2021年3月18日，由中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會聯合電池中國網共同舉辦的第二屆新能源汽車及動力電池（CIBF深圳）國際交流會在深圳隆重召開。大會期間，阿帕奇(北京)光纖激光技術有限公司應用部經理張婧以《光纖激光解決方案助力電池行業提質增效》為題發表了主題報告。

以下為演講實錄：

非常榮幸能夠借此機會介紹一下IPG的產品在電池行業中的應用。此次報告我介紹的是IPG光纖激光器、光學傳輸頭和LDD焊接過程監測系統作為一整套方案是如何助力電池制造的。

我的報告分幾部分內容，首先介紹一下IPG公司及產品線，第二部分，給大家一個全貌，看看我們的產品目前在哪些電池制造環節中已成熟應用并被客戶認可，然后我聚焦在IPG幾款產品上，在軟包電池焊接應用中非常成熟的YLR系列SM激光器，也有推進中的AMB光束可調模式可調激光器，也有新產品SM-AMB激光器，最后，介紹一下我們倍受關注的產品，LDD過程監測系統。

首先介紹一下IPG公司，我們公司是由俄羅斯科學家在1990年創立的，那時候起一直專注于光纖激光器的生產，由于是垂直整合，所以可以做到閉環質量管控，裝機量已經充分說明客戶對我們產品品質的認可。除此之外，不僅僅滿足于成熟的產品，我們也一直在面向客戶的需求不斷地開發新的產品，因為創新才是一個企業的生存之源。

下面簡單介紹一下IPG中國，中國占IPG主要銷售額將近一半，所以我們非常重視中國市場，人員配置有200多名員工，售后網點遍布全國，能對客戶做到及時快速的響應。應用實驗室可以免費為客戶提供測試，如果你想看看我們的激光器能不能做您的工藝制程，或者希望確認設備在產線上是否可以穩定工作，我們可以積極配合測試。應用中心目前在北京、上海、深圳和武漢，如果有測試需求可以隨時和我們聯系。

從產品的功率覆蓋性上，從幾W的打標激光器至120千瓦的超高功率激光器，有超過500種不同的激光器，從波長覆蓋性上，我們的產品線包括紅外、綠光、紫外等各個波長的激光器。針對硬包、軟包和圓柱各個制程，（圖）打成紅色標記的都是IPG激光器已經在產線上成熟應用的環節，可以看到唯一空白是極片卷繞，與激光沒有關聯的制程，除此之外已經做到全覆蓋。在軟包電池焊接中我們從電芯、模組、托盤支架上都有非常成熟的應用。其中應用比較廣是我們的YLS多模激光器，特別是硬包方型電池的焊接上。去年我們推出的AMB激光器相比傳統的多模YLS激光器有明顯的質量提升。軟包電池焊接中經常用的我們的YLR系列單模激光器，它在焊鋁、焊銅上有特別大的效果及成本優勢。還有我們的YLPN系列納秒激光器，主要應用在極片切割和清洗上。

軟包電池焊接應用上YLR系列單模激光器是最多的，目前電池行業成本的壓力越來越大，效率要求越來越高，最早使用的是500W，后來是700、1500，現在2000W成為了主流配置。現在市面上有很多的單模激光器，但還是要看看性能參數的差別。IPG單模激光器具有最小的芯徑-14微米，目前市面上其它品牌基本為20um或25um。IPG單模激光器的M2、功率穩定性、光束轉換效率和穩定性都是業界都是最優。

（圖）這里列了表，單模相比多模，相同功率下，可以具有更高的功率密度，從而形成更穩定的能量耦合，穿透性更強，這樣就可以用更高的速度焊，對應更小的熱輸入。我們這里再注意一下，相比友商品牌20um芯徑，相同功率下的功率密度差別差2倍，帶來穿透力的顯著差異。我們也有客戶問，芯徑不就是影響光斑嘛，我們就選小的焦距縮小光斑不就好了，這會帶來一些惡果，你選擇了小的聚焦，看起來聚焦光斑是一樣，但是聚焦性能是不一樣的。在產線上焊的時候，由于零件來料、裝配，總會存在離焦、負離、焦平面上焊接的差異。我們的單模激光器聚焦性能優，代表著對于這樣的擾動因素容裕更大，焊接質量更加穩定。而且，小焦距還有另外一個缺陷，那就是鏡頭離熔池近，對保護鏡的壽命不利。

從應用上，首先介紹一下電芯極耳焊接，這個不是直接把100多層直接焊在一起，在實驗室用激光可以做成功的樣品，但實際在產線上批量壓裝很難保證貼合度，我們用單膜還是超聲波預壓，這是預壓之后多層焊到板的步驟，目前焊接效果優異且穩定，已經批量在產線應用。

