Τρέχουσα κατάσταση και προοπτικές ανάπτυξης της τεχνολογίας συγκόλλησης με λέιζερ για μπαταρίες ισχύος

Στο πλαίσιο της ταχείας ανάπτυξης της νέας ενεργειακής βιομηχανίας οχημάτων, οι μπαταρίες ισχύος, ως η βασική ενεργειακή μονάδα ολόκληρου του συστήματος του οχήματος, καθορίζουν άμεσα το συνολικό επίπεδο απόδοσης του οχήματος μέσω της ασφάλειας, της αξιοπιστίας και της συνέπειάς τους. Από μεμονωμένες κυψέλες έως μονάδες και στη συνέχεια σε ολόκληρο το πακέτο μπαταριών, η ποιότητα συγκόλλησης είναι ένας από τους βασικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, την απόδοση ασφάλειας και την απόδοση στην κατασκευή μεγάλης κλίμακας-. Μεταξύ των διαφόρων μεθόδων συγκόλλησης, η συγκόλληση με λέιζερ, λόγω της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, της υψηλής ακρίβειας και των υψηλών δυνατοτήτων αυτοματισμού, έχει γίνει μια απαραίτητη βασική διαδικασία στην κατασκευή μπαταριών ισχύος.

 

 

Για την κάλυψη των αναγκών ανάπτυξης ελαφρού βάρους και υψηλής-πυκνότητας ενέργειας σε οχήματα νέας ενέργειας, τα υλικά από κράμα αλουμινίου χρησιμοποιούνται συνήθως για δομικά εξαρτήματα της μπαταρίας. Εξαρτήματα όπως περιβλήματα κυψελών, καλύμματα και ζυγοί χρησιμοποιούν συνήθως κράματα αλουμινίου 1-σειράς ή 3 σειρών, τα οποία διαθέτουν καλή αγωγιμότητα, αντοχή στη διάβρωση και μορφοποίηση. Σε ορισμένες περιοχές που απαιτούν υψηλή αγωγιμότητα, χρησιμοποιούνται σύνθετα υλικά χαλκού ή αλουμινίου-χαλκού.

 

Ωστόσο, τα ίδια τα κράματα αλουμινίου έχουν υψηλή χημική αντιδραστικότητα, υψηλή θερμική αγωγιμότητα και υψηλό συντελεστή γραμμικής διαστολής και η επιφάνειά τους σχηματίζει εύκολα ένα πυκνό φιλμ οξειδίου, καθιστώντας τα ιδιαίτερα ευαίσθητα σε ελαττώματα όπως πορώδες, πιτσίλισμα, ριπές και θερμές ρωγμές κατά τη συγκόλληση. Επιπλέον, στην ένωση αλουμινίου-χάλκινου ανόμοιου υλικού, μπορεί να σχηματιστούν εύθραυστες διαμεταλλικές ενώσεις, μειώνοντας την αντοχή της άρθρωσης. Αυτές οι ιδιότητες υλικού θέτουν εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις στον ενεργειακό έλεγχο, σχηματίζοντας σταθερότητα και συνέπεια της διαδικασίας συγκόλλησης.

 

 

Η κατασκευή μπαταριών ισχύος περιλαμβάνει συνήθως τρία κύρια στάδια: κυψέλη, μονάδα και συσκευασία. Το εξωτερικό περίβλημα της μπαταρίας παρέχει κυρίως δομική στήριξη και προστασία, συνήθως χρησιμοποιώντας παχύτερα προφίλ κράματος αλουμινίου και η συγκόλληση του γίνεται κυρίως με συγκόλληση τόξου ή συγκόλληση με τριβή ανάδευσης.

