鋰電池密封釘焊接裂紋原因分析及改善措施（附現(xiàn)場排查方案）

方形鋁殼電池密封釘焊接不良輕則造成漏液、析鋰、外觀缺陷，重則引發(fā)電池性能驟降甚至安全隱患！為何看似細(xì)微的焊縫裂紋會(huì)成為良率瓶頸？本文深度解析三大核心誘因：脆性溫度區(qū)間雜質(zhì)聚集、激光熱應(yīng)力失控、機(jī)械約束設(shè)計(jì)缺陷，并給出高純度材料替代、環(huán)形光斑雙光束焊接、智能參數(shù)優(yōu)化等創(chuàng)新工藝方案，助您實(shí)現(xiàn)焊接良率突破99.5%！

一、裂紋發(fā)生原因

1.凝固機(jī)制問題

脆性溫度區(qū)間（糊狀區(qū)）：熔池在第三階段（糊狀區(qū)，液態(tài)金屬少、固態(tài)骨架形成時(shí)）因凝固收縮應(yīng)力和機(jī)械約束應(yīng)力超過液態(tài)金屬的回填能力，導(dǎo)致晶界撕裂。 

雜質(zhì)影響：材料中雜質(zhì)（如Fe、Si等）或清潔度不足（電解液殘留、粉塵）會(huì)擴(kuò)大脆性溫度區(qū)間，增加裂紋敏感性。

2.熱應(yīng)力與冷卻速度

高冷卻速度（如單光纖焊接冷速過快）導(dǎo)致凝固收縮應(yīng)力集中，液相無法及時(shí)填補(bǔ)孔隙。 

溫度梯度過大（如高斯光束焊接）促進(jìn)柱狀晶生長，晶界易形成連續(xù)液態(tài)薄膜，加劇裂紋傾向。

3.機(jī)械約束與焊接參數(shù)

密封釘受熱翹曲或預(yù)焊點(diǎn)分布不合理，導(dǎo)致機(jī)械約束應(yīng)力集中。 

焊接參數(shù)不適配，如功率過高、離焦量不當(dāng)、脈沖頻率與速度不匹配，導(dǎo)致熔池尺寸或溫度分布異常。

二、改善措施

1.控制脆性溫度區(qū)間

材料選擇：使用純度更高的鋁合金（如1060替代3003），減少雜質(zhì)。 

清潔控制：重點(diǎn)管控電解液殘留、膠釘粉塵，加強(qiáng)激光清洗工序（例如DOE驗(yàn)證清洗參數(shù)）。

2.優(yōu)化焊接參數(shù)與熱輸入

復(fù)合焊/環(huán)形光斑：采用中心+外環(huán)功率的雙光束（如環(huán)形光斑），外環(huán)預(yù)熔降低溫度梯度，促進(jìn)等軸晶形成，減少裂紋率。 

光束振蕩技術(shù)：低頻振蕩（0.1-0.5kHz）攪拌熔池，細(xì)化晶粒并分散應(yīng)力。 

參數(shù)調(diào)整：降低峰值功率、增加焊速（連續(xù)激光）或縮短脈沖時(shí)間（脈沖激光），減小熔池尺寸以減少回填距離。

3.降低冷卻速度

預(yù)熱/緩冷：通過輔助熱源或梯形波調(diào)整能量釋放，延長凝固時(shí)間。

保護(hù)氣體優(yōu)化：選擇氦氣或氮?dú)猓ū苊鈿鍤怆婋x增加等離子體干擾），調(diào)整流量減少熔池湍流。

4.機(jī)械約束優(yōu)化

多點(diǎn)預(yù)焊：均勻分布預(yù)焊點(diǎn)數(shù)量和位置，減少局部應(yīng)力集中。 

間隙配合：取代過盈配合，避免焊接過程膠釘受擠壓溢膠導(dǎo)致應(yīng)變。

三、生產(chǎn)現(xiàn)場排查方案

1.材料與清潔度排查

檢測原材料雜質(zhì)含量及批次一致性。

檢查清洗工序效果（如擦拭溶劑殘留、激光清洗深度/粗糙度）。

2.焊接參數(shù)驗(yàn)證

通過DOE實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證關(guān)鍵參數(shù)組合（功率、離焦量、速度）對熔深、熔寬及裂紋率的影響。 

使用金相檢測評估柱狀晶與等軸晶比例（目標(biāo)：提升等軸晶占比）。

3.工藝過程監(jiān)控

監(jiān)控保護(hù)氣體純度與流量穩(wěn)定性（如氦檢漏率異常提示氣密性不足）。 

檢查夾具定位精度，避免密封釘壓合不平導(dǎo)致焊接偏移。

4.缺陷檢測技術(shù)

應(yīng)用3D線掃相機(jī)或CCD金相分析，定量評估裂紋深度和分布。

結(jié)合氦檢與拉爆試驗(yàn)，綜合判定氣密性與強(qiáng)度。

結(jié)論：通過材料優(yōu)化、參數(shù)調(diào)整和設(shè)備改進(jìn)（如復(fù)合焊/光斑振蕩），結(jié)合嚴(yán)格的工藝控制與檢測，可有效抑制密封釘焊接裂紋，良率提升至99.5%以上。

以上內(nèi)容均為本人日常工作，交流，閱讀文獻(xiàn)所得，由于本人能力有限，文中闡述觀點(diǎn)難免會(huì)有疏漏，歡迎業(yè)內(nèi)同仁積極交流，共同進(jìn)步！參考資料：1.基于DOE的方形鋁殼周邊焊激光焊接研究，李林賀2.鋰電池密封釘焊接缺陷檢測技術(shù)的研究，馮成德-End-