动力电池制造工艺-激光焊接详解——高安全、高精密的“光之纽带”

动力电池内部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：

1）中道工艺：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；

2）后道工艺：包括电池PACK模组时的连接片焊接，以及模组后的盖板上的防爆阀焊接等。

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、气孔和下塌，这些缺陷会降低电池的密封性。

电池正负极极柱焊接

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。

电池防爆阀密封焊接

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。

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。

电池极柱焊接

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 。

动力电池模组及PACK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。

激光焊接工艺难点

前，铝合金材料的电池壳占整个动力电池的90%以上。其焊接的难点在于铝合金对激光的反射率极高,焊接过程中气孔敏感性高,焊接时不可避免地会出现一些问题缺陷，其中最主要的是气孔、热裂纹和炸火。

铝合金的激光焊接过程中容易产生气孔，主要有两类：氢气孔和气泡破灭产生的气孔。由于激光焊接的冷却速度太快，氢气孔问题更加严重，并且在激光焊接中还多了一类由于小孔的塌陷而产生的孔洞。

热裂纹问题。铝合金属于典型的共晶型合金，焊接时容易出现热裂纹，包括焊缝结晶裂纹和HAZ液化裂纹，由于焊缝区成分偏析会发生共晶偏析而出现晶界熔化，在应力作用下会在晶界处形成液化裂纹，降低焊接接头的性能。

炸火（也称飞溅）问题。引起炸火的因素很多，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。并不是一些激光设备提供商宣传的“光束质量越好，焊接效果越优秀”，好的光束质量适合于熔深较大的叠加焊接。寻找合适的工艺参数才是解决问题的致胜法宝。

其他难点

软包极耳焊接，对焊接工装要求较高，必须将极耳压牢，保证焊接间隙。可实现S形、螺旋形等复杂轨迹的高速焊接，增大焊缝结合面积的同时加强焊接强度。

圆柱电芯的焊接主要用于正极的焊接，由于负极部位壳体薄，极容易焊穿。如目前一些厂家采用的负极免焊接工艺，正极采用的为激光焊接。

方形电池组合焊接时，极柱或连接片受污染厚，焊接连接片时，污染物分解，易形成焊接炸点，造成孔洞；极柱较薄、下有塑料或陶瓷结构件的电池，容易焊穿。极柱较小时，也容易焊偏至塑料烧损，形成爆点。不要使用多层连接片，层之间有孔隙，不易焊牢。

方型电池的焊接工艺最重要的工序是壳盖的封装，根据位置的不同分为顶盖和底盖的焊接。有些电池厂家由于生产的电池体积不大，采用了“拉深”工艺制造电池壳，只需进行顶盖的焊接。

方形动力电池侧焊样品

方形电池焊接方式主要分为侧焊和顶焊，其中侧焊的主要好处是对电芯内部的影响较小，飞溅物不会轻易进入壳盖内侧。由于焊接后可能会导致凸起，这对后续工艺的装配会有些微影响，因此侧焊工艺对激光器的稳定性、材料的洁净度等要求极高。而顶焊工艺由于焊接在一个面上，对焊接设备集成要求比较低，量产化简单，但是也有两个不利的地方，一是焊接可能会有少许飞溅进入电芯内，二是壳体前段加工要求高会导致成本问题。

在新能源汽车高速发展的今天，动力电池作为核心部件，其制造工艺直接决定了车辆的安全性与续航能力。激光焊接技术凭借高效率、高精度和低热影响的特性，已成为动力电池生产中的“黄金工艺”。

精密性需求电池壳体厚度普遍在0.6~0.8mm（以铝合金为主），传统焊接易导致变形或击穿，而激光光斑直径可控制在微米级，实现超薄材料精密焊接。

材料兼容性可焊接高反材料（如铜、铝），解决负极铜转接片（反射率超90%）的焊接难题，并实现铝-镍等异种金属连接。

零接触与自动化非接触式焊接配合机器人系统，适应电池模组的复杂三维结构，良率提升30%以上。

• 防爆阀是电池泄压的关键结构，激光需在直径8mm的铝片上实现0.4~0.7MPa破坏压力的密封焊缝。

• 连续激光取代脉冲焊接后，密封性提升50%，杜绝电解液泄漏风险。

• 采用侧焊或顶焊工艺

• 侧焊：飞溅物不进入电芯内部，但对材料洁净度要求极高；

• 顶焊：量产效率高，需控制飞溅污染。

• 新型蓝光复合激光器有效减少铝合金气孔，良率突破95%。

• 正极（铝）与负极（铜）极柱需承受**≥500MPa抗拉强度**

• 痛点：残留杂质导致“炸孔”（直径6mm配合面易存油污），通过焊前等离子清洗+功率渐变控制解决。

• 铜-铝异种材料焊接易生成脆性化合物，现采用激光-超声波复合工艺，避免金属间化合物导致的导电性下降。

• 全极耳结构使焊接面积增加5倍，但极耳折叠易错位短路。

• 光束整形技术（如环形光斑）实现多极耳同步焊接，热输入降低40%。

• 铜/铝连接片厚度达2mm时，需6kW以上高功率光纤激光器穿透焊接，单GWh设备投入约1000~3000万元。

• 诱因：铝合金熔池氢溶解度剧变、冷却过快。

• 对策

• 采用双峰波脉冲（缓降脉宽减少气孔）；

• 焊接头倾斜40° 增加熔宽，降低裂纹敏感性。

• 根源：材料污染或能量密度过高。

• 创新工艺

• 焊斑偏置（盖板65%+壳体35%）；

• 复合焊接（激光+电弧）降低峰值温度。

• 铜焊接时，红外-绿光复合激光器将吸收率从30%提至80%，减少爆点。

实时质量监控系统通过等离子体光谱分析+AI缺陷识别，在线检测气孔、未熔合等缺陷，拦截不良品。

固态电池焊接新挑战硫化物电解质对热敏感，开发超短脉冲皮秒激光（热影响区<10μm）成为新方向。

设备国产化加速大族激光、联赢激光等企业突破4kW光纤激光器技术，成本降低30%。

行业数据透视：2024年动力电池激光焊接设备市场规模突破120亿元，年复合增长率达25%。

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