[激光原理与应用-100]：南京科耐激光-激光焊接-焊中检测-智能制程监测系统IPM介绍 - 4 - 3C电池行业应用

前言：

一、激光在3C行业的应用概述

1.1 概述

1.2 激光焊接在3C-电池行业的应用

1.3 动力电池的激光焊接工艺

1.3.1 概述

1.3.2 动力电池常见的焊接应用

1.电池壳体与盖板焊接

2.电池防爆阀密封焊接

二、不同的电池的外形

2.1 软包锂电池

2.1.1 概述

1、定义与结构

2、优点

3、缺点

4、应用领域

2.1.2 生产工艺

1. 匀浆

2. 涂布：

3、碾压：

4、分切、冲片：

5、叠片：

2.1.4 软包锂电池采用哪些激光加工

1、电芯制造和连接

2、电池外壳制造

3、其他激光加工应用

4、激光焊接技术的优势

5、应用现状和发展趋势

2.2 圆柱电池

1 概述

2 组成结构

3 型号与规格

4 应用领域

5 发展趋势

2.3 纽扣电池

2.3.1 概述

2.3.2 结构组成

1、外壳

2、极片

3、隔膜

4、电解液

5、其他组件

6、密封结构

2.4 方形铝壳电池

2.4.1、结构组成

2.4.2、工作原理

2.4.3、应用领域

2.4.4、技术特点与优势

三、电池的激光焊接部位

3.1 极耳或集流体

3.1.1 概述

1、极耳焊接的基本原理

2、极耳焊接的应用领域

3、极耳焊接的工艺流程

4、极耳焊接的质量控制

5、极耳焊接的发展趋势

3.1.2 极耳的分类

1. 按极耳金属带材质分：

2. 按照极耳胶来分（国内市场）：

3. 极耳的成品包装分为：

4. 极耳箔片和极耳片区别

3.2 BSB（BUSBAR 电池模组Pack激光焊接）或汇流排

四、焊接方式

4.1 分类方式1

1. 穿透焊（全熔透焊接）

2. 拼焊

3. 叠焊

4.2 分类方式2

1、有背痕迹焊接

2、无背痕迹焊接（无痕焊接）

总结

前言：

激光技术及智能制造展聚焦于激光在下游领域创新应用，集中展示激光材料及元器件、激光器、激光组件及辅助系统、激光设备、机械系统与数控系统、3D打印/增材制造、3C电子智能装备、机器人及工业自动化等热门产品。

激光产业链上游包括材料与元器件等零部件及配套行业，中游整机包括激光器、激光加工设备制造业。激光下游应用非常广泛，主要是激光加工在 汽车、钢铁、船舶、航空航天、消费电子、高端材料、半导体加工、机械制造、医疗美容、电子工业等行业中的应用。

本文将从激光焊接带大家全面了解激光在3C制造及功能中的应用。

一、激光在3C行业的应用概述

1.1 概述

激光作为重要的生产加工技术及设备在3C行业中应用广泛。

3C是计算机(Computer)、通讯(Communication)和消费电子产品(ConsumerElectronics)三类电子产品的简称，其中：

电脑方面： 包括笔记本电脑，平板电脑，各种电脑硬体及各项周边设备等；
通讯方面： 包括无线通讯设备、用户终端设备、交换设备、传输设备，近年则以行动电话及电信产业为主轴；
消费电子：包括数位相机、PDA、电子辞典、音箱、耳机、投影仪等各种数位化商品，皆为消费电子商品。

与激光在锂电行业中的应用类似,激光主要用于3C行业产品的焊接、切割，也用于打标、清洗和蚀刻等。

激光焊接在3C行业中通常应用于：摄像头、连接器、振动马达、屏蔽件、指纹识别模组、五金结构组件、手机中框、SIM卡托、电池组件、散热模组等。

激光焊接在3C电池中的的应用与汽车锂电池中的应用多有相似，但3C电池往往体积更小，且3C产业拥有生命周期短、持续降低成本、弹性的全球运筹、数量多、规模大等特性，也使得激光焊接在3C电池中的应用有其独特之处。

1.2 激光焊接在3C-电池行业的应用

1.3 动力电池的激光焊接工艺

1.3.1 概述

新能源汽车动力电池激光焊接工艺，涉及到电芯、电池模组、电池包等复杂系统的连接，需选用合理的焊接工艺。常见应用包括极耳、极带、壳体与盖板、防爆阀等焊接，要求严格控制热输入量，保证焊缝密封。存在气孔、裂纹等焊接缺陷，需优化工艺参数。

新能源汽车近两年的井喷式发展吸引了越来越多的外界目光，不光是消费端的影响，在工业领域，由新能源汽车所引领的技术潮流同样成长为一股不容忽视的强大力量。其中应用在新能源汽车的动力核心——电池上的激光焊接工艺就是其中一个关键环节。

动力电池内部也是一整个复杂的系统，从电芯、电池模组、电池包，历经一道道制造工序，最后组装成一整个动力电池系统。这其中，材料与材料、模组与模组、电池包结构的连接就涉及到高要求的焊接工艺——激光焊接。

动力电池制造过程焊接方法与工艺的合理选用，将直接影响电池的成本、质量、安全以及电池的一致性。接下来就整理一下动力电池焊接方面的内容。

1.3.2 动力电池常见的焊接应用

动力电池分方形、圆柱和软包电池。当下，在动力电池的生产中，使用激光焊接的环节主要包括，

中道工艺-电芯的组装：

极耳的焊接(包括预焊接)、
极带的点焊接、
电芯入壳的预焊、
外壳顶盖密封焊接、
注液口密封焊接等；

后道工艺-模组的组装：包括

电池模组PACK时的连接片焊接，
以及模组后的盖板上的防爆阀焊接等。

1.电池壳体与盖板焊接

动力电池的壳体和盖板起到封装电解液和支撑电极材料的作用，为电能的储存和释放提供稳定的密闭环境，其焊接质量直接决定电池的密封性及耐压强度，从而影响电池的寿命和安全性能[13] 。

