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新能源行業(yè)應(yīng)用解決方案

方案概述：

動力電池作為新能源產(chǎn)業(yè)的重要一環(huán)，近年來取得了長足的發(fā)展，且未來發(fā)展?jié)摿σ廊痪薮?。《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》(征求意見稿)，提出我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展目標為純電動汽車成為主流，到2025年，新能源汽車銷量占比達到25%左右。

作為我國當前和未來十幾年新能源汽車發(fā)展的綱領(lǐng)性文件，根據(jù)GGII高工產(chǎn)研數(shù)據(jù)，預(yù)計到2022年，電動汽車動力電池需求量將超過325GWh，相比2017年69GWh的需求量增長了3.7倍。

數(shù)據(jù)顯示，2018年我國僅鋰電池焊接市場規(guī)模就達到了36.30億元，未來隨著新能源產(chǎn)業(yè)鏈的不斷發(fā)展與精密制造的進一步普及，激光焊接的應(yīng)用場景料將不斷擴大，細分產(chǎn)業(yè)規(guī)模也將得到提升。根據(jù)GGII預(yù)測，到2020年國內(nèi)動力電池新增激光焊接設(shè)備需求約為30-91億元，市場前景十分可觀。

由于焊接方法和焊接工藝的選用將直接影響動力電池的成本、質(zhì)量和安全，而與傳統(tǒng)焊接方法相比，激光焊接具有提升電池良品率、提高焊接效率的同時降低成本、應(yīng)用材質(zhì)廣泛等優(yōu)勢，因此激光焊接設(shè)備已成為動力電池生產(chǎn)線的標配設(shè)備。

鋰電池由于具有比能量高、循環(huán)壽命長、自放電小、無記憶效應(yīng)和無污染等優(yōu)點，也廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備(如、筆記本電腦、PDA、數(shù)碼相機及數(shù)碼攝像機等)以及交通工具(車、電動自行車等)上，成為我國能源領(lǐng)域重點支持的產(chǎn)業(yè)。

動力電池特指應(yīng)用于電動車的電池，是相對于小容量鋰電池(如手機、筆記本電腦電池等)而言的，具有較大的容量和輸出功率，可用于電動車輛驅(qū)動電源及大型移動電源應(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、安全帽點焊、電池殼體密封焊接、模組及PACK焊接都以激光焊接機為工藝。動力電池用于焊接的材質(zhì)主要有純銅(化學式Cu)、鋁(Al)及鋁合金、不銹鋼等。

動力電池激光焊接：

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, 當電池內(nèi)部壓力超過規(guī)定值時, 防爆閥閥體破裂, 避免電池爆裂(burst)。安全閥(作用:控制壓力不超過規(guī)定值)結(jié)構(gòu)巧妙，這道工序?qū)す?LASER)焊接工藝要求極為嚴格。沒有采用連續(xù)(Continuity)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，通過焊點與焊點的重疊和覆蓋(Cover)來實現(xiàn)連續(xù)密封焊接，但焊接效率較低，且密封性相對較差。采用連續(xù)激光焊接可以實現(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)(Al)材料，負極使用鎳(Ni)(Ni)材料或銅鍍鎳(Ni-Cu)材料。在動力電池的制造過程中，其中的一個環(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、電池極帶點焊

電池極帶使用的材質(zhì)包括純鋁帶、鎳(Ni)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，隨著IPG公司QCW準連續(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，同時由于其光束質(zhì)量好、焊斑能夠做到很小，其在應(yīng)對高反射率的鋁帶、銅帶以及窄帶電池極帶(極帶寬度在1.5mm以下)的焊接有著的優(yōu)勢(解釋:能壓倒對方的有利形勢)。

4、動力電池殼體與蓋板封口焊接

動力電池的殼體材料有鋁(Al)合金和不銹鋼(不銹耐酸鋼)，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的材質(zhì)，尤其304不銹鋼，無論是脈沖還是連續(xù)激光都能夠獲得外觀和性能良好的焊縫。

鋁及鋁合金(熔點660℃)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)(Continuity)焊接都沒有問題，其他系列鋁合金選擇連續(xù)激光焊接方式，以減小裂紋敏感性。同時，根據(jù)動力電池殼體厚度選擇合適功率(指物體在單位時間內(nèi)所做的功的多少)的激光器，一般殼體厚度1mm以下時，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)(Continuity)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應(yīng)用領(lǐng)域的趨勢(trend)。

5、動力電池模組及pack焊接

動力電池之間的串并聯(lián)一般通過連接片與單體電池的焊接來完成，正負極材質(zhì)不同，一般有銅和鋁(Al)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(指物體在單位時間內(nèi)所做的功的多少)的激光器才能夠?qū)崿F(xiàn)焊接。

動力電池極耳激光切割：

激光在鋰電池極片上切割出正負極耳朵時，切割效果會直接影響鋰電池的安全性。切割毛刺、熱影響區(qū)和漏金屬區(qū)過大，都可能影響鋰電池的性能。針對不同的電極片材質(zhì)，需要調(diào)節(jié)不同的激光切割工藝參數(shù)適配。

從切割效果可見：激光切割極耳的垂直毛刺小于10um，水平毛刺小于15um，熱影響區(qū)小于15um。這些工藝瑕疵得到嚴格的控制，極大降低了鋰電池的安全隱患。

對于光纖激光器而言，其中一個重要參數(shù)就是光束質(zhì)量M2。光束質(zhì)量直接決定了一臺光纖激光器所能調(diào)出的效果。因此，改善光束質(zhì)量是極耳切割光纖激光器的重要課題