Procés de fabricació de bateries d'energia: tecnologia de soldadura làser explicada

En el context del ràpid desenvolupament de la indústria dels vehicles d'energia nova, la qualitat de fabricació de les bateries d'energia, com a component bàsic del vehicle, afecta directament la seguretat del vehicle, la vida del cicle i la densitat d'energia. Els sistemes de bateries d'alimentació solen consistir en cèl·lules, mòduls de bateries i paquets de bateries (PACK). La seva estructura interna inclou nombroses connexions de materials metàl·lics, incloses pestanyes d'elèctrodes, peces de connexió conductores, carcasses de bateries i estructures d'encapsulació. Entre aquests enllaços de connexió crítics, la soldadura làser, amb la seva alta densitat d'energia, processament sense-contacte i alta adaptabilitat a l'automatització, s'ha convertit gradualment en un dels processos importants en la fabricació de bateries d'energia. Especialment a les estructures de carcassa d'aliatge d'alumini, com ara la carcassa d'alumini de la bateria o les caixes de cel·les prismàtiques, la soldadura làser pot aconseguir connexions segellades d'alta-precisió, proporcionant un entorn d'encapsulació estable i fiable per a l'interior de la bateria.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El procés de fabricació de les bateries d'alimentació normalment inclou diverses etapes, com ara la producció de cèl·lules, el muntatge de la-etapa mitjana i la integració-de PACK final. En aquestes etapes, la soldadura làser s'utilitza àmpliament en processos clau com ara soldadura de pestanyes, soldadura per punts d'elèctrodes, pre-soldadura de cel·les, soldadura de segellat de carcassa i coberta superior i segellat de ports d'injecció de líquids. Mentrestant, a l'etapa de muntatge del mòdul aigües avall i del PACK, també s'han de completar processos com ara la soldadura de peces de connexió, la soldadura de vàlvules a prova d'explosió- i la soldadura de terminals de bateria. Aquestes estructures sovint s'integren directament en components estructurals com ara caixes de bateries prismàtiques d'aliatge d'alumini o carcassas d'alumini per a cèl·lules de bateries d'ions de liti. Per tant, la qualitat de la soldadura té un paper decisiu en el rendiment de segellat de la bateria, la resistència estructural i l'estabilitat tèrmica.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A l'estructura de la cel·la, la soldadura de segellat entre la carcassa de la bateria i la placa de coberta és un dels passos de fabricació més crítics. Les carcasses de les bateries d'alimentació solen estar fetes d'aliatge d'alumini de la sèrie 3003, amb un gruix generalment controlat entre 0,6 i 0,8 mm. Les soldadures d'alta-qualitat entre la carcassa i la placa de coberta es poden aconseguir mitjançant la soldadura làser polsada-de baixa potència, formant així un espai estable i segellat. Per a les cèl·lules prismàtiques, aquesta estructura normalment es representa com una carcassa d'alumini de cel·les prismàtiques o una carcassa d'alumini per a una bateria d'ions de liti prismàtics. En la producció real, els defectes de soldadura inclouen principalment la penetració incompleta, la porositat i el col·lapse de la soldadura. Aquests defectes afecten directament el rendiment de segellat i la resistència a la pressió de la carcassa de la bateria, afectant així la durada de la bateria i el rendiment de seguretat. La soldadura de terminals de bateries és una estructura de connexió crucial per a la conducció de corrent a les bateries de potència. Els terminals generalment es divideixen en elèctrodes positius i negatius, amb l'elèctrode positiu normalment fet d'alumini i l'elèctrode negatiu de coure.

 

Es poden connectar diverses cel·les en sèrie o en paral·lel mitjançant connectors de soldadura per formar un mòdul de bateria complet. Els terminals solen estar integrats amb la coberta de la bateria i s'instal·len a l'estructura superior de la carcassa d'alumini de les cèl·lules de liti o la carcassa d'alumini de la bateria de les cèl·lules de liti. En la soldadura real, la soldadura de terminals és propensa a defectes com els porus, principalment a causa del petit diàmetre de la zona de soldadura i la tendència a que quedin impureses com l'oli d'estampació o els agents de neteja. Amb una irradiació làser d'alta-energia-densitat, aquestes impureses es vaporitzen ràpidament per formar bombolles, que s'escapen i creen buits de soldadura. Per tant, la neteja prèvia-a la soldadura i l'optimització de la corba de potència làser són especialment importants.

