Защо лазерното заваряване се превърна в незаменима опция в производството на батерии?

В днешната бързо развиваща се индустрия за нови енергийни превозни средства, безопасността, обхватът и последователността на захранващите батерии директно определят основната конкурентоспособност на цялото превозно средство. Технологията за лазерно заваряване, със своите уникални предимства на микронен-контрол на прецизност, високо-ефективни възможности за обработка и ниско топлинно въздействие, се превърна в незаменим „златен процес“ в производството на захранващи батерии – от запечатването на корпуса до свързването на електродите, от интегрирането на модула до заваряването на предпазните компоненти, тя преминава през целия производствен процес на батерията, безшумно защитавайки стабилността и надеждността на всяка мощност батерия.

Лазерното заваряване не е просто „топене при висока-температура“, а усъвършенстван процес, който постига бързо топене и здраво свързване на материалите чрез прецизно фокусиране на лазерен лъч с висока-енергийна-плътност. Неговата известност в производството на батерии произтича от три основни предимства:

1. Прецизно адаптиране към изискванията за ултра{1}}материал

Корпусите и капаците на захранващите батерии използват най-вече 0,6-0,8 mm листове от алуминиева сплав (представляващи над 90%), а традиционното дъгово заваряване лесно води до деформация, проникване или остатъчно напрежение. Лазерните петна могат да бъдат компресирани до микронно ниво с концентрирана и контролируема енергия, което позволява запечатано заваряване на ултра-тънки материали, без да се повреди вътрешната структура. Заваръчният шев има високо съотношение на дълбочина-към ширина и отлична консистенция.

2. Преодоляване на предизвикателствата при заваряване на силно отразяващи материали

Електродите на батериите и свързващите пластини често включват силно отразяващи материали като мед и алуминий (медта има лазерна отразяваща способност от над 90%, а алуминият достига 92%), което затруднява ефективното топене при обикновени техники за заваряване. Лазерното заваряване, чрез оптимизиране на формата на вълната и регулиране на ъгъла, може да постигне надеждно свързване на различни метали, като мед-алуминий и алуминий-никел, и дори може да заварява галванизиран никел към мед, идеално отговаряйки на изискванията за материала на токовия път на батерията.

3. Автоматизация и без{1}}контактни предимства

Режимът на без{0}}контактно заваряване може гъвкаво да се справи със сложната триизмерна структура на батерийните модули, позволявайки заваряване по сложна траектория като S{2}}образна и спирална форма. Ефективността на автоматизацията е подобрена с повече от 30% в сравнение с традиционните процеси. В същото време процесът на заваряване не включва физически контакт, като се избягват механичните повреди на прецизните компоненти и се отговаря на изискванията на широкомащабното-масово производство.

Основният принцип на лазерното заваряване е да се адаптира към различни изисквания за заваряване чрез контролиране на параметри като лазерна енергия, позиция на фокуса и скорост на заваряване. Въз основа на характеристиките на процеса, той се разделя главно на следните категории:

1. По метод за пренос на енергия: заваряване с топлопроводимост срещу заваряване с дълбоко проникване

• Заваряване с топлопроводимост: Лазерната енергия действа само върху повърхността на материала, като кара повърхностния слой да се стопи и втвърди чрез топлопроводимост. Подходящ е за заваряване на тънки материали (обикновено<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• Заваряване с дълбоко проникване: Високо{0}}мощното лазерно фокусиране незабавно образува „ключова дупка“, позволявайки на топлината да проникне бързо в материала. Той предлага бърза скорост на заваряване и малка термично-засегната зона, което позволява едновременно заваряване на множество слоеве материал. Това е основният избор за приложения като уплътняване на корпуса на захранващата батерия и свързване на модула. Основната разлика между двете се крие в плътността на лазерната мощност – когато плътността на мощността достигне критична стойност, режимът на заваряване се променя от заваряване с топлопроводимост към заваряване с дълбоко проникване. Конкретната критична стойност трябва да се коригира според вида на материала.

