激光焊接在動(dòng)力電池行業(yè)的應(yīng)用解密系列之--工藝革新

　　動(dòng)力電池即為工具提供動(dòng)力來源的電源，多指為電動(dòng)汽車、電動(dòng)列車、電動(dòng)自行車、高爾夫球車提供動(dòng)力的蓄電池。動(dòng)力電池作為主要電源蓄電池廣泛應(yīng)用于工業(yè)、生活等方方面面。近期，隨著新能源汽車產(chǎn)銷火爆，中國已然成為全球最大的市場，一時(shí)之間，關(guān)于動(dòng)力電池上下游產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展廣受媒體關(guān)注。

　　動(dòng)力電池是新能源汽車的核心零部件，直接決定整車性能，其生產(chǎn)流程可分為前端、中端和后端設(shè)備，設(shè)備的精度和自動(dòng)化水平將直接影響到電池的效率和一致性。2020年動(dòng)力鋰電池的總需求量將達(dá)37GWh，是2014年的十倍以上，動(dòng)力電池?cái)U(kuò)產(chǎn)將直接拉動(dòng)設(shè)備需求。而作為鏈接上游原料和下游產(chǎn)品的中游設(shè)備，激光焊接工藝開始進(jìn)入人們視野，但其工藝應(yīng)用的神秘性，至今還蒙上一層神秘面紗。得益于身在激光行業(yè)內(nèi)，筆者今日摸著行業(yè)發(fā)展的脈搏點(diǎn)準(zhǔn)六大穴位，借機(jī)撥開面紗，揭秘激光焊接在動(dòng)力電池行業(yè)的應(yīng)用。

　　穴位1：全融合

　　對于動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)簡而言之，激光焊接是一個(gè)將正負(fù)極材料、隔膜和電解液等原材料化零為整的融合制造過程，是整個(gè)動(dòng)力電池生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵工藝。將所有原材料焊接成電池電芯、PACK模組，可直接用于傳統(tǒng)消費(fèi)電子、電子工具、電動(dòng)自行車、儲(chǔ)能電站及新能源汽車領(lǐng)域。

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　　另一方面，激光焊接在動(dòng)力電池中的地位也可以從焊接設(shè)備的成本價(jià)值上體現(xiàn)出來。以電池原料為對比，原料在成本中占比是持續(xù)性的且以噸為單位購入；激光焊接設(shè)備基本是一次性到位，不同工藝或類型的焊接設(shè)備價(jià)值數(shù)額在數(shù)十萬位至數(shù)百萬位人民幣，在電池廠投入中占比5-15%，在電池組pack廠投入占比10-40%不等。

　　穴位2：全對比

　　電池制造過程涉及的焊接技術(shù)十分廣泛，如超聲波焊、電阻焊和激光焊接等。焊接方法與工藝的合理選用，直接影響電池的生產(chǎn)成本、質(zhì)量的可靠性與使用的安全性。激光焊接作為電池生產(chǎn)一項(xiàng)非常重要的工藝環(huán)節(jié)，對電池的一致性，穩(wěn)定性和安全性有很大的影響，動(dòng)力電池激光焊接部位多，工藝難度大，對焊接工藝要求更高。通過高效精密的激光焊接可以大大提高汽車動(dòng)力電池安全性、可靠性和使用壽命，必將為今后的汽車動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展提供重要保障。

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　　對比發(fā)現(xiàn)，激光焊接優(yōu)勢在于焊材損耗小、被焊接工件變形小、設(shè)備性能穩(wěn)定易操作，焊接質(zhì)量及自動(dòng)化程度高。其工藝上的優(yōu)勢是其它焊接方式無法比擬的。

　　穴位3：全工藝

　　動(dòng)力電池的電芯按其外型可分方形、圓柱、軟包、18650等不同類型，在所有形狀電池中，激光焊接工藝應(yīng)用最全面的為圓柱電池焊接，在此以圓柱動(dòng)力電池工藝流程為例，激光焊接的工序應(yīng)用如下圖所示：激光焊接在動(dòng)力電池行業(yè)的應(yīng)用解密系列之--工藝革新勢在必行

