Sudarea cu laser: bariere înalte în proces, tehnologii noi pentru baterii, cum ar fi cilindrii mari care trage volumele de sudare în sus
Tehnologia laser este utilizată în tăierea, curățarea, sudarea și codificarea bateriilor cu litiu datorită eficienței sale ridicate, flexibilității, fiabilității și stabilității, pierderii reduse de material de sudură, automatizării și siguranței ridicate. Impulsat de sprijinul puternic al politicilor naționale și de promovarea și aplicarea accelerată a vehiculelor cu energie noi, cererea de baterii de putere pentru automobile în China a crescut semnificativ. În cele trei componente de bază ale bateriei vehiculelor noi de energie, motor, control electric, componenta de bază puterea bateriei cu litiu în costul vehiculului a reprezentat o proporţie mare, dar, de asemenea, determina direct gama de vehicul. Producția bateriilor cu litiu este alcătuită dintr-o serie de procese, care sunt împărțite în trei părți principale: fabricarea electrozilor, producția de celule și asamblarea bateriilor. Calitatea bateriei cu litiu determină direct performanța vehiculului cu energie nouă și, prin urmare, necesită cea mai mare precizie în procesul de fabricație. Tehnologia laser, ca instrument avansat de fabricație „ușoară”, este utilizată în procesele de tăiere, curățare, sudare și codificare a componentelor bateriilor cu litiu, datorită eficienței și preciziei sale ridicate, flexibilității, fiabilității și stabilității, pierderii reduse de material de sudură, automatizării. si siguranta.
2. Sudarea cu laser: bariere mari de proces, tehnologii noi pentru baterii, cum ar fi cilindrii mari care trag volumele de sudare în sus
2.1 Principiu: Pentru a garanta siguranța bateriei, calitatea sudurii depinde de controlul energiei laser și de parametrii procesului.
Sudarea cu laser are multe avantaje, cum ar fi topirea adâncă, viteză mare și distorsiune scăzută, ceea ce poate îmbunătăți semnificativ siguranța bateriilor de putere. Fiind o tehnologie modernă de sudare, sudarea cu laser are avantajele de topire adâncă, viteză mare, deformare scăzută, cerințe scăzute pentru mediul de sudare, densitate mare de putere, neafectată de câmpuri magnetice, nelimitată la materiale conductoare, nu necesită condiții de lucru în vid. și nu produce raze X în timpul procesului de sudare etc. Este utilizat pe scară largă în domeniul producției de precizie de înaltă calitate, în special în industriile de vehicule cu energie noi și de baterii de putere. Piesele de sudare a bateriei de putere sunt numeroase, dificile și necesită o precizie ridicată. Producătorii de baterii de putere au, de asemenea, cerințe ridicate pentru automatizarea, siguranță, precizie și eficiență de procesare a echipamentelor de producție a bateriilor. Avantajele unice ale tehnologiei de sudare cu laser pot îmbunătăți în mod semnificativ siguranța, fiabilitatea și consistența bateriilor, pot reduce costurile și pot prelungi durata de viață, făcându-l alegerea optimă pentru producătorii de baterii de putere.
Principalele elemente de bază care determină calitatea sudării cu laser sunt controlul energiei laser și tehnologia procesului de sudare. Controlul energiei laser: ①Deoarece materialul care trebuie sudat are rate de absorbție diferite pentru diferite lungimi de undă ale luminii laser (care poate varia de la 5% la 50%), alegerea sursei laser poate face toată diferența. Pentru a furniza un fascicul laser de sudare uniform și stabil piesei sudate, puterea de ieșire a laserului trebuie să fie constantă sau controlată cu precizie. Puterea prea mică va duce la o topire insuficientă de sudură și va afecta calitatea sudurii, puterea prea mare sau fluctuațiile în sus și în jos vor duce la stropire, porozitate și alte efecte nedorite. Prin urmare, controlul sursei laser devine una dintre cele mai critice tehnologii pentru sudarea cu laser.
②Efectul sudării cu laser este complex, legat de zeci de factori, cum ar fi lungimea de undă laser, densitatea puterii, timpul de sudare, unghiul capului de sudare, distanța focală, rata de absorbție a laserului și curățenia sudurii, grosimea și conductibilitatea termică a sudurii, tipul și debitul. de gaz de protecție. Prin urmare, tehnologia de sudare cu laser este, de asemenea, unul dintre factorii cheie care afectează calitatea sudurii, necesitând tehnicienilor în procesul de sudare cu laser să exploreze continuu rezumatul, doar o perioadă lungă de acumulare experimentală poate obține rezultate bune de sudare.
Conform principiului de lucru, sudarea poate fi împărțită în cinci tipuri, în funcție de cerințele aplicației, sunt selectate diferite metode de sudare pentru a obține cele mai bune rezultate. În funcție de principiul de funcționare, sudarea cu laser poate fi împărțită în cinci categorii: sudare prin conducție termică, sudare prin fuziune profundă, sudare compozită, lipire cu laser și sudare prin conducție laser. În funcție de client și de aplicația de prelucrare, este selectată metoda de sudare adecvată pentru a obține cele mai bune rezultate de sudare posibile.
