Чому лазерне зварювання стало незамінним варіантом у виробництві акумуляторів?

У сучасній індустрії нових енергетичних транспортних засобів, що швидко розвивається, безпека, запас ходу та стабільність акумуляторних батарей безпосередньо визначають основну конкурентоспроможність усього автомобіля. Технологія лазерного зварювання з її унікальними перевагами — контроль мікрон{1}}рівня точності, висока-ефективність обробки й низький вплив тепла стала незамінним «золотим процесом» у виробництві силових акумуляторів – від герметизації оболонки до з’єднання електродів, від інтеграції модуля до зварювання компонентів безпеки, вона проходить через увесь процес виробництва акумулятора, безшумно захищаючи стабільність і надійність кожної потужності акумулятор.

Лазерне зварювання — це не просто «високо-температурне плавлення», а прогресивний процес, який досягає швидкого плавлення та міцного з’єднання матеріалів завдяки точному фокусуванню лазерного променя-енергії-. Його популярність у виробництві силових акумуляторів пояснюється трьома основними перевагами:

1. Точна адаптація до ультра-вимог до матеріалів

Корпуси й кришки силових акумуляторів здебільшого використовують листи алюмінієвого сплаву товщиною 0,6-0,8 мм (що становить понад 90%), а традиційне дугове зварювання легко призводить до деформації, проникнення або залишкової напруги. Лазерні плями можна стиснути до мікронного рівня з концентрованою та контрольованою енергією, що дає змогу герметично зварювати над-надтонкі матеріали без пошкодження внутрішньої структури. Зварний шов має високе співвідношення глибини-до ширини та відмінну консистенцію.

2. Подолання проблем зварювання матеріалів з високим ступенем відбивання

Електроди батареї та сполучні пластини часто містять матеріали з високим відбиттям, такі як мідь та алюміній (мідь має відбивну здатність лазера понад 90%, а алюміній досягає 92%), що ускладнює ефективне зварювання звичайними методами зварювання. Лазерне зварювання завдяки оптимізації форми хвилі та регулюванню кута дозволяє досягти надійного з’єднання різнорідних металів, таких як мідь-алюміній та алюміній-нікель, і навіть може зварювати гальванічне покриття нікелю з міддю, ідеально відповідаючи вимогам до матеріалу для шляху струму батареї.

3. Переваги автоматизації та-безконтактності

Режим без{0}}контактного зварювання може гнучко керувати складною тривимірною структурою батарейних модулів, уможливлюючи зварювання за складними траєкторіями, як-от S-подібні та спіральні форми. Порівняно з традиційними процесами ефективність автоматизації покращена більш ніж на 30%. Водночас процес зварювання не передбачає фізичного контакту, що дозволяє уникнути механічних пошкоджень точних компонентів і відповідає вимогам великомасштабного-масового виробництва.

Основним принципом лазерного зварювання є адаптація до різних вимог зварювання шляхом контролю таких параметрів, як енергія лазера, положення фокуса та швидкість зварювання. Виходячи з характеристик процесу, він в основному поділяється на такі категорії:

1. За способом передачі енергії: теплопровідне зварювання проти зварювання глибоким проплавленням

• Теплопровідне зварювання: лазерна енергія діє лише на поверхню матеріалу, спричиняючи плавлення та твердіння поверхневого шару через теплопровідність. Підходить для зварювання тонких матеріалів (зазвичай<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• Зварювання глибоким проваром: високо-потужне лазерне фокусування миттєво утворює «замкову щілину», дозволяючи теплу швидко проникати в матеріал. Він забезпечує високу швидкість зварювання та невелику зону-термічного впливу, що дає змогу одночасно зварювати кілька шарів матеріалу. Це основний вибір для таких застосувань, як герметизація корпусу акумулятора та з’єднання модулів. Основна різниця між ними полягає в щільності потужності лазера – коли щільність потужності досягає критичного значення, режим зварювання змінюється від зварювання теплопровідністю до зварювання глибоким проплавленням. Конкретне критичне значення необхідно скоригувати відповідно до типу матеріалу.

