Nuværende status og udviklingsmuligheder for lasersvejseteknologi til strømbatterier

På baggrund af den hurtige udvikling af den nye energikøretøjsindustri bestemmer strømbatterier, som kerneenergienheden i hele køretøjssystemet, direkte køretøjets overordnede præstationsniveau gennem deres sikkerhed, pålidelighed og konsistens. Fra individuelle celler til moduler og derefter til hele batteripakken er svejsekvalitet en af ​​nøglefaktorerne, der påvirker batteriets levetid, sikkerhedsydelse og udbytte i stor-produktion. Blandt forskellige svejsemetoder er lasersvejsning på grund af dens høje energitæthed, høje præcision og høje automatiseringsevne blevet en uundværlig nøgleproces i fremstilling af strømbatterier.

 

 

For at imødekomme udviklingsbehovene for letvægt og høj-energitæthed i nye energikøretøjer bruges aluminiumslegeringsmaterialer almindeligvis til batterikonstruktionskomponenter. Komponenter såsom cellehuse, dæksler og samleskinner bruger typisk 1-serie eller 3-serie aluminiumlegeringer, som har god ledningsevne, korrosionsbestandighed og formbarhed. I nogle områder, der kræver høj ledningsevne, anvendes kobber eller aluminium-kobber kompositmaterialer.

 

Imidlertid har aluminiumslegeringer selv høj kemisk reaktivitet, høj varmeledningsevne og høj lineær ekspansionskoefficient, og deres overflade danner let en tæt oxidfilm, hvilket gør dem meget modtagelige for defekter som porøsitet, sprøjt, sprængninger og varme revner under svejsning. Ydermere kan der dannes sprøde intermetalliske forbindelser i forbindelse med aluminium-kobber af forskelligartede materialer, hvilket reducerer samlingsstyrken. Disse materialeegenskaber stiller ekstremt høje krav til energistyring, formstabilitet og konsistens i svejseprocessen.

 

 

Fremstilling af strømbatterier involverer typisk tre hovedfaser: celle, modul og pakke. Batteripakkens ydre kabinet giver primært strukturel støtte og beskyttelse, normalt ved hjælp af tykkere aluminiumslegeringsprofiler, og dens svejsning udføres hovedsageligt ved hjælp af buesvejsning eller friktionsrørsvejsning.

 

I modsætning hertil er de interne komponenter i celler og moduler små i størrelse, har præcise strukturer og kræver snæver svejseafstand, hvilket gør det vanskeligt for traditionelle svejsemetoder at balancere svejsekvalitet og produktionshastighed. Lasersvejsning er med sin høje effekttæthed, gode tilgængelighed og berøringsfrie behandlingskarakteristika blevet den foretrukne proces for battericellehuse, dæksler, eksplosionssikre-ventiler, samleskinner og andre komponenter. Det er meget udbredt i aluminium-beklædte prismatiske batteristrukturer, såsom batteridækplader, lithium-ion batteridækplader og lithiumbatterier i aluminium.

 

 

Batterihuse og dæksler bruges primært til at forsegle elektrolytten og give stabil strukturel støtte til de indvendige elektroder. Svejsekvaliteten bestemmer direkte batteriets tætningsevne og trykmodstand. Almindelige materialer omfatter Al3003 aluminiumslegering, med en tykkelse typisk fra 0,3 til 0,5 mm. Dette område anvender ofte sammensatte laser- eller ringlasersvejseprocesser.

 

I den faktiske produktion er disse svejsninger tilbøjelige til defekter såsom ufuldstændig penetration, porøsitet, kollaps og sprøjt. Ved rationelt at styre varmetilførslen, svejsehastigheden og laserenergifordelingen kan indtrængningsdybden effektivt stabiliseres, og kravene til trykmodstand opfyldes. Med teknologiske fremskridt er pulsbølgeformmodulation og kontinuerlig høj-lasersvejsning efterhånden blevet mainstream-løsninger, hvilket væsentligt forbedrer produktionseffektiviteten og øger svejseens ensartethed.

 

For yderligere at forbedre den interne kvalitet af svejsningen er galvanometer-scanningssvejsning og laseroscillationsteknologi blevet introduceret i batterihussvejsning. Dynamisk omrøring af den smeltede pool fremskynder bobleudslip og forfiner kornstrukturen, hvorved svejsesamlingens mekaniske egenskaber og tætningspålidelighed forbedres. Disse processer er meget udbredt til fremstilling af strukturelle komponenter såsom prismatiske celle aluminiumsskaller og aluminium batteridæksler.

 

 

Eksplosionssikre-ventiler er kritiske komponenter i batterisikkerhedssystemer. Når batteriets indre tryk stiger unormalt, frigiver kontrolleret brud gas, hvilket forhindrer termisk løb og eksplosion. Eksplosionssikre -ventiler er typisk lavet af rene aluminiumsplader, kun 0,08-0,1 mm tykke, og er ekstremt følsomme over for svejsevarme.

 

Under lasersvejsning kan for høj effekttæthed let føre til overophedning og perforering af den eksplosionssikre ventil, mens voldsom gasudslip fra den smeltede pool kan forårsage poredefekter. Ved at optimere laserbølgeformdesignet, indføre en kortvarig-varigheds spidsværdi i det indledende trin af svejsningen for at forbedre materialeabsorptionen og gradvist reducere energioutputtet i efterfølgende trin, kan gennembrænding effektivt undgås, samtidig med at svejseintegriteten sikres.

 

Ydermere er styrkelse af før-svejsning for at reducere resterende olie og fugt og kontrol af samlingshuller gennem en rimelig svejsesekvens vigtige midler til at reducere porøsitetsfejl. Disse procesoptimeringsforanstaltninger er blevet anvendt med succes i strukturer såsom lithiumbatteriets tophætte og toplåget til prismatiske battericeller.

 

 

Med den hurtige ekspansion af markederne for nye energikøretøjer og energilagring stiger efterspørgslen efter høj-konsistens og høj-pålidelighed til strømbatterier. Den fremtidige udviklingsretning for lasersvejseteknologi fokuserer hovedsageligt på følgende aspekter:

 

For det første anvendelsen af ​​laserkilder med højere effekttæthed og mere præcis energistyring for at imødekomme svejsebehovene for tyndere og mere komplekse strukturer; for det andet online overvågning og lukket-sløjfekontrol af svejseprocessen for at forbedre svejsestabiliteten ved at-realtidsdetektere den smeltede pools tilstand; og for det tredje procesoptimering til sammenføjning af uens materialer såsom aluminium og kobber for at imødekomme udviklingsbehovene for nye batteristrukturer og kompositmaterialekomponenter såsom kobber og aluminium bimetal bipolære plader.

 

I mellemtiden, med den fortsatte udbredte anvendelse af prismatiske batteristrukturer i nye energikøretøjer, vil standardisering og stor-anvendelse af lasersvejseprocesser til komponenter såsom prismatiske batterikasser i aluminiumlegering, batterihuse i aluminium og genopladelige aluminiumsskaller blive en vigtig retning for den teknologiske udvikling i industrien.

 

 

Lasersvejseteknologi er blevet dybt integreret i hele processen med batteriproduktion, hvilket giver afgørende støtte for at opnå høj sikkerhed, høj konsistens og højeffektiv produktion. Med den kontinuerlige udvikling af materialesystemer, strukturelt design og produktionstempo vil lasersvejsning fortsat spille en central rolle inden forstrømbatterier i-aluminiumog vil demonstrere bredere anvendelsesmuligheder i fremtidens nye energiindustri.