应用知识-1(电池的激光焊接技术)

1、应用知识-1（电池的激光焊接技术）激光应用知识20第一期电池的激光焊接技术以下内容摘自行业网站一、电池的应用范围电池工业是我国具有综合优势的传统产业，中国既是电池生产大国, 也是电池消费大国，近年来，中国电池行业发展迅速，已逐渐发展成为世 界电池生产、加工和贸易中心。电池产品广泛应用于笔记本电脑、手机、 数码相机、mp3、汽车、摩托车、电动自行车、船舶、叉车、轨道车辆、 ups不间断电源、矿灯、医疗仪器、电动玩具、遥控器、对讲机、应急灯、 报警器、信号灯等各种用电器具中。二、电池的产值2008年1-11月，中国电池制造行业实现累计工业总产值224,286,536 千元，实现累计产品销售收入21

2、2,639,873千元，实现累计利润总额 12,542,862千元；2009年月我国电池制造行业实现累计产品销售收入 263,405,786,000元，实现累计利润总额15,198,602,000元，截至2009年 月底，全行业规模以上企业数量为1476家。2010年上半隹电池工业总 产值完成1848.04亿元，比去年同期增长38.08%o三、电池的激光焊接技术电池通常都包含许多种材料，比如锌、钢、铝、铜、钛、镰等。这些金属可能被制成电极、导线，或仅仅是外壳。他们有可能被或者不被另一 种金属或者电池材料覆盖。但是，不管他们由什么组成，基于重量和成本 最小化的考虑，它们都应该尽可能地薄。许多新兴

3、的电池设计材料厚度范 围在25到250微米之间。焊接这些金属的两个主要的要求包括创造岀电 流传导路径和/或能够储存电解质，但对于每个电池的设计和应用 來说， 电池焊接的完整性能规格是独一无二的。导电性、强度、气密性、金属疲 劳和耐腐蚀性能是典型的焊接质量评价标准。然后，在所有这些标准都被 确定和实现之后，关键的决定因素是其成本是否经济。深圳泰德激光科技有限公司shenzhen tete laser technology co.? ltd.地址：深圳高新技术产业园科苑北路长园新材料港2栋2 bldgchangyuan new materials harbor, keyuan n. rd., s乙

4、 china电话/tel: 86-755-26953203 传真/fax: 86-755-26506185图1、镀謀钢制薄片的搭焊电池焊接设计对制造过程的成功起着关键作用。角焊和对焊往往对设 计师来说很有吸引力，但搭焊是目前为止最有可能成功的。搭焊相比于其 他两种焊接手段，能提供更多灵活性，这主要得益于其无需实现其它焊接 手段所要求的精密节点到梁端的对齐。搭焊同时也为最终的整合任务提供 了焊接多层电池组件的可能性（见图1）,这一过程有可能涉及到一种或多 种材料类型。例如，某种同一类型金属可能需要被精确焊接到另一类型 的导体上。可以采用的焊接手段冃前己经有许多种，并且还在迅速地发展。深圳泰德激光

5、科技有限公司shenzhen tete laser technology co., ltd.地址：深圳高新技术产业园科苑北路长园新材料港2栋2 bldgchangyuan new materials harbor, keyuan n. rd., s乙 china电话/tel: 86-755-26953203 传真/fax: 86-755-26506185图 2、混合金属焊接：cu-ai, ni-ai, ni-ti-ni串联电气连接和巴斯（buss）连接通常耍求连接非同类的金属。正是 在这个领域，激光焊接所特有的高速（100至1000毫米/秒）是其他焊接 技术所不能匹敌的。高亮度光纤激光器进一步

6、推动了高速焊接，在焊缝处 可实现低热输入和高凝固速度。这种高的冷却速度能有效控制发生在混合 金属焊接中的凝固缺陷。最容易产生裂纹的焊缝金属组合是铜与铝，这也 恰巧是在锂离子电池中最常用的金属组合z-o高速光纤激光焊接在这一 重要的金属焊接工艺中，表现出了无裂纹焊接的特性。其它一些需要用到 或不常见的金属组合同样也可以利用激光焊接完成，特别是当凝固速度很 高的时候（参见图2）。最后，只要这些焊缝金属组合是能够实现的，其至 关重要的一点是评估他们在预期电池应用中的表现能力（尤其是强度、韧 性、金属疲劳和耐腐蚀方面）。深圳泰德激光科技有限公司shenzhen tete laser technolog

