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建立高性能的電池生產中心是當前汽車行業(yè)一大重要議程。位于亞琛的弗勞恩霍夫激光技術研究所正在積極努力實現(xiàn)這一目標。比如，在德國聯(lián)邦教育研究部（BMBF）開展的“HoLiB”項目以及德國工業(yè)研究聯(lián)合會（AiF）開展的“MikroPuls”項目中，來自亞琛的科學家正在研究如何利用激光技術將不同材料更經濟地聯(lián)結起來。

從內燃機轉向以電力驅動這個趨勢已無法停止。然而，只有在電池生產是高效、穩(wěn)定的，電池間相互聯(lián)結形成模塊和組件，性能可靠且能滿足即將到來的巨大存儲容量需求時，這樣的電池技術才算是成功的。

弗勞恩霍夫激光技術研究所正在開發(fā)電池單元有效聯(lián)結激光工藝（如圖：圓柱形電池上的激光焊接銅聯(lián)結器），作為德國工業(yè)研究聯(lián)合會的MikroPuls項目的一部分（來源：弗勞恩霍夫激光技術研究所）

鋰離電池的效率提升
現(xiàn)在鋰離子電池的生產流程已經比以前高效得多了。針對電池產業(yè)的集群競爭力，BMBF的“HoLiB——高通量過程生產鋰離子電池”項目，將注意力集中在新技術的組裝、疊裝成型和聯(lián)結，以及將完整過程鏈中不增加價值的工序裁撤掉上。德國布倫瑞克工業(yè)大學正在開發(fā)一種激光沖孔技術，可以在毫秒內將電極從連續(xù)導入的材料網中切割下來。有一個旋轉堆疊輪會將陽極和陰極分離器組件分別放置，并將它們交替堆疊于庫中。

三束源測試成功
這便是弗勞恩霍夫激光技術研究所的切入點：他們正在開發(fā)、認證一種激光工藝，可用于聯(lián)結陽極和陰極的接觸點——制動器片。因為陽極是用銅做的，陰極是用鋁做的，而制動器也是用這兩種材料做的，所以亞琛的研究人員決心測試一下三種不同的束流源。他們使用了一個藍色二極管激光器（波長450nm），一個綠色圓盤激光器（波長515nm）以及一個紅外光纖激光器（波長1070 nm）。

弗勞恩霍夫激光技術研究所研究助理Johanna Helm解釋說：“我們正在研究哪種光束源最適合哪種操作任務。三束源測試表明，通過焊接將薄膜堆棧起來是可靠的。我們目前正在驗證流程，并對制動器片進行焊接測試?！?/p>

他還建議使用一種有幾個底座的轉盤，可以將電極放在上面做激光接觸。通過堆疊輪，將20個陽極、陰極以0.1秒的間隔堆疊起來，這樣2秒內就能做好1個堆疊品了。當一個堆疊品被放置到轉盤的某個位置時，轉盤會繼續(xù)保持快速旋轉，這樣旋轉的堆疊輪就可以在下一個自由空間沉積更多的陽極和陰極，同時無需再費任何時間，就能開始第一個堆疊品基于激光的接觸工序。

在HoLiB項目中，弗勞恩霍夫激光技術研究所正在眾多其他研發(fā)中，尋找可用來特別可靠、快速地聯(lián)結陽極和陰極的激光束源（圖中：藍色二極管激光器的聯(lián)結過程）（來源：弗勞恩霍夫激光技術研究所）

納秒激光脈沖保護熱敏元件
在AiF的MikroPuls項目中，科學家們正在研究如何更有效地將電池單元聯(lián)結起來。在工業(yè)伙伴的支持下，弗勞恩霍夫激光技術研究所正在開發(fā)用納秒脈沖紅外光纖激光將銅、鋁和鋼聯(lián)結起來的工藝。

這些都是要求很高的工藝，因為薄電觸點是熱敏的，不能被加熱到太高水平。如果焊接能量太少，產生的聯(lián)結就不容易穩(wěn)定；如果能量用得過多，又會影響電池的工作模式，或縮短電池的使用壽命。弗勞恩霍夫激光技術研究所研究員Elie Haddad解釋說：“有些敏感的電解質在60°C時就會分解。這便是快速的MikroPuls工藝可以發(fā)揮優(yōu)勢的地方。它甚至可被用于做銅焊縫。它的最大平均功率200W，對組件施加的能量卻很小。”

可靠的不同材料激光焊接
銅和鋁之間的不同接頭也構成了特別的技術挑戰(zhàn)。Elie Haddad解釋說：“金屬間化合物會在這里迅速形成，從而降低焊縫質量。打個比方，它們能夠升高接觸電阻，引發(fā)熱損失，使脆性接頭不再能夠承受機械力?！?br/>專家利用拉伸剪切實驗和掃描電鏡圖像分析焊接試驗結果，發(fā)現(xiàn)它也會減少金屬間相。有選擇地識別最優(yōu)參數(shù)的作用非常重要，這樣用戶才可以可靠地做出具有一致焊接深度以及高焊接質量的不同接頭。

用袋狀熔池上的銅鋁接頭以及圓柱形熔池上的銅鋼接頭進行試驗，發(fā)現(xiàn)微脈沖聯(lián)結可以實現(xiàn)與連續(xù)波（CW）焊接相同的接頭效果，能耗顯著降低，重復性更高，金屬間相更少。它的唯一缺點就是通常需要更長的焊接時間，因此仍需要改進一些參數(shù)。

亞琛的工程師們已制成了一個集成了連續(xù)波光纖激光器和納秒脈沖光纖激光器的系統(tǒng)。光束源可被單獨控制。該系統(tǒng)不僅可以聯(lián)結，還可以將材料移走，比如移到架構表面上。