Hvorfor er lasersvejsning blevet en uundværlig mulighed i fremstilling af strømbatterier?

I nutidens hurtigt udviklende nye energikøretøjsindustri bestemmer sikkerheden, rækkevidden og konsistensen af ​​strømbatterier direkte kernekonkurrenceevnen for hele køretøjet. Lasersvejseteknologi er med dens unikke fordele ved mikron--niveau præcisionskontrol, høj-bearbejdningskapacitet og lav varmepåvirkning blevet en uundværlig "gylden proces" i fremstillingen af ​​strømbatterier - fra skalforsegling til elektrodeforbindelse, fra modulintegration til sikkerhedskomponentsvejsning, den kører gennem hele batterisikkerheden i hele batteriproduktionsprocessen.

Lasersvejsning er ikke blot "høj-temperatursmeltning", men en avanceret proces, der opnår hurtig smeltning og stærk forbindelse af materialer gennem den præcise fokusering af en laserstråle med-høj energi-densitet. Dens fremtræden inden for fremstilling af strømbatterier stammer fra tre kernefordele:

1. Præcis tilpasning til ultra-materialekrav

Power batterihuse og dæksler bruger for det meste 0,6-0,8 mm aluminiumslegeringsplader (der står for over 90%), og traditionel buesvejsning fører let til deformation, penetration eller resterende spænding. Laserpletter kan komprimeres til mikronniveau med koncentreret og kontrollerbar energi, hvilket muliggør forseglet svejsning af ultra-tynde materialer uden at beskadige den indre struktur. Svejsesømmen har et højt dybde-til-bredde-forhold og fremragende konsistens.

2. Overvindelse af udfordringerne ved at svejse stærkt reflekterende materialer

Batterielektroder og forbindelsesplader involverer ofte stærkt reflekterende materialer som kobber og aluminium (kobber har en laserreflektivitet på over 90 %, og aluminium når 92 %), hvilket gør effektiv sammensmeltning vanskelig med almindelige svejseteknikker. Lasersvejsning kan gennem bølgeformsoptimering og vinkeljustering opnå pålidelig forbindelse af forskellige metaller såsom kobber-aluminium og aluminium-nikkel og kan endda svejse galvaniseret nikkel til kobber, hvilket perfekt matcher materialekravene til batteriets strømvej.

3. Automatisering og ikke-kontaktfordele

Den kontaktfrie svejsetilstand kan fleksibelt håndtere den komplekse tre-dimensionelle struktur af batterimoduler, hvilket muliggør kompleks banesvejsning såsom S--formede og spiralformer. Automatiseringsudbyttet er forbedret med mere end 30 % sammenlignet med traditionelle processer. Samtidig involverer svejseprocessen ingen fysisk kontakt, hvilket undgår mekanisk beskadigelse af præcisionskomponenter og opfylder kravene fra stor-masseproduktion.

Kernen i lasersvejsning er at tilpasse sig forskellige svejsekrav ved at kontrollere parametre som laserenergi, fokusposition og svejsehastighed. Baseret på proceskarakteristika er det hovedsageligt opdelt i følgende kategorier:

1. Ved energioverførselsmetode: Varmeledningssvejsning vs. dyb penetrationssvejsning

• Varmeledningssvejsning: Laserenergi virker kun på materialets overflade, hvilket får overfladelaget til at smelte og størkne gennem varmeledning. Den er velegnet til svejsning af tynde materialer (normalt<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• Dyb penetreringssvejsning: Høj-laserfokusering danner øjeblikkeligt et "nøglehul", der tillader varmen at trænge hurtigt ind i materialet. Den tilbyder hurtig svejsehastighed og en lille- varmepåvirket zone, hvilket muliggør samtidig svejsning af flere lag materiale. Det er det almindelige valg til applikationer som forsegling af strømbatterihus og modultilslutning. Kerneforskellen mellem de to ligger i lasereffekttætheden - når effekttætheden når en kritisk værdi, skifter svejsetilstanden fra varmeledningssvejsning til dyb penetrationssvejsning. Den specifikke kritiske værdi skal justeres i henhold til materialetypen.

