周志華

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術學院 無錫交通分院，無錫 214151）

0 引言

手機鋰電池制造過程涉及的焊接技術十分廣泛，如：釬焊、超聲波焊、電阻焊和激光焊等。焊接方法與工藝的合理選用，不僅直接影響電池的質量可靠性與使用安全性，還決定著電池的生產(chǎn)成本。

目前，手機鋰電池正不斷向大容量、快速充電、長壽命和高安全性方向發(fā)展，對其制造過程中的焊接技術也提出了新的要求。主要問題是要針對電池裝配與焊接過程的較高精度要求，解決不同材料、薄片和小尺寸的手機電池零件的焊接問題，同時，還要滿足快速、大批量和牢固焊接，這樣才能應用于企業(yè)的批量生產(chǎn)。在實際生產(chǎn)中，大部分手機鋰電池常用的焊接方法是電阻焊[1]，精度要求較高的手機鋰電池已經(jīng)開始采用激光焊[2]，并且依靠各種類型的焊機、焊接夾具和輔助系統(tǒng)來實現(xiàn)。

1 電阻焊技術的應用

1.1 電阻焊技術特點

電阻焊分為點焊、縫焊和對焊。在手機鋰電池生產(chǎn)中，主要采用點焊，點焊是利用柱狀電極加壓通電，在搭接工件接觸面焊成一個焊點的焊接方法。

點焊時，先加壓使兩個工件緊密接觸，然后接通電流。電流流過所產(chǎn)生的電阻熱使局部金屬被熔化形成液態(tài)熔核。斷電后，繼續(xù)保持壓力或加大壓力，使熔核在壓力下凝固結晶，形成組織致密的焊點。焊完一個點后，電極（或工件）將移至另一點進行焊接。當焊接下一個點時，有一部分電流會流經(jīng)已焊好的焊點，稱為分流現(xiàn)象。分流將使焊接處電流減小，影響焊接質量，因此兩個相鄰焊點之間應有一定距離。

影響點焊質量的主要因素有焊接電流、通電時間、電極壓力和工件表面清理情況等。點焊主要適用于厚度為4mm以下的薄板，每次焊一個點或一次焊多個點。

電阻焊雖然具有勞動條件好，不需另加焊接材料，操作簡便，易實現(xiàn)機械化等優(yōu)點；但也受到耗電量大、電極棒更換、被焊材料導電性能、適用的接頭形式、以及可焊工件厚度（或斷面尺寸）等因素的限制。

1.2 電阻焊技術在手機鋰電池制造工藝中的應用

手機鋰電池主要由電芯、保護線路板和膠殼組成[3]，在電芯的制造中、以及電芯與保護線路板的連接中，很多工序采用電阻焊，下面以某手機電極片焊接為例，電極片材料為鎳、厚度約為0.15mm，可采用日本SEIWA、AVIO、MIYACHI點焊機，型號有ZH-32、ZH-50等，也可采用國產(chǎn)的金剛、海拓點焊機，型號有JG-23、WHT-728等。以型號WHT-728為例，焊機圖片如圖1所示，焊機參數(shù)主要如下，電源AC220V、50HZ，輸出最大功率10KVA，預焊電流0-99A，焊接時間0-30s，焊接電流0-99A，焊接行25mm，適用于焊接厚度0.03-0.5mm的工件。焊后，電阻焊焊點如圖2所示。

圖1 WHT-728電阻焊機及電極棒

圖2 電極片電阻焊焊點

從圖1可以看出，電阻焊機的電極棒材料是鉻銅合金，盡管耐高溫、耐電弧燒蝕、強度高、導電和導熱性好，但是，實際生產(chǎn)過程中，電極棒經(jīng)過一段時間生產(chǎn)后，會有損耗，一旦電阻焊時出現(xiàn)飛濺，就需要專業(yè)人員來更換電擊棒，經(jīng)調試后再生產(chǎn)，對于自動化生產(chǎn)線來講，更換的時間越長，更換次數(shù)越頻繁，就越延誤生產(chǎn)。

