需要更可靠的接头来抵抗车辆振动和热循环gydF4y2Ba

电动汽车电池的性能取决于电池和标签之间的连接。此外，连接的质量取决于部件的清洁度。在制造过程中使用的润滑脂、油和其他缓蚀剂等表面污染物会导致熔合不良、裂纹和接缝气孔。这就是为什么许多电池制造商转向激光清洗(也称为激光烧蚀)，在焊接之前清洗零件表面。快速、安全、经济，激光清洗对于满足电动汽车电池可靠性目标尤其重要，这将使电动汽车最终取代基于内燃机的汽车。gydF4y2Ba

运输和处理会产生污染物gydF4y2Ba
在焊接过程之前，电池的运输和处理会引入污染物，并允许氧化物形成。当电池从海外通过海运运输时，情况尤其如此。在电池模块或电池组制造中将标签连接到电池时，零件上的污染会导致焊接薄弱(或没有)。此外，污染会导致焊接接头的导电性降低，最终限制电池组的整体性能。污染会降低性能，增加温度，导致电池在车辆使用寿命中出现问题。gydF4y2Ba
对于电动汽车制造商来说，这些问题是一个重要的挑战，因为他们正在努力提高电池组的使用寿命。《有线》杂志报道，电池研究人员与一家电动汽车制造商合作，后者在《电化学学会杂志》上发表了一篇论文，描述了一种锂离子电池，“应该能够为电动汽车提供超过100万英里的动力，而在使用寿命内损失不到10%的能量容量[1]。”gydF4y2Ba
电池接头区域内的污染导致连接质量差gydF4y2Ba
电动汽车电池通常由一组单一的锂离子电池组成电池组。然后将电池组组装成电池模块。在任何一个电动汽车电池模块中都有数千个连接。例如，一些型号包含7000个电池，至少有30,000个连接。如果其中任何一个连接失败，就会产生问题。gydF4y2Ba
在电动汽车电池中，有许多焊接或粘合技术用于安全连接电池，包括激光焊接、电阻焊、MicroTIG焊接和超声波楔形粘合。楔式粘合工艺对来自机器附近其他操作的污染特别敏感。最初是由电路板制造商在洁净室内进行的，楔形键合最近被广泛用于生产单元之间的互连。然而，电池组的制造不是在洁净室中完成的，现有的楔形粘合工艺容易受到污染。当部件进入生产区域并组装成电池组时，楔形连接环境中存在漂浮污染物，可能会导致严重的电池连接接头质量问题[2]。gydF4y2Ba

阳极和阴极表面清洁，确保高质量的焊接gydF4y2Ba
清洁电池正极和阴极(罐/帽)可以通过创建一个极其可重复的连接表面来大大改善焊丝粘接/焊接过程。gydF4y2Ba
清洁电池有两种主要方法:介质喷砂(喷砂或干冰喷砂)和激光清洗。gydF4y2Ba
介质爆破选择使用磨料从零件表面撕去污染物。虽然有效，但这些工艺也可能导致微凹痕，从而影响成品的焊接强度和外观。gydF4y2Ba
激光清洗可以去除焊接接头上的污染物，同时避免损坏零件和排出有害碎片。如果使用得当，激光清洗不会损坏成品。正是这种在不损坏表面的情况下清洁表面的能力，使得激光清洗在改善整体工艺方面如此有效。gydF4y2Ba
激光清洗的工作原理是将激光聚焦在基材上，清除基材表面的物质。去除的材料数量取决于激光的强度、脉冲宽度和波长，以及吸收激光并破坏该区域化学键的材料本身。它可以用脉冲纳秒(光纤)激光器或连续波激光器来实现，尽管前者由于激光强度高而更常用。参见图1。gydF4y2Ba

图1。激光清洗将激光聚焦到基板上以去除表面物质gydF4y2Ba


激光清洗的好处-快速，安全，清洁，成本效益gydF4y2Ba
与传统的喷砂和干冰喷砂等介质爆破方法相比，激光清洗具有许多优点，这些方法耗时、不灵活、昂贵、多步骤，还会对环境造成风险。无论制造商是使用电阻焊、激光焊还是超声波焊，在焊接前使用激光清洗工艺都能显著提高工艺和质量。gydF4y2Ba
激光清洗快速干净地去除表面污染物，减少了下游后处理的需要。报告显示，激光清洗的速度比介质喷砂[3]快15倍。这意味着花在清洁产品上的时间更少，而生产产品的时间更多。图2显示了激光清洗的结果。gydF4y2Ba