7、y co., ltd.地址：深圳高新技术产业园科苑北路长园新材料港2栋2 bldgchangyuan new materials harbor, keyuan n. rd., s乙 china电话/tel: 86-755-26953203 传真/fax: 86-755-26506185也许有人会觉得，这种充满吸引力的制造工艺优势和机会的结合一定伴随着负面因素。第一个不利的因素就是这些独一无二的激光焊接应用对 电池设计师们来说是比较陌生的。因而，“激光友好”焊接设计并不常常 作为首选。另外，如果考虑运用激光焊接技术，那些经常出现的、尚未解 决的问题就会浮现岀来一一焊缝的性能究竟如何？电池行业似乎

8、更愿意 快速投入到值得信赖的制造产能上，简单來看，社团方面也没有时间、资 源或耐心来评估、研发和实施新兴的替代解决方案。有一种公认的、被频繁运用的激光焊接解决方案是基于振镜扫描的激 光焊接。这种“远程焊接”技术在广阔的激光焊接世界中并非特别新颖, 但在扫描头和激光性能上的改进，正让它越来越受到广泛关注。功率h益 增加的高功率光纤激光器发射出几乎完美的光束，现在可以在焊接加工的 极限速度内被完全充分利用，而且限制了其他焊接运动系统的加速问题并 未对其产牛影响。该光束质量还保证了更大的视觉范围、更长的运行时间 和更多地入射角，能在许多电池焊接配置中用来同时完成多个焊点的焊接 （参见图3）o图3、振

9、镜扫描激光焊接适用于许多电池配件的制造其他有关高速振镜扫描激光焊接的进步还包括新兴的“飞行光路”焊 接技术。在这个案例中，需要达到的广阔的覆盖区域、高焊接速度和非常 高的加速度等都能通过精准的同步扫描轴（a,b）和互相垂直的机械运动 方向（x, y）来实现。ewi公司使用了一个标准的scanlab扫描头和aerotech 公司生产的beta版cnc软件及硬件，开发并证明了这项技术的可行性。 这种高性能的激光焊接解决方案（见图4）冃前正用于电池焊接以及燃料 电池焊接工艺发展带来的挑战中。深圳泰德激光科技有限公司shenzhen tete laser technology co., ltd.地址：

10、深圳高新技术产业园科苑北路长园新材料港2栋2 bldgchangyuan new materials harbor, keyuan n. rd., s乙 china电话/tel: 86-755-26953203 传真/fax: 86-755-26506185图4、飞行光路，同步x-y-a-b振镜扫描焊接最后一个激光电池焊接难题是加工的稳定性和质量保证方面。基于激 光焊接的高速度和灵活性，制造过程的成功还要依赖于整个系统中其它机 械配件的性能，来快速实现良好的焊缝。这是一个非常艰巨的任务，特别 是考虑到焊接的小尺寸和高速度，以及在电池生产所需完成的焊缝数量巨 大。同时，考虑到在最终电池封装屮耍求

11、的焊接数量，6西格玛等级的焊 接质量还是不够的，需要达到更高的质量水平。对于这些主要挑战（工艺 路线和焊接质量保证）的解决，大多是通过高速图像采集和分析来获得。 其中的一些方法己经在一些更低速度的激光焊接应用中尝试了，但是需要 进一步提高速度和精确性，这也是在电池制造业中充分发挥激光焊接潜力 的保证。焊接速度、混合金属的性能和质量控制的机会都己经具备了，只欠进 一步发展和广泛利用。激光焊接有可能也只能捕捉到这轮新型电池开发热 潮中的一小块，但很可能会变成未来大多数电池材料连接应用的主导选择。激光焊接一直以來都是锂电制造过程中必不可少的工序，各种材料都 大量应用到激光焊接，如不锈钢壳、铝壳、聚合

12、物等。随着行业的不断发 展，对激光焊接的效率和质量提出了更高的要求，开始使用光纤传输激光 焊接，由于焊接机主机和聚焦头之间为柔性连接，这种方式更易于和流水生产线配套，实现全自动化。焊深圳泰德激光科技有限公司shenzhen tete laser technology co., ltd.地址：深圳高新技术产业园科苑北路长园新材料港2栋2 bldgchangyuan new materials harbor, keyuan n. rd., s乙 china电话/tel: 86-755-26953203 传真/fax: 86-755-26506185接的外观和性能也有了显著的提高。以下是电池顶部焊接的样品示例:市场部王淑兰/20