動力電池制造過程中焊接方法和工藝的合理選擇將直接影響電池的成本、質量、安全性和一致性。下面我們來梳理一下動力電池焊接的內容。
1 激光焊接原理
激光焊接利用激光束的優良方向性和高功率密度來工作。激光束通過光學系統在小范圍內聚焦，在極短的時間內在焊接部位形成能量集中度高的熱源。區，使焊接材料熔化并形成牢固的焊點和焊縫。
2 種激光焊接
熱傳導焊和深熔焊
激光功率密度105~106w/cm2形成激光熱傳導焊，激光功率密度105~106w/cm2形成激光深熔焊。
穿透和縫焊
通過熔透焊，連接件不需要打孔，加工比較簡單。穿透焊接需要強大的激光焊機。穿透焊的熔深低于縫焊，可靠性相對較差。
與滲透焊相比，縫焊需要的激光焊接機功率較小。縫焊的熔深比透焊高，可靠性相對較好。但連接件需要打孔，加工難度較大。
脈沖焊接和連續焊接
1) 脈沖模式焊接
激光焊接時應選擇合適的焊接波形。常用的脈沖波形有方波、峰波、雙峰波等。鋁合金表面對光的反射率過高。當高強度激光束撞擊材料表面時，金屬表面會因反射損失60%-98%的激光能量，并且反射率隨表面溫度而變化。一般在焊接鋁合金時最好選用尖波和雙峰波。這種焊接波形后面的減速部分的脈沖寬度較長，可以有效減少氣孔和裂紋的產生。
由于鋁合金對激光的高反射率，為了防止激光束的垂直反射造成垂直反射而損壞激光聚焦鏡，焊接過程中焊頭通常偏轉一定角度.焊點直徑和有效接合面直徑隨著激光傾角的增大而增大。當激光傾角為40°時，得到最大焊點和有效接合面。焊點熔深和有效熔深隨著激光傾角的增加而減小，大于60°時，有效熔深減小為零。因此，通過將焊頭傾斜一定角度，可以適當增加焊縫的熔深和熔深。
另外，焊接時，以焊縫為界，激光焊點需要離蓋板65%，在外殼上35%，可以有效減少關蓋問題引起的爆炸。
2) 連續模式焊接
因為連續激光焊接的加熱過程不像脈沖機的驟冷驟熱，焊接時產生裂紋的趨勢不是很明顯。為了提高焊接質量，采用連續激光焊接。焊縫表面光滑均勻，無飛濺，無缺陷。沒有發現裂縫。在鋁合金的焊接中，連續激光的優勢是顯而易見的。與傳統焊接方式相比，生產效率高，無需填絲；與脈沖激光焊接相比，可解決焊后產生的裂紋、氣孔、飛濺等缺陷，確保鋁合金焊后具有良好的力學性能；焊后不會下垂，焊后拋光打磨量減少，節省了生產成本，但由于連續激光的光斑比較小，所以對工件的裝配精度要求較高。
在動力電池焊接中，焊接工藝技術人員會根據客戶的電池材料、形狀、厚度、拉力要求等選擇合適的激光和焊接工藝參數，包括焊接速度、波形、峰值、焊頭傾角、等，設置合理的焊接工藝參數，確保最終焊接效果符合動力電池廠家的要求。
3 激光焊接的優點
能量集中，焊接效率高，加工精度高，焊縫縱橫比大。激光束易于聚焦，對準并由光學儀器引導。它可以放置在距工件適當的距離處，并且可以在工件周圍的夾具或障礙物之間重新定向。由于上述空間限制，不能使用其他焊接定律。
熱輸入小，熱影響區小，工件殘余應力和變形小；焊接能量可精確控制，焊接效果穩定，焊接外觀好；非接觸焊接，光纖傳輸，可達性好，自動化程度高。焊接細線材或細線材時，不存在電弧焊那樣的回熔問題。由于“輕”的原理，動力電池所用的電芯通常采用“輕”的鋁材，需要做得更“薄”。一般外殼、蓋板和底部基本要求小于1.0mm。目前主流廠商的基本材料厚度在0.8毫米左右。
為各種材料組合提供高強度焊接，特別是在銅材料之間和鋁材料之間進行焊接時。它也是唯一可以將電鍍鎳焊接到銅材料上的技術。
4 激光焊接工藝的難點
目前，鋁合金材料制成的電池殼占整個動力電池的90%以上。其焊接的難點在于鋁合金對激光的極高反射率，焊接過程中氣孔的敏感性高，焊接過程中難免會出現一些問題和缺陷，其中最重要的是氣孔、熱裂紋和爆炸。
鋁合金激光焊接過程中的氣孔主要有兩種：氫氣孔和氣泡破裂產生的氣孔。由于激光焊接的冷卻速度過快，氫孔問題比較嚴重，另外還有一種是激光焊接時小孔塌陷造成的孔。
