激光焊接技术在锂离子动力电池电芯制作中的应用

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1、激光焊接技术在锂离子动力电池电芯制作中的应用　　摘要：介绍了一种锂离子电池生产过程激光焊接设备系统；介绍了一种激光焊接技术在锂离子动力电池电芯制作中的应用实例；简述了影响产品激光焊接质量的因素分析；展望了激光焊接技术在锂电池生产行业中的发展前景。　　关键词：激光焊接激光焊接工作台锂离子电池激光焊接激光焊接焊接影响应用　　中图分类号：TG456.7文献标识码：A文章编号：1672-3791（2016）03（b）-0074-02　　1激光焊接技术概述　　激光焊接的工作原理如下所示。　　激光焊接工作是应用高能脉冲激光来实现，

2、脉冲氙灯作为泵浦源，激光电源把脉冲氙灯点着，通过激光电源对氙灯放电，形成一定频率的光波，光波经过激光聚光腔照射到激光晶体上，使晶体受激辐射，再经过谐振腔之后发出波长的脉冲激光，该脉冲激光经过扩束，反射聚焦于所要焊接的物体，在控制器的控制下，移动工作台面完成焊接[1]。　　2一种锂离子电池电芯制作中激光焊接系统　　锂电池激光焊接系统主要由激光器、导光系统、工作台、电池组件固定工装夹具、控制系统、冷却系统组成。　　2.1激光器5　　激光器的选用首先决定于所要求的波长、功率和模式，以及加工对象。同时还要考虑在工作环境下运行的

3、可靠性，维修调整的方便性，尺寸的大小以及占用面积等因素。　　2.2导光系统　　导光系统将激光由激光器引导至由聚焦光或匀光光具组成的加工头。加工头若是固定的，则导光系统固定不动，若加工头可以运动，那么导光系统也必须是可动的。　　2.3工作台　　工作台用于固定电池零件工件，加工过程中确保工件与激光束的相对位置。根据加工要求，工作台能带动工件做所需的相对运动，工作台示意图见图1。　　工作台功能及性能介绍如下。　　（1）二轴运动模块：由两个伺服平台组合构成，每个伺服平台采用高精度电机驱动滚珠丝杆运动，线性导轨导向。伺服平台带动

4、焊接头进行焊接。　　（2）CCD监视模块：两个CCD与两个准直聚焦头同轴安装，在此工序中，CCD能够实时监控到焊点的焊接情况。　　机架：由方钢钣金焊接而成，实现机器的牢固稳定、外形美观、运行稳定。　　电控系统：实现对整个系统的控制（包括运动控制和传感器的检测）。　　软件系统：实现各个步骤的焊接与激光焊接的配合。　　2.4夹具部分5　　夹具需对焊接样件进行完全防护，只漏出焊接区域，能够有效地防止焊穿现象的发生，防止焊渣飞溅落到产品表面。　　（1）夹具机构：采用气缸夹紧，利用定位板定位，封闭式夹具结构防止焊渣飞溅落到产品表

5、面。　　（2）吹气机构：在不干涉夹具的情况下，使用加装侧吹方式（防飞溅气刀）吹保护气体，保证焊接表面效果；在飞溅严重的正极两侧，安装专用气刀，由压缩气体组成屏障，防止飞溅污染保护镜片。　　（3）导向部分：使工件沿导向槽放入夹具中，提高装夹效率。　　2.5冷却系统　　激光焊接机工作时，泵源对激光器的输入能量大部分都转化为灯、工作物质和聚光腔的热能。工作物质温度过高时，会严重损害激光器的正常工作，因此，必须采取冷却措施。一般采用闭合回路冷却系统，包括液泵、热交换器和容器等。　　当前的激光器件已经形成系列化，使用比较成熟，因

6、此，控制系统的性能就对整机功能起到重要影响。要求更加智能化和自动化[2]。　　3激光焊接技术在锂离子动力电池电芯制作中的应用　　3.1在锂离子动力电池（叠片工艺）电芯制作过程中的应用　　电池盖板极柱组件极耳软连接引片厚度、材质，极耳引片（Tab）厚度、材质，焊接面积，焊印形状，焊接参数等。在使用激光焊接的过程中，要综合考虑各种因素，并进行大量实验，才能得到良好的焊接效果。5　　电池在制作过程中，对于层数较多的软连接，需通过超声波焊接机对多层软连接进行预焊，再将预焊后压平后的软连接与盖板极柱利用激光焊接起来。若软连接层数

7、较少，可直接对多层软连接与极柱进行激光焊接，无需超声波预焊整形处理。　　3.2影响焊接过程因素分析　　进行焊接过程，需要保证物件完全加紧压平，确保有效焦距的位置公差精度，另外焊接过程中要使用氮气保护器，对焊接位置进行保护，防护产品氧化[3]。　　脉冲激光焊接机的规格参数主要为最大电功率、转换效率，最大激光功率，最大脉冲能量，峰值功率，最大光路分时分光反馈速度、决定了焊机规格的选择[4]。　　在锂电池生产过程中，此项工序作为特殊关键工序规定，一定要进行首件三检和过程自检，焊接完成后，需要使用拉力设备检验焊接效果，检验产品

8、焊接拉力和粘连面积，根据测试结果对焊接参数进行调整，直至焊接效果最佳方能连续生产，保证电池组件焊接质量一致性。针对动力电池壳体、盖板激光焊接试验，通过调整激光焊机脉宽、频率、峰值功率等工艺参数，验证不同参数对激光单点能量及焊接平均功率的影响，结合平均功率对焊缝熔深影响及不同熔深状态下与焊缝耐压强度的对应关系，进而优化激光焊接工艺参