Estat actual i perspectives de desenvolupament de la tecnologia de soldadura làser per a bateries de potència

En el context del ràpid desenvolupament de la indústria dels vehicles d'energia nova, les bateries d'energia, com a unitat energètica bàsica de tot el sistema del vehicle, determinen directament el nivell de rendiment global del vehicle mitjançant la seva seguretat, fiabilitat i consistència. Des de cèl·lules individuals fins a mòduls i després fins a tot el paquet de bateries, la qualitat de la soldadura és un dels factors clau que afecten la durada de la bateria, el rendiment de seguretat i el rendiment en la fabricació a gran-escala. Entre els diversos mètodes de soldadura, la soldadura làser, a causa de la seva alta densitat d'energia, alta precisió i alta capacitat d'automatització, s'ha convertit en un procés clau indispensable en la fabricació de bateries d'energia.

 

 

Per satisfer les necessitats de desenvolupament de lleugers i d'alta{0}}densitat d'energia en vehicles d'energia nova, els materials d'aliatge d'alumini s'utilitzen habitualment per als components estructurals de la bateria d'energia. Els components com ara les carcasses de les cèl·lules, les cobertes i les barres colectores solen utilitzar aliatges d'alumini de la sèrie 1 o de la sèrie 3, que tenen una bona conductivitat, resistència a la corrosió i conformabilitat. En algunes zones que requereixen una alta conductivitat, s'utilitzen materials compostos de coure o alumini-coure.

 

Tanmateix, els propis aliatges d'alumini tenen una alta reactivitat química, una alta conductivitat tèrmica i un alt coeficient d'expansió lineal, i la seva superfície forma fàcilment una pel·lícula d'òxid densa, cosa que els fa molt susceptibles a defectes com porositat, esquitxades, esclats i esquerdes calentes durant la soldadura. A més, en la unió de materials diferents d'alumini-coure, es poden formar compostos intermetàl·lics trencadissos, que redueixen la resistència de les unions. Aquestes propietats del material posen exigències extremadament altes en el control de l'energia, l'estabilitat de la formació i la consistència del procés de soldadura.

 

 

La fabricació de bateries d'energia normalment inclou tres etapes principals: cel·la, mòdul i paquet. La carcassa externa del paquet de bateries proporciona principalment suport i protecció estructurals, normalment utilitzant perfils d'aliatge d'alumini més gruixuts, i la seva soldadura es realitza principalment mitjançant soldadura per arc o soldadura per fricció.

 

En canvi, els components interns de les cèl·lules i mòduls són de mida petita, tenen estructures precises i requereixen un espai de soldadura ajustat, cosa que dificulta que els mètodes de soldadura tradicionals equilibrin la qualitat de la soldadura i la velocitat de producció. La soldadura per làser, amb la seva alta densitat de potència, la seva bona accessibilitat i les característiques de processament sense-contacte, s'ha convertit en el procés preferit per a carcasses de cèl·lules de bateries, cobertes, vàlvules a prova d'explosió-, barres colectores i altres components. S'utilitza àmpliament en estructures de bateries prismàtiques amb carcassa d'alumini-, com ara plaques de coberta de bateria d'alimentació, plaques de coberta de bateria d'ions de liti- i caixes d'alumini de bateria de liti.

 

 

Les carcasses i les cobertes de les bateries s'utilitzen principalment per segellar l'electròlit i proporcionar un suport estructural estable per als elèctrodes interns. La qualitat de la soldadura determina directament el rendiment de segellat i la resistència a la pressió de la bateria. Els materials habituals inclouen l'aliatge d'alumini Al3003, amb un gruix que oscil·la entre 0,3 i 0,5 mm. Aquesta àrea sovint empra processos de soldadura làser compost o làser d'anell.

 

En la producció real, aquestes soldadures són propenses a defectes com ara penetració incompleta, porositat, col·lapse i esquitxades. Mitjançant el control racional de l'entrada de calor, la velocitat de soldadura i la distribució d'energia làser, la profunditat de penetració es pot estabilitzar eficaçment i es compleixen els requisits de resistència a la pressió. Amb els avenços tecnològics, la modulació de la forma d'ona de pols i la soldadura per làser d'alta -velocitat contínua s'han convertit gradualment en solucions principals, millorant significativament l'eficiència de producció alhora que millora la uniformitat de la soldadura.