還有極耳+匯流排焊接，這個應用是軟包電池焊接中最多的應用，大多是相對薄一點的鋁、銅材料焊在厚的匯流排上。最早的方案是用的4000瓦的YLS系列多模激光器，現在越來越多客戶傾向于單模激光器方案，其在焊接變形控制上以及成本上都很有優勢。極耳匯流排焊接還會碰到異種材料焊接情況。從力學性能控制上我們建議鋁止銅下的配置以更好的抑制界面混合程度來減少脆性相的生成，再輔以擺動，在小熱輸入的前提下增加界面連接面積，從而得到優良的力學性能。方案上我們有二種，一種是YLS高功率高速方案，一種是YLR單模低速方案。客戶可自行按實際產線需求及預算情況選取方案。

（圖）這是極耳焊接，很薄的材料，單模是最合適的，它能得到最小的焊接變形，最優的焊接的質量。

接下來介紹一下AMB光束模式可調激光器，這一款產品在方形電池焊接上用得較多，因為基本上是相對厚一些的鋁和銅的焊接，這款產品的特點是高能密度的中心光束+大芯徑外環光束組合形成可調控的光斑。目前我們可以做到業內最高的功率，總功率25千瓦，中心可以做到12千瓦，光電轉換效率也是最高的，45%。中心芯徑50、150um可選，外環芯徑150，300，400，600um可選。一般來說，焊鋁、銅材料我們傾向于推薦50/150um配置，焊鋼及焊鋁時熔深要求不高的場合優選100/300um。AMB激光最大的優勢可以抑制飛濺產生，在匙孔產生過程當中，匙孔不穩定的噴發，液滴獲得動量克服表面張力飛出就形成了飛濺。AMB的原理是把匙孔開口擴大，使之更加穩定。大家可以看下我們的LDD直接拍攝的匙孔形貌，充分證明了這一點。

我們還是以效果說話，我們選取鍍鎳銅這種軟包電池常見的非常易于產生飛濺的材料。采用常規YLS激光焊，飛濺較多，整個焊縫表面就會有一些坑坑洼洼成形不良的狀況。鋁也是一樣。采用AMB可以有效抑制飛濺，得到優良表面質量的焊縫。AMB用得最多是模組外罩，過去是常規焊的，有飛濺問題及搭橋能力差的問題，用AMB可以特別顯著提升表面質量，提高搭橋能力，

我們結合了單模和AMB兩大優勢形成了新產品SM-AMB。它結合單模激光器小的熱輸入、強的穿透力，又結合了外環降低飛濺的組合型產品，目前這個設備在美國實驗室的時候做了多層箔的點焊，有數十層的銅箔和鋁板，焊點的尺寸穩定性好，而且飛濺特別低。

（圖）這個是實際的焊接視頻，。這是模擬軟包電池BUSBAR焊接的組合，飛濺抑制效果是很明顯的，從表面成形看有突出的改善，我們也希望這個設備來了之后可以更多在軟包電池的極耳、銅箔、鋁箔焊接上有明顯的突破。

最后講講我們的LDD焊接全過程監測系統，它基于內聯相干成像成理，你可以把它理解為激光的測距儀，主動發射半導體激光打到工件表面及焊接匙孔，檢測返回信號，再通過一系列的算法，最終直接得到熔深。目前市面上出現了一些類似的產品，但是我們的檢測精度和頻率是最高的，大家可以對照參數表來看。

（圖）LDD的第一項功能是焊前檢測，比如焊縫位置是否準確、零件高度是否合適，可以直接做尋位和校正。第二項功能是它的核心功能，即直接測量熔深，且是每條焊縫每一個位置的熔深均可以得到，傳統的切片頂多是一條焊縫切幾個，無法得到整條焊縫的數據。第三項功能是焊后焊縫寬度、高度及表面質量的檢測。您可以圍繞著各項檢測數據按相應的標準設定容限，實時監控零件是不是OK。第四項，3D成像。工具是死的，使用方式是靈活的，有客戶直接用LDD做為焊前調節的工具也是很有創造性的用法。目前我們的LDD可以搭載YLS/YLR、單模、多模, 同時與我們所有的焊接頭、擺動頭及振鏡等全部都是適配的。

（圖）我們拿了一些產線上的數據，跟蹤了一個小批量的測試，可以看到熔深和切片誤差小于100um，完全滿足產線檢測要救濟。在極耳焊接上，幫助客戶直接做在線的判斷，比如說焊厚的高度、寬度，有沒有累計超過它的缺陷，然后實時輸出。

最后做一個總結，就是我們幾款產品YLR具有非常小的線徑，非常強的穿透力，非常適合極耳和BUSBAR焊接。AMB適合軟包模組外罩焊接，有效抑制飛濺、改善成形，提升搭橋能力。單模AMB結合了單模及AMB優勢，非常適合于箔材焊接，LDD可以實現焊前、中、后全過程的監測，為電池安全制造保架護航。我的介紹到這里，謝謝大家。

（注：本文根據現場速記整理，未經演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，請勿轉載！）

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