是否有嚴(yán)重異常時(shí)能斷電，避免連鎖反應(yīng)等等，都將是評(píng)判電池模組優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。

同時(shí)，由于銅和鋁傳熱均很快，且對(duì)激光反射率非常高，連接片厚度相對(duì)較大，因此需要采用較高功率的激光器才能夠?qū)崿F(xiàn)焊接。

激光焊接工藝難點(diǎn)

前，鋁合金材料的電池殼占整個(gè)動(dòng)力電池的90%以上。其焊接的難點(diǎn)在于鋁合金對(duì)激光的反射率極高,焊接過(guò)程中氣孔敏感性高,焊接時(shí)不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題缺陷，其中最主要的是氣孔、熱裂紋和炸火。

鋁合金的激光焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生氣孔，主要有兩類(lèi)：氫氣孔和氣泡破滅產(chǎn)生的氣孔。由于激光焊接的冷卻速度太快，氫氣孔問(wèn)題更加嚴(yán)重，并且在激光焊接中還多了一類(lèi)由于小孔的塌陷而產(chǎn)生的孔洞。

熱裂紋問(wèn)題。鋁合金屬于典型的共晶型合金，焊接時(shí)容易出現(xiàn)熱裂紋，包括焊縫結(jié)晶裂紋和HAZ液化裂紋，由于焊縫區(qū)成分偏析會(huì)發(fā)生共晶偏析而出現(xiàn)晶界熔化，在應(yīng)力作用下會(huì)在晶界處形成液化裂紋，降低焊接接頭的性能。

炸火（也稱(chēng)飛濺）問(wèn)題。引起炸火的因素很多，如材料的清潔度、材料本身的純度、材料自身的特性等，而起決定性作用的則是激光器的穩(wěn)定性。殼體表面凸起、氣孔、內(nèi)部氣泡。究其原因，主要是光纖芯徑過(guò)小或者激光能量設(shè)置過(guò)高所致。并不是一些激光設(shè)備提供商宣傳的“光束質(zhì)量越好，焊接效果越優(yōu)秀”，好的光束質(zhì)量適合于熔深較大的疊加焊接。尋找合適的工藝參數(shù)才是解決問(wèn)題的致勝法寶。

其他難點(diǎn)

軟包極耳焊接，對(duì)焊接工裝要求較高，必須將極耳壓牢，保證焊接間隙。可實(shí)現(xiàn)S形、螺旋形等復(fù)雜軌跡的高速焊接，增大焊縫結(jié)合面積的同時(shí)加強(qiáng)焊接強(qiáng)度。

圓柱電芯的焊接主要用于正極的焊接，由于負(fù)極部位殼體薄，極容易焊穿。如目前一些廠(chǎng)家采用的負(fù)極免焊接工藝，正極采用的為激光焊接。

方形電池組合焊接時(shí)，極柱或連接片受污染厚，焊接連接片時(shí)，污染物分解，易形成焊接炸點(diǎn)，造成孔洞；極柱較薄、下有塑料或陶瓷結(jié)構(gòu)件的電池，容易焊穿。極柱較小時(shí)，也容易焊偏至塑料燒損，形成爆點(diǎn)。不要使用多層連接片，層之間有孔隙，不易焊牢。

方型電池的焊接工藝最重要的工序是殼蓋的封裝，根據(jù)位置的不同分為頂蓋和底蓋的焊接。有些電池廠(chǎng)家由于生產(chǎn)的電池體積不大，采用了“拉深”工藝制造電池殼，只需進(jìn)行頂蓋的焊接。

方形動(dòng)力電池側(cè)焊樣品

方形電池焊接方式主要分為側(cè)焊和頂焊，其中側(cè)焊的主要好處是對(duì)電芯內(nèi)部的影響較小，飛濺物不會(huì)輕易進(jìn)入殼蓋內(nèi)側(cè)。由于焊接后可能會(huì)導(dǎo)致凸起，這對(duì)后續(xù)工藝的裝配會(huì)有些微影響，因此側(cè)焊工藝對(duì)激光器的穩(wěn)定性、材料的潔凈度等要求極高。而頂焊工藝由于焊接在一個(gè)面上，對(duì)焊接設(shè)備集成要求比較低，量產(chǎn)化簡(jiǎn)單，但是也有兩個(gè)不利的地方，一是焊接可能會(huì)有少許飛濺進(jìn)入電芯內(nèi)，二是殼體前段加工要求高會(huì)導(dǎo)致成本問(wèn)題。

