Διαδικασία κατασκευής μπαταριών ισχύος: Επεξήγηση της τεχνολογίας συγκόλλησης με λέιζερ

Στο πλαίσιο της ταχείας ανάπτυξης της βιομηχανίας νέων ενεργειακών οχημάτων, η ποιότητα κατασκευής των μπαταριών ισχύος, ως βασικό συστατικό του οχήματος, επηρεάζει άμεσα την ασφάλεια, τη διάρκεια ζωής του κύκλου και την ενεργειακή πυκνότητα του οχήματος. Τα συστήματα μπαταριών ισχύος αποτελούνται συνήθως από κυψέλες, μονάδες μπαταριών και πακέτα μπαταριών (PACKs). Η εσωτερική τους δομή περιλαμβάνει πολυάριθμες συνδέσεις μεταλλικών υλικών, συμπεριλαμβανομένων γλωττίδων ηλεκτροδίων, αγώγιμων συνδετικών τεμαχίων, περιβλημάτων μπαταρίας και δομών ενθυλάκωσης. Μεταξύ αυτών των κρίσιμων συνδέσμων σύνδεσης, η συγκόλληση με λέιζερ, με την υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, την επεξεργασία χωρίς-επαφή και την υψηλή προσαρμοστικότητα αυτοματισμού, έχει γίνει σταδιακά μία από τις σημαντικές διαδικασίες στην κατασκευή μπαταριών ισχύος. Ειδικά σε δομές περιβλήματος από κράμα αλουμινίου, όπως το περίβλημα μπαταρίας από αλουμίνιο ή τις θήκες Prismatic Cell Cases, η συγκόλληση με λέιζερ μπορεί να επιτύχει στεγανοποιημένες συνδέσεις υψηλής ακρίβειας{5}, παρέχοντας ένα σταθερό και αξιόπιστο περιβάλλον ενθυλάκωσης για το εσωτερικό της μπαταρίας.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Η διαδικασία κατασκευής των μπαταριών ισχύος περιλαμβάνει συνήθως πολλαπλά στάδια, όπως παραγωγή κυψελών, συναρμολόγηση στο μέσο-σταδίου και ενσωμάτωση του back{1}} PACK. Σε αυτά τα στάδια, η συγκόλληση με λέιζερ χρησιμοποιείται ευρέως σε βασικές διεργασίες, όπως η συγκόλληση με πτερύγια, η συγκόλληση ηλεκτροδίων, η συγκόλληση κυψέλης, η συγκόλληση σφράγισης περιβλήματος και άνω καλύμματος και η σφράγιση θυρών έγχυσης υγρού. Εν τω μεταξύ, στο στάδιο συναρμολόγησης κατάντη μονάδας και PACK, πρέπει επίσης να ολοκληρωθούν διαδικασίες όπως η συγκόλληση τεμαχίου σύνδεσης, η συγκόλληση βαλβίδας αντιεκρηκτικής-και η συγκόλληση ακροδεκτών μπαταρίας. Αυτές οι δομές συχνά ενσωματώνονται απευθείας σε δομικά στοιχεία, όπως πρισματικές θήκες μπαταριών από κράμα αλουμινίου ή κελύφη αλουμινίου για κυψέλες μπαταριών ιόντων λιθίου. Επομένως, η ποιότητα συγκόλλησης παίζει καθοριστικό ρόλο στην απόδοση στεγανοποίησης, τη δομική αντοχή και τη θερμική σταθερότητα της μπαταρίας.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Στη δομή της κυψέλης, η συγκόλληση στεγανοποίησης μεταξύ του περιβλήματος της μπαταρίας και της πλάκας κάλυψης είναι ένα από τα πιο κρίσιμα βήματα κατασκευής. Τα περιβλήματα των μπαταριών ισχύος είναι συνήθως κατασκευασμένα από κράμα αλουμινίου της σειράς 3003, με πάχος γενικά ελεγχόμενο μεταξύ 0,6 και 0,8 mm. Οι συγκολλήσεις υψηλής-ποιότητας μεταξύ του περιβλήματος και της πλάκας κάλυψης μπορούν να επιτευχθούν μέσω συγκόλλησης με παλμικό λέιζερ χαμηλής-ισχύς, δημιουργώντας έτσι έναν σταθερό, στεγανό χώρο. Για πρισματικές κυψέλες, αυτή η δομή αντιπροσωπεύεται συνήθως ως κέλυφος αλουμινίου πρισματικών κυψελών ή κέλυφος αλουμινίου για πρισματική μπαταρία ιόντων λιθίου-. Στην πραγματική παραγωγή, τα ελαττώματα συγκόλλησης περιλαμβάνουν κυρίως ατελή διείσδυση, πορώδες και κατάρρευση συγκόλλησης. Αυτά τα ελαττώματα επηρεάζουν άμεσα την απόδοση στεγανοποίησης και την αντίσταση πίεσης του περιβλήματος της μπαταρίας, επηρεάζοντας έτσι τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και την απόδοση ασφάλειας. Η συγκόλληση ακροδεκτών μπαταρίας είναι μια κρίσιμη δομή σύνδεσης για την αγωγιμότητα του ρεύματος στις μπαταρίες ισχύος. Τα τερματικά χωρίζονται γενικά σε θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια, με το θετικό ηλεκτρόδιο να είναι συνήθως κατασκευασμένο από αλουμίνιο και το αρνητικό ηλεκτρόδιο από χαλκό.