2.2 Starea aplicației: producție de bază, sudare PACK în valoare de aproximativ 10-30 milioane/GWh
Sudarea cu laser este utilizată în producția de celule de putere în procesul de fabricare a celulelor și în procesul de PACK baterii. În producția de celule de putere, principalele segmente care utilizează sudarea cu laser includ: ①Procesul mijlociu: sudarea urechilor (inclusiv presudarea), sudarea în puncte a benzilor de stâlpi, sudarea preliminară a miezurilor în carcasă, sudarea de etanșare a superiului capacul carcasei exterioare, sudarea de etanșare a orificiului de injecție de lichid etc. ②Post-proces: inclusiv sudarea piesei de conectare în modulul PACK baterie și sudarea supapei antiexplozive pe capacul din spatele modulului etc. Volumul valorii înainte de sudare este de aproximativ 10-30 milioane de yuani/GWh. Echipamente de sudare cu laser în producătorii de baterii de putere să investească în aproximativ 5-15 la sută , în conformitate cu investiţia de energie baterie un singur GWh echipamente de aproximativ 200 de milioane de yuani , curentul de putere baterie echipamente de sudare cu laser unic GWh de investiţii în 10 milioane de yuani la 30 milioane de yuani.
2.3 Cerere: fabricile de semiconductori extind cheltuielile de capital pe fondul „penurii de bază” la nivel mondial, boom-ul de echipamente continuă în sus
4680 Cilindrii mari au cerințe mai mari pentru procesele cu laser, iar volumele de sudare sunt de așteptat să crească în comparație cu celulele pătrate și cilindrii mici. Celula 4680 necesită un proces laser mai solicitant, iar forma necontrolată a urechilor este un proces dificil. Bateria 4680 folosește un proces de umplere completă, rupând matrița bateriei tradiționale cu un urechi pozitiv și unul negativ, care este predispus la scurtcircuite și este fabricat cu două secțiuni închise, ceea ce reprezintă un obstacol major în calea pătrunderii electrolitului, iar mai multe urechi sunt dificil de pliat cu grijă și necesită un proces cu laser mai mare. 4680 Sudarea cu laser a celulelor cilindrice mari a crescut în ceea ce privește procesul de sudare și echipamentele de sudare necesare, comparativ cu celulele pătrate și, respectiv, cu celulele cilindrice mici. În comparație cu celulele pătrate, procesul de sudare cu laser pentru urechea plină a unui cilindru mare este crescut de la 5 la 7 treceri. În ceea ce privește celulele cilindrice mici, linia unică GWh are 5 aparate de sudură suplimentare față de liniile de celule 18650 și 21700. În combinație cu cele de mai sus, credem că cererea pentru sudarea cu laser a 4680 de cilindri mari este de așteptat să crească în comparație cu celulele pătrate și cilindrii mici.
Altă tehnologie de legătură de sudură: pentru a rezolva problema sudurii diferite ale metalelor, cum ar fi PACK-ul de baterii în sudarea barelor colectoare, este de așteptat să fie înlocuită cu sudarea cu laser, considerăm că, pe măsură ce procesul de sudare cu laser continuă să se miște în sus, este de așteptat pătrunderea sudurii cu laser. să se deplaseze în sus. Un exemplu este lipirea metalică eterogenă Al/Cu a barelor colectoare în modulele/pachetele de bază cu celule pătrate. ① Absorbția scăzută a luminii a Al și Cu și tendința de a produce compuși metalici foarte fragili sunt dificultăți de Al/Cu: sudarea cu laser a metalelor diferite Al/Cu are câteva limitări provocatoare din cauza proprietăților fizice foarte diferite ale materialelor Al și Cu. Una dintre principalele provocări este absorbția scăzută a Al la lungimea de undă laser de 1um și absorbția chiar mai mică a Cu; un altul este proprietățile metalurgice ale aliajului Al-Cu, adică compusul metalic foarte fragil poate duce la formarea de fisuri. Se pot forma faze intermetalice cu un conținut de Cu de 50-80 procente.
Sudarea barelor nu este încă o soluție la problema compușilor fragili, dar sudarea cu laser este direcția probabilă. Datorită formării ușoare a compușilor fragili între cupru și aluminiu după sudarea cu laser, care nu pot îndeplini cerințele de utilizare, de obicei utilizând sudarea cu ultrasunete în exterior, cuprul și cuprul, aluminiul și aluminiul sunt în general utilizate pentru sudarea cu laser. În același timp, rata mare de transfer de căldură atât a cuprului, cât și a aluminiului, reflectivitatea ridicată a laserului și grosimea relativ mare a piesei de îmbinare necesită un laser de mare putere pentru a realiza sudarea. Prin nouă parametri și metode diferiți de experimente de ajustare, dintre care șapte au câștiguri diferite, credem că, odată cu progresul continuu al procesului cu laser în viitor, se așteaptă ca problemele sudării cu laser Al/Cu a barelor colectoare să fie rezolvate și sudarea cu laser este cea mai probabilă direcție.
