Soldagem a laser: altas barreiras de processo, novas tecnologias de bateria, como grandes cilindros puxando os volumes de soldagem para cima
A tecnologia laser é utilizada no corte, limpeza, soldagem e codificação de baterias de lítio devido à sua alta eficiência, flexibilidade, confiabilidade e estabilidade, baixa perda de material de soldagem, alta automação e segurança. Impulsionada pelo forte apoio das políticas nacionais e pela promoção e aplicação acelerada de veículos de nova energia, a demanda por baterias automotivas na China cresceu significativamente. Nos três componentes principais da bateria de veículos de energia nova, motor, controle elétrico, o componente principal da bateria de lítio no custo do veículo representaram uma alta proporção, mas também determinar diretamente o alcance do veículo. A produção de baterias de lítio é composta por uma série de processos, que se dividem em três partes principais: fabricação de eletrodos, produção de células e montagem de baterias. A qualidade da bateria de lítio determina diretamente o desempenho do novo veículo de energia e, portanto, exige a mais alta precisão em seu processo de fabricação. A tecnologia laser, como ferramenta avançada de fabricação "leve", é utilizada nos processos de corte, limpeza, soldagem e codificação de componentes de baterias de lítio, devido à sua alta eficiência e precisão, flexibilidade, confiabilidade e estabilidade, baixa perda de material de soldagem, automação E segurança.
2. Soldagem a laser: altas barreiras de processo, novas tecnologias de bateria, como grandes cilindros puxando os volumes de soldagem para cima
2.1 Princípio: Para garantir a segurança da bateria, a qualidade da soldagem depende do controle de energia do laser e dos parâmetros do processo.
A soldagem a laser tem muitas vantagens, como fusão profunda, alta velocidade e baixa distorção, o que pode melhorar significativamente a segurança das baterias de energia. Como uma tecnologia de soldagem moderna, a soldagem a laser tem as vantagens de fusão profunda, alta velocidade, baixa deformação, baixos requisitos para o ambiente de soldagem, alta densidade de potência, não afetada por campos magnéticos, não limitada a materiais condutores, não requer condições de trabalho a vácuo e não produz raios X durante o processo de soldagem, etc. É amplamente utilizado no campo da fabricação de alta precisão, especialmente nas indústrias de veículos de energia nova e baterias de energia. As peças de soldagem da bateria de energia são numerosas, difíceis e requerem alta precisão. Os fabricantes de baterias de energia também têm altos requisitos para automação, segurança, precisão e eficiência de processamento de equipamentos de produção de baterias. As vantagens exclusivas da tecnologia de soldagem a laser podem melhorar significativamente a segurança, confiabilidade e consistência das baterias, reduzir custos e prolongar a vida útil, tornando-a a escolha ideal para fabricantes de baterias de energia.
Os principais elementos centrais que determinam a qualidade da soldagem a laser são o controle de energia do laser e a tecnologia do processo de soldagem. Controle de energia do laser: ①Como o material a ser soldado possui diferentes taxas de absorção para diferentes comprimentos de onda da luz do laser (que pode variar de 5% a 50%), a escolha da fonte do laser pode fazer toda a diferença. Para fornecer um feixe de laser de soldagem uniforme e estável à peça soldada, a potência de saída do laser precisa ser consistente ou controlada com precisão. Uma potência muito baixa levará a um derretimento de soldagem insuficiente e afetará a qualidade da soldagem, uma potência muito alta ou flutuações para cima e para baixo levarão a respingos, porosidade e outros efeitos indesejáveis. Portanto, o controle da fonte de laser torna-se uma das tecnologias mais críticas para a soldagem a laser.
②O efeito de soldagem a laser é complexo, relacionado a dezenas de fatores, como comprimento de onda do laser, densidade de potência, tempo de soldagem, ângulo da cabeça de soldagem, distância focal, taxa de absorção do laser e limpeza da solda, espessura e condutividade térmica da solda, tipo e fluxo de gás de proteção. Portanto, a tecnologia de soldagem a laser também é um dos principais fatores que afetam a qualidade da soldagem, exigindo que os técnicos do processo de soldagem a laser explorem continuamente o resumo, apenas um longo período de acumulação experimental pode obter bons resultados de soldagem.
De acordo com o princípio de funcionamento, a soldagem pode ser dividida em cinco tipos, dependendo dos requisitos da aplicação, diferentes métodos de soldagem são selecionados para obter os melhores resultados. Dependendo do princípio de operação, a soldagem a laser pode ser dividida em cinco categorias: soldagem por condução de calor, soldagem por fusão profunda, soldagem composta, brasagem a laser e soldagem por condução a laser. Dependendo do cliente e da aplicação de processamento, o método de soldagem apropriado é selecionado para obter os melhores resultados de soldagem possíveis.