电池壳体主要采用 Al3003 铝合金，其厚度一般在 0．6 ~ 0.8 mm 之间，一般采用小功率脉冲激光焊接。

壳体与盖板的连接位置如图所示，该处的激光焊缝的主要质量问题是未熔透、气孔和下榻，这些缺陷会降低电池的密封性。

2.电池防爆阀密封焊接

方形动力电池组通常由多个方形电池单元组成，用于存储和释放大量电能。由于动力电池组储存的能量较大，一旦发生异常情况（例如过充、过放、高温等），可能会导致电池组的气体产生、压力升高，严重情况下甚至引发火灾或爆炸。

为了确保电池组的安全性，每一块动力电池通常会配备1块防爆阀。防爆阀是一种安全装置，可以控制电池内部压力，将过压或异常压力及时释放，以减少爆炸或火灾的风险。

防爆阀是电池封口板上的薄壁阀体，当电池内部压力超过规定值时，防爆阀阀体率先破裂泄气，释放压力，避免电池爆裂。防爆阀结构巧妙，多用激光焊接牢固一定形状的两个铝质金属片。当电池内部压力升高到一定值时，铝片从设计的凹槽位置处破裂，防止电池进一步膨胀造成爆炸。因而这道工序对激光焊接工艺要求极为严格，要求焊缝密封，严格控制热输入量，保证焊缝的破坏压力值稳定在一定范围内(一般在0.4~0.7MPa)，过大或太小都会对电池的安全性造成很大影响。

方形动力电池防爆阀的主要爆破原理是基于热膨胀特性和压力差的原理。当电池内部气体压力超过防爆阀设定的安全值时，阀门将爆开，通过阀门排放出一部分气体，从而降低电池内部气体的压力，保持电池的安全工作状态。

当电池内部气体压力升高超过阀门设定的安全压力时，压力差使得阀门受到力的作用，突破防爆阀的限制，爆开阀门，将电池内部气体排放出去。

方形动力电池防爆阀的爆破参数是根据电池的设计和使用要求进行决定的。另外，电池防爆阀的开启力度也需要合理控制，过大或过小都会影响阀门的工作效果。而电池防爆阀的爆破过程主要包括两个阶段：压力累积和爆破释放。在压力累积阶段，电池内部气体压力逐渐增加，到达阀值后，防爆阀受到压力的作用迅速爆开，阀门完全打开，进入爆破释放阶段，电池内部气体通过阀门迅速排放出去，从而保持电池的安全工作状态。

（电池防爆阀爆开图）

而车企在方形动力电池防爆阀的采购商应要注意，在防爆阀爆破过程中需要满足以下几个要求：一是快速的反应速度，即能够在电池内部气体压力达到危险值之前及时爆开阀门；二是可靠的工作性能，即能够在不同环境条件下正常工作，不受外界因素的影响；三是持久的使用寿命，保证能够长期稳定地工作，避免频繁更换。

电池防爆阀密封焊接就是把上述防爆阀焊接到防爆阀孔中.

3.电池转接片焊接

转接片与软连接是连接电池盖板与电芯的关键部件。它必须同时考虑到电池的过流、强度及低飞溅的要求，所以在与盖板的焊接过程中需要有足够的焊缝宽度，且需要保证没有particle落在电芯上，避免出现电池短路。而作为负极材料的铜，属于低吸收率的高反材料，在焊接时需要更高的能量密度去焊接，联赢激光最新的蓝光复合激光器则可以很好的解决高反及飞溅等传统工艺难题。

4.电池正负极的极柱焊接 - 连接片焊接

电池的极柱就是电池正负极接触片，一般来说正极使用铝、负极使用铜，其作用就是让电池极柱通过连接片焊接，形成串联、并联电路，组成电池模组PACK。

电池盖板上的极柱，分为电池内部和电池外部连接。电池内部连接，是电芯极耳与盖板极柱的焊接；电池外部连接，是电池极柱通过连接片焊接，形成串联、并联电路，组成电池模组。

电池极柱激光焊的主要问题同样是炸孔缺陷，其产生的原因和防爆阀的类似。

极柱焊缝实质上是铝转接块和极柱的配合面，铝块孔直径仅为 6 mm 左右，此处极易残留冲压油、清洁剂等杂质。高能量密度的激光造成焊件温度激增，导致极柱处残留的杂质快速汽化，气泡逸出并克服熔池表面张力离开熔池造成炸孔缺陷。在这一过程中，脉冲激光功率的快速变化进一步增加了形成炸孔的趋势。因此，除了加强焊前清洗，通过优化激光功率变化也能减少炸孔缺陷。

5.动力电池模组及PACK焊接 - 汇流排焊接

电池模组可以理解为锂离子电芯经串并联方式组合，并加装单体电池监控与管理装置。电池模组的结构设计往往能决定一个电池包的性能和安全。其结构必须对电芯起到支撑、固定和保护作用。同时如何满足过电流要求，电流均匀性，如何满足对电芯温度的控制，以及是否有严重异常时能断电，避免连锁反应等等，都将是评判电池模组优劣的标准。

