Zašto je lasersko zavarivanje postalo nezamjenjiva opcija u proizvodnji baterija?

U današnjoj industriji novih energetskih vozila koja se brzo razvija, sigurnost, domet i postojanost energetskih baterija izravno određuju osnovnu konkurentnost cijelog vozila. Tehnologija laserskog zavarivanja, sa svojim jedinstvenim prednostima mikronske-precizne kontrole, visoko-učinkovitih mogućnosti obrade i niskog utjecaja topline, postala je neizostavan "zlatni proces" u proizvodnji električnih baterija – od brtvljenja kućišta do povezivanja elektroda, od integracije modula do zavarivanja sigurnosnih komponenti, ona prolazi kroz cijeli proces proizvodnje baterija, tiho čuvajući stabilnost i pouzdanost svake snage baterija.

Lasersko zavarivanje nije samo "fuzija na visokim-temperaturama," već napredni postupak koji postiže brzo taljenje i čvrsto povezivanje materijala preciznim fokusiranjem laserske zrake-energije-gustoće. Njegova istaknutost u proizvodnji baterija proizlazi iz tri ključne prednosti:

1. Precizna prilagodba zahtjevima ultra-materijala

Kućišta i poklopci baterija uglavnom koriste ploče od aluminijske legure debljine 0,6-0,8 mm (više od 90%), a tradicionalno elektrolučno zavarivanje lako dovodi do deformacije, proboja ili zaostalog naprezanja. Laserske mrlje mogu se komprimirati na mikronsku razinu, s koncentriranom i kontroliranom energijom, omogućujući zapečaćeno zavarivanje ultra-tankih materijala bez oštećenja unutarnje strukture. Zavareni šav ima visok omjer dubine-i širine i izvrsnu konzistenciju.

2. Prevladavanje izazova zavarivanja materijala s visokom refleksijom

Baterijske elektrode i spojne ploče često uključuju visoko reflektirajuće materijale kao što su bakar i aluminij (bakar ima lasersku refleksiju od preko 90%, a aluminij doseže 92%), što otežava učinkovito spajanje uobičajenim tehnikama zavarivanja. Lasersko zavarivanje, kroz optimizaciju valnog oblika i prilagodbu kuta, može postići pouzdano spajanje različitih metala kao što su bakar-aluminij i aluminij-nikal, a može čak i zavariti galvanizirani nikal na bakar, savršeno u skladu sa zahtjevima materijala za strujni put baterije.

3. Prednosti automatizacije i be-kontakta

Be-kontaktni način zavarivanja može fleksibilno rukovati složenom tro-dimenzionalnom strukturom baterijskih modula, omogućujući zavarivanje složene putanje kao što su S-oblik i spiralni oblici. Iskorištenje automatizacije je poboljšano za više od 30% u usporedbi s tradicionalnim procesima. Istodobno, postupak zavarivanja ne uključuje fizički kontakt, čime se izbjegava mehaničko oštećenje preciznih komponenti i zadovoljava zahtjeve velike-masovne proizvodnje.

Temeljni princip laserskog zavarivanja je prilagodba različitim zahtjevima zavarivanja kontroliranjem parametara kao što su energija lasera, položaj fokusa i brzina zavarivanja. Na temelju karakteristika procesa uglavnom se dijeli u sljedeće kategorije:

1. Po metodi prijenosa energije: zavarivanje toplinskim provođenjem u odnosu na zavarivanje dubokim prodiranjem

• Zavarivanje provođenjem topline: Laserska energija djeluje samo na površinu materijala, uzrokujući taljenje i skrućivanje površinskog sloja provođenjem topline. Pogodan je za zavarivanje tankih materijala (obično<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• Zavarivanje dubokim prodiranjem: visoko{0}}lasersko fokusiranje trenutno oblikuje "ključanicu", dopuštajući toplini da brzo prodre u materijal. Nudi veliku brzinu zavarivanja i malu zonu utjecaja topline, što omogućuje istovremeno zavarivanje više slojeva materijala. To je glavni izbor za aplikacije kao što su brtvljenje kućišta baterije i spajanje modula. Glavna razlika između ova dva leži u gustoći snage lasera – kada gustoća snage dosegne kritičnu vrijednost, način zavarivanja se mijenja iz zavarivanja toplinskim provođenjem u zavarivanje dubokim prodiranjem. Specifična kritična vrijednost mora se prilagoditi prema vrsti materijala.

