2021年3月18日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合電池中國(guó)網(wǎng)共同舉辦的第二屆新能源汽車及動(dòng)力電池（CIBF深圳）國(guó)際交流會(huì)在深圳隆重召開。大會(huì)期間，阿帕奇(北京)光纖激光技術(shù)有限公司應(yīng)用部經(jīng)理張婧以《光纖激光解決方案助力電池行業(yè)提質(zhì)增效》為題發(fā)表了主題報(bào)告。

以下為演講實(shí)錄：

非常榮幸能夠借此機(jī)會(huì)介紹一下IPG的產(chǎn)品在電池行業(yè)中的應(yīng)用。此次報(bào)告我介紹的是IPG光纖激光器、光學(xué)傳輸頭和LDD焊接過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為一整套方案是如何助力電池制造的。

我的報(bào)告分幾部分內(nèi)容，首先介紹一下IPG公司及產(chǎn)品線，第二部分，給大家一個(gè)全貌，看看我們的產(chǎn)品目前在哪些電池制造環(huán)節(jié)中已成熟應(yīng)用并被客戶認(rèn)可，然后我聚焦在IPG幾款產(chǎn)品上，在軟包電池焊接應(yīng)用中非常成熟的YLR系列SM激光器，也有推進(jìn)中的AMB光束可調(diào)模式可調(diào)激光器，也有新產(chǎn)品SM-AMB激光器，最后，介紹一下我們倍受關(guān)注的產(chǎn)品，LDD過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

首先介紹一下IPG公司，我們公司是由俄羅斯科學(xué)家在1990年創(chuàng)立的，那時(shí)候起一直專注于光纖激光器的生產(chǎn)，由于是垂直整合，所以可以做到閉環(huán)質(zhì)量管控，裝機(jī)量已經(jīng)充分說(shuō)明客戶對(duì)我們產(chǎn)品品質(zhì)的認(rèn)可。除此之外，不僅僅滿足于成熟的產(chǎn)品，我們也一直在面向客戶的需求不斷地開發(fā)新的產(chǎn)品，因?yàn)閯?chuàng)新才是一個(gè)企業(yè)的生存之源。

下面簡(jiǎn)單介紹一下IPG中國(guó)，中國(guó)占IPG主要銷售額將近一半，所以我們非常重視中國(guó)市場(chǎng)，人員配置有200多名員工，售后網(wǎng)點(diǎn)遍布全國(guó)，能對(duì)客戶做到及時(shí)快速的響應(yīng)。應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室可以免費(fèi)為客戶提供測(cè)試，如果你想看看我們的激光器能不能做您的工藝制程，或者希望確認(rèn)設(shè)備在產(chǎn)線上是否可以穩(wěn)定工作，我們可以積極配合測(cè)試。應(yīng)用中心目前在北京、上海、深圳和武漢，如果有測(cè)試需求可以隨時(shí)和我們聯(lián)系。

從產(chǎn)品的功率覆蓋性上，從幾W的打標(biāo)激光器至120千瓦的超高功率激光器，有超過(guò)500種不同的激光器，從波長(zhǎng)覆蓋性上，我們的產(chǎn)品線包括紅外、綠光、紫外等各個(gè)波長(zhǎng)的激光器。針對(duì)硬包、軟包和圓柱各個(gè)制程，（圖）打成紅色標(biāo)記的都是IPG激光器已經(jīng)在產(chǎn)線上成熟應(yīng)用的環(huán)節(jié)，可以看到唯一空白是極片卷繞，與激光沒(méi)有關(guān)聯(lián)的制程，除此之外已經(jīng)做到全覆蓋。在軟包電池焊接中我們從電芯、模組、托盤支架上都有非常成熟的應(yīng)用。其中應(yīng)用比較廣是我們的YLS多模激光器，特別是硬包方型電池的焊接上。去年我們推出的AMB激光器相比傳統(tǒng)的多模YLS激光器有明顯的質(zhì)量提升。軟包電池焊接中經(jīng)常用的我們的YLR系列單模激光器，它在焊鋁、焊銅上有特別大的效果及成本優(yōu)勢(shì)。還有我們的YLPN系列納秒激光器，主要應(yīng)用在極片切割和清洗上。

