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如何改善锂电池激光焊接爆点
材料来源:锂电派           录入时间:2023/5/19 22:47:40

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:

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;

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;

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。

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);

激光焊接头或者轴抖动,导致匙孔失稳;

预焊点焊位置失稳,熔化量突变;

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;

工艺参数选择接近工艺窗口上下限导致匙孔不稳定;

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。

(文章转载自网络,如有侵权,请联系删除)


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