De ce a devenit sudarea cu laser o opțiune indispensabilă în fabricarea bateriilor de putere?

În industria actuală a vehiculelor cu energie nouă, care evoluează rapid, siguranța, autonomia și consistența bateriilor de putere determină în mod direct competitivitatea de bază a întregului vehicul. Tehnologia de sudare cu laser, cu avantajele sale unice ale controlului de precizie la nivel de microni-, capabilități de procesare cu eficiență ridicată- și impact termic scăzut, a devenit un „proces de aur” indispensabil în fabricarea bateriilor de putere – de la etanșarea carcasei la conectarea electrozilor, de la integrarea modulelor la sudarea componentelor de siguranță, parcurge întregul proces de producție a bateriei, stabilitatea și siguranța bateriilor, în liniște și fiabilitate.

Sudarea cu laser nu este pur și simplu „fuziune la-înaltă temperatură”, ci un proces avansat care realizează o topire rapidă și o conexiune puternică a materialelor prin focalizarea precisă a unui fascicul laser cu densitate mare-energie-. Proeminența sa în producția de baterii de putere provine din trei avantaje principale:

1. Adaptare precisă la cerințele materialelor ultra-subțiri

Carcasele și capacele bateriilor de alimentare folosesc în cea mai mare parte foi de aliaj de aluminiu de 0,6-0,8 mm (reprezentând peste 90%), iar sudarea tradițională cu arc duce cu ușurință la deformare, penetrare sau efort rezidual. Punctele laser pot fi comprimate la nivel de microni, cu energie concentrată și controlabilă, permițând sudarea etanșă a materialelor ultra-subțiri fără a deteriora structura internă. Cusătura de sudură are un raport mare-adâncime/lățime și consistență excelentă.

2. Depășirea provocărilor sudării materialelor foarte reflectorizante

Electrozii bateriei și plăcile de conectare implică adesea materiale foarte reflectorizante, cum ar fi cuprul și aluminiul (cuprul are o reflectivitate laser de peste 90%, iar aluminiul ajunge la 92%), ceea ce face dificilă fuziunea eficientă cu tehnicile obișnuite de sudare. Sudarea cu laser, prin optimizarea formei de undă și ajustarea unghiului, poate realiza o conexiune fiabilă a metalelor diferite, cum ar fi cuprul-aluminiu și aluminiul-nichel și poate suda chiar nichel galvanizat la cupru, potrivindu-se perfect cu cerințele de material ale traseului curentului bateriei.

3. Automatizare și avantaje fără-contact

Modul de sudare fără-contact poate gestiona în mod flexibil structura tri-complexă a modulelor de baterie, permițând sudarea cu traiectorie complexe, cum ar fi formele în formă de S-și spirală. Randamentul automatizării este îmbunătățit cu peste 30% în comparație cu procesele tradiționale. În același timp, procesul de sudare nu implică contact fizic, evitând deteriorarea mecanică a componentelor de precizie și îndeplinind cerințele producției de masă-la scară largă.

Principiul de bază al sudării cu laser este adaptarea la diferite cerințe de sudare prin controlul unor parametri precum energia laserului, poziția focalizării și viteza de sudare. Pe baza caracteristicilor procesului, acesta este împărțit în principal în următoarele categorii:

1. Prin metoda de transfer de energie: sudare prin conductie de căldură vs. sudare cu penetrare adâncă

• Sudarea prin conducție de căldură: Energia laser acționează numai pe suprafața materialului, determinând topirea și solidificarea stratului de suprafață prin conducție de căldură. Este potrivit pentru sudarea materialelor subțiri (de obicei<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• Sudare cu penetrare adâncă: focalizarea cu laser de mare-putere formează instantaneu o „găuri de cheie”, permițând căldurii să pătrundă rapid în material. Oferă viteză mare de sudare și o zonă mică-afectată de căldură, permițând sudarea simultană a mai multor straturi de material. Este alegerea curentă pentru aplicații precum etanșarea carcasei bateriei de alimentare și conectarea modulelor. Diferența de bază dintre cele două constă în densitatea puterii laser - atunci când densitatea puterii atinge o valoare critică, modul de sudare se schimbă de la sudarea prin conducție termică la sudarea cu penetrare adâncă. Valoarea critică specifică trebuie ajustată în funcție de tipul de material.

