Per què la soldadura làser s'ha convertit en una opció indispensable en la fabricació de bateries d'energia?

En la indústria de vehicles de nova energia actual en ràpida evolució, la seguretat, l'autonomia i la consistència de les bateries de potència determinen directament la competitivitat bàsica de tot el vehicle. La tecnologia de soldadura làser, amb els seus avantatges únics de control de precisió a nivell de micres-, capacitats de processament d'alta-eficiència i baix impacte tèrmic, s'ha convertit en un "procés daurat" indispensable en la fabricació de bateries d'energia: des del segellat de la carcassa fins a la connexió d'elèctrodes, des de la integració de mòduls fins a la soldadura de components de seguretat, recorre tot el procés de producció de la bateria de manera silenciosa i segura.

La soldadura làser no és simplement una "fusió a -alta temperatura", sinó un procés avançat que aconsegueix una fusió ràpida i una connexió forta dels materials mitjançant l'enfocament precís d'un raig làser d'alta-energia- densitat. El seu protagonisme en la fabricació de bateries d'energia es deriva de tres avantatges bàsics:

1. Adaptació precisa als requisits de material ultra-fins

Les carcasses i cobertes de les bateries d'alimentació utilitzen majoritàriament làmines d'aliatge d'alumini de 0,6-0,8 mm (que representen més del 90%), i la soldadura per arc tradicional condueix fàcilment a deformacions, penetració o tensió residual. Els punts làser es poden comprimir fins al nivell de micres, amb energia concentrada i controlable, que permet la soldadura segellada de materials ultra-sense danyar l'estructura interna. La costura de soldadura té una relació de profunditat-ample i una consistència excel·lent.

2. Superar els reptes de la soldadura de materials altament reflectants

Els elèctrodes de la bateria i les plaques de connexió sovint impliquen materials altament reflectants com el coure i l'alumini (el coure té una reflectivitat làser superior al 90% i l'alumini arriba al 92%), cosa que dificulta la fusió efectiva amb les tècniques de soldadura ordinàries. La soldadura làser, mitjançant l'optimització de la forma d'ona i l'ajust de l'angle, pot aconseguir una connexió fiable de metalls diferents com ara el coure-alumini i alumini-níquel, i fins i tot pot soldar níquel galvanitzat al coure, que coincideix perfectament amb els requisits de material de la ruta actual de la bateria.

3. Avantatges de l'automatització i sense-contacte

El mode de soldadura sense -contacte pot gestionar de manera flexible la complexa estructura tridimensional dels mòduls de bateries, permetent la soldadura de trajectòries complexes, com ara les formes en S-i en espiral. El rendiment de l'automatització es millora en més d'un 30% en comparació amb els processos tradicionals. Simultàniament, el procés de soldadura no implica contacte físic, evitant danys mecànics als components de precisió i satisfent les exigències de la producció massiva a gran-escala.

El principi bàsic de la soldadura làser és adaptar-se a diferents requisits de soldadura controlant paràmetres com l'energia del làser, la posició del focus i la velocitat de soldadura. Segons les característiques del procés, es divideix principalment en les següents categories:

1. Per mètode de transferència d'energia: soldadura per conducció de calor vs. soldadura de penetració profunda

• Soldadura per conducció de calor: l'energia làser actua només sobre la superfície del material, fent que la capa superficial es fongui i solidifiqui per conducció de calor. És adequat per soldar materials prims (normalment<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• Soldadura de penetració profunda: l'enfocament làser d'alta potència-forma instantàniament un "forat" que permet que la calor penetri ràpidament al material. Ofereix una velocitat de soldadura ràpida i una petita -zona afectada per la calor, que permet la soldadura simultània de múltiples capes de material. És l'opció principal per a aplicacions com ara el segellat de la carcassa de la bateria i la connexió del mòdul. La diferència bàsica entre els dos rau en la densitat de potència del làser: quan la densitat de potència arriba a un valor crític, el mode de soldadura canvia de soldadura per conducció de calor a soldadura de penetració profunda. El valor crític específic s'ha d'ajustar segons el tipus de material.

