鋰離子電池單位重量的電池容量很高，因此非常適宜用于消費(fèi)電子行業(yè)。鋰離子電池還有一些特別適用于移動設(shè)備的特性：長時(shí)間不用后，依然能夠保持充電量，在完全放電前進(jìn)行充電也能夠保持充電容量。這些特性通常被稱為“電池內(nèi)存”，是其他二次電池（如鎳金屬鹵化物電池）的主要不足之處。

　　鋰離子電池由石墨陽極、金屬氧化物陰極（通常使用鋰錳、鋰鈷或鋰鐵）以及作為電解液的無水鋰鹽組成（見圖1）。

圖1 鋰離子電池由石墨陽極、金屬氧化物陰極以及作為電解液的無水鋰鹽組成

　　安全性問題

　　基于鋰的技術(shù)有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，即鋰與空氣接觸會爆炸，特別是接觸水后更易爆炸。聯(lián)邦監(jiān)管機(jī)構(gòu)一直在關(guān)注新電池技術(shù)帶來的安全問題。來自美國聯(lián)邦航空局（Federal Aviation Authority）的數(shù)據(jù)顯示，從1991年3月20日到2010年8月3日這段時(shí)間，有113件“煙、火、極度高溫或爆炸”偶然事件涉及電池和基于電池的設(shè)備。需要特別關(guān)注的是這樣一個(gè)事實(shí)，由鋰離子電池封裝失敗引起的火災(zāi)很難被撲滅，因?yàn)橛龅剿缶蜁�，而且在接觸空氣后會重新點(diǎn)燃。

　　雖然有上述安全方面的擔(dān)心，但高容量和低重量的雙優(yōu)點(diǎn)讓鋰離子電池非常適合于另一項(xiàng)應(yīng)用——混合動力插電式汽車。汽車部門的安全需求迫使研發(fā)人員對鋰離子化學(xué)過程進(jìn)行修改，使電池單元不易爆炸，但在進(jìn)行電池封裝制造時(shí)，仍然需要確保足夠的完整性，才能通過嚴(yán)格的碰撞試驗(yàn)。在諸如醫(yī)學(xué)、太空、深海應(yīng)用等，因?yàn)榄h(huán)境非常惡劣，一個(gè)小小的泄漏會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，替換一塊壞掉電池的成本非常高，甚至?xí)猩ｋU(xiǎn)，因此這些應(yīng)用中的安全要求更為嚴(yán)格。

　　這些安全因素同鋰離子電池的制造密切相關(guān)。制造商們需要考慮兩方面的安全問題：一是制造電池過程中的安全，二是產(chǎn)品封裝的完整性，才能確保電池壽命內(nèi)和有效期外的使用安全。

　　制造工藝中的一個(gè)關(guān)鍵步驟是電池外殼的焊接。只有保證焊接點(diǎn)的完整性，生產(chǎn)出來的電池才能經(jīng)受住掉落、碰撞沖擊、高溫以及壓力變化。

　　圖2 大多數(shù)圓柱體或長方體鋰離子電池的一端或兩端都有蓋子，

需要將蓋子焊接在電池主體上。

　　工藝

　　鋰離子電池有許多種定制的形狀和尺寸，盡管大多數(shù)都是圓柱體或棱柱（長方體）。電池的一端或兩端會有蓋子，需要將蓋子焊接在電池主體上，石墨陽極和金屬氧化物陰極位于內(nèi)部（見圖2）。在焊接完成后，將非水電解液從填充孔注入電池。非常重要的一點(diǎn)是電池外殼尺寸只是標(biāo)稱尺寸。金屬鍛壓和成型會引起公差，這意味著尺寸會發(fā)生變化，圓柱體可能是微橢圓而不是完全的圓形，但這使缺乏機(jī)器視覺的激光焊接變得不夠可靠。

　　在制造過程中，鋰離子電池的陽極和陰極一定不能相互接觸，否則會變成“熱室”，迅速加熱甚至燃燒。因此，在制造過程中，人和電池的接觸越少越好。正是由于這個(gè)原因，激光焊接機(jī)在處理電池單元時(shí)，通過傳送帶和類似雞舍一樣的自動門，逐個(gè)進(jìn)行操作，確保每次在絕緣室內(nèi)只有一個(gè)電池單元。

