電池模組作為電池包的核心單元,需將數百個電芯通過極耳、匯流排等結構串聯,焊接工藝的精度與效率,成為制約產能與一致性的關鍵瓶頸。激光焊接技術憑借其非接觸式加工、能量精準可控、自動化集成度高等特性,正在重塑動力電池焊接工藝標準。
一、電池模組焊接的核心痛點
電池模組的極耳多為銅材質(導電性好),匯流排則常用鋁(輕量化、成本低),二者焊接需克服三大挑戰:
1、銅(熔點1083℃)與鋁(熔點660℃)熱膨脹系數差異達23%,焊接應力易導致裂紋;
2、銅對紅外激光吸收率僅5%,鋁雖達90%,但高溫下鋁元素易蒸發形成氣孔;
3、界面易生成脆性CuAl?金屬間化合物,降低焊接強度。傳統MIG焊、電阻焊因熱輸入大、效率低,難以滿足車規級“零缺陷”要求。
二、激光焊接技術
激光焊接技術通過將能量密度?達10?W/cm²的光束聚焦于微?級區域,實現動?電池殼體、防爆閥、匯流排等關鍵部件的精密連接。在電池模組?產中,激光焊接需同時滿?三?核?需求:異種材料連接(如銅鋁焊接)的冶?兼容性、熱影響區控制在0.1mm以內的精度要求,以及年產GWh級產線的效率指標。
其通過三大技術路徑實現平衡:
??1、波長與光束的精準適配??
針對銅鋁吸收率差異,采用綠光、藍光或紫外激光替代傳統光纖激光。綠光對銅的吸收率提升至40%,配合環形光斑調制技術,可同步加熱銅鋁界面,減少熱梯度;藍光激光將銅材吸收率從傳統紅外激光的5%提升?50%以上;紫外激光則通過“光化學燒蝕”降低熔池飛濺,抑制金屬間化合物生成。
??2、動態過程控制的“毫米級”精度??
引入振鏡擺動焊接技術(頻率50-200Hz),通過光束高頻往復掃描,均勻分布熱輸入,避免局部過熔;同步搭載高速視覺傳感器(采樣率10kHz)與光譜分析儀,實時監測熔池形態、溫度及等離子體信號,反饋調整功率與速度。
??3、自動化產線的“全鏈路協同”??
頭部企業已將激光焊接嵌入全自動化模組線:六軸機器人搭載激光頭,配合視覺定位系統(重復精度±0.02mm)自動校正極耳位置;MES系統實時采集焊接參數,AI算法預測缺陷并觸發預警。
三、頭部企業的實踐案例
作為全球動力電池裝機量第一的企業,寧德時代將激光焊接自動化推向新高度。其最新CTP 3.0麒麟電池產線中,銅鋁匯流排焊接采用“綠光激光+擺動焊接+在線監測”組合方案:通過自主研發的智能焊接軟件,動態匹配不同電芯型號的焊接參數;搭配力控傳感器補償機械臂微振動,確保0.1mm級對齊精度。據公開信息,該方案使模組焊接不良率降至0.08%,單GWh產線年節省成本超2億元,同時支撐了每小時300個模組的極限產能。
?亞迪的環形光斑焊接技術開創了效率新范式。在??電池?產中,通過調整核?功率(1400-2000W)與環形功率(900-1600W)的能量配?,實現0.5mm極?的?速焊接。西安??數據顯?,該技術使焊接速度達300mm/s,較傳統脈沖激光提升15倍,且熱影響區控制在0.15mm以內,電池循環壽命突破3000次。
銅鋁異種材料焊接的突破,不僅是激光技術的勝利,更是自動化、智能化方案與工藝深度融合的縮影。據預測,到2026年,激光焊接在動力電池制造的滲透率將達82%,成為保障電池安全性的"隱形冠軍"。