干货|用于高品质车载锂电池的先进激光焊接技术

最新的资料显示，以中国为首的新能源汽车，销售量已经超过850万台，这样的普及率已经远远超过了日本车企的预期，甚至有些车企把新能源电动车的计划再提前了5年。

普及率的急速扩大，有环境问题和新能源补贴的因素。同时，作为新能源汽车的成本大头，锂电池价格的快速下降，不可燃电池材料的普及和高品质激光技术的普及均是推动新能源汽车普及率的重要因素。联赢激光是国内较早从事研发、生产动力电池激光焊接设备的厂商之一，目前几乎向全球所有头部锂电池制造商提供高质量的激光焊接设备及自动化解决方案。

全面保证车载电池安全，无焊接缺陷的极高品质、高稳定性的生产必不可少。全世界范围的新能源汽车普及潮流中，成本竞争越来越激烈，不光是设备的成本，通过激光技术进一步减少电池本身的部件数量，也是竞争力的关键。激光焊接通过消减部件和简化制造方法，能彻底消减电池生产成本，进一步提高锂电池产品的竞争力。

Cpk是表示工程能力的数值，对于高品质、大批量生产的车企来说，是非常重要的指标。与不良率的关系中，3σ管理的不良率0.27%为Cpk=1，6σ管理为Cpk=2，车企一般要求Cpk≥1.67，换算成不良率的话，是0.000057%以下的极其严格的品质和稳定性。

为了满足电池的高质量、高接合强度和低接合电阻，原理上能够避免制造缺陷的技术是必不可少的。深熔焊保证有效的焊接熔深，热传导焊的预热作用，能够维持匙孔的开口状态，保证顺畅排出内部气体，而不产生焊接飞溅。与此同时，也能让熔池缓慢冷却，在气体排出之前，液态金属不凝固，防止内部气孔的产生。

随着激光技术的进步，运用这个基本原理的双纤芯方式、多光束方式、摆动焊接方式等正在快速的普及。特别是迄今为止传统激光器难以焊接的铜-铝等异种金属焊接，可以通过这种激光实现高品质焊接。

目前，联赢激光在轻型手持式摆动焊接头方面也取得了很好的进展，如上图所示，即使需要焊接的工件有0.3mm的间隙，也能实现稳定的焊接。

Wobble和摆动焊接的方式，根据实际的用途和目的，可以调整相关参数，实现各种熔池形状的焊接，减少氧化，进而获得非常好的焊接质量。联赢激光通过改良摆动方式，在铝材和不锈钢产品的焊接，即使间隙0.5mm也可以实现稳定、简单的焊接，容器的密封性也很好。对于小批量生产，手持式焊接方法是非常好的方式。

车载用电池一般有方壳电池、圆柱电池、软包电池3种，铝和铜是其主要构成的金属材料，UW为所有类型的电池提供激光设备及解决方案。

联赢使用半导体激光器复合光纤激光器的方法，解决上述全部问题。

单光纤和复合焊的封口焊接比较

特别是封口部分，通常的激光焊接很难覆盖由于接合偏差导致的间隙和台阶。UW的复合焊接方法封口位置焊接强度很高，几乎没有接合不良的情况，为降低电池制造商的产品不良导致的成本增加做出了巨大的贡献。

UW不是与各类硬件敌对，而是找到优点，结合优点，再共同利用的思想。这也是UW名字的由来UNITED　WINNER（联合共赢）的基本思想。

UW强大的产品竞争力和丰富的技术积累，能为客户提供合理、快速的服务。UW开发了激光复合焊等原理上不产生不良的激光焊接方法，推出包含量产实际激光条件和工艺诀窍的多种锂电池激光设备。并且在焊接实验室设置了几十个工位，满足客户各类样品制作、验证工作，甚至保密的实际产品焊接验证。

通过这些，电池制造商能将重要的资源投入到电池产品的本身竞争力上，有的电池制造商能够集中精力开发新的电池，进行结构改良或者材料改良开发，仅仅一年，就实现新电池的量产。

目前实现完全没有气孔的铜端子激光焊接比较困难，由于在通电测试中偶尔发生的空洞爆炸造成的不良损失，从安全和成本方面的考虑，很多制造商还是不得不选择需要维护的TIG焊接方式。UW利用3+1蓝光光纤复合焊接设备，实现了完全无空洞的高速焊接，单PIN焊接时间＜0.2s。

由于光纤激光器的迅速普及，生产锂电池用的激光器成本不断下降，另外，随着EV的成本降低和性能的提升，未来EV也可以像普通的燃油车一样，届时，锂电池的循环利用产业也会大幅增长。

进一步提高锂电池的密度和容量是未来发展趋势，UW对车企和电池制造商提出了通过激光技术来实现高密度、高容量、高稳定性、低成本的锂电池生产的建议，以及继续开发合理、高质量的激光设备及新工艺方法，希望能尽绵薄之力为世界的CO2消减做贡献。

作者：千國達郎、牛增强

资料来源：ＵＷ－ＪＡＰＡＮ（株）&ＵＷ　ＬＡＳＥＲ（深圳市联赢激光股份有限公司）