影響鋰離子電池系統(tǒng)安全故障的因素有很多，如：充放電過度、短路、碰撞、高溫、連接松動(dòng)等。其中，由于連接松動(dòng)導(dǎo)致的安全事故較多，連接松動(dòng)存在不確定性大、診斷困難等困難。

因此，研究電池焊接技術(shù)對提高鋰電池連接性能、優(yōu)化工藝、加強(qiáng)制造工程的工藝管理具有重要意義。

由于鋰離子電池系統(tǒng)由許多單元電池、模塊等組成，因此涉及到大量的電池焊接技術(shù)。常見的電池焊接技術(shù)有：超聲波焊接、電阻點(diǎn)焊、激光焊接、脈沖TIG焊接。本文結(jié)合上述電池焊接技術(shù)在鋰離子電池系統(tǒng)中的應(yīng)用結(jié)果，探討了影響因素。

 

電池焊接技術(shù)介紹

超聲波焊接

超聲波焊接是一種固態(tài)電池的焊接工藝。工件不需要熔化，但使用高頻超聲波的機(jī)械振動(dòng)能量（通常在20kHz以上）將工件擰緊并摩擦融合在一起。超聲波焊接可以廣泛應(yīng)用于各種形式的金屬箔的連接，不僅可以用于相同材料的工件之間的焊接，還可以用于不同熔點(diǎn)的不同材料的工件間的焊接。

此外，由于其高效率和速度高、在低溫下工作以及環(huán)保，超聲波焊接也被廣泛應(yīng)用于電池系統(tǒng)的連接中。限制超聲波焊接在鋰離子電子系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是由于這種電池焊接方法的焊接厚度較低（<3mm），并且無法實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度材料工件的焊接。

 

 

影響超聲波焊接質(zhì)量的工藝參數(shù)與超聲波焊接在其他領(lǐng)域的應(yīng)用相似，主要包括焊接壓力、焊接幅度和焊接時(shí)間。焊接工藝參數(shù)對電池焊接性能有很大影響，主要體現(xiàn)在焊接質(zhì)量、機(jī)械性能、電氣性能、熱性能等方面。

 

電阻點(diǎn)焊

電阻點(diǎn)焊是在焊接過程中通過電極將工件拉緊并傳導(dǎo)電流，然后依靠金屬-工件界面的電阻產(chǎn)生局部熱量來熔化工件。由于電阻點(diǎn)焊具有技術(shù)相對成熟、易于控制、成本低、工作效率高的優(yōu)點(diǎn)，因此電阻點(diǎn)焊在鋰電池的連接中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在18650電池等小型圓柱形電池單元的制造中。

影響電阻點(diǎn)焊的工藝參數(shù)包括電流、壓力、加壓時(shí)間等，其中最重要的是峰值電流和峰值電流時(shí)間。這是因?yàn)殡娏魈突蚍逯惦娏鲿r(shí)間太短，工件界面不足以產(chǎn)生局部熔化所需的熱量，從而無法形成連續(xù)熔化。

然而，峰值電流和峰值電流時(shí)間不應(yīng)該太大，因?yàn)槿绻ぜL時(shí)間暴露在峰值電流下，可能會(huì)產(chǎn)生過多的局部熱量，從而使材料蒸發(fā)。因此，為了制造出高質(zhì)量的鋰離子電池系統(tǒng)，這種電池焊接方法需要優(yōu)化合適的電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)。

 

 

電阻點(diǎn)焊作為一種電池焊接方法，面臨著許多挑戰(zhàn)。主要有三點(diǎn)：

（1） 鋰電池中常用的高導(dǎo)電性材料不適合電阻點(diǎn)焊，例如用作電極和極片的銅和鋁，由于導(dǎo)電性高，難以實(shí)現(xiàn)電阻點(diǎn)焊；

（2） 電阻點(diǎn)焊是將工件熔化以達(dá)到焊接的目的。不同的材料由于熔點(diǎn)不同而難以焊接；

（3） 它很難應(yīng)用于多層工件的焊接，也很難產(chǎn)生大的熔核，通常為0.9mm至2.0mm。

 