軟包電池焊接應(yīng)用上YLR系列單模激光器是最多的，目前電池行業(yè)成本的壓力越來(lái)越大，效率要求越來(lái)越高，最早使用的是500W，后來(lái)是700、1500，現(xiàn)在2000W成為了主流配置?，F(xiàn)在市面上有很多的單模激光器，但還是要看看性能參數(shù)的差別。IPG單模激光器具有最小的芯徑-14微米，目前市面上其它品牌基本為20um或25um。IPG單模激光器的M2、功率穩(wěn)定性、光束轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性都是業(yè)界都是最優(yōu)。

（圖）這里列了表，單模相比多模，相同功率下，可以具有更高的功率密度，從而形成更穩(wěn)定的能量耦合，穿透性更強(qiáng)，這樣就可以用更高的速度焊，對(duì)應(yīng)更小的熱輸入。我們這里再注意一下，相比友商品牌20um芯徑，相同功率下的功率密度差別差2倍，帶來(lái)穿透力的顯著差異。我們也有客戶問(wèn)，芯徑不就是影響光斑嘛，我們就選小的焦距縮小光斑不就好了，這會(huì)帶來(lái)一些惡果，你選擇了小的聚焦，看起來(lái)聚焦光斑是一樣，但是聚焦性能是不一樣的。在產(chǎn)線上焊的時(shí)候，由于零件來(lái)料、裝配，總會(huì)存在離焦、負(fù)離、焦平面上焊接的差異。我們的單模激光器聚焦性能優(yōu)，代表著對(duì)于這樣的擾動(dòng)因素容裕更大，焊接質(zhì)量更加穩(wěn)定。而且，小焦距還有另外一個(gè)缺陷，那就是鏡頭離熔池近，對(duì)保護(hù)鏡的壽命不利。

從應(yīng)用上，首先介紹一下電芯極耳焊接，這個(gè)不是直接把100多層直接焊在一起，在實(shí)驗(yàn)室用激光可以做成功的樣品，但實(shí)際在產(chǎn)線上批量壓裝很難保證貼合度，我們用單膜還是超聲波預(yù)壓，這是預(yù)壓之后多層焊到板的步驟，目前焊接效果優(yōu)異且穩(wěn)定，已經(jīng)批量在產(chǎn)線應(yīng)用。

還有極耳+匯流排焊接，這個(gè)應(yīng)用是軟包電池焊接中最多的應(yīng)用，大多是相對(duì)薄一點(diǎn)的鋁、銅材料焊在厚的匯流排上。最早的方案是用的4000瓦的YLS系列多模激光器，現(xiàn)在越來(lái)越多客戶傾向于單模激光器方案，其在焊接變形控制上以及成本上都很有優(yōu)勢(shì)。極耳匯流排焊接還會(huì)碰到異種材料焊接情況。從力學(xué)性能控制上我們建議鋁止銅下的配置以更好的抑制界面混合程度來(lái)減少脆性相的生成，再輔以擺動(dòng)，在小熱輸入的前提下增加界面連接面積，從而得到優(yōu)良的力學(xué)性能。方案上我們有二種，一種是YLS高功率高速方案，一種是YLR單模低速方案。客戶可自行按實(shí)際產(chǎn)線需求及預(yù)算情況選取方案。

（圖）這是極耳焊接，很薄的材料，單模是最合適的，它能得到最小的焊接變形，最優(yōu)的焊接的質(zhì)量。

接下來(lái)介紹一下AMB光束模式可調(diào)激光器，這一款產(chǎn)品在方形電池焊接上用得較多，因?yàn)榛旧鲜窍鄬?duì)厚一些的鋁和銅的焊接，這款產(chǎn)品的特點(diǎn)是高能密度的中心光束+大芯徑外環(huán)光束組合形成可調(diào)控的光斑。目前我們可以做到業(yè)內(nèi)最高的功率，總功率25千瓦，中心可以做到12千瓦，光電轉(zhuǎn)換效率也是最高的，45%。中心芯徑50、150um可選，外環(huán)芯徑150，300，400，600um可選。一般來(lái)說(shuō)，焊鋁、銅材料我們傾向于推薦50/150um配置，焊鋼及焊鋁時(shí)熔深要求不高的場(chǎng)合優(yōu)選100/300um。AMB激光最大的優(yōu)勢(shì)可以抑制飛濺產(chǎn)生，在匙孔產(chǎn)生過(guò)程當(dāng)中，匙孔不穩(wěn)定的噴發(fā)，液滴獲得動(dòng)量克服表面張力飛出就形成了飛濺。AMB的原理是把匙孔開口擴(kuò)大，使之更加穩(wěn)定。大家可以看下我們的LDD直接拍攝的匙孔形貌，充分證明了這一點(diǎn)。

