如何改善锂电池激光焊接爆点？

文章导读：

1. 什么是激光焊爆点？

2. 爆点对锂电有什么影响？

3. 爆点产生原因分析

4. 爆点控制措施

激光焊接中，焊接的质量与优率一直是各大锂电池生产商中关注的重点，而同时，设备的稳定性也是关系到电池生产效率与优率的关键。

目前方形铝壳电池的生产中，顶盖周边焊的焊接质量，对于电池组装生产影响十分关键，目前做到最好的生产优率，能达到99.5%（针对方形铝壳电池，壳体厚度0.6mm），但大部分的时候，都只能维持在97.5~98.5%左右，实际生产中，焊缝优率影响最大的还是以爆点和针孔比较多，紧随其后的比如虚焊、偏光等。

什么爆点

什么是炸点？锂电池在使用激光焊接时所产生的缺陷按成形及性能分类：有成形缺欠（气孔飞溅、爆点（炸点）、成形一致性差）、连接缺欠（裂纹、咬边）、性能缺欠等；

爆点是锂电行业激光焊接点状缺陷一种俗语。本质是飞溅（也称炸火）问题。引起飞溅的因素很多，如材料的清洁度、材料本身的纯度、材料自身的特性等，而起决定性作用的则是激光器的稳定性。壳体表面凸起、气孔、内部气泡。究其原因，主要是光纤芯径过小或者激光能量设置过高所致。

当激光束不断加热时，固态金属变成液态，形成熔池；接着，熔池内的液态金属再受热“沸腾”；最后，材料再吸热达到汽化，而沸腾使得内部压力改变，带出周边包裹的液态金属，最终产生“飞溅”。

由图可见，激光持续作用于材料，使材料剧烈汽化膨胀产生压力，形成熔融材料（左图）；而后，金属蒸汽逸出时产生高压将材料推向匙孔顶部（中图）；最后，飞溅物被推出匙孔顶部，并附着在表面形成熔化物（右图）。

爆点对锂电的影响

爆点不仅仅是外观问题，不同工序的爆点对电池有不同的影响。

电芯连接片焊接工序：影响连接片与顶盖的连接强度及承载电流能力，飞溅若掉到裸电芯表面还会烫伤隔膜导致极片间发生短路，遗留在电芯内部还会引起自放电异常。

顶盖焊接及密封钉焊接工序，爆点影响电芯气密性，以及壳体抵抗内部膨胀的机械强度，使用过程存在漏液，水汽进入的隐患。

模组pack级别主要是影响机械强度及过流等。

爆点产生原因分析

根据爆点外观，一般可分两种：黑色爆点和白色爆点。

3.1 黑色爆点致因

当激光经过污渍时会发生剧烈氧化反应，形成气体，直接影响熔池匙孔稳定性，形成黑色爆点。具体的体现在于熔池匙孔异常关闭，导致熔深熔宽不足，表面未熔化，或者直接击穿母材，需要切金相辅助判断。污染物来源一般有以下几个方面：

1. 来料残留异物，主要是零部件加工过程流出导致，比如冲裁落料的设备润滑油，夹治具调整粘贴的胶纸等；

2. 零部件包装运输过程中污染，主要是顶盖，铝壳边缘比较锐利，剐蹭包装材料导致的有机物残留；

3. 制程导致的污渍粘附在焊缝位置引起；比如作业员使用脏污手套抓取电芯过程污染待焊位置。

3.2）银色爆点致因：

主要由于激光深熔焊，匙孔动态行为不稳定，如果处于工艺窗口上下限，非常容易导致由于外部环境的变化导致匙孔失稳，出现匙孔破灭，飞溅导致熔深不足，外观不合格，这种情况一般伴随断焊（部分未熔合，熔深不足，熔化量不足，能量不足）出现。

1. 保护气湍流，一般出现在拐角附近，一般伴随焊缝颜色变化（氧化）；

2. 激光焊接头或者轴抖动，导致匙孔失稳；

3. 预焊点焊位置失稳，熔化量突变；

4. 环形光斑或者复合焊，纤芯功率与外环功率比值过大，熔深过深导致的匙孔不稳定；

5. 工艺参数选择接近工艺窗口上下限导致匙孔不稳定；

6. 来料表面含水率异常。

锂电池激光焊接缺陷炸点解决办法：

解决办法：关键在于实验设计验证问题，定位致因，再针对性解决。

1、确保焊缝表面间隙一致性，间隙要小（根据光斑和产品来定标准）；

2、无污渍（可人为涂抹蓝膜、胶等污渍去验证是何种污渍，来自那个工位，那个动作，那个夹具，程序动作是否合理）；

3、摆动可以通过小功率打钢板查看轨迹；

4、熔池不稳定：注意不要把离焦量，保护气流量，轨迹，能量，内外环功率比选在工艺窗口上下边界上，避免匙孔处于稳定与否的非稳状态，容易受到环境波动影响。

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