Trenutno stanje i perspektive razvoja tehnologije laserskog zavarivanja za baterije

U kontekstu brzog razvoja industrije novih energetskih vozila, baterije za napajanje, kao temeljna energetska jedinica cjelokupnog sustava vozila, izravno određuju ukupnu razinu performansi vozila svojom sigurnošću, pouzdanošću i dosljednošću. Od pojedinačnih ćelija do modula i zatim do cijelog paketa baterija, kvaliteta zavarivanja jedan je od ključnih čimbenika koji utječu na životni vijek baterije, sigurnosne performanse i učinak u -velikoj proizvodnji. Među raznim metodama zavarivanja, lasersko zavarivanje, zbog svoje visoke gustoće energije, visoke preciznosti i visokih mogućnosti automatizacije, postalo je nezamjenjiv ključni proces u proizvodnji baterija.

 

 

Kako bi se zadovoljile razvojne potrebe za laganom i visoko{0}}energetskom gustoćom u novim energetskim vozilima, materijali od aluminijskih legura obično se koriste za strukturne komponente akumulatora. Komponente kao što su kućišta ćelija, poklopci i sabirnice obično koriste aluminijske legure serije 1- ili serije 3, koje imaju dobru vodljivost, otpornost na koroziju i mogućnost oblikovanja. U nekim područjima koja zahtijevaju visoku vodljivost koriste se bakar ili kompozitni materijali aluminij-bakar.

 

Međutim, same aluminijske legure imaju visoku kemijsku reaktivnost, visoku toplinsku vodljivost i visok koeficijent linearnog širenja, a njihova površina lako stvara gusti oksidni film, što ih čini vrlo osjetljivima na nedostatke kao što su poroznost, prskanje, pucanje i vruće pukotine tijekom zavarivanja. Nadalje, kod spajanja različitih materijala aluminij-bakar mogu nastati krti intermetalni spojevi, smanjujući čvrstoću spoja. Ova svojstva materijala postavljaju izuzetno visoke zahtjeve za kontrolu energije, stabilnost oblikovanja i dosljednost procesa zavarivanja.

 

 

Proizvodnja energetskih baterija obično uključuje tri glavne faze: ćeliju, modul i paket. Vanjsko kućište baterije primarno pruža strukturnu potporu i zaštitu, obično koristeći deblje profile od aluminijske legure, a njegovo zavarivanje se uglavnom izvodi pomoću elektrolučnog zavarivanja ili zavarivanja trenjem s miješanjem.

 

Nasuprot tome, unutarnje komponente ćelija i modula male su veličine, imaju preciznu strukturu i zahtijevaju mali razmak između zavarivanja, što otežava tradicionalnim metodama zavarivanja uravnotežiti kvalitetu zavarivanja i brzinu proizvodnje. Lasersko zavarivanje, sa svojom velikom gustoćom snage, dobrom pristupačnošću i karakteristikama be-kontaktne obrade, postalo je preferirani postupak za kućišta baterijskih ćelija, poklopce, ventile-otporne na eksploziju, sabirnice i druge komponente. Široko se koristi u prizmatičnim baterijskim strukturama s aluminijskim-kućištima, kao što su pokrovne ploče za baterije, pokrovne ploče za litij-ionske baterije i aluminijska kućišta za litijeve baterije.

 

 

Kućišta i poklopci baterija prvenstveno se koriste za brtvljenje elektrolita i osiguravaju stabilnu strukturnu potporu za unutarnje elektrode. Kvaliteta zavarivanja izravno određuje učinkovitost brtvljenja baterije i otpornost na pritisak. Uobičajeni materijali uključuju aluminijsku leguru Al3003, čija se debljina obično kreće od 0,3 do 0,5 mm. Ovo područje često koristi postupke zavarivanja kompozitnim laserom ili prstenastim laserom.

 

U stvarnoj proizvodnji, ovi zavari su skloni nedostacima kao što su nepotpuno prodiranje, poroznost, kolaps i prskanje. Racionalnom kontrolom unosa topline, brzine zavarivanja i distribucije laserske energije, dubina prodiranja može se učinkovito stabilizirati i ispuniti zahtjeve otpornosti na pritisak. S tehnološkim napretkom, modulacija pulsnog valnog oblika i kontinuirano lasersko zavarivanje velikom-brzinom postupno su postali uobičajena rješenja, značajno poboljšavajući učinkovitost proizvodnje uz povećanje ujednačenosti zavara.