2. За формою зварювання: зварювання проплавленням або шовне зварювання

• Зварювання проплавленням: з’єднувальний елемент не потребує пробивання, що спрощує обробку, але для цього потрібен високо-потужний лазер, що призводить до меншої глибини проплавлення та відносно меншої надійності.

• Шовне зварювання: з’єднувальна деталь вимагає попередньо-зарезервованого зазору. Лазерна енергія досягає плавлення через зазор, вимагаючи лише-обладнання малої потужності, що призводить до більшої глибини проникнення та більшої надійності, але технологія обробки складніша.

3. За режимом виходу лазера: імпульсне зварювання проти безперервного зварювання

• Імпульсне зварювання: лазер видає енергію імпульсами, миттєво концентруючи енергію, що робить його придатним для зварювання матеріалів, схильних до пористості та розтріскування, таких як алюмінієві сплави. Вибираючи такі форми хвилі, як пікові хвилі та подвійні-пікові хвилі, можна зменшити кількість дефектів – наприклад, поступове зниження хвилі подвійного-пікового хвилі може подовжити час охолодження розплавленої ванни, ефективно пригнічуючи утворення пор;

• Безперервне зварювання: лазер безперервно випромінює енергію, що забезпечує стабільний процес нагрівання, гладку зварювальну поверхню без бризок і відсутність тріщин чи впадин. Особливо підходить для зварювання алюмінієвих сплавів. Однак це вимагає надзвичайно високої точності при складанні заготовки (маленький розмір плями, відхилення потрібне<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

Вимоги до зварювання для різних компонентів акумуляторних батарей сильно відрізняються, і процеси лазерного зварювання потрібно налаштовувати відповідно до конкретних сценаріїв застосування:

1. Зварювання-вибухозахищеного клапана

Вибухозахищений{0}}клапан є каналом скидання тиску, коли акумулятор перегрівається. Він вимагає герметичного зварного шва на алюмінієвому аркуші діаметром 8 мм, щоб витримати тиск розриву 0,4-0,7 МПа. Використання безперервного лазерного зварювання замість імпульсного покращує цілісність швів на 50%, повністю усуваючи ризик витоку електроліту та забезпечуючи першу лінію захисту для безпеки батареї.

2. Ущільнення корпусу та кришки

Як «захист зовнішньої оболонки» акумулятора, зварювання корпусу та кришки безпосередньо впливає на герметичність. Існує два основні процеси:
• Бічне зварювання: зварювальні бризки менше ймовірно потраплять всередину елемента батареї, але це вимагає надзвичайно високої чистоти матеріалу та лазерної стабільності;
• Верхнє зварювання: висока ефективність масового виробництва та проста інтеграція обладнання, але вимагає суворого контролю забруднення бризками.

3. Зварювання клем

Позитивні (алюмінієві) і негативні (мідні) клеми повинні витримувати міцність на розрив, що перевищує або дорівнює 500 МПа, і вони не повинні мати дефектів "духових отворів". Оскільки контактна поверхня (приблизно 6 мм у діаметрі) схильна до залишків масла та домішок, фактичне виробництво вимагає «поперед-плазмового очищення + контроль градієнта потужності», щоб забезпечити-бездефектні зварні шви та стабільну провідність струму.

4. Зварювання роз'ємів

З’єднувачі відповідають за послідовне/паралельне з’єднання елементів батареї та часто передбачають зварювання різнорідних матеріалів, таких як мідь та алюміній, які можуть легко утворювати крихкі інтерметалічні сполуки, що призводить до зниження електропровідності. Завдяки лазерному-ультразвуковому композитному процесу утворення цих сполук можна придушити, покращуючи механічну міцність і провідність зварного з’єднання.

