鋰電池激光焊接設(shè)備方案演講人：日期:CATALOGUE目錄01方案概述02技術(shù)原理03設(shè)備組成04應(yīng)用場(chǎng)景05性能參數(shù)06實(shí)施部署01方案概述鋰電池焊接需求背景規(guī)?；a(chǎn)需求隨著新能源汽車(chē)及儲(chǔ)能行業(yè)爆發(fā)式增長(zhǎng)，鋰電池生產(chǎn)需滿足高效率、高一致性的焊接工藝，以降低制造成本并提升良品率。材料特殊性挑戰(zhàn)鋰金屬及合金化學(xué)活性高，焊接過(guò)程中需避免氧化、飛濺等問(wèn)題，要求焊接過(guò)程在惰性氣體保護(hù)環(huán)境下完成，且需嚴(yán)格控制熱輸入。高精度焊接需求鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電極、隔膜等組件對(duì)焊接精度要求極高，傳統(tǒng)焊接方式易導(dǎo)致熱影響區(qū)過(guò)大或虛焊，影響電池性能與安全性。激光束聚焦后能量密度可達(dá)10^6~10^8W/cm2，可實(shí)現(xiàn)微米級(jí)精密焊接，顯著減少熱變形，避免損傷鋰電池內(nèi)部敏感材料。能量密度高、熱影響小激光焊接無(wú)需機(jī)械壓力，避免電極變形，尤其適合薄片（如銅箔、鋁箔）焊接，同時(shí)減少工具磨損帶來(lái)的污染風(fēng)險(xiǎn)。非接觸式加工通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖頻率、功率波形等參數(shù)，可適配不同材料（如銅-鋁異種金屬焊接），并支持實(shí)時(shí)監(jiān)控與自動(dòng)化集成，提升生產(chǎn)穩(wěn)定性。工藝靈活可控激光焊接技術(shù)優(yōu)勢(shì)焊接質(zhì)量目標(biāo)單工位焊接速度≥200mm/s，設(shè)備綜合稼動(dòng)率≥95%，支持24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，滿足年產(chǎn)1GWh電池產(chǎn)線的節(jié)拍需求。生產(chǎn)效率目標(biāo)智能化與兼容性集成視覺(jué)定位、焊縫追蹤及質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，兼容21700、方殼電池等多種型號(hào)，支持MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)云端管理。實(shí)現(xiàn)焊縫強(qiáng)度≥母材的90%，焊縫寬度控制在0.1~0.3mm，氣孔率低于0.5%，確保電池循環(huán)壽命與安全性達(dá)標(biāo)。方案整體目標(biāo)設(shè)定02技術(shù)原理激光焊接基礎(chǔ)理論010203激光能量傳導(dǎo)機(jī)制激光束通過(guò)高能量密度聚焦作用于工件表面，熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)向材料內(nèi)部擴(kuò)散，形成可控熔池。焊接過(guò)程中需精確控制光斑直徑、能量分布及聚焦深度，以確保焊接深度與寬度的一致性。焊接模式分類(lèi)分為熱傳導(dǎo)焊（低功率、淺熔深）和深熔焊（高功率、深熔深）。鋰電池焊接多采用熱傳導(dǎo)焊，避免材料過(guò)熱導(dǎo)致電極活性物質(zhì)損傷。等離子體控制高功率激光焊接時(shí)易產(chǎn)生等離子體云，需通過(guò)輔助氣體（如氬氣）吹拂以抑制等離子體對(duì)激光能量的屏蔽效應(yīng)，提升焊接穩(wěn)定性。鋰電池正極（鋁箔）與負(fù)極（銅箔）的熔點(diǎn)、導(dǎo)熱系數(shù)差異大，需調(diào)整激光波長(zhǎng)（如光纖激光器適用于銅，綠光激光器適用于鋁）以匹配材料吸收率。鋰電池材料特性適配極片與集流體兼容性電極活性材料對(duì)溫度敏感，焊接過(guò)程需限制熱輸入，采用脈沖激光或擺動(dòng)焊接技術(shù)減少熱擴(kuò)散，避免隔膜熔穿或活性物質(zhì)分解。熱影響區(qū)控制針對(duì)電池極組的多層疊片結(jié)構(gòu)，需優(yōu)化激光穿透深度與焦點(diǎn)位置，確保各層間形成冶金結(jié)合，同時(shí)避免虛焊或過(guò)焊。多層材料焊接功率與脈寬調(diào)節(jié)速度過(guò)快導(dǎo)致熔深不足，過(guò)慢引發(fā)材料燒蝕。典型焊接速度為10-100mm/s，需配合實(shí)時(shí)焊縫跟蹤系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整。焊接速度優(yōu)化保護(hù)氣體選擇采用惰性氣體（如氮?dú)?、氦氣）防止焊縫氧化，氣體流量需與噴嘴設(shè)計(jì)匹配，確保焊接區(qū)域無(wú)氧化雜質(zhì)。根據(jù)材料厚度選擇激光功率（50W-500W）和脈沖寬度（毫秒至納秒級(jí)），薄材（如箔片）需低功率短脈沖，厚材需長(zhǎng)脈沖或連續(xù)波。關(guān)鍵工藝參數(shù)設(shè)計(jì)03設(shè)備組成采用高功率光纖激光器作為核心光源，輸出波長(zhǎng)穩(wěn)定在1060-1080nm范圍，具備連續(xù)/脈沖雙模式切換功能，功率可調(diào)范圍覆蓋500W-6000W，滿足不同厚度鋰電池極片的焊接需求。