激光焊接在圆柱电池中的应用及问题解析


  激光焊接在圆柱电池的应用场景中,最初只有正极极耳焊接一种应用场景。随着近几年以特斯拉最新推出4680为代表的大圆柱动力快速崛起,加之大圆柱类储能电池的快速发展,激光焊接的应用场景进一步扩大。

  最初,在18650和21700为代表的小圆柱电池中,激光焊接只有正极极耳焊接一种应用场景。在了解到的以4680为代表的大圆柱的制造工艺中,正极集流片与正极集流体(正极全极耳)焊接、负极集流片与负极集流体(负极全极耳)焊接、正极集流片与正极柱的焊接、负极集流片与负极盖帽的焊接四种应用场景。当然,这只是其中的一种制造工艺,还有一种制造工艺中,正极集流片与正极集流体(正极全极耳)焊接、负极集流片与负极集流体(负极全极耳)焊接、正极集流片与壳体的穿透焊接、负极集流片与壳体的密封焊接。这也只是其中的一种制造工艺。

  还有很多的制造工艺,目前,整个大圆柱动力电池的制造工艺还不成熟,各个巨头都有自己的工艺路线,总之,诸雄混战,胜者为王。就看最后谁是英雄,谁是狗熊了。这些都需要市场和时间的验证,让我们一起期待国产之路的崛起。狭路相逢勇者胜!

4680圆柱电池

  接下来我们一起了解激光焊接在46系列动力电池中的应用场景和所面临的难点。

  正极集流片与正极集流体(正极全极耳)焊接:简单的讲,就是将揉平后的铝箔(未涂敷区)与正极集流片通过激光焊接的方式连接在一起,目的是能够形成通道,保证电流在铝箔和集流片之间能够通行。

  负极集流片与负极集流体(负极全极耳)焊接:就是将揉平后的铜箔(未涂敷区)与负极极集流片通过激光焊接的方式连接在一起,目的是能够形成通道,保证电流在铜箔和集流片之间能够通行。

  正极集流片与正极柱的焊接:将正极集流片与正极极柱连接在一起,保证电流的畅通。

  负极集流片与负极盖帽的焊接:负极集流片与负极盖帽通过激光焊接的方式连接在一起,保证电流正常进出。

动力电池激光焊接

  接下来,我们看看这几种焊接所面临的难点问题:

  1、虚焊;

  2、焊穿;

  3、爆点;

  4、断焊;

  5、出现焊洞;

  6、出现飞溅;

  7、出现裂纹;

  8、出现气孔;

  9、焊接偏差;

  10、焊缝成型不良。

  等等各种各样的问题,我相信很多工程师都在头疼这些问题,包括我也在头疼,有些问题说来就来,说走就走,甚至你还没来得找出原因,问题就没了,没来由的。每个问题点的出现总会有原因,只是很多时候我们没来得及发现,或者说懒得去发现,事后很少会去总结问题出现的原因。很多时候,出现问题并不是单一的一个原因造成的,也有可能是多种原因叠加造成的问题点。针对以上的问题点,和大家分享下原因:

  (1)、揉平端面平行度一致性差,高低不平,这种情况下,往往会导致集流片与揉平端面配合出现误差,出现缝隙,容易出现虚焊的情况;

  (2)、电芯和集流片的定位夹具的水平度差,高低不平,同样会导致配合度差,一样容易出现虚焊,所以平时更换夹具后进行水平校正。同时,设备长时间的运转,震动、夹紧、碰撞等各种因素都会造成夹具水平出现问题,所以,我也建议大家定时、定期的对设备和夹具进行水平校正(很多锂电企业会忽略这一点);

  (3)、焊接功率设置不合理,离焦量设置不合理,焊接速度设置不合理,针对这些关键的技术参数,这就需要工艺和设备一起多多配合,多做一些实验,总结出针对这个工艺、这个设备较合理的一个技术范围。因为集流片的材料、厚度,箔材揉平后的厚度会影响焊接功率、离焦量和焊接速度等,有时候为了防止铜集流片的快速氧化,会给铜集流片进行镀镍处理,这同样会影响焊接的效果。功率过高容易出现焊穿、飞溅,功率过低则容易出现熔深不足、虚焊。而离焦量太大同样会出现熔深不足、虚焊的现象,离焦量太小了熔宽变小了也不行;焊接速度越快,吸收的激光能量会随之降低,则容易出现虚焊,相反的速度太小,吸收的激光能量越多,则容易出现焊穿、甚至飞溅的现象;所以需要多做一些实验找出最合理的参数。

  (4)、除尘风速不单单只影响除尘的效果,一样会影响焊接能量的吸收,出现虚焊;

  (5)、保护气的作用防止焊缝氧化和产生气孔,保护聚焦透镜免受焊接时产生的溅射伤害;

  (6)、杂质和污点则是造成爆点、炸火的最主要元凶了,所以需要保证焊接部位的平整洁净无杂质;

  (7)、焊接偏差和焊缝成型不良一个是运动机构震动导致轨迹出现偏差,另一个则是工件之间的配合出现偏差造成;

  总之是各种各样的原因,都会造成激光焊接的问题出现,以上只是简单的罗列了一些问题点和原因,还有很多没有罗列出来的,比如材料的高反射属性等,出光的角度等。

  最后,在和大家分享一个容易被大家忽视的激光焊接问题点——出光的稳定性和光路,激光器安装完成后一定要做一次功率检测,出光的稳定性直接影响焊接质量,找出设置功率和实际出光功率能帮你查出激光功率后的稳定功率,这样更好的得出合理的参数。接着检查光路,很多激光器在出光后经过光纤、激光直头、振镜的传输、反射,出光的斑点不一定位于镜片的最中心。要知道,对于振镜激光头,只有出光斑点位于圆中心点,才能保证后期调试焊接图案各点的角度不会偏差太多,吸收的激光能量相对均匀,不会出现一边虚焊,一边焊穿的现象。要知道出光的角度越大,材料吸收的能量会越小。而对于激光直头,出光斑点位于圆中心点的话,能量最集中,稳定性最好。所以千万不要忽略功率检测和光路检查。

  以上就是我所了解的激光器在圆柱电池中的应用和一些问题点原因分析了。

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