20、锂离子电池铜激光微焊接技术解析

锂离子电池铜激光微焊接技术解析

1. 引言

18650 型锂离子电池因其高能量密度（162 Wh/kg）、易于获取和低成本等优势，在储能设备中的应用日益广泛。为实现高能量存储，多个电池需并联连接，通常采用在镀镍 DC04 钢上重叠焊接 CuSn6 薄板来实现电气连接。然而，电池焊接的主要挑战在于，在不损坏电池罐和密封，避免电解液泄漏的前提下，同时熔化上下两层材料。

Fraunhofer 为电动汽车设计了一种轻量化储能装置，其中连接了 4800 个 18650 型锂离子电池，总容量达 36 kWh，电压约 300 V。电池需采用并联和串联组合连接，30 个电池通过铜集电器并联形成一个模块，80 个模块再串联。由于难以将 1.5 毫米厚的铜片（Cu - OF）稳定焊接到 0.3 毫米厚的金属部件（DC04，电池罐）上，因此使用 0.2 毫米厚的 CuSn6 薄铜片直接连接电池罐，再将其焊接到厚铜连接器上。模块内部和电池之间存储有 PCM 浆料，为确保模块正常工作，电池两极需从顶部连接，负极焊接需在电池罐弯曲表面进行，且连接必须密封防漏。

2. 工件描述、所需焊缝参数布局及实验设置

2.1 工件描述

负极的异种材料连接采用重叠配置，铜作为上连接部件，DC04 钢下方有一层聚合物用于隔离两极并密封电池罐，同时固定正极。

2.2 必要焊接和焊缝参数的确定

由于铜对 1070 nm 波长激光束的高反射率（R = 97%），需要高能量才能实现稳定的小孔焊接过程，因此选择了不同的铜合金。通过以下公式计算深熔焊功率阈值：
- (P_{DP,min} = 2 \cdot \sqrt{\pi} \cd