新型电池制造中的激光焊接技术

在这一重要的金属焊接工艺中，表现出了无裂纹焊接的特性。其它一些需要用到或不常见的金属组合同样也可以利用激光焊接完成，特别是当凝固速度很高的时候（参见图2）。最后，只要这些焊缝金属组合是能够实现的，其至关重要的一点是评估他们在预期电池应用中的表现能力（尤其是强度、韧性、金属疲劳和耐腐蚀方面）。

也许有人会觉得，这种充满吸引力的制造工艺优势和机会的结合一定伴随着负面因素。第一个不利的因素就是这些独一无二的激光焊接应用对电池设计师们来说是比较陌生的。因而，“激光友好”焊接设计并不常常作为首选。另外，如果考虑运用激光焊接技术，那些经常出现的、尚未解决的问题就会浮现出来——焊缝的性能究竟如何？电池行业似乎更愿意快速投入到值得信赖的制造产能上，简单来看，社团方面也没有时间、资源或耐心来评估、研发和实施新兴的替代解决方案。

有一种公认的、被频繁运用的激光焊接解决方案是基于振镜扫描的激光焊接。这种“远程焊接”技术在广阔的激光焊接世界中并非特别新颖，但在扫描头和激光性能上的改进，正让它越来越受到广泛关注。功率日益增加的高功率光纤激光器发射出几乎完美的光束，现在可以在焊接加工的极限速度内被完全充分利用，而且限制了其他焊接运动系统的加速问题并未对其产生影响。该光束质量还保证了更大的视觉范围、更长的运行时间和更多地入射角，能在许多电池焊接配置中用来同时完成多个焊点的焊接（参见图3）。

图3、振镜扫描激光焊接适用于许多电池配件的制造

其他有关高速振镜扫描激光焊接的进步还包括新兴的“飞行光路”焊接技术。在这个案例中，需要达到的广阔的覆盖区域、高焊接速度和非常高的加速度等都能通过精准的同步扫描轴（A, B）和互相垂直的机械运动方向（X, Y）来实现。EWI公司使用了一个标准的Scanlab扫描头和Aerotech公司生产的beta版CNC软件及硬件，开发并证明了这项技术的可行性。这种高性能的激光焊接解决方案（见图4）目前正用于电池焊接以及燃料电池焊接工艺发展带来的挑战中。

图4、飞行光路，同步X-Y-A-B振镜扫描焊接

最后一个激光电池焊接难题是加工的稳定性和质量保证方面。基于激光焊接的高速度和灵活性，制造过程的成功还要依赖于整个系统中其它机械配件的性能，来快速实现良好的焊缝。这是一个非常艰巨的任务，特别是考虑到焊接的小尺寸和高速度，以及在电池生产所需完成的焊缝数量巨大。同时，考虑到在最终电池封装中要求的焊接数量，6西格玛等级的焊接质量还是不够的，需要达到更高的质量水平。对于这些主要挑战（工艺路线和焊接质量保证）的解决，大多是通过高速图像采集和分析来获得。其中的一些方法已经在一些更低速度的激光焊接应用中尝试了，但是需要进一步提高速度和精确性，这也是在电池制造业中充分发挥激光焊接潜力的保证。

&nbs p; 焊接速度、混合金属的性能和质量控制的机会都已经具备了，只欠进一步发展和广泛利用。激光焊接有可能也只能捕捉到这轮新型电池开发热潮中的一小块，但很可能会变成未来大多数电池材料连接应用的主导选择。