同时，由于铜和铝传热均很快，且对激光反射率非常高，连接片厚度相对较大，因此需要采用较高功率的激光器才能够实现焊接。

二、不同的电池的外形

锂离子电池是一种二次充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。

在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：

充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；

放电时则相反。

根据外形来分，目前新能源汽车市场上常见的电池分为三类：

方形铝壳电池、软包电池及圆柱电池。

2.1 软包锂电池

软包锂离子电池是指采用铝塑膜为外包装的电池。相比于方形铝壳电池及圆柱电池，软包电池在发生安全隐患的时候一般先胀气，或者从冲破封印处释放能量，不易发生爆炸，因而安全性能更高；同时，同等容量的软包电池要比方形铝壳轻，具有更高的能量密度。此外，软包电池的形状可根据客户的需求定制，设计上更加灵活，在新的型号的电池开发上更占优势。当然，软包电池也存在劣势，目前的铝塑膜大都依赖进口，且生产工艺复杂，产线的自动化程度不如方形铝壳高，生产效率较低。近年来，随着锂离子电池生产工艺的不断提升及设备的改进，软包电池的生产效率也在不断提升。

2.1.1 概述

软包锂电池，也被称为聚合物锂电池，其主要特点在于采用铝塑膜作为外包装材料。

以下是对软包锂电池的详细解析：

1、定义与结构

软包锂电池主要由正负极、电解质、隔膜以及铝塑膜外壳构成，其中电池两头凸起的部件为电池的极耳，用于连接外部电路。

软包电池的主要由正负极、电解质、隔膜以及外壳构成。

电池两头凸起的部件为电池的极耳。锂离子电池的极耳分布包括单头出极耳及双头出极耳。以单头出极耳为例，拆解后的电池示意图如图所示。

不难发现软包锂离子电池的构成结构，正极、负极、隔膜。除此之外，软包电池还需要电解液来作为离子传输的通道。

2、优点

高能量密度：软包锂电池采用铝塑膜封装，可以更紧密地贴合电池内部结构，从而在相同体积下容纳更多的活性物质，提高能量密度。
安全性好：软包电池在结构上采用铝塑膜包装，相比钢壳或铝壳电池，在发生安全隐患的情况下，软包电池一般会先鼓起或从封口处裂开释放能量，不会发生爆炸。
设计灵活：软包电池的形状可根据客户的需求定制，提供了更大的设计自由度，可以适应各种形状不规则的应用场景。
重量轻：由于铝塑膜比金属材料轻，软包电池重量较同等容量的钢壳锂电轻40%，较铝壳电池轻20%，这有利于减轻设备的整体重量。
内阻小：软包电池的内阻较小，这有助于降低电池的自耗电，提高电池的使用效率。
散热性能优：软包电池的铝塑膜包装材料具有较好的热塑性，可以在电池内部温度升高时膨胀，从而分散热量，提高散热性能。
快充能力：软包电池在快充、低温性能等方面也有优势，适合新能源乘用车的使用。

3、缺点

产品一致性问题：软包电池的生产工艺复杂，难度较高，导致产品一致性较差，可能会伴随漏液和胀气问题。
成本问题：虽然理论上软包电池的材料成本低，但由于生产工艺复杂，生产自动化水平不高，导致目前软包电池的制造成本相对较高。
封装可靠性：软包电池的铝塑膜封装相比金属壳在物理强度上较弱，容易受到机械冲击和压力的影响，这可能会影响电池的封装可靠性。
市场规模与技术成熟度：软包电池在我国的市场份额相对较小，原材料、生产设备供应方较为单一，尤其在核心技术上仍有提升空间。其封装材料和生产工艺仍在不断发展中，相比圆柱形和方形电池，其技术成熟度较低。

4、应用领域

软包锂电池广泛应用于手机、平板电脑等移动终端设备中，其轻薄、高能量密度的特点使得这些设备更加轻便、便携。同时，软包锂电池也是电动汽车的主要动力源之一，其高能量密度和长周期寿命使得电动汽车的续航里程更长，充电时间更短。此外，随着可再生能源的快速发展，软包锂电池在储能系统中也有着广泛的应用。未来，软包锂电池的应用领域还将不断扩展，如智能家居、医疗设备、航空航天等领域都有望使用软包锂电池。

综上所述，软包锂电池以其独特的优点在多个领域得到了广泛应用，但同时也存在一些需要改进的问题。随着技术的不断进步和生产工艺的完善，相信软包锂电池的性能和应用领域将会得到进一步提升和拓展。

2.1.2 生产工艺

锂离子电池生产过程较为复杂，主要包括：匀浆、涂布、碾压、冲片、叠片、封装、注液、化成几个工序。如下图所示。

1. 匀浆

锂离子电池的极片（正负极片）是电芯（极片的串联）中最重要的组成部分，匀浆即指锂离子正负极片上的所涂浆料的制备过程，浆料的制备需要将正负极物料、导电剂及粘结剂进行混合，所制备的浆料需要均一、稳定。不同锂电池生产厂家都有自己的匀浆工艺配方，匀浆过程中的加料顺序、加料比例及搅拌工艺都对匀浆效果有着极大的影响。匀浆结束后需要对浆料进行固含量、粘度、细度等测试，以确保浆料性能满足要求。

2. 涂布：

制备好的正、负极浆料需涂覆在铝箔或者铜箔上并烘干，这个过程即为涂布。涂布工艺是锂离子电池制造的核心工序，在很大程度上决定着锂离子电池的性能。涂布后的极卷要求表面平整，色泽均一，无露箔、颗粒、划痕、褶皱等。

