01 Indledning
Midt i den globale bilindustris skift i retning af elektrificering bestemmer strømbatterier, som kerneenergikilden for nye energikøretøjer, elbilers konkurrenceevne gennem deres ydeevne, sikkerhed og omkostninger. Fremstillingen af strømbatterier er en kompleks proces, der involverer tværfaglig viden, herunder materialevidenskab, elektrokemi og præcisionsteknik. Forbindelsesteknologi af høj-kvalitet er et afgørende led i hele denne proces. Traditionelle sammenføjningsmetoder, såsom modstandssvejsning og ultralydssvejsning, viser i stigende grad begrænsninger-såsom store termiske effekter, dårlig konsistens og smalle procesparametervinduer-når de står over for stor-skala, automatiseret produktion af strømbatterier og håndtering af materialer med høj varmeledningsevne som kobber og aluminium. Lasersvejseteknologi opfylder med sin høje energitæthed, kontrollerbare varmetilførsel, ikke--berøringsfri natur og let automatisering de strenge krav til fremstilling af strømbatterier til præcision, effektivitet og pålidelighed og er blevet en kerneproces gennem hele arbejdsgangen fra celleproduktion til batteripakkesamling. Dette papir har til formål at illustrere de specifikke anvendelser af lasersvejseteknologi på forskellige produktionsstadier af strømbatterier og at opsummere dens væsentlige rolle i at fremme udviklingen af strømbatteriindustrien.
02 Anvendelse i battericellefremstillingsfasen
Battericellen er den grundlæggende enhed i et strømbatteri, og dets fremstillingspræcision og tætning er væsentlige garantier for batterisikkerhed og ydeevne. Lasersvejsning bruges hovedsageligt til præcis tilslutning og endelig forsegling af battericeller. For det første, til de elektriske forbindelser inde i battericellen, bruges lasersvejsning til at svejse fligene. Efter at viklings- eller stablingsprocessen er afsluttet, er det nødvendigt at fastsvejse fligene på de positive (aluminiumsfolie) og negative (kobberfolie) elektroder, som kan bestå af snesevis eller endda hundredvis af lag, sammen med strømaftagerne, og danne en pålidelig elektrisk vej med de eksterne terminaler eller forbindelsesstykker, som vist i figur svejsning 1. pulsvarigheder, der danner svejsepunkter med lav modstand og høj styrke. Dens fordel ligger i den minimale-varmepåvirkede zone, der effektivt undgår varmeskader på de tilstødende separatorer og aktive materialer, hvorved battericellens elektrokemiske ydeevne bevares.
For det andet er lasersvejsning en af de effektive metoder til at opnå lufttæt forsegling i det sidste emballeringsstadium af battericeller. Samtidig bruges lasersvejsning til at forbinde topdækslet og kappen i både firkantede aluminiumsskalbatterier og cylindriske stålskalbatterier. Ved præcis styring af laserkraften, hastigheden og brændpunktet kan der dannes en kontinuerlig, glat og tæt svejsesøm på kappen, hvilket effektivt forhindrer elektrolytlækage og indtrængen af ekstern fugt, hvilket sikrer den kemiske stabilitet af battericellen gennem hele dens levetid. Til poseceller anvendes lasersvejsning i topforseglings- og sideforseglingsprocesserne, hvor de udragende flige svejses til de forbindende og beskyttende overgangsstykker (normalt nikkel-belagt kobber eller aluminium). Dens ikke--berøringsfri beskaffenhed sikrer emballageeffektivitet og ingen skade på aluminium-plastfolieemballagematerialet, som vist i figur 2.
03 Anvendelsen i monteringsfasen af batterimoduler og batteripakker involverer integration af individuelle celler i moduler og batteripakker, hvilket kræver en stor mængde elektriske forbindelser og strukturel fastgørelse. Dette er den fase, hvor lasersvejsning er mest koncentreret og teknisk udfordrende. Med hensyn til elektriske forbindelser er kerneapplikationen serie- og parallelsvejsning mellem celler. Ved at forbinde samleskinnerne (normalt aluminium- eller kobberstænger) til celleterminalerne opbygges det elektriske kredsløbssystem for hele batteripakken.
Vanskelighederne ved denne proces ligger i: 1) materialekarakteristika udfordringer-kobber og aluminium har høj reflektivitet i forhold til almindeligt anvendte infrarøde lasere og høj varmeledningsevne, hvilket gør svejsning vanskelig; 2) sammenføjning af uens materialer, såsom forbindelsen mellem kobberskinne og aluminiumsterminaler, som er tilbøjelige til at danne skøre intermetalliske forbindelser (IMC'er), der påvirker den langsigtede-pålidelighed af forbindelsen. For at løse disse udfordringer har industrien udviklet avancerede processer såsom oscillerende lasersvejsning, hybridsvejsning (f.eks. laser-bue) og brugen af nye bølgelængdelasere såsom grønne eller blå lasere. Disse teknologier undertrykker effektivt defekter som sprøjt og porøsitet og kontrollerer tykkelsen af IMC-laget ved at udvide den smeltede pool, forbedre omrøring og øge energiabsorptionen, hvorved der opnås elektriske forbindelser. Med hensyn til strukturelle forbindelser spiller lasersvejsning også en vigtig rolle. For eksempel kan den bruges til strukturelle komponenter såsom modulsideplader og endeplader, der fastgør celler, samt til at forbinde batteripakkens hus og dæksel. Sammenlignet med traditionelle skrue- eller nitteforbindelser kan lasersvejsning opnå en højere grad af integration og strukturel styrke, hvilket er med til at forbedre batteripakkens modstandsdygtighed over for vibrationer og stød. Derudover laves der i stigende grad små svejsninger i optagelseskredsløbene for spændings- og temperatursensorer i batteristyringssystemer ved hjælp af lasersvejsning for at sikre langsigtet stabilitet og pålidelighed af signalopsamling.
04 ResuméLasersvejseteknologi er med dens høje præcision, hastighed og pålidelighed blevet integreret i hvert trin i fremstillingen af strømbatterier. Fra mikroskalasvejsning af celletapper til strukturelle forbindelser i makroskala batteripakke, fra lufttæt emballage, der sikrer cellesikkerhed til elektriske forbindelser med lav-modstand, der bestemmer batteriets ydeevne, lasersvejsning spiller en uerstattelig kernerolle. Det løser ikke kun effektivt udfordringerne ved at behandle vanskelige--at svejse materialer såsom kobber og aluminium, og opfylder effektivitets- og konsistenskravene for stor-automatiseret produktion, men maksimerer også beskyttelsen af batteriets elektrokemiske ydeevne gennem præcis kontrol af svejsevarme. Modningen og udviklingen af lasersvejseteknologi er blevet en nøgleteknologisk motor, der driver stigninger i batteriernes energitæthed, reduktioner i fremstillingsomkostninger og forbedringer i sikkerhedsydelsen, hvilket giver et solidt produktionsgrundlag for den hurtige udvikling af den globale nye energikøretøjsindustri.
