激光焊接在模组焊接中的缺陷及因素分析

激光焊接在模组pack中的主要缺陷及控制手段随着新能源锂电池行业的发展壮大，锂电池模组pack轻量化，自动化产业发展需求的升级，极大地促进了激光焊接技术的推广和应用。

咱们先介绍一下激光焊接原理，简单来说激光焊接就是通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。至于激光是怎么来的，又是如何被集束的，这里就不研究了。激光焊接主要有下几个特点：

1、非接触焊接，不需要接触焊接体

2、热影响区小，焊接缝细小，焊口深度一致

3、焊接速度快，便于自动化生产

4、无噪音等污染，生产环境清洁

5、不需要填充其他辅料或焊材

6、可以实现多层薄材穿透焊接

再看看锂电池模组焊接需要的焊接条件：

1、组装或焊接过程中要避免短路

2、焊接过程中温度对电芯本体的影响不宜超过60摄氏度

3、焊接区域氧化面积微小，不影响极耳导电性

4、可实现自动化大批量生产

5、存在多层薄材极耳叠加焊接的结构，可能存在铜铝异种材料焊接

6、单层焊接时，焊层深度要可控，不能焊穿。

大家可以看到，激光焊接完全满足锂电池模组焊接的所有特殊需求条件。当然，激光焊接过程中也存在一些的缺陷，制约着甚至是影响着锂电池性能。这是今天讨论的主题。

锂电池模组激光焊焊缝主要缺陷形式：

1、虚焊：即两层（多层）极耳之间或汇流排与极耳之间焊接强度不足，甚至没有形成熔深。这种形

式的缺陷主要影响电池电性能的稳定发挥，后果比较严重，常常因为一个焊点的虚焊，致使整套电池包不能正常工作，且往往是在客户使用一段时间才暴露出来的隐形缺陷，严重损伤公司产品质量形象。

2、焊穿：即焊缝深度超过需求深度，导致焊接面出现裂缝，或导致电芯漏液（圆柱钢壳电芯此类缺

陷比较多），轻微的点状焊穿，在没有漏液的情况下，可以继续使用，严重的就造成产品报废，导致生产成本增加。此类缺陷没有修复的回转余地，是生产工艺部门严格控制的重点。

3、焊缝料高突出：从外观表面来看，此类缺陷不影响电池性能，各类电性能测试均可以达标，通常

情况下不影响使用。从焊缝金相分析图显示我们发现，焊缝的熔池内含有大量的且体积较大的空洞，这就会导致焊口密实度不够，抗拉强度不足，在长期的震动载荷下，焊口断裂的发生概率就会远远高于正常的焊缝，等于给产品质量埋下地雷。所以，也是要坚决防止出现的缺陷。还好，此类缺陷一般可以通过返工补焊进行弥补，但会产生生产成本浪费。

以上三种模组组装激光焊接的缺陷是影响较严重的缺陷形式，还有一些影响外观的次要缺陷，这里就不讨论了。

针对以上缺陷，通过工艺试验验证及生产过程中缺陷产生时的现场勘查，基本原因可以归为以下几类：

1、环境影响: 温度湿度洁净度（灰尘浓度）

温度影响：焊接设备对温度的要求一般比较宽泛，目前锂电池生产车间厂房温度是可以响应

的。但在短时间内温度变化较大时，则会影响设备的稳定性，激光焊接机有大部分元件都属

于光学器件，因为温度的剧烈变化，会导致表面结露，从而影响设备功能的正常输出。实践

证明有很小一部分虚焊（5%）是由于环境温度变化产生。

湿度影响：湿度对激光焊接影响还是比较大的，无论是对设备还是对模组。环境湿度相对较

大时(65%),一是会导致设备部分光学器件表面结露现象增加，影响激光设备功率的稳定输出，进而导致焊缝熔深的不达标，造成虚焊。此类虚焊一般是流星轨迹状的，即刚开始的焊缝熔深比较浅，逐步加深达到焊接标准要求。二是湿度过大会在焊接金属铜或铝的表面形成结露，尤其是高温高湿天气条件下，这个现象出现的概率就较大。湿度超标除了会产生虚焊，也会产生焊缝余高过高的缺陷，严重时会出现焊缝炸火的缺陷。所以在产线规划设计时要着重考虑湿度控制手段。

洁净度影响：大部分锂电池生产车间是比较洁净度，尤其是新建厂房。随着使用时间的推移及生产产量的提升，车间环境洁净度的管控就显得重要了。生产现场5S不达标，对模组焊接产生虚焊和焊穿的缺陷影响巨大，几乎90%的焊穿都是焊接表面洁净度不达标导致，同时有30%左右的虚焊产生。

2、设备工装影响

目前，国内知名的激光焊接机厂家如联赢和大族（个人接触过的），基本都满足锂电行业需求，在铜铝异种材料焊接技术方面，联赢略有优势。激光器还是建议采用IPG的，比较稳定。

工装对模组极耳焊接影响相当大，一定要重视！焊接面压不紧密会导致虚焊及焊穿等缺陷，由于激光焊接焊缝面积较小，工装压脚的设计制作就比较困难，还要避免短路的风险。所以好的激光焊机一定要有完美的压脚工装来配合，否则就会导致各种焊接问题。

3、工艺参数影响

焊接工艺参数一般是经过大量的焊接试验归结出来的，所以大部分工艺人员就会很严格的执行，一旦出现焊接质量问题，要么找生产操作原因，要么找设备稳定性原因，很少怀疑工艺参数的合理性。其实焊接工艺参数是要根据现场条件及焊接对象不断调整的。影响工艺参数的现场因素较多，比如温度、湿度、洁净度、焊接材料的成分变化，焊接材料的硬度变化、焊接材料表面镀镍层厚度的变化，以及焊接面平面度的影响，都会导致各种焊接缺陷的发生。

所以工艺人员要根据不同批次的产品及焊接现场的环境条件，实时调整设备的工艺参数。有经验的工艺人员会根据焊接现场首件试样的状态，很快找到原因，进而快速调整工艺参数，培养一名优秀的现场焊接工艺人员是很不容易的，所以目前这类工艺技术人员属于行业紧缺人才，薪资待遇都比较高。

以上，对锂电池模组激光焊接的缺陷及影响因素进行了简单的分析，后期再讨论焊缝质量的评价手段及评价标准，希望对大家有所帮助，谢谢！。