3、碾压：

涂布后的极片还需经过碾压，碾压是通过轧辊与极片之间产生的摩擦力将极片拉进旋转的轧辊之间，电池极片受压变形，并致密化。极片的碾压是正负极板上材料压实的过程，其目的在于增加正极或负极材料的压实密度。合适的压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池循环寿命，提高锂离子电池的利用率。但压实密度的过大或过小都不利于锂离子的嵌入或脱出。因此，电池极片实施辊压时，轧制力不宜过大也不宜过小，应符合极片材料的特征。

4、分切、冲片：

由于产能及效率要求，生产中的极卷都相对较大，碾压后的极卷还需分切至所需极片尺寸，这个过程就是分切和冲片的过程。

5、叠片：

分切后的极片需要按照负极、隔膜、正极、隔膜、负极、隔膜、正极……正极、隔膜、负极的顺序进行堆叠，这个过程称为叠片，堆叠之后的极片称之为电芯。

叠片的方式包括Z字型叠片及摇摆式叠片。部分厂家在此工序采用卷绕工艺，相比于卷绕工艺，叠片工艺的劣势在于对极片的对齐精度要求较高，且目前？叠片机效率较低、自动化程度低。但叠片工艺的电池性能较卷绕工艺更加良好。随着新能源行业的不断扩大和发展，考虑到电池在安全性、产线集体效率等问题，叠片工艺依然是长期发展的趋势。

6、封装：

堆叠好的电芯还需经过极耳焊接，将焊接好的电芯放置于冲坑后的铝塑膜中并进行顶、侧封等工序，即为封装。封装好的电芯如图所示。除电芯本体外，铝塑膜还留有余量，这部分称为气袋，这是因为电芯在化成过程中会产生大量的气体，这部分气体会随着气袋在degas工序一并去除。

7、注液：

注液即向封装后的电芯中注入电解液的过程。电解液的作用是为电池中离子的传输提供载体。在电解液中加入特定的添加剂，可以提高锂离子电池在安全或高低温等方面的性能。

8、化成：

注液后的电池还需在小电流下进行充电，相当于对锂离子电池的激活过程。首次充电过程中负极的表面会形成SEI膜。SEI膜的性能直接决定了锂离子电池的倍率、自放电性能，因此化成工艺的好坏直接决定了电池的质量。化成过程中会产生大量的气体，这些气体会影响电池的性能，因此化成后的电池还需经过除气，即Degas过程。为了保证电池性能的一致性，锂离子电池还需进行分容、内阻、自放电等测试，把不同性能的电池进行分组。

以上过程即为单体电池的制备过程。将同组别的单体电池按照一定的串并联方式组装，就可以应用于电动汽车、储能等领域。

2.1.4 软包锂电池采用哪些激光加工

软包锂电池在制造过程中广泛采用激光加工技术，这些技术主要集中在以下几个方面：

1、电芯制造和连接

极耳焊接：
- 定义：极耳焊接是指将电芯极片层叠后，每层极片一端伸出一层极耳箔片（正极为铝箔，负极为铜箔），然后将这些极耳箔片和极耳片焊接在一起形成电芯，以确保锂离子电池在充放电过程中有流畅的电子导通路径。
- 技术要点：激光焊接技术能够实现极耳箔片和极耳片之间的高精度、高效率连接，提高电芯的制造质量和一致性。
电芯连接：
- 在软包锂电池中，电池单体需要通过激光焊接机进行连接，以实现电芯的制造和组装。激光焊接机的高效率、高精度特性使得电池单体的连接更加快速和可靠。

2、电池外壳制造

外壳焊接：软包锂电池的外壳通常由铝箔或其他复合材料制成，这些材料的加工和连接需要采用激光焊接技术。激光焊接机在外壳制造中可以提供高效率、高精度的焊接方式，确保外壳的密封性和强度。

3、其他激光加工应用

电芯衬套制造：电芯在内部衬套中的固定过程也可能采用激光焊接技术，以确保电芯的稳定性和安全性。
电芯与BMS连接：激光焊接技术还可以实现电芯与电池管理系统（BMS）的精确连接，提高产品的可靠性和稳定性。
电芯与电池包连接：在电池包组装过程中，电芯与电池包之间的连接也可能采用激光焊接技术，以确保连接的强度和密封性。

4、激光焊接技术的优势

高精度：激光焊接能够实现非常细小的焊缝，提高焊接的精确度和一致性。
高效率：激光焊接速度快，能够大幅提升生产效率。
低变形：激光焊接的热源集中，热影响区小，减少了焊接过程中材料的变形和热损伤。
焊接强度高：激光焊接的焊缝强度高，能够承受较大的拉伸力。
环保：激光焊接过程中几乎不产生有害物质，符合环保要求。

5、应用现状和发展趋势

目前，激光焊接技术已经广泛应用于新能源汽车和电池行业中的软包锂电池制造。国内外许多知名企业如特斯拉、LG、松下等都在其生产线上采用了激光焊接技术。随着新能源汽车市场的不断扩大和电池技术的不断进步，激光焊接技术在软包锂电池制造中的应用前景将更加广阔。

未来，随着激光器技术的不断成熟和改进，激光焊接技术有望在软包锂电池制造中实现更高的生产效率、更好的焊接质量和更低的能耗。同时，随着智能制造和自动化技术的发展，激光焊接设备将更加智能化和集成化，为软包锂电池制造提供更加高效、精准的解决方案。

技术 | 软包锂离子电池极耳及连接方式，总结的太全面了 (qq.com)

