Lasersvetsning: höga processbarriärer, ny batteriteknologi som stora cylindrar som drar svetsvolymer uppåt
Laserteknologi används vid skärning, rengöring, svetsning och kodning av litiumbatterier på grund av dess höga effektivitet, flexibilitet, tillförlitlighet och stabilitet, låga förlust av svetsmaterial, höga automatisering och säkerhet. Drivet av det starka stödet från nationell politik och den påskyndade marknadsföringen och tillämpningen av nya energifordon har efterfrågan på batterier för bilar i Kina ökat avsevärt. I de tre kärnkomponenterna i nya energifordon batteri, motor, elektrisk styrning, stod kärnkomponenten makt litiumbatteri i kostnaden för fordonet för en hög andel, men också direkt bestämma räckvidden för fordonet. Tillverkningen av litiumbatterier består av en rad processer, som är uppdelade i tre huvuddelar: tillverkning av elektroder, tillverkning av celler och montering av batterier. Kvaliteten på litiumbatteriet bestämmer direkt prestandan hos det nya energifordonet och kräver därför högsta precision i dess tillverkningsprocess. Laserteknologi, som ett avancerat "lätt" tillverkningsverktyg, används i skärnings-, rengörings-, svets- och kodningsprocesser av litiumbatterikomponenter, på grund av dess höga effektivitet och precision, flexibilitet, tillförlitlighet och stabilitet, låga förluster av svetsmaterial, automatisering och säkerhet.
2. Lasersvetsning: höga processbarriärer, ny batteriteknologi som stora cylindrar som drar svetsvolymerna uppåt
2.1 Princip: För att garantera batteriets säkerhet beror svetskvaliteten på laserenergistyrningen och processparametrarna.
Lasersvetsning har många fördelar som djupsmältning, hög hastighet och låg distorsion, vilket avsevärt kan förbättra säkerheten för kraftbatterier. Som en modern svetsteknik har lasersvetsning fördelarna med djupsmältning, hög hastighet, låg deformation, låga krav på svetsmiljön, hög effekttäthet, påverkas inte av magnetfält, inte begränsat till ledande material, kräver inte vakuumarbetsförhållanden och producerar inte röntgenstrålar under svetsprocessen, etc. Det används i stor utsträckning inom området för avancerad precisionstillverkning, särskilt inom industrin för nya energifordon och kraftbatterier. Kraftbatterisvetsdelar är många, svåra och kräver hög precision. Tillverkare av kraftbatterier har också höga krav på automatisering, säkerhet, precision och bearbetningseffektivitet hos batteriproduktionsutrustning. De unika fördelarna med lasersvetsteknik kan avsevärt förbättra batteriernas säkerhet, tillförlitlighet och konsistens, minska kostnaderna och förlänga livslängden, vilket gör det till det optimala valet för tillverkare av kraftbatterier.
De viktigaste kärnelementen som bestämmer kvaliteten på lasersvetsning är laserenergikontrollen och svetsprocesstekniken. Laserenergikontroll: ①Eftersom materialet som ska svetsas har olika absorptionshastigheter för olika våglängder av laserljus (som kan variera från 5 procent till 50 procent), kan valet av laserkälla göra stor skillnad. För att leverera en enhetlig och stabil svetslaserstråle till den svetsade delen måste laserns uteffekt vara konsekvent eller exakt kontrollerad. För låg effekt leder till otillräcklig svetssmälta och påverkar svetskvaliteten, för hög effekt eller fluktuationer upp och ner leder till stänk, porositet och andra oönskade effekter. Därför blir kontrollen av laserkällan en av de mest kritiska teknikerna för lasersvetsning.
② Lasersvetseffekten är komplex, relaterad till dussintals faktorer som laservåglängd, effekttäthet, svetstid, svetshuvudvinkel, brännvidd, laserabsorptionshastighet och renhet hos svetsen, svetsens tjocklek och värmeledningsförmåga, typ och flöde av skyddsgas. Därför är lasersvetsteknik också en av nyckelfaktorerna som påverkar svetskvaliteten, vilket kräver att tekniker för lasersvetsprocesser kontinuerligt utforskar sammanfattningen, bara en lång period av experimentell ackumulering kan få bra svetsresultat.
Enligt arbetsprincipen kan svetsning delas in i fem typer, beroende på applikationens krav väljs olika svetsmetoder för att uppnå bästa resultat. Beroende på funktionsprincipen kan lasersvetsning delas in i fem kategorier: värmeledningssvetsning, djupsvetssvetsning, kompositsvetsning, laserlödning och laserledningssvetsning. Beroende på kund och bearbetningsapplikation väljs lämplig svetsmetod för att uppnå bästa möjliga svetsresultat.