2. Per forma de soldadura: soldadura per penetració vs soldadura de costura

• Soldadura per penetració: la peça de connexió no requereix perforació, cosa que fa que el processament sigui senzill, però requereix un làser d'alta potència{0}, el que resulta en una profunditat de penetració més baixa i una fiabilitat relativament més feble.

• Soldadura de costura: la peça de connexió requereix un espai-preservat. L'energia làser aconsegueix la fusió a través de la bretxa, i només requereix equips de baixa-potència, el que resulta en una major profunditat de penetració i una fiabilitat més gran, però la tecnologia de processament és més complexa.

3. Per mode de sortida làser: soldadura per pols vs. soldadura contínua

• Soldadura per polsos: el làser emet energia en polsos, concentrant l'energia de manera instantània, la qual cosa la fa apta per a la soldadura de materials propensos a la porositat i el craqueig, com ara els aliatges d'alumini. En seleccionar formes d'ona com ara ones pics i ones pics dobles-, es poden reduir els defectes; per exemple, la part de disminució gradual de l'ona pic doble- pot allargar el temps de refredament de la piscina fosa, suprimint eficaçment la generació de porus;

• Soldadura contínua: el làser emet energia contínuament, donant lloc a un procés d'escalfament estable, una superfície de soldadura llisa sense esquitxades i sense esquerdes ni depressions. És especialment adequat per a la soldadura d'aliatges d'alumini. No obstant això, requereix una precisió extremadament alta en el muntatge de la peça (mida petita del punt, la desviació ha de ser<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

Els requisits de soldadura per als diferents components de les bateries d'alimentació varien molt i els processos de soldadura per làser s'han de personalitzar segons els escenaris d'aplicació específics:

1. Soldadura de vàlvules a prova d'explosió-

La vàlvula a prova d'explosió-és el canal d'alleujament de pressió quan la bateria es sobreescalfa. Requereix una soldadura segellada sobre una làmina d'alumini de 8 mm de diàmetre per suportar una pressió d'esclat de 0,4-0,7 MPa. L'ús de la soldadura làser contínua en lloc de la soldadura per pols millora la integritat del segell de la soldadura en un 50%, eliminant completament el risc de fuites d'electròlits i proporcionant la primera línia de defensa per a la seguretat de la bateria.

2. Segellat de la carcassa i la placa de coberta

Com a "protecció de la carcassa exterior" de la bateria, la soldadura de la carcassa i la placa de coberta afecta directament l'estanquitat. Hi ha dos processos principals:
• Soldadura lateral: és menys probable que les esquitxades de soldadura entrin a l'interior de la cèl·lula de la bateria, però requereixen una neteja del material extremadament alta i una estabilitat làser;
• Soldadura superior: alta eficiència de producció en massa i integració senzilla d'equips, però requereix un control estricte de la contaminació per esquitxades.

3. Soldadura de terminals

Els terminals positius (alumini) i negatius (coure) han de suportar una resistència a la tracció superior o igual a 500 MPa i no han de tenir defectes de "bufo". Com que la superfície d'acoblament del terminal (d'uns 6 mm de diàmetre) és propensa a l'oli residual i les impureses, la producció real requereix "neteja de plasma prèvia a la-soldadura + control del gradient de potència" per garantir-soldadures lliures de defectes i una conducció estable del corrent.

4. Soldadura de connectors

Els connectors s'encarreguen de connectar les cèl·lules de la bateria en sèrie/paral·lel i sovint impliquen la soldadura de materials diferents com el coure i l'alumini, que poden generar fàcilment compostos intermetàl·lics fràgils, donant lloc a una conductivitat reduïda. Mitjançant un procés compost per làser-ultrasò, es pot suprimir la formació d'aquests compostos, millorant la resistència mecànica i la conductivitat de la junta soldada.