 

La soldadura de vàlvules a prova d'explosió-és un component important de l'estructura de seguretat de les bateries d'energia. Les vàlvules a prova d'explosió-normalment s'instal·len a la coberta de la bateria i la seva funció és trencar i alliberar pressió activament quan la pressió interna de la bateria augmenta de manera anormal, evitant així accidents d'explosió de la bateria. Les vàlvules a prova d'explosió-normalment es construeixen a partir de dues capes de làmines d'alumini-soldades per làser, amb la seva pressió de detonació normalment controlada entre 0,4 i 0,7 MPa. Aquesta estructura sovint s'integra a l'embalatge de les caixes de bateries d'alumini per a vehicles d'energia nova o els paquets de bateries amb carcassa d'alumini, per la qual cosa requereix un control extremadament estricte sobre el segellat de la soldadura i l'entrada de calor. L'energia de soldadura excessiva o insuficient pot provocar pressions d'activació inestables a la vàlvula a prova d'explosió{10}, afectant el rendiment general de seguretat de la bateria.

 

Durant la fabricació del mòdul de la bateria, la soldadura de l'adaptador és un procés crucial que connecta la cèl·lula de la bateria a la placa de coberta. L'adaptador no només necessita una bona conductivitat, sinó que també ha de suportar càrregues de corrent importants i tensions mecàniques. En dissenys pràctics, l'adaptador normalment es solda a una carcassa de bateria d'alumini embutida o una carcassa d'alumini de paquet, formant una connexió estable amb les pestanyes de la cèl·lula. Com que el coure té una baixa absorció del làser i una alta reflectivitat, es requereix una densitat d'energia més alta durant la soldadura de metalls diferents de coure-alumini per garantir la penetració de la soldadura i la força d'unió. Simultàniament, és necessari un control estricte de les esquitxades per evitar que les partícules entrin a la cèl·lula de la bateria i provoquin curtcircuits.

 

En els sistemes de bateria elèctrica, la qualitat de la soldadura dels mòduls de la bateria afecta directament la uniformitat actual i el rendiment de gestió tèrmica de tot el sistema. Un mòdul de bateria consta de múltiples cel·les connectades en sèrie i en paral·lel, i també requereix un sistema de gestió de bateries (BMS) per a la supervisió i protecció. En aquesta estructura complexa, la soldadura de peces de connexió normalment requereix equips làser d'alta potència-per aconseguir una soldadura estable de materials gruixuts de coure o alumini. Per exemple, en sistemes d'emmagatzematge d'energia a gran-escala o en paquets de vehicles d'energia nous, l'estructura de connexió sol instal·lar-se dins del marc estructural d'una carcassa d'alumini per a cèl·lules de fosfat de ferro de liti o una carcassa d'alumini per a una bateria d'ions de liti prismàtic per garantir la resistència estructural i la fiabilitat elèctrica del mòdul.

 

Tot i que la soldadura per làser té avantatges significatius en la fabricació de bateries d'energia, hi ha diversos reptes tècnics en la soldadura de materials d'aliatge d'alumini. En primer lloc, hi ha el problema de la porositat. A causa de l'alta solubilitat de l'hidrogen a la piscina d'aliatge d'alumini fos, els porus d'hidrogen es formen fàcilment durant la solidificació ràpida. A més, el col·lapse del forat durant la soldadura làser també pot crear defectes de porositat. En segon lloc, hi ha el problema de l'esquerdament en calent. Com que els aliatges d'alumini són aliatges eutèctics típics, les esquerdes de liqüefacció del límit del gra són propenses a produir-se durant el refredament de la soldadura, reduint així la resistència de la junta de soldadura. Aquests problemes són particularment freqüents en la soldadura de components estructurals crítics, com ara carcassas d'alumini per a cèl·lules de bateries d'ions de liti- o carcassas de bateries prismàtiques d'aliatge d'alumini.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Un altre defecte comú són les esquitxades de soldadura, també conegudes com a "esquitxades". Aquest fenomen sol ser causat per la contaminació superficial dels materials, una densitat d'energia làser excessivament alta o una estabilitat del raig làser insuficient. Quan hi ha porus o protuberàncies a la superfície del material a la zona de soldadura, el làser d'alta-energia pot provocar ràpidament una evaporació localitzada, donant lloc a esquitxades metàl·liques. Per als mòduls de bateries instal·lats en carcassa d'alumini de cel·les prismàtiques o estructures de carcassa d'alumini de bateria, les esquitxades que entren a la cèl·lula poden provocar una fallada d'aïllament o riscos de curtcircuit. Per tant, en la producció real, els problemes d'esquitxades s'han de reduir optimitzant els paràmetres del làser, millorant la neteja del material i controlant adequadament la mida del punt.

