Hvorfor har lasersveising blitt et uunnværlig alternativ i kraftbatteriproduksjon?

I dagens raskt utviklende nye energibilindustri bestemmer sikkerheten, rekkevidden og konsistensen til strømbatterier direkte kjernekonkurranseevnen til hele kjøretøyet. Lasersveiseteknologi, med sine unike fordeler med mikron--nivå presisjonskontroll, høy-behandlingsevne og lav varmepåvirkning, har blitt en uunnværlig "gyllen prosess" i produksjon av kraftbatterier – fra skallforsegling til elektrodetilkobling, fra modulintegrasjon til sveising av sikkerhetskomponenter, den kjører hele batterisikkerheten gjennom hele batterisikkerhetsprosessen og sørger for stabil batterisikkerhet.

Lasersveising er ikke bare «høy-temperaturfusjon», men en avansert prosess som oppnår rask smelting og sterk sammenkobling av materialer gjennom presis fokusering av en laserstråle med høy-energi-tetthet. Dens fremtredende plass innen produksjon av kraftbatterier stammer fra tre kjernefordeler:

1. Nøyaktig tilpasning til ultra-materialkrav

Strømbatterihus og -deksler bruker for det meste 0,6-0,8 mm aluminiumslegeringsplater (som står for over 90 %), og tradisjonell buesveising fører lett til deformasjon, penetrering eller gjenværende spenning. Laserflekker kan komprimeres til mikronnivå, med konsentrert og kontrollerbar energi, noe som muliggjør forseglet sveising av ultra-tynne materialer uten å skade den indre strukturen. Sveisesømmen har et høyt dybde-til-breddeforhold og utmerket konsistens.

2. Overvinne utfordringene med å sveise svært reflekterende materialer

Batterielektroder og koblingsplater involverer ofte svært reflekterende materialer som kobber og aluminium (kobber har en laserreflektivitet på over 90 %, og aluminium når 92 %), noe som gjør effektiv sammensmelting vanskelig med vanlige sveiseteknikker. Lasersveising, gjennom bølgeformoptimalisering og vinkeljustering, kan oppnå pålitelig tilkobling av forskjellige metaller som kobber-aluminium og aluminium-nikkel, og kan til og med sveise galvanisert nikkel til kobber, perfekt tilpasset materialkravene til batteristrømbanen.

3. Automatisering og ikke-kontaktfordeler

Den kontaktfrie sveisemodusen kan fleksibelt håndtere den komplekse tre-strukturen til batterimoduler, noe som muliggjør kompleks banesveising som S-- og spiralformer. Automatiseringsutbyttet er forbedret med mer enn 30 % sammenlignet med tradisjonelle prosesser. Samtidig involverer sveiseprosessen ingen fysisk kontakt, og unngår mekanisk skade på presisjonskomponenter og oppfyller kravene til stor-masseproduksjon.

Kjerneprinsippet for lasersveising er å tilpasse seg ulike sveisekrav ved å kontrollere parametere som laserenergi, fokusposisjon og sveisehastighet. Basert på prosessegenskaper er den hovedsakelig delt inn i følgende kategorier:

1. Ved energioverføringsmetode: Varmeledningssveising vs. dyp penetrasjonssveising

• Varmeledningssveising: Laserenergi virker kun på materialoverflaten, og får overflatelaget til å smelte og størkne gjennom varmeledning. Den er egnet for sveising av tynne materialer (vanligvis<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• Dyp penetreringssveising: Høy-laserfokusering danner øyeblikkelig et «nøkkelhull» som lar varmen trenge raskt inn i materialet. Den tilbyr høy sveisehastighet og en liten- varmepåvirket sone, noe som muliggjør samtidig sveising av flere lag med materiale. Det er det vanlige valget for applikasjoner som forsegling av strømbatterihus og modultilkobling. Kjerneforskjellen mellom de to ligger i lasereffekttettheten – når effekttettheten når en kritisk verdi, endres sveisemodusen fra varmeledningssveising til dyppenetrasjonssveising. Den spesifikke kritiske verdien må justeres i henhold til materialtypen.

