激光焊接在鋰電池領(lǐng)域的應(yīng)用

　　鋰離子電池由于具有比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備（如移動(dòng)電話、筆記本電腦、PDA、數(shù)碼相機(jī)及數(shù)碼攝像機(jī)等）以及交通工具（巡邏車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車等）上，成為我國(guó)能源領(lǐng)域重點(diǎn)支持的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

　　動(dòng)力電池指應(yīng)用于電動(dòng)車的電池，是相對(duì)于小容量電池（如手機(jī)、筆記本電腦電池等）而言的，具有較大的容量和輸出功率，可用于電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)電源及大型移動(dòng)電源應(yīng)用領(lǐng)域的二次電池。鋰離子電池或電池組的制作工序非常多，而其中有多道工序，如防爆閥密封焊接、極耳焊接、軟連接焊接、安全帽點(diǎn)焊、電池殼體密封焊接、模組及PACK焊接都以激光焊接為最佳工藝。動(dòng)力電池用于焊接的材質(zhì)主要有純銅、鋁及鋁合金、不銹鋼等。

　　1、電池防爆閥焊接

　　電池的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),防爆閥閥體破裂,避免電池爆裂。安全閥結(jié)構(gòu)巧妙，這道工序?qū)す夂附庸に囈髽O為嚴(yán)格。沒(méi)有采用連續(xù)激光焊接之前，電池防爆閥的焊接都是采用脈沖激光器焊接，通過(guò)焊點(diǎn)與焊點(diǎn)的重疊和覆蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)密封焊接，但焊接效率較低，且密封性相對(duì)較差。采用連續(xù)激光焊接可以實(shí)現(xiàn)高速高質(zhì)量的焊接，焊接穩(wěn)定性、焊接效率以及良品率都能夠得到保障。

　　2、電池極耳焊接

　　極耳通常分為三種材料，電池的正極使用鋁（Al）材料，負(fù)極使用鎳（Ni）材料或銅鍍鎳（Ni-Cu）材料。在動(dòng)力電池的制造過(guò)程中，其中的一個(gè)環(huán)節(jié)是將電池極耳與極柱焊接到一起。在二次電池的制作中需要將其與另外一鋁制的安全閥焊接在一起。焊接不僅要保證極耳與極柱之間的可靠連接，而且要求焊縫平滑美觀。

　　3、電池極帶點(diǎn)焊

　　電池極帶使用的材質(zhì)包括純鋁帶、鎳帶、鋁鎳復(fù)合帶以及少量的銅帶等。電池極帶的焊接一般使用脈沖焊接機(jī)，隨著IPG公司QCW準(zhǔn)連續(xù)激光器的出現(xiàn)，其在電池極帶焊接上也得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)由于其光束質(zhì)量好、焊斑能夠做到很小，其在應(yīng)對(duì)高反射率的鋁帶、銅帶以及窄帶電池極帶（極帶寬度在1.5mm以下）的焊接有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

　　4、動(dòng)力電池殼體與蓋板封口焊接

　　動(dòng)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，一般為3003鋁合金，也有少數(shù)采用純鋁。不銹鋼是激光焊接性最好的材質(zhì)，尤其304不銹鋼，無(wú)論是脈沖還是連續(xù)激光都能夠獲得外觀和性能良好的焊縫。

　　鋁及鋁合金的激光焊焊接性能根據(jù)采用焊接方式的不同而略有差異。除了純鋁和3系鋁合金采用脈沖焊接和連續(xù)焊接都沒(méi)有問(wèn)題，其他系列鋁合金最優(yōu)選擇連續(xù)激光焊接方式，以減小裂紋敏感性。同時(shí)，根據(jù)動(dòng)力電池殼體厚度選擇合適功率的激光器，一般殼體厚度1mm以下時(shí)，可考慮采用1000W以內(nèi)單模激光器，厚度在1mm以上需使用1000W以上單?；蚨嗄＜す馄鳌?/p>

