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锂离子电池加工激光焊接工艺和原理概述
发布日期:2022.12.06访问量:来源:鑫德(深圳)激光设备有限公司

锂电池行业经过多年的发展,从最初的交流脉冲点焊机到储能点焊机、中频点焊机、晶体管式点焊机,再到激光点焊机,点焊设备不断升级,点焊的品质也不断提高。但是我们也经常看到各种点焊机在同一生产车间齐聚一堂,发挥着各自的作用,性能差的点焊机并没有被淘汰出局,这是为什么呢?我们就从各种点焊机的原理去深入了解它们的性能。

 

交流脉冲点焊机

 

通过单片机控制可控硅截取交流脉冲电压给焊接变压器初级线圈,变压器再将高压脉冲转换成低压大电流输出到点焊针放电点焊。

 

交流脉冲点焊机的优点是成本低,故障率低。缺点是可控硅一旦触发导通,其关断必须要等到交流电过零点才能关断,这样导致焊接时间延长,随着时间的延长,其焊接的功率越来越低,因此,延长的焊接时间对焊接效果毫无益处,只会徒增焊点温度,容易造成功率调小了虚焊,调大了炸焊、熔锡等。这个现象在保护板镍片点焊时很常见,因为保护板焊盘底下的锡很敏感,这点反应映出交流脉冲点焊温度高不争的事实。所以在点焊铝壳负极或钢壳正极时,由于其铆钉面积较小,不容易散热,经常出现密封圈烧熔的现象,还有保护板镍片点焊容易出现虚焊或焊盘熔掉的现象。

 

储能点焊机


储能点焊机放电能量集中,焊接时间短,成本也比较低,非常适合电池点焊。但是它焊接火花飞溅大,故障率比较高,储能电容的容量衰减也会导致焊接性能下降,特别是近年焊接自动化的兴起,受制于储能电容的充电时间,无法快速稳定输出焊接能量,因此它只适合用于手动点焊作业。

 

中频焊接电源

逆变焊机的频率和控制方式是判断其性能的重要指标。一般1-10KHz逆变频率统称为中频,10KHz以上称为高频。控制方式上原边定电流是比较理想的控制方式,原边定电流采用闭环控制,能根据实际输出电流调整高频脉冲宽度,做得差一些的则采用固定脉宽调制,属于开环控制,由于点焊时点焊针及焊件本身都会对焊接造成很大影响,所以稳定性相对较差。中频焊接电源频率一般在4-5KHz比较好,一方面在输出端能获得稳定的焊接波形,另一方面在这个频段能反馈和控制较大的放电电流,变压器需要一定的响应时间,频率太高,电流做不大。

 

晶体管式焊接电源

最理想的电阻焊接电源,不需要焊接变压器,电流上升快,直接高频输出电流波形,可以选择定电流、定电压或定电流定电压控制方式,但是它也有价格昂贵的缺点。

 

激光点焊机

由晶体、氙灯、聚光腔、光学谐振腔、冷却滤光部件及激光电源等几部分组成。在电池行业钢壳、铝壳盖板焊接早已广泛应用,近年来在聚合物PACK保护板点焊也开始使用。相对于电阻焊,激光焊机有不需要修磨点焊针,焊接牢固,焊点均匀,不易产生虚焊的优点,但也有价格昂贵,维护成本高等缺陷。

从锂离子电池电芯的制造到电池PACK成组,焊接都是一道很重要的制造工序,锂离子电池的导电性、强度、气密性、金属疲劳和耐腐蚀性,是典型的电池焊接质量评价标准。焊接方法和焊接工艺的选用,将直接影响锂离子电池的成本、质量、安全以及锂离子电池的一致性。

 

在众多焊接方式中,锂离子电池加工激光焊接以如下优势脱颖而出:首先,激光焊接能量密度高、焊接变形小、热影响区小,可以有效地提高制件精度,焊缝光滑无杂质、均匀致密、无需附加的打磨工作;其次,激光焊接可精确控制,聚焦光点小,高精度定位,配合机械手臂易于实现自动化,提高焊接效率,减少工时,降低成本;另外,激光焊接薄板材或细径线材时,不会像电弧焊接那样容易受到回熔的困扰。

 

激光焊接的工艺优势就在于可以焊接的材质种类广泛,能够实现不同材料之间的焊接。在动力锂离子电池焊接过程中,焊接工艺技术人员会根据电池材料、形状、厚度、拉力要求等选择合适的激光器和焊接工艺参数,包括焊接速度、波形、峰值、焊头倾斜角度等来设置合理的焊接工艺参数,以保证最终的焊接效果满足动力锂电池厂家的要求。