2. Ved sveiseform: Penetrasjonssveising vs Sømsveising

• Penetreringssveising: Koblingsstykket krever ikke stansing, noe som gjør behandlingen enkel, men den krever en laser med høy-effekt, noe som resulterer i lavere penetrasjonsdybde og relativt svakere pålitelighet.

• Sømsveising: Forbindelsesstykket krever et forhånds-reservert gap. Laserenergi oppnår fusjon gjennom gapet, og krever kun utstyr med lav-effekt, noe som resulterer i høyere penetrasjonsdybde og sterkere pålitelighet, men prosesseringsteknologien er mer kompleks.

3. Ved laserutgangsmodus: Pulserende sveising vs. Kontinuerlig sveising

• Pulserende sveising: Laseren sender ut energi i pulser, konsentrerer energien øyeblikkelig, noe som gjør den egnet for sveising av materialer som er utsatt for porøsitet og sprekker, slik som aluminiumslegeringer. Ved å velge bølgeformer som toppbølger og doble-toppbølger, kan defekter reduseres – for eksempel kan den gradvise nedgangen i den doble-toppbølgen forlenge kjøletiden til det smeltede bassenget, og effektivt undertrykke genereringen av porer;

• Kontinuerlig sveising: Laseren avgir kontinuerlig energi, noe som resulterer i en stabil oppvarmingsprosess, en jevn sveiseoverflate uten sprut, og ingen sprekker eller fordypninger. Den er spesielt egnet for sveising av aluminiumslegeringer. Imidlertid krever det ekstremt høy presisjon ved montering av arbeidsstykket (liten punktstørrelse, avvik må være<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

Sveisekravene for ulike komponenter i strømbatterier varierer sterkt, og lasersveiseprosesser må tilpasses i henhold til de spesifikke bruksscenarioene:

1. Eksplosjonssikker -ventilsveising

Den -eksplosjonssikre ventilen er trykkavlastningskanalen når batteriet overopphetes. Det krever en forseglet sveis på en 8 mm diameter aluminiumsplate for å tåle et sprengtrykk på 0,4-0,7 MPa. Bruk av kontinuerlig lasersveising i stedet for pulssveising forbedrer sveisetetningens integritet med 50 %, eliminerer risikoen for elektrolyttlekkasje fullstendig og gir den første forsvarslinjen for batterisikkerhet.

2. Forsegling av hus og dekkplate

Som "ytre skallbeskyttelse" av batteriet, påvirker sveisingen av huset og dekkplaten direkte lufttettheten. Det er to hovedprosesser:
• Sidesveising: Det er mindre sannsynlig at sveisesprut kommer inn på innsiden av battericellen, men det krever ekstremt høy materialrenslighet og laserstabilitet;
• Toppsveising: Høy masseproduksjonseffektivitet og enkel utstyrsintegrasjon, men krever streng kontroll av sprutforurensning.

3. Terminalsveising

De positive (aluminium) og negative (kobber) terminalene må tåle en strekkstyrke på større enn eller lik 500 MPa og må ikke ha "blåsehull"-defekter. Fordi den terminale overflaten (omtrent 6 mm i diameter) er utsatt for gjenværende olje og urenheter, krever faktisk produksjon "pre-sveis plasmarensing + effektgradientkontroll" for å sikre defekte-frie sveiser og stabil strømledning.

4. Koblingssveising

Koblinger er ansvarlige for å koble battericeller i serie/parallell og involverer ofte sveising av forskjellige materialer som kobber og aluminium, som lett kan generere sprø intermetalliske forbindelser, noe som fører til redusert ledningsevne. Gjennom en laser-ultralyd komposittprosess kan dannelsen av disse forbindelsene undertrykkes, noe som forbedrer den mekaniske styrken og ledningsevnen til den sveisede skjøten.