2.2 圆柱电池

1 概述

圆柱电池是一种常见的电池类型，其外形呈圆柱形状，广泛应用于多个领域。

定义：圆柱电池是一种通过化学反应将化学能转化为电能的装置，其外形为圆柱形，内部由正极、负极、电解质、隔膜和外壳等部分组成。

特点：

高能量密度：相比其他封装形式的电池，圆柱形电池具有较高的能量密度，能够在有限的体积内储存更多的能量。
长寿命：圆柱电池通常具有较长的循环寿命，能够满足长时间使用的需求。
良好的安全性能：圆柱形电池的安全性较强，不容易发生爆炸等安全事故。
易于集成：圆柱电池模组的结构相对简单，易于集成和安装，能够满足不同领域和设备的能源需求。

2 组成结构

圆柱电池主要由以下部分组成：

正极：通常由锂钴氧化物或锂铁磷酸等材料制成，在充电和放电过程中释放或吸收正极离子。
负极：通常由石墨或其他碳材料制成，负责吸收正极离子并形成化学反应，从而产生电能。
电解质：一种能够导电并运输正极离子和电子的物质，通常采用液态或凝胶态的电解质。
隔膜：用于阻止正负极之间直接接触的物质，通常由聚丙烯或其他塑料材料制成，以防止短路和安全事故的发生。
外壳：圆柱电池的保护和支撑结构，通常由金属或塑料材料制成，用于保护电池内部的各项组成部分并起到固定和支撑的作用。

3 型号与规格

圆柱型锂离子电芯通常用五位数字表示其规格，从左边数起，第一、二位数字表示电池直径，第三、四位数字表示电池高度，第五位数字表示圆形。常见的圆柱电池型号包括10400、14500、16340、18650、21700、26650、32650等。这些电池各有不同的特点和应用领域，如18650电池因其高能量密度和性价比较好而广泛应用于手机、笔记本电脑等小型电器上；而21700电池则因其体积增大、空间利用率变大而广泛应用于电动车、平衡车等领域。

4 应用领域

圆柱电池广泛应用于多个领域，包括但不限于：

电动汽车：作为新能源汽车的代表，电动汽车的驱动电源通常由大量的圆柱电池单体组成。圆柱电池模组因其优异的性能和良好的安全性而成为了电动汽车的首选。
储能系统：储能系统是智能电网、可再生能源发电等领域的重要组成部分。圆柱电池模组因其高能量密度和长寿命而成为了储能系统的理想选择。
无人机：无人机的能源系统对于保证其正常飞行至关重要。圆柱电池模组因其轻便、高效、安全的特点而成为了无人机能源系统的首选。
便携式电子设备：如手电筒、迷你音响、数码相机等也常使用圆柱电池作为电源。

5 发展趋势

随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，圆柱电池将在未来发挥更加重要的作用。一方面，通过关键电池材料的创新研究与应用进展，可以进一步提高圆柱电池的性能、质量和安全性；另一方面，随着圆柱电池模组技术的不断发展，其集成度和能量密度也将不断提升，以满足更高要求的能源需求。

总之，圆柱电池以其高能量密度、长寿命、良好的安全性能以及易于集成等优点在多个领域得到了广泛应用，并将在未来继续发挥重要作用。

2.3 纽扣电池

2.3.1 概述

纽扣电池（button cell ）也称扣式电池，是指外形尺寸像一颗小纽扣的电池，一般来说直径较大，厚度较薄（相对于柱状电池如市场上的5号AA等电池）.纽扣电池是从外形上来对电池来分，同等对应的电池分类有柱状电池，方形电池，异形电池。

2.3.2 结构组成

纽扣电池，也称扣式电池，是指外形尺寸像一颗小纽扣的电池，其结构组成主要包括以下几个部分：

1、外壳

正极壳/帽和负极壳/帽：纽扣电池的外壳分为正极壳和负极壳，通常由不锈钢材料制成。正极壳相对较大，而负极壳表面可能有网状结构，且尺寸较小。例如，在CR2032纽扣电池中，正极壳和负极壳的设计就遵循了这样的原则。

2、极片

正极片：纽扣电池的正极片通常由二氧化锰（MnO2）或其他活性物质制成，它是电池内部发生化学反应的重要部分。
负极片：负极片则可能由金属锂（Li）、锌（Zn）等材料制成，同样参与电池内部的化学反应。例如，锂锰一次性纽扣电池就采用化学性质非常稳定的二氧化锰为正极材料，以比能量非常高的锂金属为负极材料。

3、隔膜

隔膜是纽扣电池中用于分隔正极和负极的关键组件，以防止它们直接接触导致短路。隔膜通常由纤维素、玻璃纤维等不导电材料制成，这些材料具有许多微孔，允许锂离子通过但阻止电子通过。

4、电解液

电解液是纽扣电池内部进行离子传导的介质，通常由氢氧化钠（NaOH）、氢氧化钾（KOH）或其他适合电池体系的电解质溶液组成。它填充在隔膜两侧，为电池内部的化学反应提供必要的离子环境。

5、其他组件

垫片：某些纽扣电池中可能包含垫片，通常为圆形铝片，用于支撑负极片或调整电池内部空间。
弹片（支撑片）：弹片主要用于支撑电池结构，防止电池在外部压力下变形或内部组件受损。它通常只添加在负极一侧。

6、密封结构

纽扣电池还采用密封结构来防止电解液泄漏和外部环境对电池内部的影响。密封环通常由尼龙等材料制成，既起到绝缘作用又阻止电解液外泄。

综上所述，纽扣电池的结构组成包括正极壳、负极壳、正极片、负极片、隔膜、电解液以及其他如垫片、弹片等辅助组件。这些组件共同工作，使得纽扣电池能够在小型电子设备中发挥稳定的电源供应作用。同时，不同类型的纽扣电池在材料选择和结构上可能有所不同，以适应不同的应用需求。