2. Prema obliku zavarivanja: Probojno zavarivanje vs. Zavarivanje šavom

• Zavarivanje prodiranjem: spojni dio ne zahtijeva bušenje, što obradu čini jednostavnom, ali zahtijeva laser velike-snage, što rezultira manjom dubinom prodiranja i relativno manjom pouzdanošću.

• Zavarivanje šava: spojni dio zahtijeva prethodno-rezervirani razmak. Laserska energija postiže fuziju kroz procjep, zahtijevajući samo-opremu niske snage, što rezultira većom dubinom prodiranja i većom pouzdanošću, ali je tehnologija obrade složenija.

3. Prema načinu laserskog izlaza: pulsirajuće zavarivanje naspram kontinuiranog zavarivanja

• Pulsno zavarivanje: Laser emitira energiju u impulsima, trenutno koncentrirajući energiju, što ga čini prikladnim za zavarivanje materijala sklonih poroznosti i pucanju, kao što su aluminijske legure. Odabirom valnih oblika kao što su vršni valovi i dvo-vršni valovi, nedostaci se mogu smanjiti – na primjer, dio postupnog opadanja dvostrukog-vršnog vala može produžiti vrijeme hlađenja bazena rastaljene mase, učinkovito potiskujući stvaranje pora;

• Kontinuirano zavarivanje: Laser kontinuirano emitira energiju, što rezultira stabilnim procesom zagrijavanja, glatkom površinom zavara bez prskanja i bez pukotina ili udubljenja. Posebno je prikladan za zavarivanje aluminijskih legura. Međutim, zahtijeva izuzetno visoku preciznost u sastavljanju obratka (mala veličina točke, potrebno je odstupanje<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

Zahtjevi zavarivanja za različite komponente energetskih baterija uvelike se razlikuju, a procese laserskog zavarivanja potrebno je prilagoditi prema specifičnim scenarijima primjene:

1. Zavarivanje-ventila otpornog na eksploziju

Protueksplozijski-ventil je kanal za smanjenje tlaka kada se baterija pregrije. Zahtijeva zabrtvljeni zavar na aluminijskom limu promjera 8 mm kako bi izdržao pritisak pucanja od 0,4-0,7 MPa. Korištenje kontinuiranog laserskog zavarivanja umjesto pulsirajućeg zavarivanja poboljšava integritet zavarenog spoja za 50%, potpuno eliminirajući rizik od curenja elektrolita i pružajući prvu liniju obrane za sigurnost baterije.

2. Brtvljenje kućišta i pokrovne ploče

Kao "vanjska zaštita" baterije, zavarivanje kućišta i pokrovne ploče izravno utječe na nepropusnost zraka. Dva su glavna procesa:
• Bočno zavarivanje: Manje je vjerojatno da će prskanje od zavarivanja ući u unutrašnjost baterije, ali zahtijeva izuzetno visoku čistoću materijala i stabilnost lasera;
• Gornje zavarivanje: Visoka učinkovitost masovne proizvodnje i jednostavna integracija opreme, ali zahtijeva strogu kontrolu kontaminacije prskanjem.

3. Zavarivanje terminala

Pozitivni (aluminij) i negativni (bakar) terminali trebaju izdržati vlačnu čvrstoću veću ili jednaku 500 MPa i ne smiju imati defekte "puhanja". Budući da je spojna površina terminala (približno 6 mm u promjeru) sklona zaostalom ulju i nečistoćama, stvarna proizvodnja zahtijeva "plazmano čišćenje prije-zavarivanja + kontrolu gradijenta snage" kako bi se osigurali -varovi bez kvarova i stabilno provođenje struje.

4. Zavarivanje konektora

Konektori su odgovorni za serijsko/paralelno povezivanje baterijskih ćelija i često uključuju zavarivanje različitih materijala kao što su bakar i aluminij, koji mogu lako stvoriti krte intermetalne spojeve, što dovodi do smanjene vodljivosti. Kroz laser-ultrazvučni kompozitni proces, stvaranje ovih spojeva može se suzbiti, poboljšavajući mehaničku čvrstoću i vodljivost zavarenog spoja.