5. 4680 Велика циліндрична батарея з повним зварюванням

Повна структура вкладок великої циліндричної батареї 4680 збільшує площу зварювання в 5 разів, але складання вкладок може легко призвести до зміщення та короткого замикання. Застосовуючи технологію формування променя (наприклад, кільцеві точки променя), можна досягти одночасного зварювання кількома -зварювальним елементами, зменшуючи надходження тепла на 40%, забезпечуючи надійність з’єднання, уникаючи пошкодження внутрішньої структури батареї.

6. Зварювальний модуль PACK

Коли товщина мідно-алюмінієвих сполучних пластин досягає 2 мм, для зварювання проплавленням потрібні високо-волоконні лазери потужністю 6 кВт або більше. Інвестиції в зварювальне обладнання для однієї виробничої потужності ГВт-год становлять приблизно 10-30 мільйонів юанів, що є одним із основних інвестицій у обладнання на етапі інтеграції модуля, що безпосередньо впливає на стабільність з’єднання та ефективність розсіювання тепла модуля.

ACEY-LWM гальванометр-на базі порталуволоконний лазерний зварювальний апаратінтегрує високо{0}}продуктивне волоконно-лазерне джерело з нашою власною конструкцією, що забезпечує виняткову жорсткість і робочу стабільність. Його прецизійний-направляючий рейковий механізм, що працює від чутливих серводвигунів, забезпечує точну високу-швидкісність. Це обладнання розроблено спеціально для складання модуля літієвої батареї в призматичних і м’яких-пакетах.

У міру того як батареї розвиваються в напрямку вищої щільності енергії та довшого терміну служби, технологія лазерного зварювання також постійно вдосконалюється:

1. Інтелектуальний моніторинг і замкнутий -контур керування

У майбутньому системи «-візуалізації зварювального процесу в реальному часі» набудуть широкого поширення. Завдяки високошвидкісним-камерам, спектральному аналізу та іншим технологіям такі дефекти, як пори, неповне зварювання та тріщини, виявлятимуться в режимі онлайн, а параметри зварювання автоматично регулюватимуться для досягнення повного замкнутого{3}}процесу «виявлення - зворотного зв’язку - оптимізації», що ще більше покращить продуктивність і стабільність.

2. Адаптація до зварювання на твердотільній-батареї

Електроліт сульфідних твердотільних-акумуляторів є-чутливим до тепла, і тепловий вплив традиційного лазерного зварювання може призвести до погіршення продуктивності. Ультракороткі імпульсні пікосекундні лазери (зона теплового -впливу < 10 мкм) стали центром досліджень, що забезпечує точні з’єднання при максимальному захисті стабільності електроліту.

3. Багато-інтеграція процесів та інновації

Процеси композитного зварювання, такі як лазерне-ультразвукове та лазерне-дугове зварювання, будуть і надалі просуватися. Ці процеси використовують переваги точності лазерного зварювання, одночасно використовуючи інші процеси для компенсації недоліків однієї технології, адаптації до потреб зварювання більш різнорідних матеріалів і складних конструкцій.

Лазерне зварювання акумуляторних батарей може здатися «локальним процесом», але воно насправді впливає на загальну безпеку акумулятора, діапазон і вартість – точне зварювання може зменшити ризик витоку електроліту; ефективне зварювання може підвищити ефективність масового виробництва; і інноваційне рішення може адаптуватися до структур акумулятора з більшою щільністю енергії. У сьогоднішній дедалі більш конкурентоспроможній індустрії нових енергетичних автомобілів відмінності в деталях процесу часто визначають основну конкурентоспроможність продукту. Безперервне вдосконалення технології лазерного зварювання не лише означає покращення рівня виробництва акумуляторних батарей, але й відображає прагнення нової енергетичної галузі до розвитку високо-якості.

У майбутньому, завдяки постійним проривам у інтелектуальних, локалізованих і композитних технологіях, лазерне зварювання продовжуватиме розширювати можливості індустрії акумуляторних батарей, забезпечуючи потужнішу технологічну підтримку для безпечного-досвіду водіння автомобілів з новими джерелами енергії.