 

Πολλαπλές κυψέλες μπορούν να συνδεθούν σε σειρά ή παράλληλα χρησιμοποιώντας συνδέσμους συγκόλλησης για να σχηματίσουν μια πλήρη μονάδα μπαταρίας. Οι ακροδέκτες συνήθως ενσωματώνονται με το κάλυμμα της μπαταρίας και εγκαθίστανται στην επάνω δομή του κελύφους αλουμινίου κυψελών λιθίου ή του κελύφους αλουμινίου της μπαταρίας κυψελών λιθίου. Στην πραγματική συγκόλληση, η τερματική συγκόλληση είναι επιρρεπής σε ελαττώματα όπως οι πόροι, κυρίως λόγω της μικρής διαμέτρου της περιοχής συγκόλλησης και της τάσης να παραμένουν ακαθαρσίες όπως λάδι σφράγισης ή καθαριστικά. Κάτω από ακτινοβολία λέιζερ υψηλής-ενέργειας-πυκνότητας, αυτές οι ακαθαρσίες εξατμίζονται γρήγορα για να σχηματίσουν φυσαλίδες, οι οποίες διαφεύγουν και δημιουργούν κενά συγκόλλησης. Επομένως, ο καθαρισμός πριν από τη συγκόλληση και η βελτιστοποίηση της καμπύλης ισχύος λέιζερ είναι ιδιαίτερα σημαντικά.

 

Η συγκόλληση βαλβίδας αντιεκρηκτικής-συγκόλλησης είναι ένα σημαντικό στοιχείο της δομής ασφαλείας των μπαταριών ισχύος. Οι αντιεκρηκτικές-βαλβίδες εγκαθίστανται συνήθως στο κάλυμμα της μπαταρίας και η λειτουργία τους είναι να σπάνε ενεργά και να απελευθερώνουν την πίεση όταν η εσωτερική πίεση της μπαταρίας αυξάνεται ασυνήθιστα, αποτρέποντας έτσι ατυχήματα έκρηξης της μπαταρίας. Οι αντιεκρηκτικές βαλβίδες κατασκευάζονται συνήθως από δύο στρώματα φύλλων αλουμινίου με λέιζερ-συγκολλημένα μεταξύ τους, με την πίεση έκρηξής τους να ελέγχεται συνήθως μεταξύ 0,4 και 0,7 MPa. Αυτή η δομή συχνά ενσωματώνεται στη συσκευασία θηκών μπαταριών αλουμινίου New Energy Vehicle ή Battery Packs με περιβλήματα αλουμινίου, απαιτώντας έτσι εξαιρετικά αυστηρό έλεγχο της σφράγισης συγκόλλησης και της εισροής θερμότητας. Η υπερβολική ή ανεπαρκής ενέργεια συγκόλλησης μπορεί να οδηγήσει σε ασταθείς πιέσεις σκανδάλης στη βαλβίδα αντιεκρηκτικής{10}ασφάλειας, επηρεάζοντας τη συνολική απόδοση ασφάλειας της μπαταρίας.

