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激光精密焊接机在纽扣电池上的应用

纽扣电池由于体形较小,广泛用于各种微型电子产品的后备电源。当前广泛关注的电子产品,如 TWS (无线蓝牙)耳机、智能手表、智能音箱等所用到的电源,都是新一代可充电式纽扣电池,在消费者对电子产品的高强耐久性、高安全性和个性化要求下,各大电池厂商开始争相生产能量密度更高、规格更多的新电池。
随着3 C电子产业的深入发展,对配套电池的装配、焊接精度、焊接质量等要求越来越高,传统的焊接工艺难以达到新型纽扣电池的焊接指标。与此相反,激光精密焊接机技术可以满足纽扣电池在加工工艺上的多样性,如异种材料(不锈钢、铝合金、铜、镍等)的焊接、不规则的焊接轨迹、良好的焊接外观、牢固的焊缝、较细的焊点和更精确的定位区域等。它不仅可以提高产品的焊接一致性,而且可以减少焊接过程中对电池的伤害,成为新能源纽扣电池焊接的最佳工艺方法。
新型纽纽扣电池正负极与不锈钢外壳焊接的研究
激光精密焊接机在纽扣电池上的应用
该部位的焊接难度较大,负极铜箔厚度为0.05 mm,正极铝箔厚度0.05 mm,不锈钢外壳厚度0.12~0.15 mm,如果参数设定不合理,治具压合不到位或操作不当,很容易导致虚焊、焊穿、不锈钢壳体表面氧化等不良现象。
因此,这里选择的焊接方式是采用精密 MOPA激光点焊或螺旋线焊接,在需要焊接的地方瞬间产生高温熔合,实现无接触焊接,精确定位,高效生产优质电池。
铜材料具有良好的导电性,但焊接时是高反射材料,对激光的吸收率很低,且材料非常薄,在受热区域面积太大、受热时间太长或激光功率密度不够时,铜箔极容易变形,导致焊接困难,从而导致焊接困难。
由于激光精密焊接机具具有较高的能量密度,较容易达到材料吸收阈值,有效地避免了上述缺陷。单一焊接点的区域直径为0.25 mm,直径为0.25 mm的基准,其平均分布为6等分。该方法利用 MOPA激光具有高峰值、高速度、小脉宽、小受热面积等特点,可实现铜箔与不锈钢外壳的紧密焊接,且不会造成铜箔变形。焊接点均匀,无虚焊,铜箔不变形,电池外壳不变色等不良现象,焊接牢固可靠。
铝的导电性较好,也属于高反射材料,对激光的吸收率在20%左右。结果表明, MOPA激光螺旋式焊接,焊接能量均匀,焊点形状、熔深、牢度一致性良好,外观光滑美观,不变形。经放大后如图2中右图所示,螺旋焊接轨迹均匀,焊丝无虚焊,铝箔无变形,外壳无反光等不良现象,焊接牢固可靠,符合客户要求。
新型纽扣电池上盖的封口焊接
这部分的焊接工艺比较困难。电池上盖为厚度为0.12~0.15 mm的不锈钢材料,电池的纽扣外壳与盖板相连,加工成厚度为0.1 mm的不锈钢材料。这样两片这样薄的材料进行密封焊接,并且要求表面平整光滑,不变形,对于传统的焊接是根本不能实现的。
这一工序的焊接难点在于材料非常薄,如果焊接工艺参数设置不当,功率太大容易直接击穿电池外壳,对内部电芯造成损伤,并且材料极易变形,热影响区大;如果焊接工艺参数设置不当,功率过大,容易直接击穿电池外壳,对内部电芯造成损伤,热影响区大;
激光精密焊接机,成功地解决了纽扣电池薄材料焊接的难题,使这一工序能够顺利完成,并已正式投入电池生产厂家的生产。
激光精密焊接机在纽扣电池上的应用
激光焊接光斑直径小于0.2 mm,激光机采用模块化结构,输出稳定,光电转换效率高达30%,支持任意波形设置,使每一种材料都有最适合的波形参数。对焊接密封性压力试验符合要求,牢固可靠,表面平整光滑,不变形,达到客户要求。
一种新型纽扣电池的插头焊接
这一过程需要特别注意焊接,引脚通常是镍片或镀镍材料,通过焊与成品电池的堆叠方式焊接。当进行此焊接过程时,电池已封装完毕,电池内部注入了电解液,如果使用不当,很容易导致内部隔膜焊坏,造成短路;或者是电池外壳焊穿,导致电解液外流等不良现象。
这一工序较复杂的激光精密焊接机可以满足焊接的要求。
采用此两种设备焊接引脚,焊点均匀稳定,外观美观,拉力牢固,符合客户要求。在焊接新能源纽扣电池方面,激光精密焊接机有以下优点:
1、电池没有电流通过,避免电池内部击穿;
2、非接触焊接,避免加工对象因压力而变形;
3、精确的激光束瞬间加热,避免电池的热损伤;
4、焊接能量、时间均匀,焊点形状大小,熔接深度浅一致,外观光滑美观,热影响区小;
5、设备体积小,携带方便,可实现自动化,配合流水线作业。
电子器件的高速发展,对新型纽扣电池的需求将很大。为满足新能源纽扣电池生产焊接用激光精密焊接机的需求,做好准备。