动力电池制造过程中焊接方法和工艺的合理选择将直接影响电池的成本、质量、安全性和一致性。下面我们来梳理一下动力电池焊接的内容。
1 激光焊接原理
激光焊接利用激光束的优良方向性和高功率密度来工作。激光束通过光学系统在小范围内聚焦，在极短的时间内在焊接部位形成能量集中度高的热源。区，使焊接材料熔化并形成牢固的焊点和焊缝。
2 种激光焊接
热传导焊和深熔焊
激光功率密度105~106w/cm2形成激光热传导焊，激光功率密度105~106w/cm2形成激光深熔焊。
穿透和缝焊
通过熔透焊，连接件不需要打孔，加工比较简单。穿透焊接需要强大的激光焊机。穿透焊的熔深低于缝焊，可靠性相对较差。
与渗透焊相比，缝焊需要的激光焊接机功率较小。缝焊的熔深比透焊高，可靠性相对较好。但连接件需要打孔，加工难度较大。
脉冲焊接和连续焊接
1) 脉冲模式焊接
激光焊接时应选择合适的焊接波形。常用的脉冲波形有方波、峰波、双峰波等。铝合金表面对光的反射率过高。当高强度激光束撞击材料表面时，金属表面会因反射损失60%-98%的激光能量，并且反射率随表面温度而变化。一般在焊接铝合金时最好选用尖波和双峰波。这种焊接波形后面的减速部分的脉冲宽度较长，可以有效减少气孔和裂纹的产生。
由于铝合金对激光的高反射率，为了防止激光束的垂直反射造成垂直反射而损坏激光聚焦镜，焊接过程中焊头通常偏转一定角度.焊点直径和有效接合面直径随着激光倾角的增大而增大。当激光倾角为40°时，得到最大焊点和有效接合面。焊点熔深和有效熔深随着激光倾角的增加而减小，大于60°时，有效熔深减小为零。因此，通过将焊头倾斜一定角度，可以适当增加焊缝的熔深和熔深。
另外，焊接时，以焊缝为界，激光焊点需要离盖板65%，在外壳上35%，可以有效减少关盖问题引起的爆炸。
2) 连续模式焊接
因为连续激光焊接的加热过程不像脉冲机的骤冷骤热，焊接时产生裂纹的趋势不是很明显。为了提高焊接质量，采用连续激光焊接。焊缝表面光滑均匀，无飞溅，无缺陷。没有发现裂缝。在铝合金的焊接中，连续激光的优势是显而易见的。与传统焊接方式相比，生产效率高，无需填丝；与脉冲激光焊接相比，可解决焊后产生的裂纹、气孔、飞溅等缺陷，确保铝合金焊后具有良好的力学性能；焊后不会下垂，焊后抛光打磨量减少，节省了生产成本，但由于连续激光的光斑比较小，所以对工件的装配精度要求较高。
在动力电池焊接中，焊接工艺技术人员会根据客户的电池材料、形状、厚度、拉力要求等选择合适的激光和焊接工艺参数，包括焊接速度、波形、峰值、焊头倾角、等，设置合理的焊接工艺参数，确保最终焊接效果符合动力电池厂家的要求。
3 激光焊接的优点
能量集中，焊接效率高，加工精度高，焊缝纵横比大。激光束易于聚焦，对准并由光学仪器引导。它可以放置在距工件适当的距离处，并且可以在工件周围的夹具或障碍物之间重新定向。由于上述空间限制，不能使用其他焊接定律。
热输入小，热影响区小，工件残余应力和变形小；焊接能量可精确控制，焊接效果稳定，焊接外观好；非接触焊接，光纤传输，可达性好，自动化程度高。焊接细线材或细线材时，不存在电弧焊那样的回熔问题。由于“轻”的原理，动力电池所用的电芯通常采用“轻”的铝材，需要做得更“薄”。一般外壳、盖板和底部基本要求小于1.0mm。目前主流厂商的基本材料厚度在0.8毫米左右。
为各种材料组合提供高强度焊接，特别是在铜材料之间和铝材料之间进行焊接时。它也是唯一可以将电镀镍焊接到铜材料上的技术。
4 激光焊接工艺的难点
目前，铝合金材料制成的电池壳占整个动力电池的90%以上。其焊接的难点在于铝合金对激光的极高反射率，焊接过程中气孔的敏感性高，焊接过程中难免会出现一些问题和缺陷，其中最重要的是气孔、热裂纹和爆炸。
铝合金激光焊接过程中的气孔主要有两种：氢气孔和气泡破裂产生的气孔。由于激光焊接的冷却速度过快，氢孔问题比较严重，另外还有一种是激光焊接时小孔塌陷造成的孔。
