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深圳市聯贏激光股份有限公司
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閱讀：626發布時間：2023-8-14
最近，動力電池著實火！原材料價格“瘋漲”，產業鏈頭部企業加緊擴產，資本市場掀起漲停潮……
01
動力電池是什么？
電動汽車行業基本約定：為電動汽車提供驅動動力的電池被稱為動力電池，包括傳統的鉛酸電池、鎳氫電池以及新興的鋰離子動力電池，分為功率型動力電池（混合動力汽車）以及能量型動力電池（純電動汽車）。
，動力電池是新能源汽車的“心臟”。而動力鋰電池主要為三元材料電池及磷酸鐵鋰電池，下游為新能源汽車的裝機應用，相對于普通電池有更高的放電功率。
作為新能源汽車的配套行業，近年在新能源汽車產業的帶動下，動力電池行業也迎來爆發式增長。
（數據來源：中國產業研究院）
02
動力電池和激光焊接的關系
動力電池在新能源汽車整車成本中占比30%-40%，是新能源汽車成本占比的部分，對新能源汽車的續航里程、整車壽命、安全性等關鍵指標均有非常重要影響，因此，提升動力電池性能是提升新能源汽車整體性能的關鍵。
（動力鋰電池產業鏈示意圖）
在動力電池生產過程中，從電芯制造到PACK組裝，焊接都是一道非常重要的制造工序。尤其動力電池結構包含多種材料，如鋼、鋁、銅、鎳等這些金屬可能被制成電極、導線或是外殼。因此，無論是一種材料之間或是多種材料之間的焊接，都對焊接工藝提出了更高的要求。
激光焊接是利用激光束優異的方向性和高功率密度等特性進行工作，通過光學系統將激光束聚焦在很小的區域內，在極短的時間內使被焊處形成一個能量高度集中的熱源區，從而使被焊物熔化并形成牢固的焊點和焊縫。
在動力電池整個產業鏈中，激光焊接主要應用在動力鋰電池中游生產。作為一種高精密的焊接方式，極為靈活、精確和高效，能夠滿足動力電池生產過程中的性能要求，是動力電池制造過程中的，目前已經成為動力電池生產線的標配設備。
03
動力電池常見焊接應用
動力電池分方形、圓柱和軟包電池。當下，在動力電池的生產中，使用激光焊接的環節主要包括：
中道工藝：極耳的焊接（包括預焊接）、極帶的點焊接、電芯入殼的預焊、外殼頂蓋密封焊接、注液口密封焊接等；
后道工藝：包括電池PACK模組時的連接片焊接，以及模組后的蓋板上的防爆閥焊接等。
1、電池防爆閥焊接
防爆閥是電池封口板上的薄壁閥體，當電池內部壓力超過規定值時，防爆閥閥體破裂泄氣，釋放壓力，避免電池爆裂。防爆閥結構巧妙，多用激光焊接牢固一定形狀的兩個鋁質金屬片。當電池內部壓力升高到一定值時，鋁片從設計的凹槽位置處破裂，防止電池進一步膨脹造成爆炸。因而這道工序對激光焊接工藝要求極為嚴格，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范圍內（一般在0.4~0.7MPa），過大或太小都會對電池的安全性造成很大影響。
因此，防爆閥一般采用拼接焊。經過大量實踐證明，采用聯贏激光復合焊激光器可以實現高速高質量的焊接，且焊接穩定性、焊接效率以及良品率都能夠得到保障。
2、極柱焊接
電池蓋板上的極柱，分為電池內部和電池外部連接。電池內部連接，是電芯極耳與蓋板極柱的焊接；電池外部連接，是電池極柱通過連接片焊接，形成串聯、并聯電路，組成電池模組。
電池的極柱即電池的正負極，一般正極采用鋁，負極采用銅。常用的結構為鉚壓結構，鉚壓完成后進行滿焊，其大小一般為直徑8的圓。焊接時，在滿足設計要求的拉力和導電性能的情況下，優先選擇光束質量好、能量分布均勻的光纖激光器或是復合焊激光器，采用光纖激光器、復合焊激光器焊接可以實現的電極柱的鋁-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池蓋板與電芯的關鍵部件。它必須同時考慮到電池的過流、強度及低飛濺的要求，所以在與蓋板的焊接過程中，需要有足夠的焊縫寬度，且需要保證沒有particle落在電芯上，避免出現電池短路。而作為負極材料的銅，屬于低吸收率的高反材料，在焊接時需要更高的能量密度去焊接，聯贏激光的藍光復合激光器則可以很好的解決高反及飛濺等傳統工藝難題。
4、殼體封口焊接
動力電池的殼體材料有鋁合金和不銹鋼，其中采用鋁合金的最多，也有少數采用純鋁。不銹鋼是激光焊接性材質，尤其304不銹鋼，無論是脈沖還是連續激光都能夠獲得外觀和性能良好的焊縫。
使用連續激光器焊接薄殼鋰電池，效率可以提升5~10倍，且外觀效果和密封性更好。現在為了追求更快的焊接速度和更均勻的外觀，大部分公司已經開始采用復合焊和環形光斑取代以往低速的單光纖焊接，目前大部分公司的量產線焊接速度已達200mm/s，而部分廠家光纖焊接的低速線，為保證焊道穩定，一般量產速度為70mm/s。
5、密封釘（電解液注入口）焊接
密封釘（注液孔蓋帽）的形式也較多，其形狀通常為一個直徑 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，密封且不能有針孔、裂紋和爆點的存在。
作為電芯焊接的道工序，密封釘焊接的良率尤為重要。密封釘焊接時由于有殘留電解液的存在，導致有爆點、針孔等缺陷，而抑制這些缺陷的關鍵方式則是減小熱輸入量。經過長期實驗及市場的廣泛驗證，采用聯贏激光自主研發的激光器可以大幅提高穩定性和兼容性，從而使良率得到極大的提升，目前聯贏激光密封釘焊接的良率可達99.5%。
6、動力電池模組及PACK焊接
電池模組可以理解為鋰離子電芯經串并聯方式組合，并加裝單體電池監控與管理裝置。電池模組的結構設計往往能決定一個電池包的性能和安全。其結構必須對電芯起到支撐、固定和保護作用。同時如何滿足過電流要求，電流均勻性，如何滿足對電芯溫度的控制，以及是否有嚴重異常時能斷電，避免連鎖反應等等，都將是評判電池模組優劣的標準。
由于銅和鋁之間采用激光焊接后易形成脆性化合物，無法滿足使用要求，通常采用超聲波焊接外，銅和銅、鋁和鋁一般均采用激光焊接。同時，由于銅和鋁傳熱均很快，且對激光反射率非常高，連接片厚度相對較大，因此需要采用較高功率的激光器才能夠實現焊接。
04
關于聯贏激光
聯贏激光是行業的“動力電池焊接王”，作為新能源動力電池激光焊接系統解決方案的核心供應商，在動力電池焊接領域積累了非常豐富的實際經驗。擁有方殼動力電池電芯裝配線、方殼動力電池模組裝配線、燃料電池雙極板焊接線、動力電池模組FPC自動焊接線、圓柱動力電池模組裝配線、軟包動力電池模組PACK裝配線等行業的半自動及全自動激光焊接解決方案。經過16年潛心研發與技術積淀，聯贏激光能針對客戶不同需求，為客戶提供量身定制的激光焊接及自動化解決方案。
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