激光焊接技術(shù)在動力電池制造中的應用

在全球汽車產(chǎn)業(yè)向電動化轉(zhuǎn)型的浪潮中，動力電池作為新能源汽車的核心能量來源，其性能、安全性和成本決定了電動汽車的市場競爭力。動力電池的制造是一個涉及材料學、電化學與精密機械等多學科交叉的復雜過程，其中，高質(zhì)量的連接技術(shù)是貫穿始終的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的連接工藝如電阻焊、超聲焊等，在應對動力電池大規(guī)模、自動化生產(chǎn)，以及處理銅、鋁等高導熱材料時，逐漸顯現(xiàn)出熱影響大、一致性差、工藝參數(shù)窗口窄等局限性。激光焊接技術(shù)，憑借其能量密度高、熱輸入可控、非接觸、易于自動化等一系列顯著優(yōu)勢，契合了動力電池制造對精度、效率與可靠性的嚴格要求，已成為從電芯制造到電池包組裝全流程中的核心工藝。本文旨在闡述激光焊接技術(shù)在動力電池不同制造階段的具體應用，并總結(jié)其對推動動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要意義。

電芯是動力電池的基本單元，其制造精度和密封性是電池安全與性能的根本保障。激光焊接主要用于電芯的精密連接和最終密封。首先，在電芯內(nèi)部的電氣連接上，激光焊接被用于極耳的焊接。在卷繞或疊片工藝完成后，需要將數(shù)十層甚至上百層的正極（鋁箔）和負極（銅箔）集流體的極耳牢固地焊接在一起，并與外部極柱或轉(zhuǎn)接片形成可靠的電氣通路，如圖1所示。激光焊接能夠以極短的脈沖時間瞬間熔合這些薄片材料，形成低電阻、高強度的焊點。其優(yōu)勢在于熱影響區(qū)極小，有效避免了焊接熱量損傷緊鄰的隔膜和活性物質(zhì)，從而保護了電芯的電化學性能。

將單個電芯集成為模組和電池包，需要進行大量的電氣連接和結(jié)構(gòu)固定，這是激光焊接應用最集中、技術(shù)挑戰(zhàn)也最大的環(huán)節(jié)。在電氣連接方面，核心應用是電芯間的串并聯(lián)焊接。通過將匯流排（通常是鋁排或銅排）與電芯的極柱進行連接，構(gòu)建起整個電池包的電路系統(tǒng)。

此環(huán)節(jié)的難點在于：1）材料特性挑戰(zhàn)，銅和鋁對常用紅外激光的反射率高、導熱快，焊接難度大；2）異種材料連接，如銅匯流排與鋁極柱的連接，極易生成脆性的金屬間化合物（IMC），影響連接的長期可靠性。針對這些挑戰(zhàn)，業(yè)界開發(fā)了擺動激光焊接、復合焊接（如激光-電弧）以及采用綠光/藍光等新型波長激光器的先進工藝。這些技術(shù)通過擴大熔池、增強攪拌、提高能量吸收率等方式，有效抑制了飛濺、氣孔等缺陷，控制了IMC層的厚度，從而實現(xiàn)了電氣連接。在結(jié)構(gòu)連接方面，激光焊接同樣扮演著重要角色。例如，用于固定電芯的模組側(cè)板、端板等結(jié)構(gòu)件，以及連接電池包箱體和蓋板，都可以采用激光焊接。相比傳統(tǒng)螺接或鉚接，激光焊接能夠?qū)崿F(xiàn)更高的一體化程度和結(jié)構(gòu)強度，有助于提升電池包的抗振動、抗沖擊能力。此外，電池管理系統(tǒng)中的電壓、溫度傳感器等采集線路的微小焊點，也越來越多地采用激光焊接，以確保信號采集的長期穩(wěn)定性和可靠性。

激光焊接技術(shù)以其較高的精度、速度和可靠性，融入了動力電池制造的每一工序。從微觀的電芯極耳焊接到宏觀的電池包結(jié)構(gòu)連接，從保障電芯安全的氣密性封裝到?jīng)Q定電池性能的低電阻電氣連接，激光焊接都發(fā)揮著不可替代的核心作用。它不僅有效解決了銅、鋁等難焊材料的加工難題，滿足了大規(guī)模自動化生產(chǎn)對效率和一致性的要求，更通過對焊接熱量的精準控制，最大限度地保護了電池的電化學性能。激光焊接技術(shù)的成熟與發(fā)展，已經(jīng)成為推動動力電池能量密度提升、制造成本下降和安全性能增強的關(guān)鍵技術(shù)引擎，為全球新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了堅實的制造基礎(chǔ)。

來源：激光制造網(wǎng)