5. 4680 Sveising med stort sylindrisk batteri med full tappe

Den fulle flikstrukturen til det 4680 store sylindriske batteriet øker sveiseområdet med 5 ganger, men flikfolding kan lett føre til feiljustering og kortslutning. Ved å bruke bjelkeformingsteknologi (som ringformede strålepunkter), kan multi-samtidig sveising oppnås, noe som reduserer varmetilførselen med 40 %, og sikrer tilkoblingssikkerhet samtidig som man unngår skade på den interne strukturen til batteriet.

6. PAK Modulsveising

Når tykkelsen på kobber/aluminium-forbindelsestapper når 2 mm, kreves fiberlasere med høy-effekt på 6 kW eller mer for penetrasjonssveising. Investeringen i sveiseutstyr for en enkelt GWh produksjonskapasitet er ca. 10-30 millioner RMB, som er en av kjerneutstyrsinvesteringene i modulintegrasjonsfasen, som direkte påvirker tilkoblingsstabiliteten og varmeavledningseffektiviteten til modulen.

ACEY-LWM galvanometer-basert portalfiber laser sveisemaskinintegrerer en-fiberlaserkilde med høy ytelse med vår proprietære design, og gir eksepsjonell stivhet og driftsstabilitet. Dens presisjons-styrte skinnemekanisme, drevet av responsive servomotorer, sikrer nøyaktig høy-ytelse. Dette utstyret er spesielt utviklet for prismatiske og myke-litiumbatterimoduler.

Ettersom strømbatterier utvikler seg mot høyere energitetthet og lengre levetid, gjentar også lasersveiseteknologien kontinuerlig:

1. Intelligent overvåking og lukket-sløyfekontroll

I fremtiden vil «sanntidsvisualisering av sveiseprosessen»-systemer bli utbredt. Gjennom-høyhastighetskameraer, spektralanalyse og andre teknologier vil defekter som porer, ufullstendig fusjon og sprekker bli oppdaget online, og sveiseparametere vil automatisk justeres for å oppnå en fullstendig lukket-sløyfeprosess med "deteksjons---feedback --optimalisering," som ytterligere forbedrer utbytte og konsistens.

2. Tilpasning til solid-batterisveising

Elektrolytten til faste sulfid-batterier er varme-følsom, og de termiske effektene av tradisjonell lasersveising kan føre til forringelse av ytelsen. Ultrakort puls pikosekundelasere (varme-påvirket sone < 10μm) har blitt et forskningsfokus, som muliggjør presise tilkoblinger samtidig som beskyttelsen av elektrolyttstabilitet maksimeres.

3. Multi-prosessintegrasjon og innovasjon

Sammensatte sveiseprosesser som laser-ultralyd og laser-buesveising vil bli ytterligere fremmet. Disse prosessene utnytter presisjonsfordelene ved lasersveising mens de bruker andre prosesser for å kompensere for manglene ved en enkelt teknologi, og tilpasser seg sveisebehovene til mer forskjellige materialer og komplekse strukturer.

Lasersveising av strømbatterier kan virke som en "lokal prosess", men det påvirker faktisk batterisikkerheten, rekkevidden og kostnaden – en presis sveis kan redusere risikoen for elektrolyttlekkasje; effektiv sveising kan forbedre masseproduksjonseffektiviteten; og en innovativ løsning kan tilpasse seg batteristrukturer med høyere energitetthet. I dagens stadig mer konkurransedyktige kjøretøyindustri med nye energier, bestemmer forskjeller i prosessdetaljer ofte et produkts kjernekonkurranseevne. Den kontinuerlige gjentakelsen av lasersveiseteknologi representerer ikke bare en forbedring i produksjonsnivåer for kraftbatterier, men gjenspeiler også den nye energiindustriens streben etter utvikling av høy-kvalitet.

I fremtiden, med kontinuerlige gjennombrudd innen intelligente, lokaliserte og komposittteknologier, vil lasersveising fortsette å styrke batteriindustrien, og gi sterkere teknologisk støtte for den sikre og langdistanse kjøreopplevelsen til nye energikjøretøyer.