激光焊接

激光焊接是一種非接觸式電池焊接過程，通常在幾毫秒內(nèi)，激光束產(chǎn)生熱量加熱工件，并將多層金屬連接在一起。一般用于電解質(zhì)容器、連接器和母線的焊接。

激光焊接作為一種非接觸式電池焊接工藝，對鋰電池焊接具有相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。由于激光焊接在所有電池焊接工藝中具有最小的熱影響區(qū)，并且可以應(yīng)用于多層片材的連接，因此激光焊接被認(rèn)為是鋰電池最有效的電池焊接工藝。

影響電池激光焊接工藝的因素很多。主要有與抖動(dòng)相關(guān)的抖動(dòng)頻率和振幅，與激光相關(guān)的功率頻率和脈沖時(shí)間，以及與設(shè)備相關(guān)的移動(dòng)速度和聚焦范圍。

 

 

但相關(guān)研究人員也發(fā)現(xiàn)，激光焊接對工件裝配位置的精度要求很高，要求焊接材料滿足高反射率、高熱導(dǎo)率等性能。

因此，激光焊接在鋰離子電池焊接中的實(shí)施和應(yīng)用變得更加困難。將接線片焊接到端子時(shí)，接線片需要比電池盒端子更薄，并且需要嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，以在不穿透電池盒的情況下提供足夠的焊接能量。

 

脈沖TIG焊接

脈沖TIG（TungstenInertGas，鎢氣體保護(hù)焊）焊接，也稱為微TIG，是一種使用非熔化鎢電極產(chǎn)生電弧并在惰性氣體下工作的焊接工藝。脈沖TIG電池焊接工藝具有操作工藝簡單、焊縫美觀、質(zhì)量高的特點(diǎn)。由于脈沖TIG焊接的清潔機(jī)理，可以清潔鋁合金的電阻氧化膜，因此更適合鋁鋰電池的焊接。

影響脈沖TIG焊接質(zhì)量的工藝參數(shù)有很多，包括焊接電流、焊接速度、電弧電壓、焊絲進(jìn)給速度、焊接直徑和操作因素。對于鋁合金TIG焊，采用單變量方法研究了焊接電流、焊接速度和送絲速度對熔深、焊接形態(tài)等焊接質(zhì)量的影響。

結(jié)果表明，熔深與焊接電流呈正相關(guān)，與焊接速度和送絲速度呈負(fù)相關(guān)，焊接電流對熔深的影響最大。結(jié)合表面形貌、熔覆層高度和熔寬，優(yōu)化的工藝參數(shù)為焊接電流125A，焊接速度200mm/min，送絲速度1100mm/min。

 

 

同時(shí)，也有研究人員指出，由于脈沖TIG焊的高溫，鋁合金材料容易發(fā)生變形和裂紋，不利于鋰離子電池系統(tǒng)箱體的尺寸精度控制，影響箱體的強(qiáng)度，用戶在后期使用過程中可能出現(xiàn)連接故障。因此，在生產(chǎn)過程中，有必要提前識(shí)別可能存在的缺陷，并做出相應(yīng)的避免。

鑒于電池焊接技術(shù)眾多，在設(shè)計(jì)和制造鋰電池系統(tǒng)的過程中，為了選擇合適的電池焊接技術(shù)，從連接強(qiáng)度、電阻、耐用性和成本等多個(gè)角度對不同使用場景下的各種理想電池焊接技術(shù)進(jìn)行了分析。例如，對于由圓柱形電池組成的模塊級(jí)連接和由袋狀電池組成的組件級(jí)連接，理想的電池焊接技術(shù)是超聲波焊接、激光焊接和TIG焊接。

 

結(jié)論

隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，鋰電池焊接也取得了長足的進(jìn)步。為了滿足人們對高品質(zhì)鋰離子電池系統(tǒng)的需求，有必要對電池焊接技術(shù)進(jìn)行更深入的技術(shù)研究。

相信隨著連接技術(shù)研究的深入，各種連接技術(shù)的工藝要素越來越清晰，制造過程控制也越來越精細(xì)。鋰離子電池系統(tǒng)的質(zhì)量更有保障，從而將電動(dòng)汽車提升到一個(gè)新的水平。