2. Ved svejseform: Penetreringssvejsning vs. sømsvejsning

• Penetreringssvejsning: Forbindelsesstykket kræver ikke udstansning, hvilket gør behandlingen enkel, men den kræver en høj-effektlaser, hvilket resulterer i lavere indtrængningsdybde og relativt svagere pålidelighed.

• Sømsvejsning: Forbindelsesstykket kræver et forud-reserveret mellemrum. Laserenergi opnår fusion gennem kløften, hvilket kun kræver udstyr med lav-effekt, hvilket resulterer i højere penetrationsdybde og stærkere pålidelighed, men behandlingsteknologien er mere kompleks.

3. Ved laserudgangstilstand: Pulserende svejsning vs. Kontinuerlig svejsning

• Pulseret svejsning: Laseren udsender energi i pulser, koncentrerer energien øjeblikkeligt, hvilket gør den velegnet til svejsning af materialer, der er udsat for porøsitet og revner, såsom aluminiumslegeringer. Ved at vælge bølgeformer såsom spidsbølger og dobbelte-spidsbølger kan defekter reduceres – for eksempel kan den gradvise faldende del af den dobbelte-spidsbølge forlænge afkølingstiden for den smeltede pool, hvilket effektivt undertrykker dannelsen af ​​porer;

• Kontinuerlig svejsning: Laseren udsender kontinuerligt energi, hvilket resulterer i en stabil opvarmningsproces, en glat svejseoverflade uden sprøjt og ingen revner eller fordybninger. Den er især velegnet til svejsning af aluminiumslegeringer. Det kræver dog ekstrem høj præcision ved samling af emnet (lille pletstørrelse, afvigelse skal være<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

Svejsekravene til forskellige komponenter i strømbatterier varierer meget, og lasersvejseprocesser skal tilpasses i henhold til de specifikke anvendelsesscenarier:

1. Eksplosionssikker-ventilsvejsning

Den eksplosionssikre-ventil er trykaflastningskanalen, når batteriet overophedes. Det kræver en forseglet svejsning på en 8 mm diameter aluminiumsplade for at modstå et sprængtryk på 0,4-0,7 MPa. Brug af kontinuerlig lasersvejsning i stedet for pulssvejsning forbedrer svejseforseglingens integritet med 50 %, hvilket fuldstændigt eliminerer risikoen for elektrolytlækage og giver den første forsvarslinje for batterisikkerhed.

2. Hus og dækpladeforsegling

Som den "ydre skalbeskyttelse" af batteriet påvirker svejsningen af ​​huset og dækpladen direkte lufttætheden. Der er to hovedprocesser:
• Sidesvejsning: Der er mindre sandsynlighed for, at svejsesprøjt trænger ind i battericellens indre, men det kræver ekstremt høj materialerenhed og laserstabilitet;
• Topsvejsning: Høj masseproduktionseffektivitet og enkel udstyrsintegration, men kræver streng kontrol med sprøjtforurening.

3. Terminalsvejsning

De positive (aluminium) og negative (kobber) terminaler skal modstå en trækstyrke på større end eller lig med 500 MPa og må ikke have "blæsehuls"-defekter. Fordi den terminale overflade (ca. 6 mm i diameter) er tilbøjelig til resterende olie og urenheder, kræver den faktiske produktion "præ-plasmarensning + effektgradientkontrol" for at sikre defekte-frie svejsninger og stabil strømledning.

4. Forbindelsessvejsning

Konnektorer er ansvarlige for at forbinde battericeller i serie/parallelle og involverer ofte svejsning af uens materialer såsom kobber og aluminium, som nemt kan generere sprøde intermetalliske forbindelser, hvilket fører til reduceret ledningsevne. Gennem en laser-ultralyds-kompositproces kan dannelsen af ​​disse forbindelser undertrykkes, hvilket forbedrer den mekaniske styrke og ledningsevne af den svejste samling.