热裂问题。铝合金是典型的共晶合金，在焊接过程中容易产生热裂纹，包括焊缝结晶裂纹和HAZ液化裂纹。由于焊缝区成分的偏析，会发生共晶偏析，发生晶界熔化。在晶界处形成液化裂纹，降低焊接接头的性能。
爆炸（也称为飞溅）问题。引起爆炸的因素很多，比如材料的清洁度、材料本身的纯度、材料本身的特性等等，其中激光的稳定性起着决定性的作用。外壳表面有凸起、气孔和内部气泡。主要原因是光纤纤芯直径太小或激光能量设置过高。并不是某些激光设备商宣传的“光束质量越好，焊接效果越好”。良好的光束质量适用于熔深较大的叠焊。找到合适的工艺参数是解决问题的法宝。
其他困难
软封装极耳焊接对焊接工装要求较高，且极耳必须压紧以保证焊接间隙。可实现S形、螺旋形等复杂轨迹的高速焊接，在加强焊接强度的同时增加焊接面积。
圆柱电池的焊接主要用于正极的焊接。由于负极外壳很薄，很容易焊透。比如目前有的厂家负极采用免焊工艺，正极采用激光焊接。
方形电池焊接时，极柱或连接片污染较厚。连接件焊接时，污染物分解，易形成焊接爆点，造成孔洞；极细的电池和塑料或陶瓷结构件很容易焊接。穿。极小时，容易焊接到塑料的燃烧点，形成爆炸点。不要使用多层连接件，层间有气孔，不易焊接。
方形电池焊接工艺最重要的工序是壳盖的封装，根据位置不同分为上盖和下盖的焊接。由于部分电池厂家生产的电池体积小，电池壳采用“拉深”工艺制造，只需要焊接顶盖即可。
方形电池的焊接方式主要分为侧焊和顶焊。侧焊的主要优点是对电芯内部的冲击小，飞溅物不易进入壳盖内部。既然焊接后会产生凸点，对后续工序的组装会有轻微影响，侧焊工艺对激光的稳定性和材料的清洁度有极高的要求。由于顶焊工艺是单面焊接，对焊接设备的集成度要求比较低，量产简单，但也有两个缺点。一个是焊接可能会有一点飞溅到电芯中，另一个是外壳的前段。高处理要求可能导致成本问题。
5 影响焊接质量的因素
激光焊接是目前高端电池焊接的主要方式。激光焊接是用高能光束激光照射工件，使工作温度急剧上升，使工件熔化并重新连接，形成永久连接的过程。激光焊接的剪切强度和撕裂强度都比较好。电池焊接质量，其导电性、强度、气密性、金属疲劳性和耐腐蚀性是典型的焊接质量评价标准。
影响激光焊接质量的因素有很多。其中一些非常不稳定并且具有相当大的不稳定性。如何正确设置和控制这些参数，使其在高速连续激光焊接过程中控制在合适的范围内，以保证焊接质量。焊缝成形的可靠性和稳定性是关系到激光焊接技术实用化和产业化的重要问题。影响激光焊接质量的主要因素分为焊接设备、工件状况和工艺参数三个方面。
1) 焊接设备
对激光器质量最重要的要求是光束模式和输出功率及其稳定性。光束模式是光束质量的主要指标。光束模式阶数越低，光束聚焦性能越好，光斑越小，相同激光功率下的功率密度越高，焊缝的深度和宽度越大。一般要求基模（TEM00）或低次模，否则难以满足高质量激光焊接的要求。目前国产激光器在激光焊接方面在光束质量和功率输出稳定性方面还存在一定的困难。从国外来看，激光器的光束质量和输出功率稳定性都相当高，不会成为激光焊接的问题。光学系统中影响焊接质量最重要的因素是聚焦透镜，所用焦距一般在127mm（5in）到200mm（7.9in）之间。过程中的污染和飞溅损坏。
波长越短，吸收率越高。通常，具有良好导电性的材料具有较高的反射率。对于 YAG 激光器，银的反射率为 96%，铝为 92%，铜为 90%，铁为 60%。温度越高，吸收率越高，呈线性关系；一般在表面涂上磷酸盐、炭黑、石墨等可以提高吸收率。
2) 工件状态
