建立高性能的電池生產(chǎn)中心是當(dāng)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(shù)研究所正在積極努力實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。比如，在德國聯(lián)邦教育研究部（BMBF）開展的“HoLiB”項(xiàng)目以及德國工業(yè)研究聯(lián)合會（AiF）開展的“MikroPuls”項(xiàng)目中，來自亞琛的科學(xué)家正在研究如何利用激光技術(shù)將不同材料更經(jīng)濟(jì)地聯(lián)結(jié)起來。

從內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)向以電力驅(qū)動這個趨勢已無法停止。然而，只有在電池生產(chǎn)是高效、穩(wěn)定的，電池間相互聯(lián)結(jié)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(shù)才算是成功的。

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

鋰離電池的效率提升
現(xiàn)在鋰離子電池的生產(chǎn)流程已經(jīng)比以前高效得多了。針對電池產(chǎn)業(yè)的集群競爭力，BMBF的“HoLiB——高通量過程生產(chǎn)鋰離子電池”項(xiàng)目，將注意力集中在新技術(shù)的組裝、疊裝成型和聯(lián)結(jié)，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(xué)正在開發(fā)一種激光沖孔技術(shù)，可以在毫秒內(nèi)將電極從連續(xù)導(dǎo)入的材料網(wǎng)中切割下來。有一個旋轉(zhuǎn)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(shù)研究所的切入點(diǎn)：他們正在開發(fā)、認(rèn)證一種激光工藝，可用于聯(lián)結(jié)陽極和陰極的接觸點(diǎn)——制動器片。因?yàn)殛枠O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(lán)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(shù)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(wù)。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(yàn)證流程，并對制動器片進(jìn)行焊接測試?！?/p>

他還建議使用一種有幾個底座的轉(zhuǎn)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(nèi)就能做好1個堆疊品了。當(dāng)一個堆疊品被放置到轉(zhuǎn)盤的某個位置時，轉(zhuǎn)盤會繼續(xù)保持快速旋轉(zhuǎn)，這樣旋轉(zhuǎn)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(fèi)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(xiàng)目中，弗勞恩霍夫激光技術(shù)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(jié)陽極和陰極的激光束源（圖中：藍(lán)色二極管激光器的聯(lián)結(jié)過程）（來源：弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所）

納秒激光脈沖保護(hù)熱敏元件
在AiF的MikroPuls項(xiàng)目中，科學(xué)家們正在研究如何更有效地將電池單元聯(lián)結(jié)起來。在工業(yè)伙伴的支持下，弗勞恩霍夫激光技術(shù)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(jié)起來的工藝。

這些都是要求很高的工藝，因?yàn)楸‰娪|點(diǎn)是熱敏的，不能被加熱到太高水平。如果焊接能量太少，產(chǎn)生的聯(lián)結(jié)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(shù)研究所研究員Elie Haddad解釋說：“有些敏感的電解質(zhì)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(gòu)成了特別的技術(shù)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(zhì)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(jī)械力。”
專家利用拉伸剪切實(shí)驗(yàn)和掃描電鏡圖像分析焊接試驗(yàn)結(jié)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(zhì)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(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)微脈沖聯(lián)結(jié)可以實(shí)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(fù)性更高，金屬間相更少。它的唯一缺點(diǎn)就是通常需要更長的焊接時間，因此仍需要改進(jìn)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(dú)控制。該系統(tǒng)不僅可以聯(lián)結(jié)，還可以將材料移走，比如移到架構(gòu)表面上。