在新能源汽車(chē)高速發(fā)展的今天，動(dòng)力電池作為核心部件，其制造工藝直接決定了車(chē)輛的安全性與續(xù)航能力。激光焊接技術(shù)憑借高效率、高精度和低熱影響的特性，已成為動(dòng)力電池生產(chǎn)中的“黃金工藝”。

精密性需求電池殼體厚度普遍在0.6~0.8mm（以鋁合金為主），傳統(tǒng)焊接易導(dǎo)致變形或擊穿，而激光光斑直徑可控制在微米級(jí)，實(shí)現(xiàn)超薄材料精密焊接。

材料兼容性可焊接高反材料（如銅、鋁），解決負(fù)極銅轉(zhuǎn)接片（反射率超90%）的焊接難題，并實(shí)現(xiàn)鋁-鎳等異種金屬連接。

零接觸與自動(dòng)化非接觸式焊接配合機(jī)器人系統(tǒng)，適應(yīng)電池模組的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)，良率提升30%以上。

• 防爆閥是電池泄壓的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，激光需在直徑8mm的鋁片上實(shí)現(xiàn)0.4~0.7MPa破壞壓力的密封焊縫。

• 連續(xù)激光取代脈沖焊接后，密封性提升50%，杜絕電解液泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

• 采用側(cè)焊或頂焊工藝

• 側(cè)焊：飛濺物不進(jìn)入電芯內(nèi)部，但對(duì)材料潔凈度要求極高；

• 頂焊：量產(chǎn)效率高，需控制飛濺污染。

• 新型藍(lán)光復(fù)合激光器有效減少鋁合金氣孔，良率突破95%。

• 正極（鋁）與負(fù)極（銅）極柱需承受**≥500MPa抗拉強(qiáng)度**

• 痛點(diǎn)：殘留雜質(zhì)導(dǎo)致“炸孔”（直徑6mm配合面易存油污），通過(guò)焊前等離子清洗+功率漸變控制解決。

• 銅-鋁異種材料焊接易生成脆性化合物，現(xiàn)采用激光-超聲波復(fù)合工藝，避免金屬間化合物導(dǎo)致的導(dǎo)電性下降。

• 全極耳結(jié)構(gòu)使焊接面積增加5倍，但極耳折疊易錯(cuò)位短路。

• 光束整形技術(shù)（如環(huán)形光斑）實(shí)現(xiàn)多極耳同步焊接，熱輸入降低40%。

• 銅/鋁連接片厚度達(dá)2mm時(shí)，需6kW以上高功率光纖激光器穿透焊接，單GWh設(shè)備投入約1000~3000萬(wàn)元。

• 誘因：鋁合金熔池氫溶解度劇變、冷卻過(guò)快。

• 對(duì)策

• 采用雙峰波脈沖（緩降脈寬減少氣孔）；

• 焊接頭傾斜40° 增加熔寬，降低裂紋敏感性。

• 根源：材料污染或能量密度過(guò)高。

• 創(chuàng)新工藝

• 焊斑偏置（蓋板65%+殼體35%）；

• 復(fù)合焊接（激光+電弧）降低峰值溫度。

• 銅焊接時(shí)，紅外-綠光復(fù)合激光器將吸收率從30%提至80%，減少爆點(diǎn)。

實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)等離子體光譜分析+AI缺陷識(shí)別，在線(xiàn)檢測(cè)氣孔、未熔合等缺陷，攔截不良品。

固態(tài)電池焊接新挑戰(zhàn)硫化物電解質(zhì)對(duì)熱敏感，開(kāi)發(fā)超短脈沖皮秒激光（熱影響區(qū)<10μm）成為新方向。

設(shè)備國(guó)產(chǎn)化加速大族激光、聯(lián)贏(yíng)激光等企業(yè)突破4kW光纖激光器技術(shù)，成本降低30%。

行業(yè)數(shù)據(jù)透視：2024年動(dòng)力電池激光焊接設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模突破120億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)25%。

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