　　當(dāng)電池單元到達(dá)指定位置后，操作人員安裝的自動化程序指引機(jī)器視覺設(shè)備判斷電池的高度和尺寸（見圖3）。直到那時(shí)，電池單元到達(dá)旋轉(zhuǎn)的卡盤。當(dāng)電池旋轉(zhuǎn)時(shí)，高放大倍率的機(jī)器視覺設(shè)備追蹤并記錄焊縫的真實(shí)軌跡（圓的、橢圓的或其他情況）。此后，運(yùn)動控制和機(jī)器視覺程序檢查這塊電池的實(shí)際尺寸規(guī)模，為激光束計(jì)算出最佳軌跡，從而完成高完整性焊接。在焊接過程中，激光功率在開始時(shí)不斷增加，然后沿著計(jì)算出的軌跡運(yùn)行。激光功率在焊接快結(jié)束時(shí)又逐漸下降到初始值，同焊接開始處重疊，從而確保整個(gè)焊接光滑平坦。

　　圖3 為了讓機(jī)器視覺設(shè)備進(jìn)行追蹤并使激光束跟隨焊縫軌跡，F(xiàn)lexAuto軟件必須

計(jì)算出最佳軌跡，確保完成高完整性焊接。

　　AEi公司采用IPG光纖激光器對鋰離子電池進(jìn)行激光焊接。同YAG激光器相比，光纖激光器有一些重要的優(yōu)勢，包括輸出功率效率更高、維護(hù)成本更低、光束波形更易控制、每瓦特的成本更低。由于需要處理的電池?cái)?shù)量相當(dāng)多，因此兩個(gè)自動化機(jī)器可以分時(shí)使用激光輸出，從而減少制造成本。

　　在焊接完成之后，使用機(jī)器視覺來檢查電池焊接點(diǎn)，接著在電池上用激光蝕刻出二維條形碼，然后由傳送帶送出機(jī)器。

　　圖4 靈活的自動化設(shè)備必須能夠處理各種各樣形狀的電池。

　　靈活性

　　鋰離子電池形狀和尺寸的變化范圍很大，這就要求應(yīng)用的自動化系統(tǒng)具備相當(dāng)大的靈活性（見圖4）。

　　AEi公司采用基于托盤的電池裝載系統(tǒng)。托盤能夠處理變化范圍很大的外形和尺寸，當(dāng)處理新的奇異的外形時(shí)，只需要重新設(shè)計(jì)托盤，而機(jī)器的接口保持不變。這樣一來，在一臺機(jī)器上能夠迅速進(jìn)行轉(zhuǎn)換以適應(yīng)大量不同的電池尺寸。另外，對于靈活性來說，控制軟件是否能在編程量最少的情況下處理大量不同的尺寸也非常關(guān)鍵�？刂栖浖軌蚩焖購囊粋�(gè)批量處理切換到另一個(gè)批量處理，給制造商提供了更進(jìn)一步的競爭優(yōu)勢，從而對市場變化做出快速反應(yīng)。

　　總結(jié)

　　傳統(tǒng)的軍事、航空航天應(yīng)用以及新興的汽車和綠色能源產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用對強(qiáng)大電池的需求有了史無前例的增長。這些需求要求電池不僅要滿足應(yīng)用的電氣特性，還要滿足環(huán)境和安全的規(guī)定。

　　鋰離子電池是滿足重量和電氣性能要求的最受歡迎的解決方案。但是，鋰離子電池有一個(gè)重大的缺點(diǎn)：鋰接觸空氣會爆炸，特別是接觸水后更易爆炸。為了獲得鋰離子電池的性能優(yōu)勢，制造商們需要利用高功率激光器和機(jī)器視覺來保證靈活自動化的精確性，從而在制造電池時(shí)能夠確保完美的氣密封口。靈活自動化能夠支持電池制造的安全性，使封裝更結(jié)實(shí)，并保證電池在各種惡劣環(huán)境中的使用，以及有足夠的生產(chǎn)量讓制造商獲得利潤。