熱裂問題。鋁合金是典型的共晶合金，在焊接過程中容易產生熱裂紋，包括焊縫結晶裂紋和HAZ液化裂紋。由于焊縫區成分的偏析，會發生共晶偏析，發生晶界熔化。在晶界處形成液化裂紋，降低焊接接頭的性能。
爆炸（也稱為飛濺）問題。引起爆炸的因素很多，比如材料的清潔度、材料本身的純度、材料本身的特性等等，其中激光的穩定性起著決定性的作用。外殼表面有凸起、氣孔和內部氣泡。主要原因是光纖纖芯直徑太小或激光能量設置過高。并不是某些激光設備商宣傳的“光束質量越好，焊接效果越好”。良好的光束質量適用于熔深較大的疊焊。找到合適的工藝參數是解決問題的法寶。
其他困難
軟封裝極耳焊接對焊接工裝要求較高，且極耳必須壓緊以保證焊接間隙。可實現S形、螺旋形等復雜軌跡的高速焊接，在加強焊接強度的同時增加焊接面積。
圓柱電池的焊接主要用于正極的焊接。由于負極外殼很薄，很容易焊透。比如目前有的廠家負極采用免焊工藝，正極采用激光焊接。
方形電池焊接時，極柱或連接片污染較厚。連接件焊接時，污染物分解，易形成焊接爆點，造成孔洞；極細的電池和塑料或陶瓷結構件很容易焊接。穿。極小時，容易焊接到塑料的燃燒點，形成爆炸點。不要使用多層連接件，層間有氣孔，不易焊接。
方形電池焊接工藝最重要的工序是殼蓋的封裝，根據位置不同分為上蓋和下蓋的焊接。由于部分電池廠家生產的電池體積小，電池殼采用“拉深”工藝制造，只需要焊接頂蓋即可。
方形電池的焊接方式主要分為側焊和頂焊。側焊的主要優點是對電芯內部的沖擊小，飛濺物不易進入殼蓋內部。既然焊接后會產生凸點，對后續工序的組裝會有輕微影響，側焊工藝對激光的穩定性和材料的清潔度有極高的要求。由于頂焊工藝是單面焊接，對焊接設備的集成度要求比較低，量產簡單，但也有兩個缺點。一個是焊接可能會有一點飛濺到電芯中，另一個是外殼的前段。高處理要求可能導致成本問題。
5 影響焊接質量的因素
激光焊接是目前高端電池焊接的主要方式。激光焊接是用高能光束激光照射工件，使工作溫度急劇上升，使工件熔化并重新連接，形成永久連接的過程。激光焊接的剪切強度和撕裂強度都比較好。電池焊接質量，其導電性、強度、氣密性、金屬疲勞性和耐腐蝕性是典型的焊接質量評價標準。
影響激光焊接質量的因素有很多。其中一些非常不穩定并且具有相當大的不穩定性。如何正確設置和控制這些參數，使其在高速連續激光焊接過程中控制在合適的范圍內，以保證焊接質量。焊縫成形的可靠性和穩定性是關系到激光焊接技術實用化和產業化的重要問題。影響激光焊接質量的主要因素分為焊接設備、工件狀況和工藝參數三個方面。
1) 焊接設備
對激光器質量最重要的要求是光束模式和輸出功率及其穩定性。光束模式是光束質量的主要指標。光束模式階數越低，光束聚焦性能越好，光斑越小，相同激光功率下的功率密度越高，焊縫的深度和寬度越大。一般要求基模（TEM00）或低次模，否則難以滿足高質量激光焊接的要求。目前國產激光器在激光焊接方面在光束質量和功率輸出穩定性方面還存在一定的困難。從國外來看，激光器的光束質量和輸出功率穩定性都相當高，不會成為激光焊接的問題。光學系統中影響焊接質量最重要的因素是聚焦透鏡，所用焦距一般在127mm（5in）到200mm（7.9in）之間。過程中的污染和飛濺損壞。
波長越短，吸收率越高。通常，具有良好導電性的材料具有較高的反射率。對于 YAG 激光器，銀的反射率為 96%，鋁為 92%，銅為 90%，鐵為 60%。溫度越高，吸收率越高，呈線性關系；一般在表面涂上磷酸鹽、炭黑、石墨等可以提高吸收率。
2) 工件狀態