　　小容量鋰電池常采用比較薄的鋁殼（厚度在0.25mm左右），也有18650之類的采用鋼殼。由于殼體厚度的關(guān)系，此類電池的焊接一般采用較低功率的激光器即可。使用連續(xù)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。因此有逐漸取代脈沖激光器在這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的趨勢(shì)。

　　5、動(dòng)力電池模組及pack焊接

　　動(dòng)力電池之間的串并聯(lián)一般通過(guò)連接片與單體電池的焊接來(lái)完成，正負(fù)極材質(zhì)不同，一般有銅和鋁2種材質(zhì)，由于銅和鋁之間采用激光焊接后形成脆性化合物，無(wú)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(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。

　　激光焊接鋰電池的特點(diǎn)

　　從鋰電池電芯的制造到電池PACK成組，焊接都是一道很重要的制造工序，鋰電池的導(dǎo)電性、強(qiáng)度、氣密性、金屬疲勞和耐腐蝕性，是典型的電池焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。焊接方法和焊接工藝的選用，將直接影響電池的成本、質(zhì)量、安全以及電池的一致性。激光焊接憑借焊接安全可靠、工藝精密、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，成為了很多焊接任務(wù)的首選方案。

　　鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r分析

　　1、鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

　　經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，中國(guó)鋰電池行業(yè)已經(jīng)建立了包含鋰礦采選、材料供應(yīng)、電芯及PACK、電池回收等各個(gè)環(huán)節(jié)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。鋰電池行業(yè)在下游市場(chǎng)需求推動(dòng)下，產(chǎn)量規(guī)模保持高速增長(zhǎng)，從2012年的17.2Gwh增長(zhǎng)到2017年的88.7Gwh，5年時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)量增長(zhǎng)了4倍。

　　電動(dòng)交通工具（最主要是新能源汽車）、3C數(shù)碼、儲(chǔ)能行業(yè)是鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大推動(dòng)力。2016年，新能源汽車以30.8GWh的需求量超過(guò)3C數(shù)碼，成為鋰電池最大消費(fèi)市場(chǎng)，到2017年動(dòng)力電池產(chǎn)量增長(zhǎng)至44.5GWh。儲(chǔ)能電池發(fā)展?jié)摿薮?，但由于技術(shù)、政策等原因仍處于市場(chǎng)導(dǎo)入階段，相對(duì)于動(dòng)力電池相對(duì)滯后。未來(lái)隨著技術(shù)逐漸成熟，儲(chǔ)能市場(chǎng)也將成為拉動(dòng)鋰電池消費(fèi)的另一極。

　　2、新能源汽車及動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

　　隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，產(chǎn)業(yè)節(jié)能化、環(huán)?；l(fā)展被高度重視，新能源汽車出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。產(chǎn)量由2012年1.26萬(wàn)輛增長(zhǎng)至2017年的79.4萬(wàn)輛，年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)99.4%。2017年產(chǎn)銷分別為79.4萬(wàn)輛和77.7萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)53.6%和53.3%，產(chǎn)銷量同比增速分別提高了2.1和0.3個(gè)百分點(diǎn)。2017年新能源汽車市場(chǎng)占比2.7%，比上年提高了0.9個(gè)百分點(diǎn)。中國(guó)已超過(guò)美國(guó)成為全球范圍內(nèi)第一大新能源汽車市場(chǎng)，連續(xù)三年產(chǎn)銷量居世界第一。

　　動(dòng)力電池作為新能源汽車核心零部件，其發(fā)展緊隨新能源汽車整體市場(chǎng)趨勢(shì)，動(dòng)力電池市場(chǎng)也呈現(xiàn)爆發(fā)式發(fā)展趨勢(shì)，資本的大量涌入帶動(dòng)了力電池產(chǎn)量的大幅提升。

　　2017年中國(guó)汽車用動(dòng)力電池產(chǎn)量達(dá)到44.5Gwh，同比增長(zhǎng)45%。OFweek預(yù)計(jì)，未來(lái)四年，動(dòng)力電池需求量將保持著40%以上的年復(fù)合增長(zhǎng)速度，到2020年，中國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池需求量將突破120Gwh。