影響鋰離子電池系統(tǒng)安全故障的因素有很多，如：充放電過度、短路、碰撞、高溫、連接松動等。其中，由于連接松動導致的安全事故較多，連接松動存在不確定性大、診斷困難等困難。

因此，研究電池焊接技術對提高鋰電池連接性能、優(yōu)化工藝、加強制造工程的工藝管理具有重要意義。

由于鋰離子電池系統(tǒng)由許多單元電池、模塊等組成，因此涉及到大量的電池焊接技術。常見的電池焊接技術有：超聲波焊接、電阻點焊、激光焊接、脈沖TIG焊接。本文結合上述電池焊接技術在鋰離子電池系統(tǒng)中的應用結果，探討了影響因素。

 

電池焊接技術介紹

超聲波焊接

超聲波焊接是一種固態(tài)電池的焊接工藝。工件不需要熔化，但使用高頻超聲波的機械振動能量（通常在20kHz以上）將工件擰緊并摩擦融合在一起。超聲波焊接可以廣泛應用于各種形式的金屬箔的連接，不僅可以用于相同材料的工件之間的焊接，還可以用于不同熔點的不同材料的工件間的焊接。

此外，由于其高效率和速度高、在低溫下工作以及環(huán)保，超聲波焊接也被廣泛應用于電池系統(tǒng)的連接中。限制超聲波焊接在鋰離子電子系統(tǒng)中的應用主要是由于這種電池焊接方法的焊接厚度較低（<3mm），并且無法實現(xiàn)高強度材料工件的焊接。

 

 

影響超聲波焊接質量的工藝參數(shù)與超聲波焊接在其他領域的應用相似，主要包括焊接壓力、焊接幅度和焊接時間。焊接工藝參數(shù)對電池焊接性能有很大影響，主要體現(xiàn)在焊接質量、機械性能、電氣性能、熱性能等方面。

 

電阻點焊

電阻點焊是在焊接過程中通過電極將工件拉緊并傳導電流，然后依靠金屬-工件界面的電阻產生局部熱量來熔化工件。由于電阻點焊具有技術相對成熟、易于控制、成本低、工作效率高的優(yōu)點，因此電阻點焊在鋰電池的連接中有著廣泛的應用，尤其是在18650電池等小型圓柱形電池單元的制造中。

影響電阻點焊的工藝參數(shù)包括電流、壓力、加壓時間等，其中最重要的是峰值電流和峰值電流時間。這是因為電流太低或峰值電流時間太短，工件界面不足以產生局部熔化所需的熱量，從而無法形成連續(xù)熔化。

然而，峰值電流和峰值電流時間不應該太大，因為如果工件長時間暴露在峰值電流下，可能會產生過多的局部熱量，從而使材料蒸發(fā)。因此，為了制造出高質量的鋰離子電池系統(tǒng)，這種電池焊接方法需要優(yōu)化合適的電阻點焊工藝參數(shù)。

 

 

電阻點焊作為一種電池焊接方法，面臨著許多挑戰(zhàn)。主要有三點：

（1） 鋰電池中常用的高導電性材料不適合電阻點焊，例如用作電極和極片的銅和鋁，由于導電性高，難以實現(xiàn)電阻點焊；

（2） 電阻點焊是將工件熔化以達到焊接的目的。不同的材料由于熔點不同而難以焊接；

（3） 它很難應用于多層工件的焊接，也很難產生大的熔核，通常為0.9mm至2.0mm。

 

激光焊接

激光焊接是一種非接觸式電池焊接過程，通常在幾毫秒內，激光束產生熱量加熱工件，并將多層金屬連接在一起。一般用于電解質容器、連接器和母線的焊接。

激光焊接作為一種非接觸式電池焊接工藝，對鋰電池焊接具有相應的優(yōu)點。由于激光焊接在所有電池焊接工藝中具有最小的熱影響區(qū)，并且可以應用于多層片材的連接，因此激光焊接被認為是鋰電池最有效的電池焊接工藝。

影響電池激光焊接工藝的因素很多。主要有與抖動相關的抖動頻率和振幅，與激光相關的功率頻率和脈沖時間，以及與設備相關的移動速度和聚焦范圍。

 

 

但相關研究人員也發(fā)現(xiàn)，激光焊接對工件裝配位置的精度要求很高，要求焊接材料滿足高反射率、高熱導率等性能。

因此，激光焊接在鋰離子電池焊接中的實施和應用變得更加困難。將接線片焊接到端子時，接線片需要比電池盒端子更薄，并且需要嚴格控制工藝參數(shù)，以在不穿透電池盒的情況下提供足夠的焊接能量。

 

脈沖TIG焊接

脈沖TIG（TungstenInertGas，鎢氣體保護焊）焊接，也稱為微TIG，是一種使用非熔化鎢電極產生電弧并在惰性氣體下工作的焊接工藝。脈沖TIG電池焊接工藝具有操作工藝簡單、焊縫美觀、質量高的特點。由于脈沖TIG焊接的清潔機理，可以清潔鋁合金的電阻氧化膜，因此更適合鋁鋰電池的焊接。

影響脈沖TIG焊接質量的工藝參數(shù)有很多，包括焊接電流、焊接速度、電弧電壓、焊絲進給速度、焊接直徑和操作因素。對于鋁合金TIG焊，采用單變量方法研究了焊接電流、焊接速度和送絲速度對熔深、焊接形態(tài)等焊接質量的影響。

結果表明，熔深與焊接電流呈正相關，與焊接速度和送絲速度呈負相關，焊接電流對熔深的影響最大。結合表面形貌、熔覆層高度和熔寬，優(yōu)化的工藝參數(shù)為焊接電流125A，焊接速度200mm/min，送絲速度1100mm/min。

 

 

同時，也有研究人員指出，由于脈沖TIG焊的高溫，鋁合金材料容易發(fā)生變形和裂紋，不利于鋰離子電池系統(tǒng)箱體的尺寸精度控制，影響箱體的強度，用戶在后期使用過程中可能出現(xiàn)連接故障。因此，在生產過程中，有必要提前識別可能存在的缺陷，并做出相應的避免。

鑒于電池焊接技術眾多，在設計和制造鋰電池系統(tǒng)的過程中，為了選擇合適的電池焊接技術，從連接強度、電阻、耐用性和成本等多個角度對不同使用場景下的各種理想電池焊接技術進行了分析。例如，對于由圓柱形電池組成的模塊級連接和由袋狀電池組成的組件級連接，理想的電池焊接技術是超聲波焊接、激光焊接和TIG焊接。

 

結論

隨著電動汽車的發(fā)展，鋰電池焊接也取得了長足的進步。為了滿足人們對高品質鋰離子電池系統(tǒng)的需求，有必要對電池焊接技術進行更深入的技術研究。

相信隨著連接技術研究的深入，各種連接技術的工藝要素越來越清晰，制造過程控制也越來越精細。鋰離子電池系統(tǒng)的質量更有保障，從而將電動汽車提升到一個新的水平。