 

Αντίθετα, τα εσωτερικά εξαρτήματα των κυψελών και των μονάδων είναι μικρά σε μέγεθος, έχουν ακριβείς δομές και απαιτούν στενή απόσταση συγκόλλησης, καθιστώντας δύσκολη την εξισορρόπηση της ποιότητας συγκόλλησης και της ταχύτητας παραγωγής για τις παραδοσιακές μεθόδους συγκόλλησης. Η συγκόλληση με λέιζερ, με την υψηλή πυκνότητα ισχύος, την καλή προσβασιμότητα και τα χαρακτηριστικά επεξεργασίας χωρίς επαφή-, έχει γίνει η προτιμώμενη διαδικασία για περιβλήματα κυψελών μπαταρίας, καλύμματα, βαλβίδες αντιεκρηκτικής-, ράβδους διαύλου και άλλα εξαρτήματα. Χρησιμοποιείται ευρέως σε δομές αλουμινίου{4}}πρισματικές μπαταρίες, όπως πλάκες καλύμματος μπαταριών ισχύος, πλάκες κάλυψης μπαταριών ιόντων λιθίου- και θήκες αλουμινίου μπαταριών λιθίου.

 

 

Τα περιβλήματα και τα καλύμματα των μπαταριών χρησιμοποιούνται κυρίως για τη σφράγιση του ηλεκτρολύτη και την παροχή σταθερής δομικής υποστήριξης για τα εσωτερικά ηλεκτρόδια. Η ποιότητα συγκόλλησης καθορίζει άμεσα την απόδοση στεγανοποίησης και την αντίσταση πίεσης της μπαταρίας. Τα κοινά υλικά περιλαμβάνουν το κράμα αλουμινίου Al3003, με πάχος που κυμαίνεται συνήθως από 0,3 έως 0,5 mm. Αυτή η περιοχή χρησιμοποιεί συχνά σύνθετες διαδικασίες συγκόλλησης λέιζερ ή δακτυλίου λέιζερ.

 

Στην πραγματική παραγωγή, αυτές οι συγκολλήσεις είναι επιρρεπείς σε ελαττώματα όπως ατελής διείσδυση, πορώδες, κατάρρευση και πιτσίλισμα. Με τον ορθολογικό έλεγχο της εισόδου θερμότητας, της ταχύτητας συγκόλλησης και της κατανομής ενέργειας λέιζερ, το βάθος διείσδυσης μπορεί να σταθεροποιηθεί αποτελεσματικά και να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις αντίστασης πίεσης. Με τις τεχνολογικές εξελίξεις, η διαμόρφωση παλμικής κυματομορφής και η συνεχής συγκόλληση με λέιζερ υψηλής-ταχύτητας έχουν γίνει σταδιακά κύριες λύσεις, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση παραγωγής ενώ παράλληλα ενισχύουν την ομοιομορφία της συγκόλλησης.

 

Για περαιτέρω βελτίωση της εσωτερικής ποιότητας της συγκόλλησης, η συγκόλληση σάρωσης με γαλβανόμετρο και η τεχνολογία ταλάντωσης λέιζερ έχουν εισαχθεί στη συγκόλληση περιβλήματος μπαταρίας. Η δυναμική ανάδευση της λιωμένης δεξαμενής επιταχύνει τη διαφυγή φυσαλίδων και βελτιώνει τη δομή των κόκκων, βελτιώνοντας έτσι τις μηχανικές ιδιότητες και την αξιοπιστία στεγανοποίησης της ένωσης συγκόλλησης. Αυτές οι διεργασίες χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή δομικών εξαρτημάτων όπως κελύφη αλουμινίου πρισματικών κυψελών και καλύμματα μπαταριών αλουμινίου.

 

 

Οι αντιεκρηκτικές βαλβίδες-είναι κρίσιμα εξαρτήματα στα συστήματα ασφαλείας μπαταριών ισχύος. Όταν η εσωτερική πίεση της μπαταρίας αυξάνεται ασυνήθιστα, η ελεγχόμενη ρήξη απελευθερώνει αέριο, αποτρέποντας τη θερμική διαφυγή και την έκρηξη. Οι αντιεκρηκτικές βαλβίδες είναι συνήθως κατασκευασμένες από φύλλα καθαρού αλουμινίου, πάχους μόνο 0,08–0,1 mm και είναι εξαιρετικά ευαίσθητες στην είσοδο θερμότητας συγκόλλησης.