5. 4680 Stort cylindrisk batteri Fuldtapsvejsning

Den fulde fanestruktur af det 4680 store cylindriske batteri øger svejseområdet med 5 gange, men fanefoldning kan nemt føre til fejljustering og kortslutninger. Ved at anvende stråleformningsteknologi (såsom ringformede strålepunkter) kan der opnås multi-samtidig svejsning, hvilket reducerer varmetilførslen med 40 %, hvilket sikrer forbindelsespålidelighed, samtidig med at man undgår beskadigelse af batteriets indre struktur.

6. PAK Modulsvejsning

Når tykkelsen af ​​kobber/aluminium-forbindelsesflige når 2 mm, kræves fiberlasere med høj-effekt på 6 kW eller mere til penetreringssvejsning. Investeringen i svejseudstyr til en enkelt GWh produktionskapacitet er ca. 10-30 millioner RMB, hvilket er en af ​​de centrale udstyrsinvesteringer i modulintegrationsfasen, der direkte påvirker modulets forbindelsesstabilitet og varmeafledningseffektivitet.

Det ACEY-LWM galvanometer-baserede portalfiber laser svejsemaskineintegrerer en-højtydende fiberlaserkilde med vores proprietære design, der leverer enestående stivhed og driftsstabilitet. Dens præcisions-styrede skinnemekanisme, drevet af responsive servomotorer, sikrer nøjagtig høj-ydeevne. Dette udstyr er specielt udviklet til prismatiske og bløde-lithiumbatterimoduler.

Efterhånden som strømbatterier udvikler sig mod højere energitæthed og længere cykluslevetid, gentager lasersvejseteknologien også løbende:

1. Intelligent overvågning og lukket-sløjfekontrol

I fremtiden vil "realtidsvisualisering af svejseprocessen"-systemer blive udbredt. Gennem høj-hastighedskameraer, spektralanalyse og andre teknologier vil defekter såsom porer, ufuldstændig fusion og revner blive detekteret online, og svejseparametre vil automatisk blive justeret for at opnå en fuldstændig lukket-loop-proces med "detektions - feedback - optimering", hvilket yderligere forbedrer udbytte og konsistens.

2. Tilpasning til solid-batterisvejsning

Elektrolytten i faste sulfid-batterier er varme-følsom, og de termiske virkninger af traditionel lasersvejsning kan føre til ydeevneforringelse. Ultrakorte puls picosecond lasere (varme-påvirket zone < 10μm) er blevet et forskningsfokus, der muliggør præcise forbindelser, samtidig med at beskyttelsen af ​​elektrolytstabilitet maksimeres.

3. Multi-procesintegration og innovation

Sammensatte svejseprocesser såsom laser-ultralyd og laser-buesvejsning vil blive yderligere fremmet. Disse processer udnytter præcisionsfordelene ved lasersvejsning, mens de bruger andre processer til at kompensere for manglerne ved en enkelt teknologi og tilpasser sig svejsebehovene for mere uens materialer og komplekse strukturer.

Lasersvejsning af strømbatterier kan virke som en "lokal proces", men det påvirker faktisk den overordnede batterisikkerhed, rækkevidde og omkostninger – en præcis svejsning kan reducere risikoen for elektrolytlækage; effektiv svejsning kan forbedre masseproduktionseffektiviteten; og en innovativ løsning kan tilpasse sig batteristrukturer med højere energitæthed. I nutidens stadig mere konkurrenceprægede nye energikøretøjsindustri bestemmer forskelle i procesdetaljer ofte et produkts kernekonkurrenceevne. Den kontinuerlige gentagelse af lasersvejseteknologi repræsenterer ikke kun en forbedring i produktionsniveauer for strømbatterier, men afspejler også den nye energiindustris stræben efter udvikling af høj-kvalitet.

I fremtiden, med kontinuerlige gennembrud inden for intelligente, lokaliserede og sammensatte teknologier, vil lasersvejsning fortsætte med at styrke batteriindustrien og give stærkere teknologisk støtte til den sikre og langdistancekørselsoplevelse for nye energikøretøjer.