激光源系統(tǒng)構(gòu)成光纖激光器核心模塊集成閉環(huán)水冷機(jī)組，通過(guò)PID算法精確控制激光器內(nèi)部溫度（±0.5℃），確保長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)光束質(zhì)量（M2<1.3）和功率穩(wěn)定性（波動(dòng)≤±2%）。冷卻與溫控系統(tǒng)包含準(zhǔn)直鏡、擴(kuò)束鏡及QBH光纖接口，實(shí)現(xiàn)光束直徑調(diào)節(jié)（0.2-5mm可調(diào)）與低損耗傳輸（傳輸效率≥98%），適配多工位焊接場(chǎng)景。光束整形與傳輸組件焊接頭與光學(xué)部件同軸視覺(jué)定位焊接頭集成2000萬(wàn)像素CCD相機(jī)與紅色指示激光，實(shí)現(xiàn)焊接路徑實(shí)時(shí)追蹤（定位精度±10μm），配備防飛濺保護(hù)鏡片（壽命≥2000小時(shí)）。動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)聚焦鏡組，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)焦距（范圍50-300mm），適應(yīng)鋰電池極耳/殼體等異形結(jié)構(gòu)的變焦焊接需求。惰性氣體保護(hù)模塊內(nèi)置雙通道氬氣噴嘴，焊接區(qū)域氧含量可控制在50ppm以下，有效抑制焊縫氧化與氣孔缺陷（氣孔率≤0.5%）?？刂婆c監(jiān)測(cè)單元多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)基于EtherCAT總線控制六軸機(jī)械臂（重復(fù)定位精度±5μm），支持CAD圖紙直接導(dǎo)入生成焊接軌跡，兼容方形/圓柱/軟包電池多種規(guī)格。在線質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)紅外熱像儀（采樣率1kHz）與等離子體光譜傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熔池溫度（誤差±15℃）和金屬蒸汽成分，自動(dòng)觸發(fā)不良品分揀信號(hào)。數(shù)據(jù)追溯與分析平臺(tái)存儲(chǔ)焊接參數(shù)（功率/速度/氣壓等）、過(guò)程數(shù)據(jù)及質(zhì)檢結(jié)果，支持SPC統(tǒng)計(jì)分析與MES系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)閉環(huán)優(yōu)化。04應(yīng)用場(chǎng)景電動(dòng)汽車(chē)電池生產(chǎn)針對(duì)電池模組的匯流排、端板及外殼進(jìn)行自動(dòng)化激光焊接，滿足高強(qiáng)度、高密封性要求，適應(yīng)電動(dòng)汽車(chē)振動(dòng)與沖擊工況。焊接工藝需兼容鋁合金、銅等多種異種材料連接。模組與Pack結(jié)構(gòu)焊接采用激光焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)電芯極耳與連接片的精密焊接，確保低電阻、高導(dǎo)電性，提升電池組能量密度與循環(huán)壽命。焊接過(guò)程需嚴(yán)格控制熱輸入，避免損傷電芯內(nèi)部活性材料。高精度電芯焊接集成實(shí)時(shí)焊縫跟蹤與缺陷檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)紅外熱成像和視覺(jué)分析確保焊接一致性，降低虛焊、爆點(diǎn)等不良率，符合車(chē)規(guī)級(jí)電池制造標(biāo)準(zhǔn)。在線質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)微型電池極片焊接針對(duì)智能手機(jī)、穿戴設(shè)備等微型鋰電池，采用超短脈沖激光實(shí)現(xiàn)極片與導(dǎo)線的微米級(jí)焊接，避免熱影響區(qū)擴(kuò)大導(dǎo)致電解液泄漏或容量衰減。焊接精度需控制在±10μm以內(nèi)。消費(fèi)電子電池制造柔性電路集成焊接通過(guò)藍(lán)光或光纖激光器完成FPC（柔性電路板）與電池保護(hù)板的精密連接，解決傳統(tǒng)錫焊易出現(xiàn)的翹曲、虛焊問(wèn)題，適應(yīng)消費(fèi)電子產(chǎn)品輕薄化趨勢(shì)。多材料適應(yīng)性工藝開(kāi)發(fā)針對(duì)鎳帶、銅箔、不銹鋼等不同材料的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)一鍵切換焊接模式，提升產(chǎn)線兼容性與生產(chǎn)效率，滿足多型號(hào)電池并行生產(chǎn)需求。工業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)焊接防爆安全設(shè)計(jì)焊接設(shè)備集成惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)與火花捕捉裝置，防止儲(chǔ)能電池在焊接過(guò)程中因高溫引發(fā)電解液揮發(fā)或熱失控，符合UL1973等國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)。