2. După forma de sudare: sudarea prin penetrare vs. sudarea cusăturii

• Sudarea prin penetrare: piesa de conectare nu necesită perforare, ceea ce face prelucrarea simplă, dar necesită un laser de mare-putere, ceea ce are ca rezultat o adâncime de penetrare mai mică și o fiabilitate relativ mai slabă.

• Sudarea cusăturii: piesa de legătură necesită un spațiu pre-rezervat. Energia laserului realizează fuziunea prin gol, necesitând doar echipamente cu putere redusă-, rezultând o adâncime de penetrare mai mare și o fiabilitate mai puternică, dar tehnologia de procesare este mai complexă.

3. Prin modul de ieșire laser: sudare în impulsuri vs. sudare continuă

• Sudare în impulsuri: Laserul emite energie în impulsuri, concentrând energia instantaneu, făcându-l potrivit pentru sudarea materialelor predispuse la porozitate și fisurare, cum ar fi aliajele de aluminiu. Prin selectarea formelor de undă, cum ar fi undele de vârf și undele duble-vârf, defectele pot fi reduse – de exemplu, partea de scădere treptată a undei de vârf dublu-poate extinde timpul de răcire a bazinului de topire, suprimând eficient generarea de pori;

• Sudare continuă: Laserul emite energie în mod continuu, rezultând un proces de încălzire stabil, o suprafață de sudură netedă, fără stropire și fără fisuri sau depresiuni. Este potrivit în special pentru sudarea aliajelor de aluminiu. Cu toate acestea, necesită o precizie extrem de mare în asamblarea piesei de prelucrat (dimensiune mică a punctului, abaterea trebuie să fie<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

Cerințele de sudare pentru diferite componente ale bateriilor de putere variază foarte mult, iar procesele de sudare cu laser trebuie personalizate în funcție de scenariile specifice de aplicare:

1. Sudarea cu supapă antiexplozie-

Supapa anti-explozie-este canalul de reducere a presiunii atunci când bateria se supraîncălzi. Este nevoie de o sudură sigilată pe o foaie de aluminiu cu diametrul de 8 mm pentru a rezista la o presiune de spargere de 0,4-0,7 MPa. Utilizarea sudării continue cu laser în locul sudării în impulsuri îmbunătățește cu 50% integritatea etanșării sudurii, eliminând complet riscul de scurgere a electrolitului și oferind prima linie de apărare pentru siguranța bateriei.

2. Etanșarea carcasei și a plăcii de acoperire

Ca „protecție a carcasei exterioare” a bateriei, sudarea carcasei și a plăcii de acoperire afectează direct etanșeitatea la aer. Există două procese principale:
• Sudarea laterală: stropii de sudură sunt mai puțin probabil să intre în interiorul celulei bateriei, dar necesită o curățenie extrem de ridicată a materialului și o stabilitate laser;
• Sudare superioară: eficiență ridicată a producției de masă și integrare simplă a echipamentelor, dar necesită un control strict al contaminării cu stropi.

3. Sudarea terminalelor

Terminalele pozitive (aluminiu) și negative (cupru) trebuie să reziste la o rezistență la tracțiune mai mare sau egală cu 500 MPa și nu trebuie să aibă defecte de „suflare”. Deoarece suprafața de îmbinare a terminalului (aproximativ 6 mm în diametru) este predispusă la ulei rezidual și impurități, producția reală necesită „curățare pre-cu plasmă de sudare + control al gradientului de putere” pentru a asigura suduri fără defecte-și o conducție stabilă a curentului.

4. Sudarea conectorilor

Conectorii sunt responsabili pentru conectarea celulelor bateriei în serie/paralel și implică adesea sudarea unor materiale diferite, cum ar fi cuprul și aluminiul, care pot genera cu ușurință compuși intermetalici fragili, ceea ce duce la o conductivitate redusă. Printr-un proces cu laser-compozit cu ultrasunete, formarea acestor compuși poate fi suprimată, îmbunătățind rezistența mecanică și conductivitatea îmbinării sudate.

