近年來，随着政府倡導保護環境和減少石化能源依賴的政策推行，以及人們對環境問題的日益關注，電動汽車由于低碳、環保、節能等特點，在汽車市場的占有率呈現出指數級增長。由于锂離子電池系統高能量比、高功率比、長循環壽命、安全可靠的優勢，目前，锂離子電池已逐漸成為了電動汽車最重要的動力源。

由于锂離子電池技術發展時間較燃油技術短，目前技術尚未成熟，關于電動汽車锂離子電池發生自燃、碰撞起火等安全事故，不斷見諸報端。锂離子電池系統發生安全故障，其影響因素有很多，如:充放電過度、短路、碰撞、高溫、連接松脫，等。而這其中，由于連接松脫導緻的安全事故較多，而且連接松脫存在不确定性大、診斷困難等難點，因此研究锂離子電池系統的連接技術，對于锂離子電池系統的連接性能提高、工藝優化以及生産制造工程的過程管理強化，具有重要意義。

锂離子電池系統中，涉及到連接技術的工藝過程比較多，從工藝過程來看，主要有三個層級之間的連接:單元電池層級的電極到極片(Electrodes－to－Tab)和箱體密封(CaseSealing)、模組層級的單元電池到單元電池(Cell－to－Cell)、電池包層級的模組到模組(Module－to－Module)，如圖1所示。由于锂離子電池系統由衆多的單元電池、模組等組成，因此其涉及的連接技術也非常多。常見的連接技術有:超聲波焊、電阻點焊、激光焊、脈沖TIG焊、機械連接等。本文結合以上幾種連接技術在锂離子電池系統的應用成果，對各種連接技術加工工藝中的影響因素進行了探究。

1超聲波焊接

超聲波焊接是一種固态焊接工藝，工件無需熔化，而是利用高頻超聲(通常20kHz以上)的機械振動能量，使工件加緊并摩擦熔合一起。超聲波焊接可以廣泛應用于多種形式金屬箔片的連接，既适用于同種材質工件之間的焊接，也适用于不同熔點的不同材質工件之間的焊接。此外，由于其高效快速，可以在低溫下操作，以及适用于環保等因素，超聲波焊接還被廣泛應用于電池系統的連接。限制超聲波焊接在锂離子電子系統的應用，主要是由于焊接厚度低(＜3mm)，以及無法實現對高強度材料工件的焊接。

影響超聲波焊接質量的工藝參數，與超聲波焊接在其它領域的應用類似，主要有焊接壓力、焊接振幅、焊接時間。焊接工藝參數對锂離子電池系統的焊接性能影響較大，主要體現在焊接質量、機械性能、電性能、熱性能等。

Das等研究了焊接工藝參數對焊接機械性能的影響，将0．3mm的銅極片超聲波焊接至1mm銅極耳制備樣件，通過T剝離強度試驗(圖2)，來研究工藝參數的變化對機械性能的影響。結果發現，焊接壓力在0．5bar～4．0bar變化，當焊接壓力為1．5bar時，達到最大剝離強度。焊接振幅為30μm～50μm，随着焊接振幅逐漸增大，剝離強度變化不大，當焊接振幅增大到45μm之後，剝離強度迅速增大。當焊接時間為0.15s～0．55s時，剝離強度随着焊接時間的延長逐漸增大。綜上所述，最終優化出0．3mm的銅極片焊接至1mm銅極耳的超聲波焊接工藝參數為:焊接壓力1.5bar、焊接振幅50μm、焊接時間0．55s。

Lee等分别用0．4mm和1．0mm的銅片，通過超聲波焊接，研究了工藝參數對焊接性能的影響。結果發現，焊接時間在0．2s～1．0s變化，焊接剛開始時，維氏硬度相對于原材料有了40%的提升，但是随着焊接時間進一步延長，硬度迅速降低，甚至低于原材料的硬度。這是由于焊接剛開始，機械振動相當于對銅片進行了冷加工，提高了銅片的維氏硬度。但是，随着焊接時間延長，金屬材料超聲波焊接過程中，表現出加工塑化行為，其掃描電鏡結果如圖3所示。

