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
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