2.2 Applikationsstatus: kärntillverkning, PACK-svetsning värd cirka 10-30 miljoner/GWh
Lasersvetsning används vid produktion av kraftceller i celltillverkningsprocessen och i batteri PACK-processen. Vid produktion av kraftceller inkluderar de huvudsakliga segmenten som använder lasersvetsning: ① Mitt i processen: svetsning av klackar (inklusive försvetsning), punktsvetsning av polremsor, försvetsning av kärnor i skalet, tätningssvetsning av toppen lock på det yttre skalet, tätande svetsning av vätskeinsprutningsporten etc. ②Efterprocess: inklusive svetsning av anslutningsstycket i batteri PACK-modulen och svetsning av den explosionssäkra ventilen på locket bakom modulen, etc. Försvetsvärdets volym är cirka 10-30 miljoner Yuan/GWh. Lasersvetsutrustning i kraftbatteritillverkare att investera i cirka 5-15 procent, enligt kraftbatteriet enda GWh utrustningsinvestering på cirka 200 miljoner yuan, den nuvarande kraftbatteriet lasersvetsutrustning enda GWh investering i 10 miljoner yuan till 30 miljoner yuan.
2.3 Efterfrågan: Halvledarfabriker utökar investeringarna mitt i global "kärnbrist", utrustningsboomen fortsätter uppåt
4680 Stora cylindrar har högre krav på laserprocesser och svetsvolymerna förväntas öka jämfört med fyrkantiga celler och små cylindrar. 4680-cellen kräver en mer krävande laserprocess och den okontrollerade formen på klackarna är en svår process. 4680-batteriet använder en hel klackprocess, som bryter formen på det traditionella batteriet med en positiv och en negativ klack, som är benägen för kortslutning, och är tillverkad med två slutna sektioner, vilket är ett stort hinder för elektrolytpenetrering, och flera klackar är svåra att vika snyggt och kräver en högre laserprocess. 4680 Lasersvetsning av stora cylindriska celler har ökat vad gäller svetsprocess och erforderlig svetsutrustning jämfört med fyrkantiga celler respektive små cylindriska celler. Jämfört med kvadratiska celler ökas lasersvetsningsprocessen för hela fliken på en stor cylinder från 5 till 7 passager. När det gäller små cylindriska celler har den enda GWh-linjen 5 extra svetsmaskiner jämfört med 18650 och 21700 cellinjer. I kombination med ovanstående tror vi att efterfrågan på lasersvetsning av 4680 stora cylindrar förväntas växa jämfört med fyrkantiga celler och små cylindrar.
Annan svetslänkteknik: för att lösa problemet med olik metallsvetsning, såsom batteripaket i samlingsskenans svetsning förväntas ersättas av lasersvetsning, bedömer vi att när lasersvetsprocessen fortsätter att röra sig uppåt, förväntas lasersvetspenetration att flytta upp. Ett exempel är Al/Cu heterogena metalllödning av samlingsskenor i back-endmoduler/PACKs med kvadratiska celler. ①Den låga ljusabsorptionen av Al och Cu och tendensen att producera mycket spröda metallföreningar är Al/Cu-svårigheter: lasersvetsning av Al/Cu olika metaller har flera utmanande begränsningar på grund av de mycket olika materialfysikaliska egenskaperna hos Al och Cu. En av de största utmaningarna är den låga absorptionen av Al vid laservåglängden 1um och ännu lägre absorption av Cu; en annan är de metallurgiska egenskaperna hos Al-Cu-legeringen, dvs den mycket spröda metallföreningen kan leda till sprickbildning. Intermetalliska faser med en Cu-halt på 50-80 procent kan bildas.
Samlingssvetsning är fortfarande inte en lösning på problemet med spröda föreningar, men lasersvetsning är den troliga riktningen. På grund av den lätta bildningen av spröda föreningar mellan koppar och aluminium efter lasersvetsning, som inte kan uppfylla kraven för användning, vanligtvis med ultraljudssvetsning utanför, används koppar och koppar, aluminium och aluminium i allmänhet för lasersvetsning. Samtidigt kräver den höga värmeöverföringshastigheten för både koppar och aluminium, laserns höga reflektionsförmåga och den relativt stora tjockleken på sammanfogningsstycket en laser med hög effekt för att uppnå svetsen. Genom nio olika parametrar och metoder för justeringsexperiment, varav sju har olika vinster, tror vi att problemen med Al/Cu lasersvetsning av samlingsskenor förväntas lösas med laserprocessens kontinuerliga framsteg i framtiden, och lasersvetsning är den mest troliga riktningen.