　　經(jīng)歷上述激光焊接工序后，繼續(xù)一步將單體電芯多個(gè)組裝，就形成應(yīng)用于電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車上的PACK電池組，如國際領(lǐng)跑的特斯拉就應(yīng)用了7000多塊松下NCR 18650 3100mah電池合成的PACK電池組，以此來滿足高續(xù)航能力。

　　穴位4：更高效

　　市場上應(yīng)用于動(dòng)力電池的激光設(shè)備從外觀上看雖是“亂花漸欲迷人眼”，但最終達(dá)成的殊途同歸的作用。以工藝的復(fù)雜程度和設(shè)備占用空間上區(qū)分，激光焊接設(shè)備基本可以分為三種類型：中試設(shè)備、全自動(dòng)工作站和全自動(dòng)流水線。

　　中試設(shè)備，基本為單機(jī)半自動(dòng)操作臺(tái)，應(yīng)用于初期中試產(chǎn)品的測試和小批量生產(chǎn)。

　　激光焊接在動(dòng)力電池行業(yè)的應(yīng)用解密系列之--工藝革新勢在必行全自動(dòng)工作站，多為雙劍合璧的模式，激光主機(jī)加半封閉或全封閉式工作臺(tái)，每工位工作臺(tái)上一般配備多工位夾具工裝，適用于動(dòng)力電池激光焊接和電池組PACK焊接的各種工藝的單工序段全自動(dòng)系統(tǒng)。

　　全自動(dòng)生產(chǎn)線，全自動(dòng)工作站的升級版，將多個(gè)工作站相連接，形成電芯焊接或電池組PACK焊接的完整智能自動(dòng)化產(chǎn)線。

　　激光焊接在動(dòng)力電池行業(yè)的應(yīng)用解密系列之--工藝革新勢在必行

　　國內(nèi)自主研發(fā)首條圓柱動(dòng)力電池智能自動(dòng)化產(chǎn)線

　　穴位5：更安全

　　近年來，隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，如何解決電動(dòng)汽車的安全問題，是新能源汽車行業(yè)的良性發(fā)展必須突破的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。由于人們對新事物的認(rèn)知有個(gè)過程，初期難免抱有懷疑和不信任的態(tài)度，所以任何一次有關(guān)電動(dòng)汽車的安全事故，都會(huì)導(dǎo)致公眾對電動(dòng)汽車安全性的疑慮進(jìn)一步加深，阻礙電動(dòng)汽車的發(fā)展和普及。激光焊接在動(dòng)力電池行業(yè)的應(yīng)用解密系列之--工藝革新勢在必行

　　圓柱動(dòng)力電池防爆閥激光焊接

　　動(dòng)力電池的安全問題廣受爭議，電池本身應(yīng)不鼓包、不泄漏、不破裂、不起火、不冒煙、不爆炸。而電芯一旦發(fā)生熱失控，可能會(huì)產(chǎn)生電解液泄漏、起火和燃燒等現(xiàn)象。電池防爆安全閥在鋰電池中使用可有效地防止電池?zé)崾Э貢r(shí)發(fā)生爆炸，從而保障了電池安全。

　　穴位6：看未來

　　近年來，很多國內(nèi)外動(dòng)力電池生產(chǎn)廠商，在較為復(fù)雜的生產(chǎn)工序中，對于不同的工序、不同的被焊接部件，采用不同焊接方法，隨著新能源汽車行業(yè)邁向縱深發(fā)展，對配套電池的裝配與焊接精度、質(zhì)量都提出了更高的要求，大規(guī)模的采用激光焊接工藝勢在必行。

　　未來，以三星、LG為代表的外資企業(yè)來世兇猛，以提供能量密度高、工藝精湛、高性價(jià)比的產(chǎn)品，將打破國內(nèi)動(dòng)力電池市場的格局。國內(nèi)動(dòng)力電池制造企業(yè)只有提升整體制造工藝水平才能參與國內(nèi)國際競爭。近期敬請關(guān)注：激光焊接在動(dòng)力電池行業(yè)的應(yīng)用解密系列之二——量產(chǎn)框架下的智能制造。