三大案例解決動(dòng)力電池激光焊接難題

編者按

而可調(diào)節(jié)環(huán)形光斑模式激光器憑借靈活配置不僅能夠解決傳統(tǒng)激光焊接存在的焊接氣孔、飛濺、高系鋁焊縫裂紋等難題，同時(shí)大大提高焊接工藝質(zhì)量和效率。

智能制造升級以及動(dòng)力電池安全性能持續(xù)提升需求下，越來越先進(jìn)的激光設(shè)備正在鋰電池制造中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

當(dāng)前激光焊接已經(jīng)成為動(dòng)力電池生產(chǎn)中不可或缺的標(biāo)準(zhǔn)工藝，包括電池防爆閥焊接、電池殼體與蓋板封口焊接、電池模組及PACK焊接、注液孔、電池組之間的串并聯(lián)焊接等數(shù)十道復(fù)雜工序。傳統(tǒng)激光技術(shù)已無法滿足動(dòng)力電池規(guī)模生產(chǎn)的高安全性、一致性等要求。

而光纖激光器憑借著在提高效率、節(jié)省能耗、使用壽命、提供精度和制造工藝等方面諸多競爭優(yōu)勢，正在鋰電池制造領(lǐng)域掀起技術(shù)革新。

作為全球領(lǐng)先的激光公司之一，Coherent相干公司不斷推陳出新，針對鋰電池制造過程中難點(diǎn)痛點(diǎn)研發(fā)新型光纖激光器——HighLightFL-ARM可調(diào)節(jié)環(huán)形光斑模式激光器，幫助鋰電池企業(yè)提升產(chǎn)品性能和降低成本。

HighLightFL-ARM激光器通過一根光纖提供兩束獨(dú)立控制的同軸激光光束。與傳統(tǒng)光纖激光器的光束不同，這種可調(diào)節(jié)環(huán)形光斑模式激光器輸出的光斑，由中心光斑和外邊一個(gè)環(huán)形光斑組成，且兩個(gè)光斑都可以實(shí)現(xiàn)激光功率和出光時(shí)間的實(shí)時(shí)獨(dú)立調(diào)整，為激光焊接工藝帶來了更大的靈活性和可能性。

如HighLightFL-ARM激光器使用外環(huán)光斑的前端對工件進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)用中心光斑來形成焊接小孔，然后用外環(huán)光斑的后端來穩(wěn)定熔池，進(jìn)而減少飛濺、氣孔等缺陷。

當(dāng)前動(dòng)力電池電芯大都采用3000和1000系列鋁合金，模組和Pack則采用5000、6000、7000系列鋁合金材料，使用傳統(tǒng)激光焊接一直存在焊接氣孔、飛濺、高系鋁焊縫裂紋等難題待解，普遍焊接速度不高、穩(wěn)定性及氣密性較差。

而可調(diào)節(jié)環(huán)形光斑模式激光器憑借靈活配置不僅能夠解決傳統(tǒng)激光焊接存在的焊接氣孔、飛濺、高系鋁焊縫裂紋等難題，同時(shí)大大提高焊接工藝質(zhì)量和效率。

其搭載采用五步防后向反射工藝的系統(tǒng)，可以加工銅、鋁合金和黃銅等高反材料，并具備最高30mm的任意金屬、可變厚度的切割。

此外，HighLightFL-ARM激光器憑借光束動(dòng)態(tài)調(diào)整，使用環(huán)形光斑融化焊絲，中心光束焊接匙孔，可做到幾乎無焊接氣孔、飛濺等情況，實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)量生產(chǎn)。

下文以電芯焊接、連接片及匯流排焊接和模組及Pack焊接3個(gè)實(shí)例闡述HighLightFL-ARM可調(diào)節(jié)環(huán)形光斑模式激光器在電池焊接中的應(yīng)用及優(yōu)勢：

01

Al-3000方形電池激光焊縫：幾乎無氣孔無飛濺

方形電池電芯，一般都采用3000系列鋁合金作為外殼，并需要用激光焊接對頂蓋進(jìn)行密封焊接。如采用傳統(tǒng)光纖激光器，很難解決焊接飛濺和氣孔的問題，電池的穩(wěn)定和可靠性受影響。

如上圖焊縫剖面所示，改用HighLightFL-ARM可調(diào)節(jié)環(huán)形光斑模式激光器焊接后，可做到幾乎無氣孔、無飛濺。

此外，在保證焊接質(zhì)量的同時(shí)，其焊接速度也可以提高至200mm/s以上，實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)量的生產(chǎn)。

02

連接片、匯流排焊接：銅和鋁都一樣沒飛濺

連接片和匯流排一般采用1000系列鋁合金或者T2的銅，其對焊接表面質(zhì)量和飛濺要求非常高。

而搭載五步防后向反射工藝系統(tǒng)的HighLightFL-ARM激光器，經(jīng)焊接測試，不管是銅還是鋁，幾乎沒有飛濺。

▲電池連接片Al1050

▲電池連接片：Cu T2

▲Busbar: AL1060

03

模組、Pack焊接：高系鋁焊縫無裂紋

在模組、Pack焊接過程中，相對于電芯采用的3000和1000系列鋁合金，模組和Pack上采用的5000、6000、7000系列鋁合金材料，其焊接難度又進(jìn)一步增加。除了焊接氣孔、飛濺，焊縫裂紋也是一個(gè)更加難以克服的問題。

而采用HighLightFL-ARM環(huán)形光斑技術(shù)，通過優(yōu)化環(huán)形光斑和中心光斑的功率配比、出光時(shí)間等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)5000、6000、7000系列鋁合金少氣孔、少飛濺和無裂紋的焊接。

下圖分別展示了搭接、對接、角接各種不同接頭形式的焊縫。

▲AL5083 + AL6063, 搭接焊縫

▲AL5083 角接焊縫

▲AL5083, 對接焊縫

通過以上實(shí)例不難看出，相干公司HighLightFL - ARM可調(diào)節(jié)環(huán)形光斑模式激光技術(shù)，解決動(dòng)力電池激光焊接難題的同時(shí)，還極大地提高了激光焊接工藝的質(zhì)量和效率。

最后要提及的是，作為全球領(lǐng)先的激光公司之一，Coherent（相干公司） 不僅在鋰電高功率光纖激光器領(lǐng)域占據(jù)不錯(cuò)的市場份額，其已為商用、工業(yè)、科學(xué)應(yīng)用等多領(lǐng)域提供了激光器、激光子系統(tǒng)和成套激光系統(tǒng)等完整產(chǎn)品組合。