2. По форма на заваряване: Проникващо заваряване срещу шевно заваряване

• Проникващо заваряване: Свързващият елемент не изисква щанцоване, което прави обработката лесна, но изисква високо{0}}мощен лазер, което води до по-малка дълбочина на проникване и относително по-слаба надеждност.

• Заваряване на шевове: Свързващият детайл изисква предварително-запазена междина. Лазерната енергия постига синтез през пролуката, като изисква само оборудване с ниска-мощност, което води до по-голяма дълбочина на проникване и по-голяма надеждност, но технологията на обработка е по-сложна.

3. Чрез лазерен изходен режим: импулсно заваряване срещу непрекъснато заваряване

• Импулсно заваряване: Лазерът извежда енергия в импулси, като концентрира енергията мигновено, което го прави подходящ за заваряване на материали, склонни към порьозност и напукване, като алуминиеви сплави. Чрез избиране на вълнови форми, като пикови вълни и двойни-пикови вълни, дефектите могат да бъдат намалени – например частта с постепенното намаляване на двойната-пикова вълна може да удължи времето за охлаждане на разтопения басейн, като ефективно потиска генерирането на пори;

• Непрекъснато заваряване: Лазерът непрекъснато извежда енергия, което води до стабилен процес на нагряване, гладка заваръчна повърхност без пръски и без пукнатини или вдлъбнатини. Особено подходящ е за заваряване на алуминиеви сплави. Това обаче изисква изключително висока прецизност при сглобяването на детайла (малък размер на петното, отклонението трябва да бъде<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

Изискванията за заваряване за различните компоненти на захранващите батерии варират значително и процесите на лазерно заваряване трябва да бъдат персонализирани според конкретните сценарии на приложение:

1. Заваряване на-взривозащитен клапан

Взривозащитеният{0}}вентил е каналът за освобождаване на налягането, когато батерията прегрее. Изисква запечатан заваръчен шев върху алуминиев лист с диаметър 8 mm, за да издържи на налягане на спукване от 0,4-0,7 MPa. Използването на непрекъснато лазерно заваряване вместо импулсно заваряване подобрява целостта на заваръчния шев с 50%, като напълно елиминира риска от изтичане на електролит и осигурява първата линия на защита за безопасността на батерията.

2. Уплътнение на корпуса и капака

Като "защита на външната обвивка" на батерията, заваряването на корпуса и капака пряко влияе върху херметичността. Има два основни процеса:
• Странично заваряване: Пръски от заваряване е по-малко вероятно да навлязат във вътрешността на акумулаторната клетка, но това изисква изключително висока чистота на материала и лазерна стабилност;
• Горно заваряване: Висока ефективност на масовото производство и проста интеграция на оборудването, но изисква строг контрол на замърсяването с пръски.

3. Терминално заваряване

Положителните (алуминиеви) и отрицателните (медни) клеми трябва да издържат на якост на опън, по-голяма или равна на 500 MPa, и не трябва да имат дефекти в дупки. Тъй като свързващата повърхност на клемите (приблизително 6 mm в диаметър) е податлива на остатъчно масло и примеси, действителното производство изисква „пред-плазмено почистване на заварката + контрол на градиента на мощността“, за да се осигурят-бездефектни заварки и стабилна проводимост на тока.

4. Заваряване на конектори

Конекторите са отговорни за свързването на батерийни клетки последователно/паралелно и често включват заваряване на различни материали като мед и алуминий, които могат лесно да генерират крехки интерметални съединения, което води до намалена проводимост. Чрез лазерен-ултразвуков композитен процес образуването на тези съединения може да бъде потиснато, подобрявайки механичната якост и проводимостта на заварената връзка.