超聲波焊接不同工藝參數之間相互影響，在實際應用過程中，需要綜合調整進行考慮。同時，受材質的影響也比較大，主要原因有兩點，一是由于不同材質對應敏感的焊接振幅不同;另外，即使相同振幅，不同材質的最優焊接工藝參數也不同。如Das等［9］在研究銅片超聲波焊接工藝參數對T剝離強度的影響時，同時也對相同厚度的鋁材質樣品進行了研究，結果優化出的工藝參數為:焊接壓力1．5bar、焊接振幅50μm、焊接時間0．35s。

2電阻點焊

電阻點焊是在焊接過程中，通過電極加緊工件，并導通電流，然後依賴金屬工件界面的電阻産生局部熱量，使工件進行熔合。由于電阻點焊具有工藝相對成熟、易于控制、成本低、工作效率高等優點，因此在傳統汽車制造業中應用最為廣泛。同樣，電阻點焊在锂離子電池的連接方面，也有廣泛的應用，特别是小尺寸圓柱形電池單元的制造方面，如圖4所示。

影響電阻點焊的工藝參數有電流、壓力、加壓時間等，其中最重要的是峰值電流和峰值電流時間。這是由于電流過低或峰值電流時間過短，工件界面不足以産生局部熔融所需的熱量，從而無法形成連續的熔合。但是峰值電流和峰值電流時間也不能過大，因為如果工件長時間暴露于峰值電流，可能産生過量的局部熱量，從而使材料産生汽化。因此，為了制造優良品質的锂離子電池系統，需要優化出合适的電阻點焊工藝參數。

電阻點焊應用于锂離子電池系統的連接，面臨着諸多挑戰。主要有三點:(1)锂離子電池常用的高導電率材料，不适用于電阻點焊，如用作電極和極片的銅和鋁，由于高導電率難以被實施電阻點焊;(2)電阻點焊是使工件熔融達到焊接的目的，不同材料由于其熔點不同，難以被焊接;(3)難以适用于多層工件的焊接，以及難以産生較大的焊核，一般為0．9mm～2.0mm。但是Das等發現在對低厚度工件進行電阻時，不同材料的焊接(0．3mm厚度的Cu－to－Al)，相對于同種材料的焊接(0．3mmCu－to－Cu和Al－to－Al)，具有更大的焊核，并表現出更優的焊接強度。并且Cu片作為上工件，Al片作為下工件，會有更好的結果。

3激光焊

激光焊是一種非接觸式的焊接工藝，通常在幾毫秒時間内，激光束産生熱量對工件進行加熱，同時将多層金屬連接在一起。一般用于電解液容器、連接件和母線的焊接。作為一種非接觸式焊接工藝，激光焊對于锂離子電池系統的連接有相應的優勢。由于激光焊在所有焊接工藝中的熱影響區最小，且可以運用于多層片材的連接，以至于激光焊被認為是锂離子電池系統最有效的焊接工藝，激光焊應用例如圖5所示。

激光焊的工藝影響因素比較多，主要有擺動相關的擺動頻率和振幅，激光相關的功率頻率和脈沖時間，以及設備相關的移動速率和聚焦範圍。Shaikh等使用150WQuasi－CWIＲ激光器，通過激光焊将銅制極耳焊接至鋼制圓柱電池箱體，研究了相關工藝參數對機械性能、電性能和熱性能的影響。結果發現，激光相關參數，功率、頻率和脈沖時間和樣件的剪切強度成正相關，而脈沖時間呈現出負相關，因此優化出最佳工藝參數，功率為40%、速率為500mm/min、脈沖時間2ms、頻率50Hz。