從圖2可以看出，作為合格電阻焊產(chǎn)品的這個工件焊點，無論正面還是反面，是不標準的圓形，變形較大，尤其是正面，凹凸不平；焊點直徑明顯存在差異，誤差接近1mm；焊點間距明顯不一，有的間距大，有的幾乎已經(jīng)連在一起，只能滿足連接的要求，無法達到較高精度下的形狀規(guī)則、間距相同的要求。

對于鋰電池生產(chǎn)中，不同材料的電阻焊，由于導電性、散熱和變形等不同，為獲得良好的焊接質量，主要采用過渡片來實現(xiàn)，具體如圖3所示。保護線路板電極片材料為鎳，在電芯極耳[4]中，正極材料為鋁，負極材料為鎳，采用的過渡片材料是鎳。電芯極耳與過渡片、過渡片與保護線路板電極片之間均采用電阻焊，各焊兩點完成連接，但也因此增加了裝配與焊接工序、焊接材料、生產(chǎn)時間等，提高了生產(chǎn)成本。

1.3 實際生產(chǎn)中尚待解決的問題

圖3 電芯極耳與保護線路板電阻焊采用過渡片示意圖

1）不適用于異種材料焊接。首先，對于不同材料電阻焊時，要加上過渡片，造成所需焊接材料的增加；其次，由于過渡片的添加，造成裝配與焊接工序的增加，人員、工時及設備等花費也隨之加大。

2）電極棒需更換，耗材成本較高。首先，在大批量生產(chǎn)過程中，電阻焊機的電極棒不可避免存在磨損，再焊接時，就會產(chǎn)生飛濺，導致產(chǎn)品焊接質量不合格，因此，需要專業(yè)人員及時維修、更換與調試，與此同時，自動化生產(chǎn)線不得不停止，延誤生產(chǎn)；其次，由于電極棒定期或不定期需要更換，而且電極棒價格較貴，提高了生產(chǎn)成本。

3）可能導致被焊元器件損毀。電阻焊時，要對被焊工件施加一定的壓力，對于焊接塑性不夠大的元器件，如保護線路板時，可能由于加壓過大，導致保護線路板的損毀，對于企業(yè)來說，這類損耗不可忽視。

4）被焊件變形大。在鋰電池的電阻焊過程中，盡管實現(xiàn)了被焊工件之間的快速、批量連接，但被焊工件變形大，無論從形狀、尺寸和間距等方面，都不能達到一定的精度要求。

2 激光焊技術的應用

2.1 激光焊技術特點

激光焊接是將高強度的激光束輻射至金屬表面，通過激光與金屬的相互作用，使金屬熔化形成焊接。它是20世紀60年代之后發(fā)展起來的新興技術，在手機鋰電池制造工藝中的應用是在本世紀初。

激光焊接能夠連接比較難焊的薄板合金材料，如鋁合金與鈦合金等，并且構件的變形小，接頭質量高，重現(xiàn)性好。激光焊能夠實施局部微小范圍的加熱，非常適于印刷電路板一類的電子器件的焊接[5]。激光焊特別適用于不同材料之間焊接，也可應用于極耳焊接[6]、負極焊接和外殼密封焊接等。

與傳統(tǒng)焊接技術比較，激光焊具有能量密度高、焊接速度快、熱影響區(qū)小和工件變形小等一系列優(yōu)點，可以滿足手機鋰電池的特殊的焊接要求，但其設備價格較貴。

目前，國外的激光焊焊接設備[7]自動化程度高、生產(chǎn)率高，技術附加值也較高，價格昂貴，知名的激光焊設備主要有日本米亞基（MIYACHI）、德國通快等。國內激光焊設備技術水平有待突破，價格相對較低，知名的激光焊設備主要有：深圳大族激光、武漢華工激光等。

2.2 激光焊技術在手機鋰電池制造工藝中的應用

在手機鋰電池的焊接中，激光焊主要應用于電芯的制造、電芯與保護線路板的連接中，下面以某手機鋰電池的電芯極耳與保護線路板極片的焊接為例，在電芯極耳中，正極材料為鋁、厚度約為0.07mm，負極材料為鎳、厚度約為0.12mm，保護線路板電極片材料為鎳、厚度約為0.12mm。采用米亞基焊機，型號ML-2550A，焊接參數(shù)主要有：發(fā)振波長1064nm、最大額定輸出400W、脈沖重復頻率1-500pps、水冷等，并配套相應的圖像處理系統(tǒng)[8]，具體如圖4所示。焊后，激光焊焊點如圖5所示。