5. 4680 Голяма цилиндрична батерия, заваряване с цял щифт

Пълната структура на щифта на голямата цилиндрична батерия 4680 увеличава заваръчната площ 5 пъти, но сгъването на щифта може лесно да доведе до неправилно подравняване и късо съединение. Чрез използване на технология за оформяне на лъча (като пръстеновидни петна на лъча), може да се постигне едновременно заваряване с много-езици, което намалява входящата топлина с 40%, гарантирайки надеждност на връзката, като същевременно избягва повреда на вътрешната структура на батерията.

6. PACK Module Welding

Когато дебелината на медните/алуминиевите свързващи пластини достигне 2 mm, за пробивно заваряване са необходими високо-мощни влакнести лазери от 6kW или повече. Инвестицията в заваръчно оборудване за един GWh производствен капацитет е приблизително 10-30 милиона RMB, което е една от основните инвестиции в оборудването в етапа на интегриране на модула, което пряко влияе върху стабилността на връзката и ефективността на разсейване на топлината на модула.

ACEY-LWM галванометър-базиран порталмашина за лазерно заваряване на влакнаинтегрира високо{0}}производителен оптичен лазерен източник с нашия собствен дизайн, осигуряващ изключителна твърдост и работна стабилност. Неговият прецизен-управляем релсов механизъм, задвижван от чувствителни серво мотори, осигурява прецизна висока-скоростна работа. Това оборудване е специално проектирано за приложения за сглобяване на призматични и меки-пакети на литиеви батерийни модули.

Тъй като захранващите батерии се развиват към по-висока енергийна плътност и по-дълъг живот на цикъла, технологията за лазерно заваряване също непрекъснато се повтаря:

1. Интелигентно наблюдение и управление със затворен-контур

В бъдеще системите за „-визуализация в реално време на процеса на заваряване“ ще станат широко разпространени. Чрез високо-камери, спектрален анализ и други технологии, дефекти като пори, непълно сливане и пукнатини ще бъдат открити онлайн, а параметрите на заваряване ще бъдат автоматично коригирани, за да се постигне пълен затворен-процес на „откриване - обратна връзка - оптимизация," допълнително подобрявайки добива и консистенцията.

2. Адаптиране към заваряване с-твърда батерия

Електролитът на сулфидните твърдо{0}}батерии е чувствителен-на топлина и топлинните ефекти на традиционното лазерно заваряване могат да доведат до влошаване на производителността. Пикосекундните лазери с ултракъс импулс (засегната от топлина-зона < 10 μm) се превърнаха в изследователски фокус, позволявайки прецизни връзки, като същевременно увеличават максимално защитата на стабилността на електролита.

3. Много-процесна интеграция и иновация

Процесите на композитно заваряване като лазерно-ултразвуково и лазерно-дъгово заваряване ще бъдат допълнително насърчавани. Тези процеси използват прецизните предимства на лазерното заваряване, докато използват други процеси, за да компенсират недостатъците на една единствена технология, като се адаптират към нуждите за заваряване на по-различни материали и сложни структури.

Лазерното заваряване на захранващи батерии може да изглежда като „местен процес“, но всъщност засяга цялостната безопасност на батерията, обхвата и цената – прецизното заваряване може да намали риска от изтичане на електролит; ефективното заваряване може да подобри ефективността на масовото производство; и иновативно решение може да се адаптира към батерийни структури с по-висока енергийна плътност. В днешната все по-конкурентна индустрия за нови енергийни превозни средства разликите в детайлите на процеса често определят основната конкурентоспособност на продукта. Непрекъснатото итериране на технологията за лазерно заваряване не само представлява подобрение в нивата на производство на батерии, но също така отразява стремежа на новата енергийна индустрия към високо-качествено развитие.

В бъдеще, с непрекъснати пробиви в интелигентните, локализирани и композитни технологии, лазерното заваряване ще продължи да дава възможност на индустрията за захранващи батерии, осигурявайки по-силна технологична подкрепа за безопасното и дълго{0}}изживяване при шофиране на нови енергийни превозни средства.