5. 4680 Soldadura de pestanyes completes de bateria cilíndrica gran

L'estructura completa de la pestanya de la bateria cilíndrica gran 4680 augmenta l'àrea de soldadura en 5 vegades, però el plegat de la pestanya pot provocar fàcilment desalineació i curtcircuits. Mitjançant l'ús de la tecnologia de conformació del feix (com ara els punts anulars del feix), es pot aconseguir la soldadura simultània de diverses pestanyes, reduint l'entrada de calor en un 40%, garantint la fiabilitat de la connexió alhora que s'evita danys a l'estructura interna de la bateria.

6. PACK Mòdul Soldadura

Quan el gruix de les pestanyes de connexió de coure/alumini arriba als 2 mm, es necessiten làsers de fibra-d'alta potència de 6 kW o més per a la soldadura per penetració. La inversió en equips de soldadura per a una capacitat de producció única de GWh és d'aproximadament 10-30 milions de RMB, que és una de les inversions bàsiques en equips en l'etapa d'integració del mòdul, que afecta directament l'estabilitat de la connexió i l'eficiència de dissipació de calor del mòdul.

El pòrtic basat en el galvanòmetre-LWM-ACEYmàquina de soldadura làser de fibraintegra una font làser de fibra-d'alt rendiment amb el nostre disseny patentat, que ofereix una rigidesa i estabilitat operativa excepcionals. El seu mecanisme de rail guiat de precisió-, alimentat per servomotors sensibles, garanteix un rendiment precís d'alta-velocitat. Aquest equip està dissenyat específicament per a aplicacions de muntatge de mòduls de bateries de liti prismàtiques i suaus-pack.

A mesura que les bateries d'energia es desenvolupen cap a una densitat d'energia més alta i una vida útil més llarga, la tecnologia de soldadura per làser també s'itera contínuament:

1. Supervisió intel·ligent i control de bucle-tancat

En el futur, els sistemes de "-visualització en temps real del procés de soldadura" es generalitzaran. Mitjançant càmeres-d'alta velocitat, anàlisi espectral i altres tecnologies, es detectaran defectes com ara porus, fusió incompleta i esquerdes en línia, i els paràmetres de soldadura s'ajustaran automàticament per aconseguir un procés complet de bucle tancat-d'optimització de "detecció - feedback -", millorant encara més el rendiment i la coherència.

2. Adaptació a la soldadura de-bateria d'estat sòlid

L'electròlit de les bateries d'estat sòlid-sulfur és sensible a la calor-, i els efectes tèrmics de la soldadura làser tradicional poden provocar una degradació del rendiment. Els làsers de picosegons de pols ultracurt (zona afectada per la calor-<10μm) s'han convertit en un focus d'investigació, permetent connexions precises alhora que maximitza la protecció de l'estabilitat dels electròlits.

3. Integració i innovació multi-de processos

Es fomentarà encara més processos de soldadura de compostos com ara làser-ultrasònic i làser-arc. Aquests processos aprofiten els avantatges de precisió de la soldadura làser mentre utilitzen altres processos per compensar les deficiències d'una sola tecnologia, adaptant-se a les necessitats de soldadura de materials més diferents i estructures complexes.

La soldadura per làser de bateries d'energia pot semblar un "procés local", però en realitat afecta la seguretat general de la bateria, l'abast i el cost: una soldadura precisa pot reduir el risc de fuites d'electròlits; la soldadura eficient pot millorar l'eficiència de la producció en massa; i una solució innovadora pot adaptar-se a estructures de bateries de major densitat d'energia. En la indústria de vehicles d'energia nova cada vegada més competitiva actual, les diferències en els detalls del procés sovint determinen la competitivitat bàsica d'un producte. La contínua iteració de la tecnologia de soldadura per làser no només representa una millora en els nivells de fabricació de bateries de potència, sinó que també reflecteix la recerca de la nova indústria de l'energia pel desenvolupament d'alta-qualitat.

En el futur, amb avenços continus en tecnologies intel·ligents, localitzades i compostes, la soldadura làser continuarà potenciant la indústria de les bateries d'energia, proporcionant un suport tecnològic més fort per a l'experiència de conducció segura i de llarg-abast dels vehicles d'energia nova.