5. 4680 Velika cilindrična baterija za zavarivanje punim jezičcima

Struktura pune pločice velike cilindrične baterije 4680 povećava područje zavarivanja 5 puta, ali presavijanje pločice može lako dovesti do neusklađenosti i kratkog spoja. Upotrebom tehnologije oblikovanja snopa (kao što su prstenaste točke snopa), može se postići istovremeno zavarivanje s više-jezicima, smanjujući unos topline za 40%, osiguravajući pouzdanost veze uz izbjegavanje oštećenja unutarnje strukture baterije.

6. PAKIRANJE Modula za zavarivanje

Kada debljina bakrenih/aluminijskih spojnih jezičaka dosegne 2 mm, za probojno zavarivanje potrebni su visoko-fiber laseri od 6kW ili više. Ulaganje u opremu za zavarivanje za jedan proizvodni kapacitet GWh iznosi približno 10-30 milijuna RMB, što je jedno od osnovnih ulaganja u opremu u fazi integracije modula, što izravno utječe na stabilnost veze i učinkovitost rasipanja topline modula.

ACEY-LWM galvanometar-temeljen portalstroj za lasersko zavarivanje vlakanaintegrira fiber laserski izvor visokih-učinkovitosti s našim vlastitim dizajnom, pružajući iznimnu krutost i radnu stabilnost. Njegov precizni-mehanizam s vođenim tračnicama, pokretan osjetljivim servo motorima, osigurava točne performanse velike-brzine. Ova je oprema posebno konstruirana za primjene prizmatičnih i mekih-pakiranja modula litijske baterije.

Kako se baterije za napajanje razvijaju prema većoj gustoći energije i duljem vijeku trajanja, tehnologija laserskog zavarivanja također se stalno ponavlja:

1. Inteligentni nadzor i kontrola zatvorene-petlje

U budućnosti će sustavi "-vizualizacije procesa zavarivanja u stvarnom vremenu" postati široko rasprostranjeni. Putem-kamera velike brzine, spektralne analize i drugih tehnologija, defekti kao što su pore, nepotpuna fuzija i pukotine bit će otkriveni online, a parametri zavarivanja automatski će se prilagoditi kako bi se postigao potpuni proces zatvorene-petlje "otkrivanja - povratne informacije - optimizacije," dodatno poboljšavajući prinos i konzistentnost.

2. Prilagodba zavarivanju-baterije u čvrstom stanju

Elektrolit sulfidnih krutih-baterija je osjetljiv-na toplinu, a toplinski učinci tradicionalnog laserskog zavarivanja mogu dovesti do degradacije performansi. Pikosekundni laseri s ultrakratkim pulsom (zona pod utjecajem topline < 10 μm) postali su fokus istraživanja, omogućujući precizne veze uz maksimalnu zaštitu stabilnosti elektrolita.

3. Integracija više-procesa i inovacija

Postupci kompozitnog zavarivanja kao što su laser-ultrazvučno i laser-lučno zavarivanje dodatno će se promovirati. Ovi procesi iskorištavaju prednosti preciznosti laserskog zavarivanja dok koriste druge procese kako bi nadoknadili nedostatke jedne tehnologije, prilagođavajući se potrebama zavarivanja više različitih materijala i složenih struktura.

Lasersko zavarivanje električnih baterija može se činiti kao "lokalni proces", ali ono zapravo utječe na ukupnu sigurnost baterije, opseg i cijenu - precizan zavar može smanjiti rizik od curenja elektrolita; učinkovito zavarivanje može poboljšati učinkovitost masovne proizvodnje; a inovativno rješenje može se prilagoditi baterijskim strukturama veće energetske gustoće. U današnjoj sve konkurentnijoj industriji novih energetskih vozila, razlike u detaljima procesa često određuju osnovnu konkurentnost proizvoda. Kontinuirano ponavljanje tehnologije laserskog zavarivanja ne samo da predstavlja poboljšanje u razinama proizvodnje energetskih baterija, već također odražava težnju nove energetske industrije za visoko-kvalitetnim razvojem.

U budućnosti, uz kontinuirani napredak u inteligentnim, lokaliziranim i kompozitnim tehnologijama, lasersko zavarivanje nastavit će osnaživati ​​industriju baterija, pružajući snažniju tehnološku podršku za sigurno i dugo{0}}iskustvo vožnje novih energetskih vozila.