激光錫焊在電池模組鋁母排焊接中的應(yīng)用

激光錫焊在電池模組鋁母排焊接中的應(yīng)用

一、應(yīng)用背景

動(dòng)力電池模組鋁母排作用是連接電芯極柱，實(shí)現(xiàn)大電流匯流。鋁材質(zhì)表面極易生成致密氧化膜，常規(guī)熔焊(激光熔焊、超聲焊)存在幾個(gè)痛點(diǎn)：鋁母材易燒蝕、產(chǎn)生氣孔裂紋;鋁與銅異種金屬焊接易生成脆性金屬間化合物，接頭電阻率上升;模組裝配后熱變形大，對(duì)工裝、間隙要求嚴(yán)苛。

激光錫焊屬于軟釬焊，不是熔化母材，僅熔化錫基焊料，在低于鋁熔點(diǎn)下實(shí)現(xiàn)連接，正好適配鋁母排的焊接難點(diǎn)，現(xiàn)在大量用于儲(chǔ)能電池、動(dòng)力電池模組鋁母排 - 極柱、鋁母排 - 銅端子的連接。

原理：激光作為局部熱源，快速加熱待焊區(qū)域，熔化錫焊料;配合助焊劑破除鋁表面氧化膜，液態(tài)焊料潤濕鋁母材表面，冷卻后形成釬焊接頭，母材本身保持固態(tài)。

二、工藝方案(電池鋁母排主流)

焊料形式

預(yù)鍍錫鋁母排：鋁排提前做鍍錫處理，現(xiàn)場(chǎng)無需額外送錫，激光定點(diǎn)加熱完成釬焊，效率最高，適合大批量產(chǎn)線。

送絲激光錫焊：自動(dòng)送錫絲，激光同步加熱，適配母排局部補(bǔ)焊、多規(guī)格柔性生產(chǎn)。

錫膏預(yù)置：點(diǎn)錫膏后激光掃描加熱，適合小面積多點(diǎn)焊接。

熱源選型 常用光纖連續(xù) / 準(zhǔn)連續(xù)激光，光斑可調(diào);恒溫激光錫焊(閉環(huán)溫度反饋)是電池行業(yè)優(yōu)選，實(shí)時(shí)控溫，避免局部超溫?fù)p傷電芯隔膜、塑料支架。

前處理關(guān)鍵 鋁氧化膜是最大障礙。方案分兩類：① 母材預(yù)鍍錫，隔絕空氣，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)僅需簡單除油;② 裸鋁焊接，需要專用鋁釬焊助焊劑，激光加熱過程中助焊劑活化破除氧化鋁膜，保證錫的潤濕性。

三、核心優(yōu)勢(shì)(對(duì)比超聲焊、激光熔焊)

低熱輸入，安全性高 母材不熔化，熱影響區(qū)很小，不會(huì)造成鋁母排燒穿;遠(yuǎn)離電芯位置溫升可控，極大降低電芯熱失控風(fēng)險(xiǎn)，適合已裝配完成的模組。

異種金屬適配強(qiáng) 鋁 - 鋁、鋁 - 銅都可以焊接，釬焊界面不會(huì)大量生成厚層脆性金屬間化合物，接頭導(dǎo)電穩(wěn)定，接觸電阻低且一致性好。

變形極小 局部短時(shí)加熱，母排整體應(yīng)力、翹曲變形遠(yuǎn)小于熔焊，對(duì)模組裝配公差寬容度更高。

可返修 不良接頭可以重新激光加熱脫焊、清理后二次焊接，這是激光熔焊、超聲焊很難做到的，降低模組報(bào)廢成本。

自動(dòng)化適配好 搭配視覺定位，可多點(diǎn)、多工位同步焊接;非接觸焊接，無工具磨損(超聲焊焊頭損耗大)，長期運(yùn)維成本更低。

四、局限性與工藝風(fēng)險(xiǎn)

