作為現(xiàn)代社會的“能源心臟”鋰離子電池的應(yīng)用涉及相當(dāng)廣泛。鋰離子電池的的制作工藝之中，焊接技術(shù)是連接其內(nèi)部組件、確保電池高效運作的的重要環(huán)節(jié)，直接決定了電池安全性、電池壽命以及電池的生產(chǎn)成本。激光焊接、超聲波焊接以及電阻點焊作為鋰電池制作過程中最主流的三大焊接工藝，解析它們的原理、應(yīng)用場景與技術(shù)特點是鋰離子電池生產(chǎn)的的重要過程。

#Photonixbay.01

鋰離子電池激光焊接工藝

在鋰離子電池的裝配過程中，金屬殼外底部與復(fù)合鎳帶、殼體本身以及蓋板通常采用的是激光焊接，激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。這種無接觸加工具有許多優(yōu)點：焊接的速度快、熱量集中、熱影響區(qū)域小；這些特性決定了激光焊接在一些難熔金屬以及精密工件面前具有很大的優(yōu)勢，可以焊接陶瓷以及異種材料的焊接，同時也能對精密工件進行焊接易于實現(xiàn)高效率的自動化與集成化。在鋰電池的制作過程中主要應(yīng)用于電池殼體的密封、極柱與極耳的連接。

激光深熔焊模擬結(jié)果

不同的激光輻照功率，激光焊接達到的效果也不同。當(dāng)激光輻照功率密度較小時，只有金屬表面熔化是激光熱傳導(dǎo)焊，當(dāng)激光輻射功率密度較大時，金屬表面溫度極短時間內(nèi)升高到沸點，使得金屬表面金屬汽化逸走，熔化導(dǎo)致的金屬液化則隨反重力向下塌陷形成了小孔，在小孔的基礎(chǔ)上持續(xù)向下加熱的方式就是激光的深熔焊。由于激光焊接輸出功率非常高，所以會導(dǎo)致出現(xiàn)不同的缺陷問題其中常有的焊接缺陷有氣孔、裂紋、未焊透、咬邊、夾雜等問題。另外高精密的設(shè)備以及人工培養(yǎng)方面的成本比較高。

激光熱傳導(dǎo)焊與激光熱熔焊簡易演示圖

#Photonixbay.02

鋰離子電池超音波點焊接工藝

超聲波焊接是利用超聲頻率產(chǎn)生的機械振動能量并在靜壓力的共同作用下，連接同種或異種金屬、半導(dǎo)體、塑料以及金屬陶瓷的焊接方法。在鋰電池的生產(chǎn)中，極耳與集流體之間、疊片式電池多層極片之間的連接常采用超聲波焊接的方法。超聲波焊接的原理是通過將焊件夾在上聲極和下聲極之間利用金屬超聲波產(chǎn)生的彈性震動能量實現(xiàn)焊件與焊件的連接。

超聲波焊接過程演示

簡單來說這一過程無需熔化金屬，如同將焊件用高頻摩擦的方式進行焊件材料之間的糅合。特殊的焊接特性賦予特殊的優(yōu)缺性，超聲波焊接的的優(yōu)點在于：摩擦生熱不需要額外的熱源，特別適合高導(dǎo)電高導(dǎo)熱性的材料；屬于固態(tài)焊接不受冶金性的約束，焊縫不熔化、無氧化、無噴濺，對焊件污染小，焊接耗能小；適合超薄材料。

超聲波焊接中產(chǎn)生的焊縫，以及撕裂

另一方面，因為超聲波焊接這種固體焊接的模式不需要熱源的特性，其焊接的強度比較低,特殊情況下需要配合膠水工藝進行補強。受限材料本身特性的約束對厚的金屬材料焊接乏力。常見的焊接缺陷多是焊接不足和焊接過度的問題，容易產(chǎn)生焊縫與撕裂等問題。

#Photonixbay.03

鋰離子電池電阻點焊工藝

電阻焊由來悠久，1886年第一臺電阻電焊機就已經(jīng)出現(xiàn)，在工業(yè)領(lǐng)域的運用相當(dāng)廣泛。電阻焊的工作原理就是將焊件壓緊在兩電極之間，通過電流經(jīng)焊件接觸面及臨近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱將其加熱或塑性狀態(tài)，使得形成金屬結(jié)合的一種焊接方法。簡單來說電阻焊主要是利用金屬的電阻特性，通過電極對材料施加壓力，用瞬時的大電流，使焊件的接觸點迅速熔化形成焊點。這個過程類似于烙鐵。

電阻點焊過程循環(huán)圖

電阻焊通常分點焊、縫焊和對焊三種，在鋰離子電池的生產(chǎn)過程中，極耳與引出端子、極耳與蓋板之間、引出端子與導(dǎo)線的連接主要應(yīng)用的就是電阻點焊。其優(yōu)點在于電阻點焊屬于局部加熱，在冶金過程中始終收塑性環(huán)封閉，保護效果好，熱影響區(qū)域小，焊點形成時間短工作效率高。百年歷史使得其技術(shù)成熟，設(shè)備以及人工成本都相對低廉，大規(guī)模的生產(chǎn)模式普遍。

焊接過程中產(chǎn)生的飛濺現(xiàn)象

缺陷在于受材料電阻特性的影響對于電極輸出的功率要求較多；焊點區(qū)域附近的熱影響較大，可能會損傷極片涂層；焊接強度易受電極磨損影響。電阻點焊常見的焊接缺陷有飛濺、收縮性缺陷、粘連、壓痕過深、焊點扭曲、焊穿等。

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結(jié)尾

綜上所述，鋰離子電池的制作涉及的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，焊接技術(shù)作為縫合鋰電池各個組件的手術(shù)臺在整個制作過程中具有重要作用。而通過在這一領(lǐng)域涉及到的焊接技術(shù)工藝的探究解析，隱約之間可以看到鋰電行業(yè)的進化歷程。無論是激光焊接、超聲波焊接以及電阻焊接它們都在鋰離子電池制作的各種場景中發(fā)揮出獨特的優(yōu)勢，而隨著材料以及技術(shù)力的迭代，新型的焊接工藝還會涌現(xiàn)，但是在清潔能源的進化歷程中新老技術(shù)進一步融合與智能化、自動化，必將推動鋰離子電池制造業(yè)向更高水平發(fā)展。