 

Els processos de soldadura també difereixen en diferents estructures de bateries. Per exemple, en el procés de soldadura de pestanyes de les bateries de bossa, es necessiten eines especials per pressionar les pestanyes amb força per garantir un espai de soldadura estable, aconseguint així una trajectòria de soldadura en forma de S-o en espiral. Per a les bateries cilíndriques, la soldadura es concentra principalment a l'àrea de connexió de l'elèctrode positiu perquè la carcassa de l'elèctrode negatiu és més prima i propensa a cremar-se-. Les bateries prismàtiques utilitzen principalment un mètode de soldadura d'encapsulació-i-tapa, normalment dividida en estructures-soldades superiors i-soldades laterals. Els mètodes-de soldadura lateral redueixen el risc que entrin esquitxades a la cel·la, però requereixen estàndards més alts de neteja del material i estabilitat de l'equip. Els mètodes-soldats superiors són més adequats per a la producció en massa, però requereixen tècniques de processament de closca més precises. Aquestes estructures de soldadura s'utilitzen habitualment en estructures de carcassa de bateries, com ara carcassas d'alumini per a bateries d'ions de liti-prismàtics o caixes de bateries d'alumini de vehicles d'energia nova.

 

En general, amb el desenvolupament de nous vehicles d'energia i indústries d'emmagatzematge d'energia, la fabricació de bateries d'energia està evolucionant cap a una major precisió, automatització i intel·ligència. La tecnologia de soldadura làser, amb els seus avantatges d'alta eficiència, baix impacte tèrmic i aplicabilitat a estructures complexes, s'ha convertit en un procés de fabricació clau en la producció de bateries d'energia. Des de l'embalatge de cèl·lules fins al muntatge de mòduls i la integració del sistema PACK, la tecnologia de soldadura làser recorre tot el procés de fabricació i forma un alt grau de sinergia amb components estructurals clau com ara cèl·lules de liti, carcassa d'alumini i paquets de bateries amb carcasses d'alumini.

 

 

En el procés de fabricació de bateries d'energia, les carcasses de bateries d'alta-qualitat no només necessiten excel·lents propietats del material, sinó que també s'han de poder adaptar als processos de soldadura de precisió. La nostra empresa s'especialitza en la investigació, el desenvolupament i la fabricació de components estructurals per a bateries d'energia nova, oferint una varietat de solucions de carcassa de bateries d'alta-precisió, com ara carcassa de bateries d'alumini d'embutició profunda, carcassa de cel·les prismàtiques i carcassa d'alumini per a cel·les de bateries d'ions de liti-. Aquests components estan fets d'aliatge d'alumini-d'alta resistència i es fabriquen mitjançant processos d'estampació de precisió i embutició profunda, que compleixen els estrictes requisits de les bateries d'energia en termes de segellat, resistència estructural i soldabilitat.

 

Els nostres productes s'utilitzen àmpliament en nous sistemes de bateries d'energia de vehicles d'energia, sistemes de bateries d'emmagatzematge d'energia i mòduls de bateries d'alt rendiment-, proporcionant als clients una carcassa d'alumini i una bateria fiables.Pack Carcassa d'aluminisolucions per ajudar a millorar la seguretat i l'eficiència de fabricació dels sistemes de bateries.