激光焊接要求加工工件的邊緣，裝配精度高，光斑與焊縫嚴格對齊，在焊接過程中不能改變工件原有的裝配精度和光斑的對齊方式，因為焊接熱變形。這是因為激光光斑小，焊縫窄。一般不添加填充金屬。如果裝配不嚴格，間隙過大，則梁可以通過間隙而不能熔化母材，或造成明顯的咬邊和凹陷，如光斑對焊縫的偏差。如果太大，可能會導致不完全融合或不完全穿透。因此，一般情況下，板的對接間隙和光斑對準偏差不應大于0.1mm，錯邊不應大于0.2mm。在實際生產中，有時會因為無法滿足這些要求而無法使用激光焊接技術。為獲得良好的焊接效果，允許的對接間隙和搭接間隙應控制在板材厚度的10%以內。
成功的激光焊接需要被焊接的基材之間的緊密接觸。這需要仔細擰緊零件以獲得最佳效果。這在很容易彎曲錯位的薄接頭基板上很難做到，尤其是當接頭嵌入到大型電池模塊或組件中時。
3) 焊接參數
(1) 對激光焊接方式和焊縫成型穩定件的影響 最重要的焊接參數是激光光斑的功率密度，它對焊接方式和焊接的影響如下：
焊縫成形穩定性：隨著激光光斑功率密度從小到大依次增加，依次為穩定熱傳導焊接、模式不穩定焊接和穩定深熔焊。
在光束模式和聚焦鏡焦距固定時，激光光斑的功率密度主要由激光功率和光束焦點位置決定。激光功率密度與激光功率成正比。焦點位置的影響有一個最優值；當光束焦點位于工件表面下方的某個位置（1-2mm范圍內，取決于厚度和參數）時，可以獲得最理想的焊縫。偏離這個最佳焦點位置，工件表面的光斑會變大，導致功率密度變小，到一定范圍，會引起焊接過程形式的變化。
焊接速度對焊接工藝形式和穩定零件的影響不如激光功率和焦點位置顯著。只有當焊接速度太高時，熱輸入太小，才能維持穩定的深熔焊接過程。在實際焊接中，應根據焊件對熔深的要求選擇穩定的深熔焊或穩定的熱傳導焊，絕對避免不穩定模式焊接。
(2)在深熔焊接范圍內，焊接參數對熔深的影響：在穩定的深熔焊接范圍內，激光功率越高，熔深越大，約為0.7功率；焊接速度越高，熔深越淺。在一定的激光功率和焊接速度下，焦點在最佳位置時，熔深最大，偏離該位置時，熔深減小，甚至成為模態不穩定焊接或穩定熱傳導焊接。
(3)保護氣的影響，保護氣的主要作用是在焊接過程中保護工件不被氧化；保護聚焦透鏡免受金屬蒸汽污染和液滴濺射；消散大功率激光焊接產生的等離子體；工件，減少熱影響區。
保護氣體通常是氬氣或氦氣，如果表觀質量不高也可以使用氮氣。它們產生等離子體的傾向明顯不同：氦由于其高電離體和較快的熱導率，產生等離子體的傾向低于氬，因此可以獲得更大的穿透深度。在一定范圍內，隨著保護氣體流量的增加，對等離子體的抑制趨勢增加，因此穿透深度增加，但增加到一定范圍時趨于穩定。
(4)各參數的可監測性分析：4個焊接參數中，焊接速度和保護氣體流量是易于監測和保持穩定的參數，而激光功率和焦點位置是焊接過程中可能發生波動的參數難以監控。范圍。雖然激光器輸出的激光功率非常穩定且易于監控，但到達工件的激光功率會因光導和聚焦系統的損耗而變化，這與光學元件的質量、使用年限和表面污染有關工件。不易監控，成為焊接質量的不確定因素。光束焦點位置是對焊接質量影響最大、最難監控的焊接參數之一。目前在生產中需要人工調整和反復的工藝測試來確定合適的焦點位置，以獲得理想的穿透力。但在焊接過程中，由于工件變形、熱透鏡效應或空間曲線的多維焊接，焦點位置會發生變化，可能超出允許范圍。
對于以上兩種情況，一方面應選用優質、高穩定性的光學元件，并定期維護，防止污染，保持清潔；另一方面，需要開發激光焊接過程的實時監控方法，優化參數，監控工件激光功率和焦點位置的變化，實現閉環控制，提高可靠性和穩定性激光焊接質量。
最后，請注意，激光焊接是一種熔化過程。這意味著兩個基板將在激光焊接過程中熔化。這個過程很快，所以總的熱量輸入很低。但由于這是一個熔化過程，焊接不同材料時會形成脆性、高電阻的金屬間化合物。鋁銅組合特別容易形成中間金屬化合物。 這些化合物已被證明會對微電子器件搭接接頭的短期電氣和長期機械性能產生負面影響。 這些金屬間化合物對鋰電池長期性能的影響尚不確定。