2.2 Status do aplicativo: fabricação do núcleo, soldagem PACK no valor de 10-30 milhões/GWh
A soldagem a laser é usada na produção de células de potência no processo de fabricação de células e no processo de bateria PACK. Na produção de células de potência, os principais segmentos que utilizam a soldagem a laser incluem: ①Processo intermediário: soldagem de terminais (incluindo pré-soldagem), soldagem a ponto de tiras de pólo, pré-soldagem de núcleos no invólucro, soldagem de vedação do topo tampa da carcaça externa, soldagem de vedação da porta de injeção de líquido, etc. ②Pós-processo: incluindo a soldagem da peça de conexão no módulo PACK da bateria e a soldagem da válvula à prova de explosão na tampa atrás do módulo, etc. O volume do valor de pré-soldagem é de cerca de 10-30 milhões de Yuan/GWh. Equipamentos de soldagem a laser nos fabricantes de baterias de energia para investir em cerca de 5-15 por cento , de acordo com a bateria de energia único investimento em equipamentos GWh de cerca de 200 milhões de yuans, a bateria de energia atual equipamentos de soldagem a laser único investimento GWh em 10 milhões de yuans para 30 milhões de yuans.
2.3 Demanda: Fábricas de semicondutores expandem gastos de capital em meio a "escassez de núcleo" global, boom de equipamentos continua em alta
4680 Cilindros grandes têm requisitos mais altos para processos a laser, e espera-se que os volumes de soldagem aumentem em comparação com células quadradas e cilindros pequenos. A célula 4680 requer um processo a laser mais exigente e a forma descontrolada dos terminais é um processo difícil. A bateria 4680 utiliza um processo full lug, quebrando o molde da bateria tradicional com um terminal positivo e um negativo, propenso a curtos-circuitos, e é fabricada com duas seções fechadas, o que é um grande obstáculo à penetração de eletrólitos, e o vários terminais são difíceis de dobrar ordenadamente e requerem um processo de laser mais alto. 4680 A soldagem a laser de células cilíndricas grandes aumentou em termos de processo de soldagem e equipamentos de soldagem necessários em comparação com células quadradas e células cilíndricas pequenas, respectivamente. Comparado com células quadradas, o processo de soldagem a laser para o terminal completo de um cilindro grande é aumentado de 5 para 7 passes. Em termos de células cilíndricas pequenas, a linha de células GWh única possui 5 máquinas de solda adicionais em comparação com as linhas de células 18650 e 21700. Combinado com o acima, acreditamos que a demanda por soldagem a laser de 4680 cilindros grandes deve crescer em comparação com células quadradas e cilindros pequenos.
Outra tecnologia de ligação de soldagem: para resolver o problema de soldagem de metal diferente, como espera-se que o PACK de bateria na soldagem do barramento seja substituído por soldagem a laser, julgamos que, à medida que o processo de soldagem a laser continua a subir, espera-se a penetração da soldagem a laser para subir. Um exemplo é a soldagem de metal heterogêneo Al/Cu de barramentos em módulos/PACKs de back-end de célula quadrada. ①A baixa absorção de luz de Al e Cu e a tendência de produzir compostos metálicos altamente frágeis são dificuldades de Al/Cu: a soldagem a laser de metais dissimilares de Al/Cu tem várias limitações desafiadoras devido às propriedades físicas muito diferentes de Al e Cu. Um dos principais desafios é a baixa absorção de Al no comprimento de onda do laser de 1um e absorção ainda menor de Cu; outra são as propriedades metalúrgicas da liga Al-Cu, ou seja, o composto metálico altamente frágil pode levar à formação de trincas. Fases intermetálicas com um teor de Cu de 50-80 por cento podem ser formadas.
A soldagem de barramentos ainda não é uma solução para o problema dos compostos frágeis, mas a soldagem a laser é a direção provável. Devido à fácil formação de compostos frágeis entre cobre e alumínio após a soldagem a laser, que não podem atender aos requisitos de uso, geralmente usando soldagem ultrassônica externa, cobre e cobre, alumínio e alumínio são geralmente usados para soldagem a laser. Ao mesmo tempo, a alta taxa de transferência de calor do cobre e do alumínio, a alta refletividade do laser e a espessura relativamente grande da peça de união exigem um laser de alta potência para realizar a solda. Através de nove experimentos de parâmetros e métodos diferentes de ajuste, dos quais sete têm ganhos diferentes, acreditamos que, com o contínuo progresso do processo a laser no futuro, espera-se que os problemas de soldagem a laser de Al/Cu de barramentos sejam resolvidos, e soldagem a laser é a direção mais provável.
