Trenutni status i perspektive razvoja tehnologije laserskog zavarivanja energetskih baterija

U pozadini brzog razvoja industrije novih energetskih vozila, akumulatori, kao osnovna energetska jedinica cjelokupnog sistema vozila, direktno određuju ukupni nivo performansi vozila kroz svoju sigurnost, pouzdanost i konzistentnost. Od pojedinačnih ćelija do modula, a zatim do cjelokupnog paketa baterija, kvalitet zavarivanja je jedan od ključnih faktora koji utječu na vijek trajanja baterije, sigurnosne performanse i prinos u velikoj-proizvodnji. Među različitim metodama zavarivanja, lasersko zavarivanje je, zbog svoje velike gustoće energije, visoke preciznosti i visokih mogućnosti automatizacije, postalo nezamjenjiv ključni proces u proizvodnji energetskih baterija.

 

 

Kako bi se zadovoljile razvojne potrebe za laganim i visokim{0}}energetskim gustinama u vozilima nove energije, materijali od legure aluminijuma se obično koriste za strukturne komponente energetskih baterija. Komponente kao što su kućišta ćelija, poklopci i sabirnice obično koriste aluminijumske legure serije 1- ili 3, koje posjeduju dobru provodljivost, otpornost na koroziju i mogućnost oblikovanja. U nekim područjima koja zahtijevaju visoku provodljivost koriste se kompozitni materijali od bakra ili aluminija i bakra.

 

Međutim, same aluminijumske legure imaju visoku hemijsku reaktivnost, visoku toplotnu provodljivost i visok koeficijent linearnog širenja, a njihova površina lako formira gust oksidni film, što ih čini veoma podložnim defektima kao što su poroznost, prskanje, pucanje i vruće pukotine tokom zavarivanja. Nadalje, u spajanju aluminijuma-bakara različitog materijala, mogu se formirati krhke intermetalne spojeve, smanjujući čvrstoću spoja. Ova svojstva materijala postavljaju izuzetno visoke zahtjeve za kontrolu energije, stabilnost formiranja i konzistentnost procesa zavarivanja.

 

 

Proizvodnja energetskih baterija obično uključuje tri glavne faze: ćelija, modul i pakovanje. Eksterno kućište baterije prvenstveno pruža strukturnu podršku i zaštitu, obično koristeći deblje profile od aluminijske legure, a njegovo zavarivanje se uglavnom vrši elektrolučnim zavarivanjem ili zavarivanjem trenjem.

 

Nasuprot tome, unutrašnje komponente ćelija i modula su male veličine, imaju preciznu strukturu i zahtijevaju mali razmak zavara, što otežava tradicionalnim metodama zavarivanja da uravnoteže kvalitet zavarivanja i brzinu proizvodnje. Lasersko zavarivanje, sa svojom velikom gustinom snage, dobrom dostupnošću i karakteristikama bez{1}}beskontaktne obrade, postalo je preferirani proces za kućišta baterija, poklopce, ventile otporne na eksploziju{2}}, sabirnice i druge komponente. Široko se koristi u prizmatičnim strukturama baterija sa -aluminijskim kućištem, kao što su poklopci baterija za napajanje, poklopci litijum-jonskih baterija i aluminijumska kućišta litijumskih baterija.

 

 

Kućišta i poklopci baterija prvenstveno se koriste za zaptivanje elektrolita i obezbjeđivanje stabilne strukturalne potpore za unutrašnje elektrode. Kvalitet zavarivanja direktno određuje performanse zaptivanja baterije i otpornost na pritisak. Uobičajeni materijali uključuju leguru aluminijuma Al3003, čija se debljina obično kreće od 0,3 do 0,5 mm. Ovo područje često koristi kompozitno lasersko ili prstenasto lasersko zavarivanje.

 

U stvarnoj proizvodnji, ovi zavari su skloni defektima kao što su nepotpuno prodiranje, poroznost, kolaps i prskanje. Racionalnom kontrolom unosa toplote, brzine zavarivanja i distribucije energije lasera, dubina penetracije se može efikasno stabilizovati, a zahtevi za otpornost na pritisak ispunjeni. Sa tehnološkim napretkom, modulacija impulsnog valnog oblika i kontinuirano lasersko zavarivanje velikom brzinom-postupno su postali glavna rješenja, značajno poboljšavajući efikasnost proizvodnje uz povećanje uniformnosti zavara.