03自動(dòng)化產(chǎn)線集成開(kāi)發(fā)基于機(jī)器人的三維激光焊接工作站，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池模組的自動(dòng)上下料、定位與焊接，單站產(chǎn)能可達(dá)1GWh/年，支持MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)追溯。0201大尺寸電池串并聯(lián)焊接針對(duì)儲(chǔ)能集裝箱式電池系統(tǒng)，采用高功率連續(xù)激光實(shí)現(xiàn)厚板（6-10mm）深熔焊，確保大電流通路的機(jī)械強(qiáng)度與導(dǎo)電性能。需配備擺動(dòng)焊接頭以消除氣孔缺陷。05性能參數(shù)焊接速度與精度指標(biāo)高速連續(xù)焊接能力設(shè)備支持每分鐘超過(guò)200個(gè)焊點(diǎn)的連續(xù)作業(yè)，確保規(guī)?；a(chǎn)需求，同時(shí)定位精度控制在±0.02mm以內(nèi)，避免因偏差導(dǎo)致電池極片損傷。動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)節(jié)技術(shù)采用閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)激光焦點(diǎn)位置與能量輸出，適應(yīng)不同厚度材料的焊接需求，確保焊縫深度一致性誤差小于5%。多軸協(xié)同運(yùn)動(dòng)控制通過(guò)高精度伺服電機(jī)與光學(xué)振鏡配合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維路徑焊接，軌跡重復(fù)精度達(dá)±0.01mm，滿足疊片電池極耳焊接等高難度工藝要求。功率效率與能耗評(píng)估02

03

熱量管理與散熱設(shè)計(jì)01

能量轉(zhuǎn)換效率優(yōu)化集成液冷系統(tǒng)與風(fēng)冷冗余備份，確保激光器核心部件溫升不超過(guò)5℃，延長(zhǎng)設(shè)備壽命的同時(shí)維持穩(wěn)定輸出功率。分級(jí)功率輸出模式支持50W-600W多檔功率無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，根據(jù)材料特性自動(dòng)匹配最佳參數(shù)，避免能量浪費(fèi)，單日綜合能耗低于15kWh。激光器電光轉(zhuǎn)換效率超過(guò)40%，配合智能功率調(diào)制模塊，單次焊接能耗較傳統(tǒng)方案降低30%，顯著減少生產(chǎn)成本。兼容性與可靠性標(biāo)準(zhǔn)多材料適配能力可焊接鋁、銅、鎳等多種電池材料，通過(guò)參數(shù)預(yù)設(shè)庫(kù)一鍵切換工藝，兼容0.1mm-3mm厚度范圍的極片與集流體。工業(yè)級(jí)環(huán)境耐受性內(nèi)置高速CCD視覺(jué)檢測(cè)與等離子體光譜分析模塊，自動(dòng)識(shí)別虛焊、爆孔等缺陷，不良品率控制在0.1%以下。設(shè)備通過(guò)IP54防護(hù)認(rèn)證，在濕度70%以下、溫度0-45℃環(huán)境中連續(xù)運(yùn)行無(wú)故障，平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）超過(guò)10,000小時(shí)。實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)06實(shí)施部署設(shè)備安裝與調(diào)試流程場(chǎng)地規(guī)劃與基礎(chǔ)準(zhǔn)備根據(jù)設(shè)備尺寸和工藝需求規(guī)劃安裝區(qū)域，確保地面承重、電力供應(yīng)、通風(fēng)系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施符合標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)留安全通道和操作空間。01機(jī)械與電氣系統(tǒng)安裝分階段完成激光發(fā)生器、焊接頭、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等核心部件的機(jī)械組裝，同步進(jìn)行電氣線路連接，包括電源、控制信號(hào)線及安全接地系統(tǒng)。02參數(shù)校準(zhǔn)與聯(lián)動(dòng)測(cè)試通過(guò)專業(yè)軟件調(diào)整激光功率、焦距、脈沖頻率等核心參數(shù)，并測(cè)試設(shè)備各模塊（如送料系統(tǒng)、視覺(jué)定位）的協(xié)同運(yùn)行穩(wěn)定性。03測(cè)試與驗(yàn)證方法焊接質(zhì)量檢測(cè)采用金相顯微鏡、X射線探傷儀等設(shè)備分析焊縫的熔深、氣孔率及熱影響區(qū)寬度，確保符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如ISO13919-1）。工藝重復(fù)性驗(yàn)證連續(xù)運(yùn)行設(shè)備完成批量焊接實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)良品率與參數(shù)波動(dòng)范圍，驗(yàn)證工藝穩(wěn)定性和設(shè)備可靠性。安全性能評(píng)估模擬異常工況（如冷卻故障、電壓波動(dòng)），測(cè)試設(shè)備的急停響應(yīng)、防護(hù)罩聯(lián)鎖功能及激光