此外，激光清洗不需要喷砂作业，这可能会产生大量的灰尘和噪音。研究表明，喷砂会导致工人硅肺、肺癌和呼吸问题。相比之下，激光清洗只会产生少量的灰尘物质从零件中去除，这可以很容易地由烟气抽提装置处理。操作激光和抽烟器相对安静，不需要安全装置来抑制声音。gydF4y2Ba
拥有一台激光器的总成本明显低于介质爆破选项所需的成本。gydF4y2Ba
最后，激光烧蚀很容易集成到装配线中，因此清洗可以在焊接过程之前立即进行。其他工艺要求一次将数百个零件分批送去清洗，这意味着污染可能在运输过程中重新引入。gydF4y2Ba
激光清洗和电池焊接的例子gydF4y2Ba
图3显示了激光清洗如何去除电池表面的污染，显著提高了电线的粘接可靠性。左图为激光清洗前的电池单体表面，右图为清洗后的电池单体表面。图4显示了电池表面的照片。客户焊接了有指纹和没有指纹的零件，并进行了拉力测试。经激光清洗后的样品焊缝强度明显提高。左图为激光清洗前的电池表面。红色箭头表示表面有指纹。右图为清洗后的表面;注意表面清洁，无指纹。gydF4y2Ba
















激光清洗设备选择gydF4y2Ba
在电池连接应用中，可以使用各种设备进行激光清洗。激光烧蚀工艺的关键是激光参数。通过调整它们，激光专家可以做到gydF4y2Ba
根据具体应用优化激光工艺。gydF4y2Ba



在选择最适合烧蚀的激光时，需要考虑许多激光特性:gydF4y2Ba

波长gydF4y2Ba
脉冲持续时间gydF4y2Ba
光束直径gydF4y2Ba
脉冲重复频率gydF4y2Ba
光束质量gydF4y2Ba
扫描速度gydF4y2Ba
焦距gydF4y2Ba
脉冲间隔gydF4y2Ba
激光功率gydF4y2Ba
传球次数gydF4y2Ba


激光烧蚀通常使用高重复频率和高峰值功率的短脉冲，例如单模20 W光纤激光器，特别适合于激光清洗氧化铝、硅、铜和铝箔。此外，随着时间的推移，光纤激光器往往更可靠，具有更好的工艺可靠性。gydF4y2Ba
激光将需要集成到一类，眼睛安全工作站。选项可能包括XY工作台，旋转工作台，抽烟，条形码阅读器和摄像系统，以定制机器以满足特定的加工需求。gydF4y2Ba
为了满足对内联制造单元的需求，可以考虑采用输送机激光加工中心，它可以提高生产效率，减少操作人员的交互。gydF4y2Ba

工业移动到激光清洗工艺之前，加入电池连接gydF4y2Ba
为了取代内燃机汽车，电动汽车行业必须能够生产可靠、高质量的电池组。为了提高质量和降低成本，该行业正在转向激光清洗技术进行预连接工艺。表面越干净，连接越好。gydF4y2Ba

参考文献gydF4y2Ba
[1]特斯拉可能很快就会有一个可以持续一百万英里的电池，WIRED, 9/23/19, https://www.wired.com/story/tesla-may-soon-have-a-battery-that-can-last-a-million-miles/，检索1/22/21。gydF4y2Ba
[2]费舍尔，A.，科文克，J.，沃拉贝，U.，罗克斯赫德，N.，斯坦姆，G.等人(2013)“线粘接的非常规应用为微系统集成创造机会”微力学与微工程杂志，23(8):083001 (https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:632576/FULLTEXT03.pdf)gydF4y2Ba
[3] https://www.compositesworld.com/events/details/9cc2e339 bb33 - 45 - d8 - 80 - a2 - 4552 d34066cbgydF4y2Ba
[4] https://www.osha.gov/silica-crystalline/health-effectsgydF4y2Ba