 

Da bi se dodatno poboljšao unutrašnji kvalitet zavara, u zavarivanje kućišta baterije uvedeno je skeniranje galvanometarskog zavarivanja i laserska oscilacija. Dinamičko miješanje rastopljenog bazena ubrzava izlazak mjehurića i rafinira strukturu zrna, čime se poboljšavaju mehanička svojstva i pouzdanost zaptivanja zavarenog spoja. Ovi procesi se široko koriste u proizvodnji strukturnih komponenti kao što su aluminijumske školjke prizmatičnih ćelija i aluminijumski poklopci baterija.

 

 

Protiveksplozijski{0}}ventili su kritične komponente sigurnosnih sistema za baterije. Kada se unutrašnji pritisak baterije nenormalno poveća, kontrolisano pucanje oslobađa gas, sprečavajući toplotni odlazak i eksploziju. Protiveksplozijski{3}}ventili su obično napravljeni od čistog aluminijumskog lima, debljine samo 0,08–0,1 mm, i izuzetno su osjetljivi na unos topline zavarivanja.

 

Tokom laserskog zavarivanja, previsoka gustina snage može lako dovesti do pregrijavanja i perforacije ventila otpornog na eksploziju{0}}, dok nasilno istjecanje plina iz rastopljenog bazena može uzrokovati defekte pora. Optimizacijom dizajna laserskog talasa, uvođenjem kratkotrajne-vrhne vrijednosti u početnoj fazi zavarivanja kako bi se poboljšala apsorpcija materijala, i postepenim smanjenjem izlazne energije u narednim fazama, izgaranje-može se efikasno izbjeći uz osiguravanje integriteta zavara.

 

Nadalje, pojačavanje čišćenja prije-zavarivanja kako bi se smanjilo preostalo ulje i vlagu, i kontrola praznina u montaži razumnim redoslijedom zavarivanja, važna su sredstva za smanjenje oštećenja poroznosti. Ove mjere optimizacije procesa uspješno su primijenjene u strukturama kao što je gornji poklopac litijumske baterije i gornji poklopac za prizmatične baterije.

 

 

Uz brzu ekspanziju tržišta novih energetskih vozila i skladišta energije, potražnja za visoko-konzistentnim i visoko-pouzdanim procesima zavarivanja za električne baterije nastavlja da raste. Budući smjer razvoja tehnologije laserskog zavarivanja uglavnom se fokusira na sljedeće aspekte:

 

Prvo, primjena laserskih izvora veće gustine snage i preciznije kontrole energije kako bi se zadovoljile potrebe za zavarivanjem tanjih i složenijih struktura; drugo, nadgledanje na mreži i kontrola-zatvorene petlje procesa zavarivanja radi poboljšanja stabilnosti zavarivanja putem-detekcije stanja rastopljenog bazena u realnom vremenu; i treće, optimizacija procesa za spajanje različitih materijala kao što su aluminijum i bakar kako bi se zadovoljile potrebe razvoja novih struktura baterija i komponenti kompozitnih materijala kao što su bakarne i aluminijumske bimetalne bipolarne ploče.

 

U međuvremenu, s kontinuiranim širokim usvajanjem prizmatičnih struktura baterija u novim energetskim vozilima, standardizacija i široka{0}}primjena procesa laserskog zavarivanja za komponente kao što su prizmatična kućišta baterija od aluminijske legure, aluminijumska kućišta baterija i punjive aluminijske školjke postat će važan smjer za tehnološku evoluciju u industriji.

 

 

Tehnologija laserskog zavarivanja duboko je integrirana u cijeli proces proizvodnje energetskih baterija, pružajući ključnu podršku za postizanje visoke sigurnosti, visoke konzistentnosti i visoke efikasnosti proizvodnje. Uz kontinuiranu evoluciju sistema materijala, konstrukcijskog dizajna i tempa proizvodnje, lasersko zavarivanje će nastaviti da igra ključnu ulogu u poljubaterije u aluminijumskom{0}}kućištute će pokazati šire izglede primjene u budućoj novoj energetskoj industriji.