2.4 方形铝壳电池

方形铝壳电池是一种采用铝壳封装的电池，它具有独特的结构特点和广泛的应用领域。以下是对方形铝壳电池的详细解析：

2.4.1、结构组成

方形铝壳电池主要由以下几个部分组成：

电芯：包括正负极片、隔膜等核心部件，是电池储存电能和实现化学反应的关键部分。
电解液：填充在电芯内部，为电池内部的化学反应提供必要的离子环境。
铝壳：作为电池的外壳，不仅起到保护电芯的作用，还作为电池的负极参与化学反应。
顶盖：顶盖与铝壳通过激光焊接组成一个密封的整体，其结构可能包含顶盖板、正负极柱、防爆装置、注液孔等。顶盖的设计对于电池的安全性和性能至关重要。

2.4.2、工作原理

方形铝壳电池通过内部的化学反应将化学能转化为电能。在电池的工作过程中，正极离子向负极流动，负极接受到正极中的电子，使得电子沿着电路流动，从而产生电流。铝壳作为负极，带有负电荷，有利于电子从负极流向正极，实现电子的流动，从而保证电池的正常工作。

2.4.3、应用领域

方形铝壳电池的应用领域非常广泛，主要包括以下几个方面：

小型电子产品：如灯具、身份证读取器、音响等，由于其方形设计和便于携带的特点，这些设备中常常使用方形铝壳电池作为电源。
电动汽车：在电动汽车领域，方形铝壳电池模组凭借其高能量密度和长续航里程成为首选的电池方案。许多知名电动汽车制造商都采用了方形铝壳电池模组作为其核心电池技术。
储能设备：方壳电池模组可以存储大量的电能，为电网提供稳定的电力支持。随着可再生能源的快速发展，储能设备的需求也在不断增加，方形铝壳电池模组的市场前景非常广阔。
无人机和航空航天：无人机需要长时间飞行，而航空航天领域对电池的重量和能量密度要求更高。方形铝壳电池模组的高能量密度和轻量化的特点使其成为这些领域的理想能源解决方案。

2.4.4、技术特点与优势

能量密度高：方形铝壳电池通常采用叠片或绕卷工艺，能量密度相对较高，能够提供更多的电能。
安全性好：铝壳作为负极不仅参与化学反应，还起到保护电芯的作用。同时，顶盖上的防爆装置等设计也进一步提高了电池的安全性。
易于标准化生产：方形设计使得电池模组更易于实现标准化生产，降低了生产成本并提高了生产效率。

综上所述，方形铝壳电池以其独特的结构组成、广泛的应用领域和技术特点与优势在电池市场中占据重要地位。随着技术的不断进步和应用领域的不断扩大，方形铝壳电池的发展前景将更加广阔。

新能源汽车方形铝壳电池结构件详细介绍之卷心 (lebeicoo.com)

三、电池的激光焊接部位

3.1 极耳或集流体

集流体，顾名思义就是指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔。泛指也可以包括极耳。

3.1.1 概述

极耳焊接是一种将两个金属导体（通常是电池的极耳与电池壳体或其他金属部件）焊接在一起，以形成电流回路的工艺过程。这种工艺在电池制造、电子设备、汽车制造等领域有着广泛的应用。

以下是对极耳焊接的详细解析：

1、极耳焊接的基本原理

极耳焊接主要涉及超声波焊接和电阻焊接两种方式，但近年来激光焊接也逐渐被应用于极耳焊接领域。

超声波焊接：利用超声波的振动能量使两块金属在相对较短时间内达到原子间的结合。在辅助加压的情况下，通过焊头、焊座将高频振动波传递到两个待焊接的物体，这两个待焊接接触面相互摩擦，分子相互扩散而形成分子熔合焊接到一起。这种焊接方式具有焊接速度快、焊接强度高、焊接质量稳定等优点。
电阻焊接：通过电流在接触点产生的电阻热能将两块金属熔接在一起。电阻焊接需要较大的电流和适当的接触压力，以实现金属的快速熔化和连接。
激光焊接：利用激光束对金属材料进行焊接。激光焊接具有焊接速度快、焊缝质量高、变形小等优点，尤其适用于高精度和高要求的焊接场景。

2、极耳焊接的应用领域

电池制造：在电池制造过程中，极耳焊接用于将正负极极耳与电池壳体或集流体焊接在一起，形成完整的电池结构。这对于提高电池的安全性、稳定性和性能至关重要。
汽车制造：在汽车制造中，极耳焊接用于将电池正负极引出与车身的连接，同时也应用于其他金属部件的连接。随着电动汽车市场的不断扩大，极耳焊接在汽车制造中的应用也越来越广泛。
电子设备：在电子设备中，极耳焊接用于连接电路板上的元件引脚与线路，实现电信号的传输。这种焊接方式对于确保电子设备的稳定性和可靠性具有重要意义。

3、极耳焊接的工艺流程

极耳焊接的工艺流程通常包括以下几个步骤：

准备阶段：选择合适的极耳材料和工具，对极耳进行处理和裁剪，以满足焊接需求。
焊接阶段：根据所选的焊接方式（超声波焊接、电阻焊接或激光焊接），将极耳与待焊接部件放置在焊接设备中，进行焊接操作。
质量检测：对焊接完成的部件进行质量检测，以确保焊接接头的强度和稳定性满足要求。质量检测通常包括目视检测、无损检测和力学性能检测等。

