在全球氣候變暖、溫室氣體減排的大背景下，新能源汽車尤其是電動汽車迅速崛起。其核心部件 - 電池系統的制造對焊接技術要求嚴苛，主要原因是電池系統結構復雜，包含多種材料且連接復雜，傳統焊接方法如超聲波焊接、電阻點焊等在應對電池電極材料（如鋁、銅、鋼）連接時存在局限性。例如，超聲波焊接不適用于電動汽車常見的電池結構，電阻點焊因鋁銅高導電性難以施焊。
激光焊接技術憑借其非接觸、高能量密度、精準熱輸入控制以及易于自動化等特性，成為理想選擇。可滿足電池系統不同材料焊接需求，像電池電極與母線之間的鋁鋼、銅鋁、銅鋼焊接，以及鋁/鋼電池外殼焊接等，在保障連接可靠性、提升電池性能與安全性中發揮著關鍵作用。
動力電池類型
①小型圓柱電池（如18650型），標準化尺寸、安全性和相對廉價的成本；
②大型棱柱電池，在能量密度和穩定性方面表現優異；
③軟包聚合物電池，在充電時容易發生幾何形狀。
*電池類型
電池組由多個電池串聯或串并聯構成，通過母線進行連接，工作環境復雜，連接可靠性直接影響到電池系統的性能與安全。
*電池組結構 a)圓柱電池 b)棱柱電池
常用焊接技術的局限性
超聲波焊接
主要利用高頻振動（通常為20kHz及以上），在壓力下使材料形成固態鍵合從而實現連接。
①該方法適用于薄箔、異種材料或高導電材料的焊接，主要應用于帶狀電池。
②電動汽車電池通常為圓柱形或棱柱形電池，在壓力和振動共同作用下可能會破壞電池結構的完整性，因此超聲波焊接不適用于電動車的電池焊接。
電阻點焊
工作原理主要是對工件接觸面施加壓力，并通入大電流使零件局部熔化。但電動汽車電池常用材料為鋁和銅，其具有高導電性和導熱性的特點，使得電阻點焊難以對其進行焊接。
焊接特點
材料組合多：電池極耳材料常為鋁、銅或鋼，母線材料多為銅或鋁，形成鋁-銅、鋁-鋼、銅-鋼等組合。
性能要求高：焊接處要確保低電阻、高導電性與良好的機械強度，以保障電池充放電效率與長期穩定性。
*軟包/圓柱電池的極耳與母線
鋁-鋼激光焊
焊接難點：
①鋁與鋼熱物性差異大，焊接時會形成脆性金屬間化合物（IMC），如 Fe?Al?、Fe?Al?? 等，影響接頭微觀結構、電性能和熱性能，增加電池內阻、縮短服役壽命。
②焊接時需控制 IMC 生成。
1.調控工藝參數
①控制熱輸入：調節激光功率、焊接速度與脈沖參數（頻率、占空比），平衡熔深與熱影響區大小，減少 IMC 生成。
②優化脈沖波形：采用特殊脈沖波形改變熱循環特性，如緩升緩降波形降低溫度梯度與熱應力，抑制快速冷卻導致大量脆性 IMCs 生成。
2.采用中間層
①成分：選鎳、硅基合金等中間層材料，因其與鋁鋼反應形成穩定相減IMC不利影響。鎳改善潤濕性與元素擴散，生成含鎳 IMCs 韌性優于鋁鋼直接焊接產物；含硅中間層（如Al-Si合金）中Si影響Fe-Al IMCs生長，形成的Fe-Al-Si化合物優化接頭力學性能，Si含量根據材料與工藝要求進行微調。
②厚度：數μm至數十μm厚度范圍可有效調節IMC形成，提升接頭性能與可靠性。
3.磁場輔助
①磁場方向：垂直磁場抑制熔池中元素宏觀擴散，改變對流與結晶形態，減少Fe、Al過度熔合形成脆性IMCs；平行磁場影響溶質微觀擴散與晶界遷移，同時細化晶粒、優化IMC分布與取向。
②多場協同：聯合磁場與超聲，磁場協同超聲振動細化晶粒、去除氣孔夾雜、改善 IMC 結構。超聲振動有助于破碎枝晶、均勻成分，磁場引導金屬液流動與晶體生長方向，協同改善熔池凝固行為與組織均勻性，降低IMC脆性、提高接頭韌性與導電性。
*激光擺動焊接鋁-鋼（擺動幅度0.2-1.2mm）
*不銹鋼/鋁合金接頭的微觀形貌 a)有Ni箔 b)無Ni箔
銅-鋁激光焊
焊接難點：
銅和鋁熔點、熱導率、熱膨脹系數不同，焊接形成 Cu?Al、Cu?Al? 等多種 IMC，影響焊縫微觀結構與機械性能，需抑制其形成與生長。
1.焊接參數優化
①高焊接速度與低激光功率匹配，可減少熱輸入時長與強度，抑制 IMC 大量形成，如高速焊接時 CuAl?等化合物生成量顯著降低。
②優化脈沖頻率、占空比，改變 Cu、Al 原子擴散與反應動力學條件，使 IMC 生長有序、分布均勻，提升接頭性能。
2.填充銀、鎳、錫
采用銀、鎳、錫基填充材料或特定合金焊絲，其在焊接中熔化填充間隙、稀釋母材元素，減緩 Cu、Al 直接反應，減少脆性 IMC 生成。
如含錫填充材料，焊接形成 Cu?Sn? 和 Cu?Sn 等相，改變接頭組織形態，降低整體脆性、提升強度與韌性。
3.光束調制
運用光束擺動、旋轉或分束等調制技術，改變激光能量分布與作用方式。
*Cu-Al SEM圖（1500W，30mm/s）
銅-鋼激光焊
焊接難點：
銅和鋼物理性質差異大，激光焊接時易出現液相分離和熱裂紋，如 Cu 滲入鋼晶界導致熱裂紋產生。
1.激光偏移
將激光偏向銅一側，可夠有效提升焊接質量。
2.光束振蕩
在環形光束振蕩的條件下對純銅和不銹鋼進行激光焊接，焊縫的抗裂性能夠得到有效提升。
光束振蕩與未振蕩時相比，晶粒顯著細化；在凝固過程中，晶粒邊界數量的增加顯著降低了應力集中，使得接頭強度和變形得到了有效控制。
*未振蕩與振蕩SEM
*Tesla 4680電池
鋁電池外殼激光焊
鋁合金因熱導率高、熱膨脹系數大，焊接易現裂紋和孔隙等缺陷；表面氧化膜和雜質高溫易分解，致使氣體難以逸出導致孔隙產生。
1.激光束聚焦旋轉+垂直振蕩
激光焊接1060鋁合金，采用垂直振蕩優化焊縫表面，在半徑為0.45mm時孔隙率降低91%。
*激光束聚焦旋轉和垂直振蕩SEM
2.光斑整形（四光束）
光斑整形為四光束焊接，增大熔池小孔尺寸、穩定金屬蒸汽、減少飛濺和孔隙，提升焊縫質量。
*四光束示意圖
鋼電池外殼激光焊
奧氏體不銹鋼焊接易生熱裂紋，與合金成分和雜質含量有關。通過調控工藝參數，可有效解決熱裂紋問題。
啟發：
① 目前常用的激光焊接波長多為1064nm，采用藍激光/綠激光焊接異種材料可能有不錯的效果。
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