但是相關研究工作者也發現，激光焊對工件裝配位置精度要求高，并且需要焊接材料滿足高反射率、高熱導率等性能，因此又讓激光焊在锂離子電池連接方面的實施應用增加了難度。通過廣大工作者不斷探索，最終總結出了相應的對應經驗。當焊接極耳到端子時，極耳需要比電池箱體端子的厚度薄，同時加工工藝參數需要嚴格控制，能提供足夠的焊接能量，又不至于穿透電池箱體。Brand等發現由于激光焊的熔池很小，間隙公差小，因此在進行極耳焊接時，将極耳加緊在電池上，可以得到較好的結果。

4脈沖TIG焊

脈沖TIG(TungstenInertGas，鎢極氣體保護焊)焊，又稱微TIG，是運用非熔化鎢電極産生電弧，并在惰性氣體下進行工作的焊接工藝。脈沖TIG焊接工藝，具有操作過程簡單、焊縫美觀、質量高等特點，由于脈沖TIG焊的清潔機制，可以清理鋁合金的電阻氧化膜，因此比較适用于鋁質锂離子電池系統箱體的連接。

影響脈沖TIG焊接質量的工藝參數較多，有焊接電流、焊接速度、電弧電壓、焊接送絲速度、焊接直徑以及操作因素等。王澤力針對鋁合金的TIG焊，采用單變量法，研究了焊接電流、焊接速度、送絲速度，對熔深、焊接形貌等焊接質量的影響。結果發現，熔深與焊接電流呈正相關，如圖6所示，與焊接速度、送絲速度呈現負相關，且焊接電流對熔深的影響最大。結合表面形貌、熔覆層高、熔寬，優化出工藝參數為，焊接電流125A、焊接速度200mm/min、送絲速度1100mm/min。

同時，也有研究學者指出，由于脈沖TIG焊熱量較高，鋁合金材質易發生變形，産生裂紋，不利于锂離子電池系統箱體的尺寸精度控制，并影響箱體的強度，後期用戶使用過程中可能發生連接失效。因此，在生産過程中，對于可能産生的缺陷，需要提前識别，并做好相應的規避。

5機械連接

已有的研究資料表明，多種機械方式可以用于锂離子電池系統的連接，如螺母、螺栓、螺釘或卡扣等，如圖7所示。

機械連接具有強度高、易于拆卸維修的優勢，而且通常操作過程無需熱量。機械連接工藝，在工業制造過程中，人們研究的比較多，這裡不再贅述。但是，不同機械連接工藝，在選用過程中，也需要注意其特點。Fussel等研究了螺母和螺栓、流動鑽孔螺釘和螺紋成型螺釘等不同螺栓連接，用于電氣的連接，并測試了其電阻。結果發現，這些機械連接後的電阻随着時間推移而增大。而且對于螺栓和螺釘連接，連接電阻的變化，還受到了連接對象的電阻率、幾何形狀以及塗層和工藝參數變化的影響。

6其他

由于锂離子電池系統涉及到的工藝程序較多，因此，除了以上介紹的幾種連接技術之外，目前運用到的連接技術還有攪拌摩擦焊、引線鍵合、釺焊、粘接等

如此衆多的連接技術，在進行锂離子電池系統的設計和制造過程中，為了選擇合适的連接技術，Das等在不同使用場景下，從連接強度、電阻、耐久、成本等多個角度，利用決策矩陣(Pughmatrix)分析出了各種理想的連接技術。如，圓柱形電池組成的模組層級的連接和軟包電池組成的模組層級的連接，理想的連接技術分别為超聲波焊接、激光焊、TIG焊。

7結語

随着電動汽車的發展推動，锂離子電池系統的連接技術也得到了長足進步。同時，高質量锂離子電池系統的生産也逐漸成為電池生産制造領域最關鍵的問題。為了滿足人們對高質量锂離子電池系統的需求，有必要對連接技術進行更深入的技術研究。除了可以對連接狀況進行CT檢查、視覺檢查外，還可以引入CAE分析，模拟連接工藝過程，優化工藝參數，減少試驗次數，提高生産效率和連接性能結果。相信随着連接技術研究的不斷深入，各類連接技術的工藝要素越來越清晰，生産制造過程控制越來越精細，锂離子電池系統的質量更加具有保障，從而助推電動汽車再上一個新的高度。

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