激光焊接要求加工工件的边缘，装配精度高，光斑与焊缝严格对齐，在焊接过程中不能改变工件原有的装配精度和光斑的对齐方式，因为焊接热变形。这是因为激光光斑小，焊缝窄。一般不添加填充金属。如果装配不严格，间隙过大，则梁可以通过间隙而不能熔化母材，或造成明显的咬边和凹陷，如光斑对焊缝的偏差。如果太大，可能会导致不完全融合或不完全穿透。因此，一般情况下，板的对接间隙和光斑对准偏差不应大于0.1mm，错边不应大于0.2mm。在实际生产中，有时会因为无法满足这些要求而无法使用激光焊接技术。为获得良好的焊接效果，允许的对接间隙和搭接间隙应控制在板材厚度的10%以内。
成功的激光焊接需要被焊接的基材之间的紧密接触。这需要仔细拧紧零件以获得最佳效果。这在很容易弯曲错位的薄接头基板上很难做到，尤其是当接头嵌入到大型电池模块或组件中时。
3) 焊接参数
(1) 对激光焊接方式和焊缝成型稳定件的影响 最重要的焊接参数是激光光斑的功率密度，它对焊接方式和焊接的影响如下：
焊缝成形稳定性：随着激光光斑功率密度从小到大依次增加，依次为稳定热传导焊接、模式不稳定焊接和稳定深熔焊。
在光束模式和聚焦镜焦距固定时，激光光斑的功率密度主要由激光功率和光束焦点位置决定。激光功率密度与激光功率成正比。焦点位置的影响有一个最优值；当光束焦点位于工件表面下方的某个位置（1-2mm范围内，取决于厚度和参数）时，可以获得最理想的焊缝。偏离这个最佳焦点位置，工件表面的光斑会变大，导致功率密度变小，到一定范围，会引起焊接过程形式的变化。
焊接速度对焊接工艺形式和稳定零件的影响不如激光功率和焦点位置显着。只有当焊接速度太高时，热输入太小，才能维持稳定的深熔焊接过程。在实际焊接中，应根据焊件对熔深的要求选择稳定的深熔焊或稳定的热传导焊，绝对避免不稳定模式焊接。
(2)在深熔焊接范围内，焊接参数对熔深的影响：在稳定的深熔焊接范围内，激光功率越高，熔深越大，约为0.7功率；焊接速度越高，熔深越浅。在一定的激光功率和焊接速度下，焦点在最佳位置时，熔深最大，偏离该位置时，熔深减小，甚至成为模态不稳定焊接或稳定热传导焊接。
(3)保护气的影响，保护气的主要作用是在焊接过程中保护工件不被氧化；保护聚焦透镜免受金属蒸汽污染和液滴溅射；消散大功率激光焊接产生的等离子体；工件，减少热影响区。
保护气体通常是氩气或氦气，如果表观质量不高也可以使用氮气。它们产生等离子体的倾向明显不同：氦由于其高电离体和较快的热导率，产生等离子体的倾向低于氩，因此可以获得更大的穿透深度。在一定范围内，随着保护气体流量的增加，对等离子体的抑制趋势增加，因此穿透深度增加，但增加到一定范围时趋于稳定。
(4)各参数的可监测性分析：4个焊接参数中，焊接速度和保护气体流量是易于监测和保持稳定的参数，而激光功率和焦点位置是焊接过程中可能发生波动的参数难以监控。范围。虽然激光器输出的激光功率非常稳定且易于监控，但到达工件的激光功率会因光导和聚焦系统的损耗而变化，这与光学元件的质量、使用年限和表面污染有关工件。不易监控，成为焊接质量的不确定因素。光束焦点位置是对焊接质量影响最大、最难监控的焊接参数之一。目前在生产中需要人工调整和反复的工艺测试来确定合适的焦点位置，以获得理想的穿透力。但在焊接过程中，由于工件变形、热透镜效应或空间曲线的多维焊接，焦点位置会发生变化，可能超出允许范围。
对于以上两种情况，一方面应选用优质、高稳定性的光学元件，并定期维护，防止污染，保持清洁；另一方面，需要开发激光焊接过程的实时监控方法，优化参数，监控工件激光功率和焦点位置的变化，实现闭环控制，提高可靠性和稳定性激光焊接质量。
最后，请注意，激光焊接是一种熔化过程。这意味着两个基板将在激光焊接过程中熔化。这个过程很快，所以总的热量输入很低。但由于这是一个熔化过程，焊接不同材料时会形成脆性、高电阻的金属间化合物。铝铜组合特别容易形成中间金属化合物。 这些化合物已被证明会对微电子器件搭接接头的短期电气和长期机械性能产生负面影响。 这些金属间化合物对锂电池长期性能的影响尚不确定。
