01 Introduktion
Mitt i den globala fordonsindustrins övergång mot elektrifiering, bestämmer kraftbatterier, som kärnenergikällan för nya energifordon, elfordons konkurrenskraft på marknaden genom deras prestanda, säkerhet och kostnad. Tillverkningen av kraftbatterier är en komplex process som involverar tvärvetenskaplig kunskap, inklusive materialvetenskap, elektrokemi och precisionsteknik. Hög-anslutningsteknik är en avgörande länk genom hela processen. Traditionella sammanfogningsmetoder, såsom motståndssvetsning och ultraljudssvetsning, uppvisar allt oftare begränsningar-såsom stora termiska effekter, dålig konsistens och smala processparameterfönster-när man står inför stor-tillverkning av kraftbatterier och hantering av material med hög värmeledningsförmåga som koppar och aluminium. Lasersvetsteknik, med sin höga energitäthet, kontrollerbara värmetillförsel, beröringsfria natur och lätthet att automatisera, uppfyller de stränga kraven för tillverkning av kraftbatterier för precision, effektivitet och tillförlitlighet, och har blivit en kärnprocess genom hela arbetsflödet från cellproduktion till batteripaketmontering. Detta dokument syftar till att illustrera de specifika tillämpningarna av lasersvetsteknik vid olika tillverkningsstadier av kraftbatterier och att sammanfatta dess betydelsefulla roll för att främja utvecklingen av kraftbatteriindustrin.
02 Applikation i battericellstillverkningsstadiet
Battericellen är den grundläggande enheten i ett kraftbatteri, och dess tillverkningsprecision och tätning är viktiga garantier för batterisäkerhet och prestanda. Lasersvetsning används huvudsakligen för exakt anslutning och slutlig tätning av battericeller. Först, för de elektriska anslutningarna inuti battericellen, används lasersvetsning för att svetsa flikarna. Efter att lindningen eller staplingsprocessen är avslutad är det nödvändigt att ordentligt svetsa fast flikarna på de positiva (aluminiumfolie) och negativa (kopparfolie) elektroderna, som kan bestå av dussintals eller till och med hundratals lager, tillsammans med strömavtagarna, och bilda en tillförlitlig elektrisk bana med de externa terminalerna eller anslutningsstyckena, som visas i dessa lasersvetsningsburkar med extremt korta svetsar i denna figur 1. pulslängder, bildar svetspunkter med lågt motstånd och hög hållfasthet. Dess fördel ligger i den minimala-värmepåverkade zonen, vilket effektivt undviker värmeskador på närliggande separatorer och aktiva material, vilket bevarar battericellens elektrokemiska prestanda.
För det andra, i det sista förpackningsskedet av battericeller, är lasersvetsning en av de effektiva metoderna för att uppnå lufttät försegling. Samtidigt används lasersvetsning för att ansluta topplocket och höljet i både fyrkantiga aluminiumskalbatterier och cylindriska stålskalbatterier. Genom att exakt kontrollera lasereffekten, hastigheten och brännpunkten kan en kontinuerlig, jämn och tät svetssöm bildas på höljet, vilket effektivt förhindrar elektrolytläckage och inträngning av extern fukt, vilket säkerställer den kemiska stabiliteten hos battericellen under hela dess livstid. För påsceller används lasersvetsning i processerna för toppförsegling och sidoförsegling, där de utskjutande flikarna svetsas till de anslutande och skyddande övergångsdelarna (vanligtvis nickelpläterad koppar eller aluminium). Dess beröringsfria natur säkerställer förpackningseffektivitet och ingen skada på aluminium-plastfilmsförpackningsmaterialet, som visas i figur 2.
03 Tillämpningen i monteringsstadiet av batterimoduler och batteripaket innebär att enskilda celler integreras i moduler och batteripaket, vilket kräver en stor mängd elektriska anslutningar och strukturell infästning. Detta är det stadium där lasersvetsning är mest koncentrerad och tekniskt utmanande. När det gäller elektriska anslutningar är kärnanvändningen serie- och parallellsvetsning mellan celler. Genom att ansluta samlingsskenorna (vanligtvis aluminium- eller kopparskenor) till cellterminalerna, konstrueras det elektriska kretssystemet för hela batteripaketet.
Svårigheterna i denna process ligger i: 1) utmaningar med materialegenskaper-koppar och aluminium har hög reflektionsförmåga mot vanliga infraröda lasrar och hög värmeledningsförmåga, vilket gör svetsning svår; 2) sammanfogning av olika material, såsom anslutningen mellan kopparskenor och aluminiumanslutningar, vilket är benäget att bilda sköra intermetalliska föreningar (IMC) som påverkar anslutningens långsiktiga tillförlitlighet. För att möta dessa utmaningar har industrin utvecklat avancerade processer som oscillerande lasersvetsning, hybridsvetsning (t.ex. laser-båge) och användningen av nya våglängdslasrar som gröna eller blå lasrar. Dessa tekniker undertrycker effektivt defekter som stänk och porositet och kontrollerar tjockleken på IMC-skiktet genom att expandera den smälta poolen, förbättra omrörningen och öka energiabsorptionen, och därigenom uppnå elektriska anslutningar. När det gäller strukturella anslutningar spelar lasersvetsning också en viktig roll. Den kan till exempel användas för strukturella komponenter som modulsidoplattor och gavelplåtar som säkrar celler, samt för att ansluta batteripaketets hölje och lock. Jämfört med traditionella skruv- eller nitanslutningar kan lasersvetsning uppnå en högre grad av integration och strukturell styrka, vilket hjälper till att förbättra batteripaketets motståndskraft mot vibrationer och stötar. Dessutom görs små svetsar i insamlingskretsarna för spännings- och temperatursensorer i batterihanteringssystem i allt högre grad med hjälp av lasersvetsning för att säkerställa{13}}långsiktig stabilitet och tillförlitlighet för signalupptagning.
04 Sammanfattning Lasersvetsteknik, med sin höga precision, hastighet och tillförlitlighet, har integrerats i varje steg i tillverkningen av kraftbatterier. Från mikroskalasvetsning av cellflikar till strukturella anslutningar av batteripaket i makroskala, från lufttät förpackning som garanterar cellsäkerhet till elektriska anslutningar med låg-resistans som bestämmer batteriets prestanda, lasersvetsning spelar en oersättlig kärnroll. Det löser inte bara effektivt utmaningarna med att bearbeta svår--svetsade material som koppar och aluminium, och uppfyller effektivitets- och konsistenskraven för storskalig automatiserad produktion, utan maximerar också skyddet av batteriets elektrokemiska prestanda genom exakt kontroll av svetsvärme. Mognaden och utvecklingen av lasersvetsteknik har blivit en nyckelteknologisk motor som driver ökningar av batteriernas energitäthet, minskningar av tillverkningskostnader och förbättringar av säkerhetsprestanda, vilket ger en solid tillverkningsgrund för den snabba utvecklingen av den globala nya energifordonsindustrin.