4、极耳焊接的质量控制

为了确保极耳焊接的质量，需要采取一系列质量控制措施，包括：

选择合适的焊接参数：根据待焊接材料的特性和焊接要求，选择合适的焊接参数（如焊接电流、焊接时间、焊接压力等）。
确保焊接设备的稳定性和精度：定期对焊接设备进行维护和校准，确保其稳定性和精度满足要求。
加强操作人员培训：对操作人员进行专业培训，提高其操作技能和质量意识，确保焊接过程中的每一步操作都符合规范。

5、极耳焊接的发展趋势

随着技术的不断进步和应用领域的不断扩大，极耳焊接技术也在不断发展和完善。未来极耳焊接的发展趋势可能包括以下几个方面：

提高焊接精度和稳定性：通过采用更加精准的传感器和先进的控制系统等技术手段，提高焊接精度和稳定性。
实现自动化和智能化：将人工智能、机器学习等技术应用于极耳焊接领域，实现自动化和智能化生产，提高生产效率和产品质量。
注重环保和节能：在焊接过程中采用更加环保和节能的技术手段，降低能耗和污染排放，符合可持续发展的要求。

总之，极耳焊接作为一种重要的金属连接技术，在多个领域都有着广泛的应用。随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，极耳焊接技术也将不断发展和完善。

3.1.2 极耳的分类

1. 按极耳金属带材质分：

⑴铝（Al）极耳，一般用作正极极耳，如果电池为钛酸锂负极时，也用作负极极耳。

⑵镍（Ni）极耳，用作负极极耳，主要用在数码类小电池上，例如：手机电池、移动电源电池、平板电脑电池、智能传递设备电池等。

⑶铜镀镍（Ni—Cu）极耳，用作负极极耳，主要应用于动力电池和高倍率电池。

2. 按照极耳胶来分（国内市场）：

⑴黑胶极耳，一般用在中低端数码类小电池上。

⑵黄胶极耳，一般用在中低端动力电池和高倍率电池上。

⑶白胶极耳，一般用在高端数码电池、动力电池和高倍率电池上。

3. 极耳的成品包装分为：

⑴盘式极耳（整条金属带通过设备加上胶片后整条的卷绕成盘），用在自动化生产产线

⑵板式极耳（金属带加上胶片后裁切成单个的，然后成排摆放用两片薄透明塑料片夹在中间），用于普通生产产线。

4. 极耳箔片和极耳片区别

极耳箔片和极耳片在动力电池或锂离子电池中扮演着不同的角色，它们之间存在明显的区别。

以下是对这两者的详细解析：

（1）定义与构成

极耳箔片：
- 极耳箔片通常指的是极耳的一部分，特别是与极片直接相连的部分。在某些工艺中，极耳箔片可能是从极片的集流体上直接裁切出来的，或者是通过焊接等方式附加到极片上的。
- 它主要由导电材料（如铜、铝等）制成，具有良好的导电性能。
极耳片（或简称极耳）：
- 极耳是电池组件中的一种重要部分，用于连接电池极片与电池外部电路。极耳通常由金属带和胶片（或绝缘层）两部分组成，通过加热复合而成。
- 极耳的主要材料包括正极的铝（Al）材料和负极的镍（Ni）或铜镀镍（Ni—Cu）材料。它们不仅具有良好的导电性，还需要具备耐电解液腐蚀、抗HF性能、与铝塑膜良好粘接等特性。

（2）功能与作用

极耳箔片：
- 作为极耳与极片之间的连接部分，极耳箔片的主要功能是确保电流能够顺畅地从极片传输到极耳，再进一步传输到电池外部电路。
- 它的导电性能直接影响电池的整体性能，包括内阻、充放电效率等。
极耳片：
- 极耳的主要作用包括连接电池内外电路、导电以及密封。极耳通过其金属带部分将电流从电池内部引出，产生回路；同时，其胶片部分与铝塑膜等绝缘材料结合，确保电池内部的密封性和安全性。
- 在动力电池和锂离子电池中，极耳的性能直接影响电池的能量密度、功率密度、循环寿命以及安全性能。

（3）总结

综上所述，极耳箔片和极耳片在电池组件中虽然都扮演着连接和导电的角色，但它们之间存在明显的区别。极耳箔片更侧重于与极片的直接连接和导电功能；而极耳片则是一个更为完整的组件，包括金属带和胶片两部分，不仅具有导电功能，还涉及到电池的密封性和安全性。在实际应用中，两者相互配合，共同确保电池的正常运行和优异性能。

3.2 BSB（BUSBAR 电池模组Pack激光焊接）或汇流排

新能源电池中的汇流排，也称为母线排或Busbar（电源总线条）

电池模组中的BusBar，即母线排，是一种多层复合结构连接排，也被称为复合母排。它是电池模组中一种重要的连接部件，具有可重复电气性能、低阻抗、抗干扰、可靠性好、节省空间、装配简洁快捷等特点。在电池模组中，BusBar通过焊接或螺栓紧固的方式，将电池端子或模组极柱以串联或并联的方式连接起来，从而构成电池组或电池模块的主要电流通道。它承载着电流的传输，是电池模组内部电流路径的重要组成部分。是电池模组中用于串联或并联电芯的金属条。

具体来说，BusBar在电池模组中的作用主要体现在以下几个方面：

电流传输：作为电池模组中的主要电流通道，BusBar负责将电能从电池单元传输到整个电池系统，确保电流的稳定传输。
结构支撑：BusBar不仅具有电气连接的功能，还具有一定的结构支撑作用。在电池模组中，它可以为电池单元提供稳定的支撑和固定，防止电池单元在振动或冲击下发生位移或损坏。
电压和温度采样：由于BusBar与电池单元直接连接，因此它可以作为电芯电压和温度的采样点。通过监测BusBar上的电压和温度变化，可以实时了解电池模组的工作状态，确保电池系统的安全性和可靠性。
优化性能：在设计和选择BusBar时，制造商会考虑其导电性能、耐高温性能、耐腐蚀性能等多方面的指标，以确保BusBar的质量和可靠性。这些优化措施有助于提高电池模组的整体性能和安全性。