 

Per millorar encara més la qualitat interna de la soldadura, s'ha introduït la soldadura d'escaneig galvanòmetre i la tecnologia d'oscil·lació làser a la soldadura de la carcassa de la bateria. L'agitació dinàmica de la piscina fosa accelera l'escapada de la bombolla i perfecciona l'estructura del gra, millorant així les propietats mecàniques i la fiabilitat del segellat de la junta de soldadura. Aquests processos s'utilitzen àmpliament en la fabricació de components estructurals com ara carcassa d'alumini de cel·les prismàtiques i cobertes de bateries d'alumini.

 

 

Les vàlvules a prova d'explosió-són components crítics en els sistemes de seguretat de la bateria elèctrica. Quan la pressió interna de la bateria augmenta de manera anormal, la ruptura controlada allibera gas, evitant la fugida tèrmica i l'explosió. Les vàlvules a prova d'explosió-normalment estan fetes de làmines d'alumini pur, de només 0,08-0,1 mm de gruix, i són extremadament sensibles a l'entrada de calor de soldadura.

 

Durant la soldadura per làser, una densitat de potència excessivament alta pot provocar un sobreescalfament i la perforació de la vàlvula a prova d'explosió-, mentre que l'escapada violenta de gas de la piscina fosa pot provocar defectes en els porus. Mitjançant l'optimització del disseny de la forma d'ona làser, la introducció d'un valor màxim de -durada curta a l'etapa inicial de la soldadura per millorar l'absorció del material i la reducció gradual de la producció d'energia en les etapes posteriors, es pot evitar de manera efectiva la cremada-a la vegada que es garanteix la integritat de la soldadura.

 

A més, reforçar la-neteja prèvia a la soldadura per reduir l'oli residual i la humitat, i controlar els espais de muntatge mitjançant una seqüència de soldadura raonable, són mitjans importants per reduir els defectes de porositat. Aquestes mesures d'optimització de processos s'han aplicat amb èxit en estructures com la tapa superior de la bateria de liti i la tapa superior per a les cèl·lules prismàtiques de la bateria.

 

 

Amb la ràpida expansió dels nous mercats de vehicles d'energia i emmagatzematge d'energia, la demanda de processos de soldadura d'alta-coherència i alta-fiabilitat per a bateries d'energia continua augmentant. La direcció de desenvolupament futur de la tecnologia de soldadura làser se centra principalment en els aspectes següents:

 

En primer lloc, l'aplicació de fonts làser amb una densitat de potència més alta i un control d'energia més precís per satisfer les necessitats de soldadura d'estructures més primes i complexes; en segon lloc, la supervisió en línia i el control-de llaç tancat del procés de soldadura per millorar l'estabilitat de la soldadura mitjançant la detecció-en temps real de l'estat de la piscina fosa; i en tercer lloc, l'optimització del procés per unir materials diferents com l'alumini i el coure per satisfer les necessitats de desenvolupament de noves estructures de bateries i components de materials compostos com ara plaques bipolars bimetalls de coure i alumini.

 

Mentrestant, amb l'adopció generalitzada i contínua d'estructures de bateries prismàtiques als vehicles d'energia nova, l'estandardització i l'aplicació a gran-escala dels processos de soldadura làser per a components com ara caixes de bateries prismàtiques d'aliatge d'alumini, carcassas d'alumini de bateries i carcassas d'alumini recarregables es convertiran en una direcció important per a l'evolució tecnològica del sector.

 

 

La tecnologia de soldadura làser s'ha integrat profundament en tot el procés de fabricació de bateries d'energia, proporcionant un suport crucial per aconseguir una producció d'alta seguretat, consistència i alta eficiència. Amb l'evolució contínua dels sistemes de materials, el disseny estructural i el ritme de fabricació, la soldadura per làser continuarà tenint un paper fonamental en el camp debateries d'alimentació-d'aluminii demostrarà perspectives d'aplicació més àmplies en la futura indústria de la nova energia.