動力電池激光焊接學術研究熱點
來源:博特精密發布時間:2025-11-07 06:24:00
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動力電池激光焊接學術研究熱點綜述
隨著全球新能源汽車產業的迅猛發展,作為其“心臟”的動力電池,其性能、安全與制造成本備受關注。激光焊接技術因其高精度、高效率、低熱影響及易于自動化等突出優勢,已成為動力電池制造中不可或缺的關鍵工藝。當前,學術與工業界的研究熱點主要聚焦于以下幾個前沿方向。
1.異種材料焊接性與界面行為研究
動力電池內部結構復雜,涉及多種材料的連接,如鋁-銅(電池極耳與導線)、銅-鋼(電池模組連接)、以及鋁/銅與高分子隔膜的密封等。其中,鋁-銅異種金屬焊接是最大的挑戰之一。由于二者在物理化學性質(熔點、導熱率、線膨脹系數)上存在巨大差異,極易在焊縫中形成硬脆的金屬間化合物,如Al?Cu、AlCu等,導致接頭導電性下降、力學性能惡化、裂紋敏感性增高。
當前研究熱點在于通過調控激光波形(如采用擺動焊接、環形光斑)、優化工藝參數(功率、速度、離焦量)以及使用復合熱源(如激光-電弧復合焊)等方式,精確控制熱輸入,抑制IMCs的生成與生長。同時,學者們正深入探究焊接過程中的熔池流動行為、元素擴散機制以及界面反應動力學,旨在從機理層面指導工藝優化,實現高強、高導、低缺陷的優質接頭。
2.焊接過程智能監控與質量在線評估
動力電池對焊接質量的“零缺陷”要求極高,任何一個微小的氣孔、飛濺或未熔合都可能導致電池性能衰減甚至安全事故。傳統的焊后破壞性檢測無法滿足大規模生產的需求。因此,實現焊接過程的智能監控與質量的在線評估成為研究熱點。
該方向主要依賴于多信息傳感技術的融合。通過采集焊接過程中的等離子體光/聲信號、熔池視覺圖像、熱輻射信號等,結合機器學習與深度學習算法,建立這些信號特征與焊接缺陷(如飛濺、塌陷、咬邊)之間的映射關系。最終目標是開發出能夠實時識別缺陷、預測質量,并能主動反饋調節工藝參數的智能焊接系統,實現從“事后檢測”到“事中控制”的跨越。
3.低飛濺、無飛濺焊接技術開發
焊接飛濺不僅污染電池表面、影響產品美觀,更可能損傷電芯本體或導致內部短路,是動力電池生產中力求杜絕的現象。飛濺的產生與“匙孔”的不穩定坍塌密切相關。
研究熱點集中在通過激光調制技術來穩定匙孔。例如:
波形調制技術:采用脈沖激光或對連續激光進行高頻調制,通過精確控制能量的輸入節奏,避免過度沸騰。
光束擺動技術:使激光束以圓形、∞字形等路徑高速掃描,可以攪動熔池、擴大匙孔開口,顯著提升匙孔穩定性,已被證明是抑制飛濺、減少氣孔的有效手段。
藍光激光器等新型光源的應用:銅、鋁等金屬對波長更短的藍光(約450nm)吸收率遠高于傳統的紅外激光,可以實現“冷加工”,從源頭上減少氣化和飛濺,是極具潛力的前沿方向。
4.輕量化與新材料適配的新型焊接工藝
為提升電池包的能量密度,電池結構正向更薄、更輕的方向發展,出現了大量使用鋁合金、高強鋼的輕量化箱體。同時,硅基負極等新材料的應用也對焊接提出了新挑戰。
針對超薄板材(<1mm)的焊接,防止焊穿和變形是關鍵。研究人員正探索短脈沖激光焊、遠程激光焊等低熱輸入工藝。此外,激光焊接與連接(如激光釬焊、激光填絲焊)在電池模組與Pack組裝中的應用,以及其與粘接、機械連接等混合連接技術的協同效應,也是當前的研究重點。
總結
綜上所述,動力電池激光焊接的學術研究正從傳統的工藝參數優化,向更深層次的機理探究、更智能的過程控制、更精密的缺陷抑制以及更前沿的工藝創新方向發展。這些研究熱點的突破,將直接推動動力電池制造向著更高效、更可靠、更智能的方向邁進,為新能源汽車產業的持續發展提供堅實的技術支撐。
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