接頭強(qiáng)度低于熔焊 釬焊依靠焊料結(jié)合，剪切強(qiáng)度不如激光熔焊，設(shè)計(jì)上不能用在承受巨大機(jī)械載荷的位置，適合靜態(tài)導(dǎo)電連接，振動(dòng)工況需要結(jié)合結(jié)構(gòu)卡扣輔助。

助焊劑殘留問題 助焊劑殘?jiān)绻逑床桓蓛?，長期在高溫、潮濕環(huán)境下會(huì)腐蝕鋁排，產(chǎn)生絕緣下降、漏液風(fēng)險(xiǎn);產(chǎn)線需要配套清洗或選用低殘留免清洗助焊劑。

對(duì)表面狀態(tài)敏感 油污、厚氧化層會(huì)導(dǎo)致錫不潤濕，出現(xiàn)虛焊。裸鋁母排產(chǎn)線管控要求高，所以量產(chǎn)大多優(yōu)先采用預(yù)鍍錫鋁母排方案。

長期高溫老化 錫基釬料在電池長期工作溫度(80~120℃)下，會(huì)緩慢發(fā)生界面擴(kuò)散，接觸電阻緩慢上升，需要做加速老化驗(yàn)證。

五、典型應(yīng)用場(chǎng)景

儲(chǔ)能電池模組：鋁母排與電芯極柱、鋁母排和銅轉(zhuǎn)接片連接

動(dòng)力電池 PACK：小電流支路鋁匯流排焊接、模組內(nèi)二次連接，以及不良品返修

BMS 采樣線與鋁母排的焊接(同步完成導(dǎo)電 + 采樣)

六、質(zhì)量檢測(cè)重點(diǎn)

外觀：焊盤錫層均勻，無縮錫、不潤濕、氣泡

電學(xué)：接觸電阻抽檢，保證一致性

破壞性抽檢：剪切力測(cè)試

可靠性驗(yàn)證：高低溫循環(huán)、濕熱老化、振動(dòng)測(cè)試

七、和其他工藝簡單對(duì)比

激光錫焊：母材不熔，低熱、可返修，強(qiáng)度偏低，適合預(yù)鍍錫鋁排、模組成品焊接

激光熔焊：鋁母材熔化，強(qiáng)度高，熱輸入大，易氣孔裂紋，不可返修

超聲金屬焊：固態(tài)焊，導(dǎo)電好，但焊頭磨損大，厚鋁排焊接困難，大模組空間受限

八、松盛光電的優(yōu)勢(shì)

松盛光電恒溫激光錫焊系統(tǒng)，核心采用四點(diǎn)同軸 + 紅外閉環(huán)測(cè)溫方案，依托自研 PID 算法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)激光功率，焊點(diǎn)溫度波動(dòng)控制在 ±5℃，從根源解決鋁母排焊接虛焊、過熱燒損電芯的行業(yè)痛點(diǎn)。

設(shè)備非接觸局部加熱，母材不熔化，熱影響區(qū)極小，有效保護(hù)模組電芯、絕緣支架，大幅降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)，適配預(yù)鍍錫鋁母排與鋁銅異種材料連接。微米級(jí)同軸 CCD 視覺定位，對(duì)位誤差≤±0.003mm，支持多點(diǎn)批量焊接，兼容自動(dòng)送絲、預(yù)置錫膏多種工藝。

針對(duì)鋁表面氧化難題，配套成熟工藝庫，可實(shí)現(xiàn)錫料均勻潤濕，焊點(diǎn)接觸電阻穩(wěn)定，一致性高，且支持返修，減少模組報(bào)廢。整機(jī)易對(duì)接自動(dòng)化產(chǎn)線，可集成煙霧回收、3D 焊點(diǎn)檢測(cè)，全程記錄溫度曲線，滿足動(dòng)力電池、儲(chǔ)能模組嚴(yán)苛追溯要求。無焊頭磨損，長期運(yùn)維成本更低，為電池鋁母排量產(chǎn)提供高良率、高可靠性的一體化激光錫焊解決方案。