5. 4680 Baterie cilindrică mare Sudare cu tablă plină

Structura completă a urechii a bateriei cilindrice mari 4680 mărește suprafața de sudare de 5 ori, dar plierea urechii poate duce cu ușurință la dezaliniere și scurtcircuite. Utilizând tehnologia de modelare a fasciculului (cum ar fi punctele inelare ale fasciculului), se poate realiza sudarea simultană cu mai multe file-, reducând aportul de căldură cu 40%, asigurând fiabilitatea conexiunii, evitând în același timp deteriorarea structurii interne a bateriei.

6. PACK Modul de Sudare

Când grosimea urechilor de conectare din cupru/aluminiu ajunge la 2 mm, pentru sudarea prin penetrare sunt necesare lasere cu fibre-de mare putere de 6 kW sau mai mult. Investiția în echipamente de sudare pentru o singură capacitate de producție GWh este de aproximativ 10-30 milioane RMB, care este una dintre investițiile de bază în echipamente în etapa de integrare a modulului, afectând direct stabilitatea conexiunii și eficiența de disipare a căldurii a modulului.

Portalul bazat pe galvanometru ACEY-LWM-aparat de sudat cu laser cu fibreintegrează o-sursă laser cu fibră de înaltă performanță cu designul nostru proprietar, oferind o rigiditate și stabilitate operațională excepționale. Mecanismul său cu șină ghidată de precizie-, alimentat de servomotoare sensibile, asigură o performanță precisă la-viteză mare. Acest echipament este conceput special pentru aplicații de asamblare a modulelor de baterii cu litiu prismatice și soft-pack.

Pe măsură ce bateriile de putere se dezvoltă către o densitate de energie mai mare și o durată de viață mai lungă, tehnologia de sudare cu laser se repetă, de asemenea, în mod continuu:

1. Monitorizare inteligentă și control-în buclă închisă

În viitor, sistemele de „-vizualizare în timp real a procesului de sudare” vor deveni larg răspândite. Prin-camere de mare viteză, analiză spectrală și alte tehnologii, defecte precum porii, fuziunea incompletă și fisurile vor fi detectate online, iar parametrii de sudare vor fi ajustați automat pentru a realiza un proces complet în buclă închisă-de optimizare a „detecției - feedback-ului -,” îmbunătățind în continuare randamentul și coerența.

2. Adaptare la sudarea cu baterii în stare solidă

Electrolitul bateriilor cu stare solidă-sulfurată este sensibil-la căldură, iar efectele termice ale sudării tradiționale cu laser pot duce la degradarea performanței. Laserele de picosecundă cu impuls ultrascurt (zona afectată de căldură-< 10μm) au devenit un obiectiv de cercetare, permițând conexiuni precise, maximizând în același timp protecția stabilității electrolitului.

3. Integrare și inovare în mai multe procese-

Procesele de sudare compozite, cum ar fi sudarea cu laser-ultrasunete și laser-arc, vor fi promovate în continuare. Aceste procese profită de avantajele de precizie ale sudării cu laser în timp ce folosesc alte procese pentru a compensa deficiențele unei singure tehnologii, adaptându-se la nevoile de sudare ale materialelor mai diferite și structurilor complexe.

Sudarea cu laser a bateriilor de putere poate părea un „proces local”, dar de fapt afectează siguranța generală a bateriei, intervalul și costul – o sudură precisă poate reduce riscul de scurgere a electrolitului; sudarea eficientă poate îmbunătăți eficiența producției de masă; și o soluție inovatoare se poate adapta la structurile bateriilor cu densitate energetică mai mare. În industria actuală din ce în ce mai competitivă a vehiculelor cu energie nouă, diferențele în detaliile procesului determină adesea competitivitatea de bază a unui produs. Iterația continuă a tehnologiei de sudare cu laser nu reprezintă doar o îmbunătățire a nivelurilor de producție a bateriilor de putere, dar reflectă și urmărirea noii industriei energetice de a dezvolta-calitatea înaltă.

În viitor, cu progrese continue în tehnologiile inteligente, localizate și compozite, sudarea cu laser va continua să împuternicească industria bateriilor de putere, oferind un suport tehnologic mai puternic pentru experiența de conducere sigură și-pe rază lungă a vehiculelor cu energie nouă.