此外，BusBar在电池模组中的应用还体现在其广泛的应用领域上。它不仅用于新能源汽车的动力电池系统中，还广泛应用于电力及混合牵引、电力牵引设备、蜂窝通讯、基站、电话交换系统、大型网络设备、大中型计算机、电力开关系统、焊接系统、军事设备系统、发电系统等多个领域。

综上所述，电池模组中的BusBar是一种具有多种功能和优点的连接部件，对于电池系统的性能和安全性具有至关重要的作用。

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四、焊接方式

4.1 分类方式1

穿透焊、拼焊、叠焊是激光焊接技术中的三种不同焊接方式，它们各自具有独特的特点和应用场景。

以下是对这三种焊接方式的详细解释：

1. 穿透焊（全熔透焊接）

定义：
穿透焊接，又称为全熔透焊接，是一种通过焊接热源将两个或多个工件完全熔化，使它们形成一个整体的焊接方法。在穿透焊接过程中，焊缝金属完全穿透工件，实现工件的完全连接。

特点：

高强度连接：由于焊缝金属完全穿透工件，因此连接强度较高。
良好密封性：焊缝完全穿透，使得焊接接头具有良好的密封性能。
广泛适用性：广泛应用于各种承重结构和密封要求较高的场合。

应用：
穿透焊接在船舶制造、桥梁建设、重型机械制造等领域具有重要应用价值，用于连接重要承重构件和密封要求高的部件。

2. 拼焊

定义：
激光焊接机的激光拼焊是采用激光能源，将若干不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材、不锈钢材、铝合金材等进行自动拼合和焊接而形成一块整体板材、型材、夹芯板等，以满足零部件对材料性能的不同要求。

特点：

灵活性高：可以拼接不同材质、厚度和涂层的材料。
整体性强：通过激光焊接，形成一块整体板材或型材，提高了材料的整体性能。
适应性强：广泛应用于汽车制造、航空航天、建筑等领域，用于制造复杂形状的零部件和构件。

应用：
在汽车制造中，激光拼焊技术被用于制造车身结构件，如车门内板、侧围板等，以提高车身的刚性和轻量化程度。

3. 叠焊

定义：
叠焊，也称多层多道焊接，是指由两条以上焊道和两层以上焊层完成整条焊缝所进行的焊接。这种焊接工艺可以称为激光金属沉积，也可以叫做激光熔覆技术。

特点：

提高焊缝质量：多层多道焊可以提高焊缝金属的质量，特别是塑性，因为后层焊缝对前层焊缝具有热处理作用，相当于对前层焊缝进行了一次正火处理。
改善组织性能：通过多层多道焊，可以改善焊缝的二次组织，提高焊缝的力学性能和耐腐蚀性能。
适应性强：适用于厚板焊接和大型构件的焊接，以及需要高质量焊缝的场合。

应用：
叠焊技术广泛应用于石油化工、压力容器、核电设备等领域的焊接制造中，用于连接厚壁材料和大型构件。

综上所述，穿透焊、拼焊、叠焊是激光焊接技术中的三种重要焊接方式，它们各自具有独特的特点和应用场景，在工业生产中发挥着重要作用。

4.2 分类方式2

有背痕迹焊接与无背痕迹焊接是焊接技术中的两种不同表现形式，它们在焊接效果、应用场景以及技术实现上存在显著差异。

1、有背痕迹焊接

定义：

有背痕迹焊接是指在焊接过程中，由于焊接热量、压力以及焊接材料等因素的作用，在焊缝背面或附近产生明显的痕迹或变形的焊接方式。这种焊接方式在许多传统焊接工艺中较为常见。

特点：

痕迹明显：焊缝背面或附近存在可见的焊接痕迹，如焊瘤、凹陷、变色等。
变形可能：由于焊接热量的影响，焊缝及其周围区域可能发生一定程度的变形。
应用广泛：适用于对焊接外观要求不高的场合，如结构件、管道等的焊接。

2、无背痕迹焊接（无痕焊接）

定义：

无痕焊接是一种高端的焊接技术，通过将金属材料进行精密的加工和压制，使焊接痕迹变得几乎看不见。该技术采用高频电磁场加热和压力焊接的方式，可以在不加任何辅助材料的情况下，实现金属材料的粘结，从而实现无痕焊接。

特点：

痕迹微小：焊接后几乎看不到明显的痕迹，焊缝表面平整光滑。
密封性好：无痕焊接技术可以确保焊接处的密封性，防止气体或液体泄漏。
强度高：焊接接头的强度与母材相当，甚至更高，可以满足高要求的力学性能需求。
外观质量高：无痕焊接技术大大提高了产品的外观质量，使焊接部位与周围材料融为一体。
应用高端：主要应用于高端设备及产品的焊接，如高档汽车、飞机制造等领域。

技术实现：

无痕焊接技术的实现依赖于先进的焊接设备和工艺。例如，采用中频逆变直流电源进行焊接，可以有效提高热效率，缩短加热时间，防止长时间加热造成的焊接变形和塑性变形。同时，采用平台式点焊机和大平台支撑工件，可以增加导电面积，迅速散走焊接过后的热量，进一步降低焊接变形。此外，通过精密的加工和压制技术，可以确保焊接接头的平整度和密封性。