我們還是以效果說(shuō)話，我們選取鍍鎳銅這種軟包電池常見的非常易于產(chǎn)生飛濺的材料。采用常規(guī)YLS激光焊，飛濺較多，整個(gè)焊縫表面就會(huì)有一些坑坑洼洼成形不良的狀況。鋁也是一樣。采用AMB可以有效抑制飛濺，得到優(yōu)良表面質(zhì)量的焊縫。AMB用得最多是模組外罩，過(guò)去是常規(guī)焊的，有飛濺問(wèn)題及搭橋能力差的問(wèn)題，用AMB可以特別顯著提升表面質(zhì)量，提高搭橋能力，

我們結(jié)合了單模和AMB兩大優(yōu)勢(shì)形成了新產(chǎn)品SM-AMB。它結(jié)合單模激光器小的熱輸入、強(qiáng)的穿透力，又結(jié)合了外環(huán)降低飛濺的組合型產(chǎn)品，目前這個(gè)設(shè)備在美國(guó)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候做了多層箔的點(diǎn)焊，有數(shù)十層的銅箔和鋁板，焊點(diǎn)的尺寸穩(wěn)定性好，而且飛濺特別低。

（圖）這個(gè)是實(shí)際的焊接視頻，。這是模擬軟包電池BUSBAR焊接的組合，飛濺抑制效果是很明顯的，從表面成形看有突出的改善，我們也希望這個(gè)設(shè)備來(lái)了之后可以更多在軟包電池的極耳、銅箔、鋁箔焊接上有明顯的突破。

最后講講我們的LDD焊接全過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它基于內(nèi)聯(lián)相干成像成理，你可以把它理解為激光的測(cè)距儀，主動(dòng)發(fā)射半導(dǎo)體激光打到工件表面及焊接匙孔，檢測(cè)返回信號(hào)，再通過(guò)一系列的算法，最終直接得到熔深。目前市面上出現(xiàn)了一些類似的產(chǎn)品，但是我們的檢測(cè)精度和頻率是最高的，大家可以對(duì)照參數(shù)表來(lái)看。

（圖）LDD的第一項(xiàng)功能是焊前檢測(cè)，比如焊縫位置是否準(zhǔn)確、零件高度是否合適，可以直接做尋位和校正。第二項(xiàng)功能是它的核心功能，即直接測(cè)量熔深，且是每條焊縫每一個(gè)位置的熔深均可以得到，傳統(tǒng)的切片頂多是一條焊縫切幾個(gè)，無(wú)法得到整條焊縫的數(shù)據(jù)。第三項(xiàng)功能是焊后焊縫寬度、高度及表面質(zhì)量的檢測(cè)。您可以圍繞著各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定容限，實(shí)時(shí)監(jiān)控零件是不是OK。第四項(xiàng)，3D成像。工具是死的，使用方式是靈活的，有客戶直接用LDD做為焊前調(diào)節(jié)的工具也是很有創(chuàng)造性的用法。目前我們的LDD可以搭載YLS/YLR、單模、多模, 同時(shí)與我們所有的焊接頭、擺動(dòng)頭及振鏡等全部都是適配的。

（圖）我們拿了一些產(chǎn)線上的數(shù)據(jù)，跟蹤了一個(gè)小批量的測(cè)試，可以看到熔深和切片誤差小于100um，完全滿足產(chǎn)線檢測(cè)要救濟(jì)。在極耳焊接上，幫助客戶直接做在線的判斷，比如說(shuō)焊厚的高度、寬度，有沒(méi)有累計(jì)超過(guò)它的缺陷，然后實(shí)時(shí)輸出。

最后做一個(gè)總結(jié)，就是我們幾款產(chǎn)品YLR具有非常小的線徑，非常強(qiáng)的穿透力，非常適合極耳和BUSBAR焊接。AMB適合軟包模組外罩焊接，有效抑制飛濺、改善成形，提升搭橋能力。單模AMB結(jié)合了單模及AMB優(yōu)勢(shì)，非常適合于箔材焊接，LDD可以實(shí)現(xiàn)焊前、中、后全過(guò)程的監(jiān)測(cè)，為電池安全制造保架護(hù)航。我的介紹到這里，謝謝大家。

（注：本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載！）

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