 

Κατά τη συγκόλληση με λέιζερ, η υπερβολικά υψηλή πυκνότητα ισχύος μπορεί εύκολα να οδηγήσει σε υπερθέρμανση και διάτρηση της αντιεκρηκτικής βαλβίδας-, ενώ η βίαιη διαφυγή αερίου από τη λιωμένη λίμνη μπορεί να προκαλέσει ελαττώματα πόρων. Βελτιστοποιώντας τη σχεδίαση κυματομορφής λέιζερ, εισάγοντας μια τιμή αιχμής μικρής-διάρκειας στο αρχικό στάδιο της συγκόλλησης για τη βελτίωση της απορρόφησης υλικού και μειώνοντας σταδιακά την παραγωγή ενέργειας στα επόμενα στάδια, η καύση-μέσω μπορεί να αποφευχθεί αποτελεσματικά, διασφαλίζοντας παράλληλα την ακεραιότητα της συγκόλλησης.

 

Επιπλέον, η ενίσχυση του καθαρισμού πριν{0}}συγκόλλησης για τη μείωση του υπολειμματικού λαδιού και της υγρασίας και ο έλεγχος των κενών συναρμολόγησης μέσω μιας λογικής σειράς συγκόλλησης, είναι σημαντικά μέσα για τη μείωση των ελαττωμάτων πορώδους. Αυτά τα μέτρα βελτιστοποίησης της διαδικασίας έχουν εφαρμοστεί με επιτυχία σε δομές όπως το επάνω καπάκι μπαταρίας λιθίου και το επάνω καπάκι d για πρισματικές κυψέλες μπαταρίας.

 

 

Με την ταχεία επέκταση των νέων αγορών ενεργειακών οχημάτων και αποθήκευσης ενέργειας, η ζήτηση για διαδικασίες συγκόλλησης υψηλής-συνοχής και υψηλής{1} αξιοπιστίας για μπαταρίες ισχύος συνεχίζει να αυξάνεται. Η μελλοντική κατεύθυνση ανάπτυξης της τεχνολογίας συγκόλλησης με λέιζερ επικεντρώνεται κυρίως στις ακόλουθες πτυχές:

 

Πρώτον, η εφαρμογή πηγών λέιζερ με υψηλότερη πυκνότητα ισχύος και ακριβέστερο έλεγχο ενέργειας για την κάλυψη των αναγκών συγκόλλησης λεπτότερων και πιο περίπλοκων κατασκευών. Δεύτερον, διαδικτυακή παρακολούθηση και έλεγχος κλειστού-βρόχου της διαδικασίας συγκόλλησης για τη βελτίωση της σταθερότητας της συγκόλλησης μέσω ανίχνευσης σε πραγματικό-χρόνο της κατάστασης της λιωμένης λίμνης. και τρίτον, βελτιστοποίηση διαδικασίας για τη σύνδεση ανόμοιων υλικών όπως το αλουμίνιο και ο χαλκός για την κάλυψη των αναγκών ανάπτυξης νέων δομών μπαταριών και σύνθετων υλικών, όπως διπολικές διπολικές πλάκες χαλκού και αλουμινίου.

 

Εν τω μεταξύ, με τη συνεχιζόμενη ευρεία υιοθέτηση πρισματικών δομών μπαταριών σε νέα ενεργειακά οχήματα, η τυποποίηση και η-εφαρμογή μεγάλης κλίμακας διαδικασιών συγκόλλησης με λέιζερ για εξαρτήματα όπως πρισματικές θήκες μπαταριών από κράμα αλουμινίου, περιβλήματα αλουμινίου μπαταριών και επαναφορτιζόμενα κελύφη αλουμινίου θα αποτελέσουν σημαντική κατεύθυνση για την τεχνολογική εξέλιξη στη βιομηχανία.

 

 

Η τεχνολογία συγκόλλησης με λέιζερ έχει ενσωματωθεί βαθιά σε ολόκληρη τη διαδικασία κατασκευής μπαταριών ισχύος, παρέχοντας κρίσιμη υποστήριξη για την επίτευξη υψηλής ασφάλειας, υψηλής συνέπειας και υψηλής απόδοσης παραγωγής. Με τη συνεχή εξέλιξη των συστημάτων υλικών, του δομικού σχεδιασμού και του ρυθμού κατασκευής, η συγκόλληση με λέιζερ θα συνεχίσει να παίζει βασικό ρόλο στον τομέα τηςμπαταρίες με θήκη αλουμινίου-και θα επιδείξει ευρύτερες προοπτικές εφαρμογής στη μελλοντική νέα βιομηχανία ενέργειας.