圖4 激光焊設備系統(tǒng)示意圖

從圖4中可以看出，激光焊機除了專用設備外，需要配套圖像處理系統(tǒng)，對焊完的焊點進行檢驗，利用CCD數(shù)碼相機的攝像功能，對已焊的焊點進行圖像分析，與已設定的標準的激光焊點比較，從而判斷被焊件的焊點是否合格，以確保合格率達100%。

圖5 電極片與保護線路板激光焊焊點

從圖5可以看出，作為合格激光焊產(chǎn)品的工件焊點，無論正極還是負極，圓形規(guī)則，大小均一，表面平整；焊點直徑約為0.7mm，誤差約為0.2mm；焊點間距均勻。

2.3 實際生產(chǎn)中尚待解決的問題

主要是激光焊價格較貴。首先，國內的激光焊機設備，價格從十幾萬至幾十萬不等，國外的激光焊設備，以日本米亞基焊機為例，價格一般要幾十萬。此外，還需要配套相應的畫像處理系統(tǒng)，這套系統(tǒng)價格從4萬到10多萬不等，因此，對于生產(chǎn)廠商來說，投入較大。

3 電阻焊與激光焊技術的發(fā)展

從電阻焊與激光焊技術在手機鋰電池的應用中，分析比較可以看出：電阻焊的優(yōu)勢在于設備價格較低，但不適用于異種材料焊接、電極棒更換與維修頻率高、焊接材料損耗大、產(chǎn)品變形較大等問題。激光焊的優(yōu)勢在于適用于異種材料的焊接、焊材損耗小、被焊工件變形小、設備性能穩(wěn)定且易操作和焊接質量好，但設備與配套圖像處理系統(tǒng)價格較貴。

4 結束語

近年來，很多國內外手機鋰電池生產(chǎn)廠商，在較為復雜的生產(chǎn)工序中，對于不同的工序、不同的被焊零件，采用了不同的焊接方法，但電阻焊技術以其較低成本的優(yōu)勢，仍是應用最普遍的。

隨著新一代智能手機的問世，配套鋰電池的裝配與焊接的精度、質量均大幅提高，電阻焊很難滿足這些要求。我國激光產(chǎn)業(yè)的正在快速發(fā)展，激光焊技術將有更大突破，設備價格也會進一步降低，這將降低激光焊在手機鋰電池生產(chǎn)中的使用成本，促使更多的手機鋰電池廠商將選擇激光焊。因此，激光焊在手機鋰電池的制造過程中將得到越來越廣泛的應用，并形成新的發(fā)展趨勢。

[1] 張立雙, 張龍.微電阻焊技術在電池生產(chǎn)中的應用[J].電池, 2003, 33(6): 363-365.

[2] 張軍.Li-ion電池的激光焊接[J].中國機械工程, 2001,12(z1): 213-215.

[3] 李建保, 李敬鋒.新能源材料及其應用技術: 鋰離子電池, 太陽能電池及溫差電池[M].北京: 清華大學出版社,2005.

[4] 黃可龍, 王兆翔, 劉素琴.鋰離子電池原理與關鍵技術[M].北京: 化學工業(yè)出版社, 2008.

[5] 王家淳.激光焊接技術的發(fā)展與展望[J].激光技術,2001, 25(1): 48-54.

[6] 衣思平, 許寶忠, 李梅, 張國順.鋰離子蓄電池極耳的激光自動焊接[J].電源技術, 2005, 29(2): 80-81.

[7] 張國順, 王萌, 劉鐵根, 李朝陽, 許寶忠.自動焊接技術在二次電池制造中的應用[J].中國激光, 2008, 35(11):1693-1696.

[8] 趙相兵, 李亮玉, 夏長亮, 符靈建.激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)圖像處理[J].焊接學報, 2006, 27(12): 42-48.