 

Kako bi se dodatno poboljšala unutarnja kvaliteta zavara, u zavarivanje kućišta baterija uvedena je tehnologija skeniranja galvanometrom i tehnologija laserske oscilacije. Dinamičko miješanje rastaljenog bazena ubrzava izlazak mjehurića i pročišćava strukturu zrna, čime se poboljšavaju mehanička svojstva i pouzdanost brtvljenja zavarenog spoja. Ovi se procesi široko koriste u proizvodnji strukturnih komponenti kao što su aluminijske ljuske prizmatičnih ćelija i aluminijski poklopci baterija.

 

 

Ventili-otporni na eksploziju kritične su komponente u sigurnosnim sustavima baterija. Kada se unutarnji tlak baterije neuobičajeno poveća, kontrolirano pucanje oslobađa plin, sprječavajući toplinski odlazak i eksploziju. Ventili -otporni na eksploziju obično se izrađuju od čistih aluminijskih limova, debljine samo 0,08–0,1 mm, i izuzetno su osjetljivi na unos topline zavarivanja.

 

Tijekom laserskog zavarivanja, pretjerano velika gustoća snage može lako dovesti do pregrijavanja i perforacije ventila -otpornog na eksploziju, dok nasilno istjecanje plina iz rastaljene posude može uzrokovati oštećenja pora. Optimiziranjem dizajna laserskog valnog oblika, uvođenjem vršne vrijednosti kratkog-trajanja u početnoj fazi zavarivanja kako bi se poboljšala apsorpcija materijala i postupnim smanjenjem izlazne energije u sljedećim fazama, može se učinkovito izbjeći pregorevanje uz osiguravanje cjelovitosti zavara.

 

Nadalje, jačanje čišćenja prije -zavarivanja kako bi se smanjilo zaostalo ulje i vlaga, te kontroliranje spojnih razmaka kroz razuman redoslijed zavarivanja, važna su sredstva za smanjenje nedostataka poroznosti. Ove mjere optimizacije procesa uspješno su primijenjene u strukturama kao što su gornji poklopac litijeve baterije i gornji poklopac za prizmatične baterije.

 

 

S brzim širenjem novih energetskih vozila i tržišta za pohranjivanje energije, potražnja za visoko-dosljednim i visoko-pouzdanim procesima zavarivanja za električne baterije nastavlja rasti. Smjer budućeg razvoja tehnologije laserskog zavarivanja uglavnom se fokusira na sljedeće aspekte:

 

Prvo, primjena laserskih izvora s većom gustoćom snage i preciznijom kontrolom energije kako bi se zadovoljile potrebe zavarivanja tanjih i složenijih struktura; drugo, mrežno praćenje i kontrola zatvorene-petlje procesa zavarivanja radi poboljšanja stabilnosti zavarivanja detekcijom stanja bazena taline u stvarnom{1}}vremenu; i treće, optimizacija procesa za spajanje različitih materijala kao što su aluminij i bakar kako bi se zadovoljile potrebe razvoja novih baterijskih struktura i komponenti od kompozitnih materijala kao što su bakrene i aluminijske bimetalne bipolarne ploče.

 

U međuvremenu, s kontinuiranim širokim usvajanjem prizmatičnih baterijskih struktura u novim energetskim vozilima, standardizacija i velika -primjena procesa laserskog zavarivanja za komponente kao što su prizmatična kućišta baterija od aluminijske legure, aluminijska kućišta baterija i punjive aluminijske školjke postat će važan smjer za tehnološki razvoj u industriji.

 

 

Tehnologija laserskog zavarivanja duboko je integrirana u cijeli proces proizvodnje energetskih baterija, pružajući ključnu podršku za postizanje visoke sigurnosti, visoke dosljednosti i visoke učinkovitosti proizvodnje. S kontinuiranim razvojem sustava materijala, strukturnog dizajna i tempa proizvodnje, lasersko zavarivanje i dalje će igrati ključnu ulogu u područjubaterije s aluminijskim-kućištemi pokazat će šire mogućnosti primjene u budućoj novoj energetskoj industriji.