文/通快（中國(guó)）有限公司

寧德時(shí)代麒麟電池問世、搭載4680電池的特斯拉Model Y交付、寶馬官宣采用大圓柱電池……近期車企、電池企業(yè)動(dòng)作頻頻，技術(shù)演進(jìn)的主線是通過電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，大幅提升能量密度、快充、導(dǎo)熱效率及續(xù)航里程等性能。

如何快速匹配電池廠商的新需求，成為裝備企業(yè)急需解決的課題。比如快充——除了材料，電芯本身結(jié)構(gòu)也要做改動(dòng)，面對(duì)箔材層數(shù)越來越多的趨勢(shì)，傳統(tǒng)焊接不再適用；再比如46系大圓柱——負(fù)極集流盤的焊接對(duì)熔深要求極高，對(duì)焊接飛濺容忍度幾乎為零，傳統(tǒng)近紅外激光很難保證一致性。

電動(dòng)汽車加速發(fā)展——激光技術(shù)迅速迭代

通快正從電動(dòng)汽車快速發(fā)展中獲益。僅上一財(cái)年，通快就售出了1000多臺(tái)用于電池生產(chǎn)的激光器?！半S著電動(dòng)汽車在全球范圍內(nèi)穩(wěn)步起飛，中國(guó)市場(chǎng)是真正的贏家，但是歐洲也正在建設(shè)GWh量級(jí)產(chǎn)能的電池工廠。值得一提的是，這些工廠都需要激光器進(jìn)行生產(chǎn)?！蓖祀妱?dòng)汽車行業(yè)負(fù)責(zé)人Johannes Bührle解釋道。

當(dāng)前大多數(shù)應(yīng)用是在高功率激光器領(lǐng)域，也就是功率至少為3kW的激光器。為了提高生產(chǎn)力，制造商傾向于使用功率更高的激光器。

激光焊接加速電芯生產(chǎn)

電池包（圖1）由多個(gè)模組組成，模組由多個(gè)電芯組成，電芯是動(dòng)力電池最小電能存儲(chǔ)單元，必須具有較高的能量密度，以盡可能多地存儲(chǔ)電能。電芯的壽命直接影響著動(dòng)力電池的壽命，任何一顆電芯的損壞，都有可能導(dǎo)致整個(gè)電池包的損壞。電芯的制造方法不僅關(guān)系到電芯本身的質(zhì)量，而且也影響著制造的效率。因此，選擇高效且穩(wěn)定的制造方法顯得尤為重要。

電池生產(chǎn)中眾多激光應(yīng)用中的一個(gè)例子是匯流排（又稱busbar），也就是連接電芯與電芯之間的條狀連接片。為此通快公司提供了一種新型焊接系統(tǒng)（圖2），包括6kW和更高功率的激光器、加工光學(xué)器件、用來檢查熔深的傳感器以及相應(yīng)的軟件和控制系統(tǒng)。這些組件的相互作用和全面的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電芯的高效生產(chǎn)，降低了廢品率。焊接質(zhì)量的提高進(jìn)一步降低了連接電阻，從而提升了電動(dòng)汽車的續(xù)航能力。

圖2 通快TruDisk 8000激光器

通快是電池頂蓋焊的專家

另一個(gè)應(yīng)用是“頂蓋焊”——即頂蓋（cap）與電池外殼（can）的介質(zhì)密封焊接。通快的激光器將配備有電極包的鋁制外殼密封在蓋子上，既沒有孔隙也沒有裂縫。高焊接質(zhì)量在此尤為重要，因?yàn)榧词故亲钚〉牧芽p也可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的電池事故。目前，通快該技術(shù)方案上已經(jīng)有非常成熟的解決方案，即 TruDisk 激光器搭載BEO 準(zhǔn)直焊接頭，采用基于專利保護(hù)技術(shù)2-in-1光纖的環(huán)芯可調(diào)焊接技術(shù)（BrightLine Weld）。

這種焊接的主要缺點(diǎn)是焊接速度受限于電機(jī)的加減速。具體地講，電機(jī)在接近拐角位置時(shí)需要減速，而在離開拐角又需要加速，這種反復(fù)的加減速會(huì)影響焊接速度。此外，在現(xiàn)有的焊接技術(shù)中，密封焊接除了上述的連續(xù)密封焊接步驟之外還包括激光預(yù)焊。這樣，不僅增加了設(shè)備投入，而且也增加了占地面積，同時(shí)使得焊接系統(tǒng)較為復(fù)雜。

為了解決以上技術(shù)難點(diǎn)，通快自我突破又創(chuàng)新性地提出“環(huán)芯可調(diào)振鏡超高速掃描焊接技術(shù)”這一概念，確保了低飛濺的焊接和最大的工藝穩(wěn)定性。此技術(shù)由視覺定位、掃描焊接、環(huán)芯可調(diào)焊接技術(shù)、焊中熔深監(jiān)測(cè)和焊后表面質(zhì)量監(jiān)測(cè)共 5 部分組成，通快可以提供該 5 部分的一站式解決方案，目前該解決方案已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利技術(shù)。

用激光實(shí)現(xiàn)鋁熱交換器的氣密性焊接

電池模組交換器的氣密性焊接要求特別高，熱交換器是由特殊的鋁合金制成，迄今為止，制造商經(jīng)常使用傳統(tǒng)焊接技術(shù)來生產(chǎn)。“激光將在不遠(yuǎn)的未來取代傳統(tǒng)焊接技術(shù)。但要做到這一點(diǎn)，它的焊接速度必須特別快?！盉 ü hrle解釋說。通快的PFO 振鏡（圖3）突破了振鏡應(yīng)用于頂蓋焊接的限制因素，通過增加 VisionLine 和除塵保護(hù)一體裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)平滑飽滿的高焊縫品質(zhì)，較高的焊接速度（焊接速度達(dá)到每分鐘15米以上），電池受熱產(chǎn)生的變形量減少，集成難度和機(jī)械碰撞可能性降低，工件轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間減少。

圖3 通快新一代PFO33 掃描振鏡

結(jié) 束 語

多年來，通過與中韓電池頭部廠商合作，已經(jīng)在激光應(yīng)用方面積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在是亞洲和歐美所有主要電池生產(chǎn)商的合作伙伴。伴隨鋰電市場(chǎng)進(jìn)入新周期，通快立足40多年激光技術(shù)實(shí)力，提供包括激光器與核心工藝在內(nèi)的一站式解決方案，助力電池廠家提質(zhì)增效。