锂电池激光焊接飞溅缺陷解析与管控

一、 飞溅缺陷的本质与影响

在锂电池激光焊接中，飞溅（常被行业称为“爆点”）是最常见的点状缺陷之一，直接影响焊接质量和生产效率。尤其在方形铝壳电池顶盖周边焊接中，此类缺陷对良品率影响显著。当前行业顶尖产线良品率可达99.5%（以0.6mm壳体为例），但多数产线维持在97.5%~98.5%区间。焊接缺陷中，飞溅、气孔、针孔占比最高，其次为虚焊、焊偏等。

飞溅实质是焊接过程中熔融金属的非预期喷溅。其成因复杂，涉及材料洁净度、纯度、特性，但激光能量输出的稳定性是核心因素。当激光能量过高或光束质量（如光纤芯径）不匹配时，熔池液态金属被过度加热至汽化，内部压力剧增，将熔融金属喷出形成飞溅物并附着于焊件表面。

飞溅对锂电池的危害远超外观问题：
1. 电气连接部位（如连接片焊接）： 削弱连接强度与载流能力。飞溅物若溅落至裸电芯表面，存在烧损隔膜导致内部短路风险；若残留于电池内部，可能引发异常自放电。
2. 密封焊接（顶盖焊、封钉焊）：损害电芯气密性及壳体机械强度，导致使用中潜在的电解液泄漏及外部水汽侵入风险。
3. 模组/Pack层级：影响结构机械强度与过电流可靠性。

二、 飞溅缺陷分类与成因

根据外观特征，飞溅主要分为两类：

1. 深色飞溅：

• 成因：焊件表面存在污染物（油渍、胶痕、有机物残留等）。激光照射污染物引发剧烈氧化反应产生气体，破坏熔池及“匙孔”稳定性，导致熔深不足、熔宽不均、表面未熔合甚至焊穿。需金相切片辅助确认内部缺陷。
• 污染来源：
  * 原材料加工残留（冲压油、胶带碎屑）。
  * 包装运输过程刮蹭引入有机物。
  * 操作污染（脏污手套接触待焊区域）。

2. 浅色/金属色飞溅：

• 成因：核心在于深熔焊过程中“匙孔”动态失稳。当工艺参数处于临界窗口边缘时，外界微小扰动极易导致匙孔坍塌破裂，熔融金属喷溅形成飞溅，常伴随熔深不足、未熔合等缺陷。
• 诱因：
  * 保护气流紊乱（尤其在拐角处，常伴焊缝氧化变色）。
  * 激光头或运动轴系抖动。
  * 预焊点位置/熔化量突变。
  * 环形光斑或复合焊模式下，芯部/环部功率配比失调导致熔深过大、匙孔不稳。
  * 工艺参数（离焦量、能量、速度、气体流量）接近可行窗口边界。
  * 来料表面异常水汽或污染物。

三、 飞溅缺陷关键控制措施

解决飞溅问题需系统性分析根源，针对性改进：

1. 保障焊缝一致性： 严格控制待焊部件装配间隙（依据产品设定标准）。
2. 杜绝焊前污染：

• 建立洁净操作规范，识别并消除污染源（特定工位、夹具、动作）。
• 强化来料及制程清洁度管控。

3. 优化焊接工艺稳定性：

• 关键参数（离焦量、能量、速度、保护气流量、光斑功率配比）应设定在工艺窗口稳健区，远离临界值，确保匙孔稳定。
• 避免在工艺窗口边缘操作，减少环境波动影响。

4. 设备与运动控制： 确保激光输出稳定，消除激光头及运动机构抖动。

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