激光焊接因其能量集中、热影响区小和易于自动化等优势在各行业中得到了广泛应用,特别是在动力电池焊接领域铝合金的激光焊接技术得到了极高关注。利用准连续脉冲激光器实验研究铝合金焊接问题,探讨不同激光工艺参数对铝合金焊接性能的影响,改变激光功率和焊接速度来研究其对焊缝力学性能和形貌的影响。实验研究发现,激光工艺参数对铝合金焊缝抗拉强度和熔池形貌有较大影响,选择合适的激光工艺参数有利于提高焊缝的抗拉强度,减少焊缝缺陷。

为适应锂离子动力电池行业发展需求, 寻求一种高效高质切片方式, 本文研究了多种激光器的切片质量。通过影像测量仪和扫描电镜(SEM)对比发现, 100 ns脉宽调Q型1 064 nm光纤激光器切割正极铝箔时毛刺和热影响区(HAZ)约为15 μm和60 μm, 切负极铜箔时HAZ约为200 μm; 20 ns脉宽的 MOPA光纤激光器切割铝箔毛刺10 μm, HAZ约为20 μm, 切铜箔时HAZ约70 μm; 脉宽为10 ps的固体激光器切割铝箔毛刺和HAZ分别约为6 μm和10 μm, 切铜箔时实现无熔融重凝区; 20 ns脉宽的355 nm紫外和532 nm的绿光固体激光器切割铝箔HAZ分别为10 μm和17 μm, 切铜箔时HAZ则分别为大于70 μm和100 μm。实验结果表明: 脉宽越窄, 重复频率越高, 切割的极片质量越好, ps激光器切割的极片精度最高, 质量最好, 是切割极片最理想激光器。而目前, 频率高、脉宽相对窄的MOPA光纤激光器切割速度最高, 切割的正极片完全满足工业要求, 更适合极片切割的工业推广。

为了直观地在线检测动力电池的温度，以确保动力电池的安全，提出了一种基于电阻层析成像的动力电池内部温度监测新方法。引入温纳-施伦贝尔装置模型分析电池内部温度检测机理，推导了电池内部温度与电阻率的数学关系; 应用抑制平滑度最小平方法将多电极检测大数据进行图像反演重建，实现了对动力电池内部温度异变区的动态监测，并搭建了实验平台。文中通过建立相交区域试验模型，实验分析动力电池内部的电阻率静态分布，并验证方法可靠性。然后，实验分析动力电池内部电阻率的动态分布，得到45.5℃时反演图像色带差值增大了2.5倍，且坐标(0.047,0.000 5)内色带变化明显。最后，动态跟踪异变区临界温度。结果显示，在0.173 Ω·m处突变骤升，电池内部产生异变。得到的结果表明，提出的方法可直观可靠地监测动力电池内部温度动态变化; 可为动力电池的安全特性、寿命预测、负载控制等提供新的研究途径。

由于铝合金对激光的高反射和自身的高导热性, 铝合金汽车动力电池外壳的密封焊接存在较大的困难。采用Nd∶YAG脉冲激光器对1 mm厚的3003 H14铝壳进行激光密封焊接。为改进动力电池铝合金外壳封装工艺, 满足成品电池壳的密封焊要求以及所能承受的压力要求, 详细研究了Nd∶YAG激光器脉冲波形对铝合金焊接效果的影响。通过理论分析和实验验证, 预热保温的脉冲波形是获得优质密封焊接效果的良好选择, 其焊接样品拉伸断裂机制为脆性韧性综合型断裂, 在平均输出功率200 W、频率10 Hz、焊接速度3 mm/s等工艺参数下能获得成形良好、无缺陷的焊缝。

通过对燃料电池和锂离子电池这两种新型动力电池性能特点的分析及现状介绍, 指出了我国汽车工业的发展趋势即优先发展纯电动汽车, 其中心技术就是动力电池；同时, 分析了新型动力电池技术应用市场, 展望了其广阔的发展前景。