 

Κατά την κατασκευή της μονάδας μπαταρίας, η συγκόλληση προσαρμογέα είναι μια κρίσιμη διαδικασία που συνδέει το στοιχείο της μπαταρίας με την πλάκα κάλυψης. Ο προσαρμογέας όχι μόνο χρειάζεται καλή αγωγιμότητα αλλά πρέπει επίσης να αντέχει σημαντικά φορτία ρεύματος και μηχανικές καταπονήσεις. Σε πρακτικά σχέδια, ο προσαρμογέας είναι συνήθως συγκολλημένος σε ένα περίβλημα μπαταρίας αλουμινίου βαθιάς έλξης ή σε περίβλημα αλουμινίου πακέτου, σχηματίζοντας μια σταθερή σύνδεση με τις γλωττίδες της κυψέλης. Επειδή ο χαλκός έχει χαμηλή απορρόφηση λέιζερ και υψηλή ανακλαστικότητα, απαιτείται υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα κατά τη συγκόλληση ανόμοιου μετάλλου χαλκού-αλουμινίου για να διασφαλιστεί η διείσδυση και η αντοχή της συγκόλλησης. Ταυτόχρονα, είναι απαραίτητος ο αυστηρός έλεγχος του πιτσιλίσματος για να αποτραπεί η είσοδος σωματιδίων στην κυψέλη της μπαταρίας και η πρόκληση βραχυκυκλωμάτων.

 

Στα συστήματα συσσωρευτών ισχύος, η ποιότητα συγκόλλησης των μονάδων μπαταρίας επηρεάζει άμεσα την τρέχουσα ομοιομορφία και την απόδοση θερμικής διαχείρισης ολόκληρου του συστήματος. Μια μονάδα μπαταρίας αποτελείται από πολλαπλές κυψέλες συνδεδεμένες σε σειρά και παράλληλα, και απαιτεί επίσης ένα σύστημα διαχείρισης μπαταρίας (BMS) για παρακολούθηση και προστασία. Σε αυτή τη σύνθετη δομή, η συγκόλληση των συνδετικών τεμαχίων απαιτεί συνήθως εξοπλισμό λέιζερ υψηλής ισχύος για να επιτευχθεί σταθερή συγκόλληση χοντρών υλικών από χαλκό ή αλουμίνιο. Για παράδειγμα, σε συστήματα αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης-κλίμακας ή σε πακέτα νέων ενεργειακών οχημάτων, η δομή σύνδεσης εγκαθίσταται συνήθως εντός του δομικού πλαισίου ενός κελύφους αλουμινίου για κυψέλες φωσφορικού σιδήρου λιθίου ή ενός κελύφους αλουμινίου για μια πρισματική μπαταρία ιόντων λιθίου για να διασφαλιστεί η δομική αντοχή και η ηλεκτρική αξιοπιστία της μονάδας.

 

Αν και η συγκόλληση με λέιζερ έχει σημαντικά πλεονεκτήματα στην κατασκευή μπαταριών ισχύος, παραμένουν αρκετές τεχνικές προκλήσεις στη συγκόλληση υλικών από κράμα αλουμινίου. Πρώτον, υπάρχει το θέμα του πορώδους. Λόγω της υψηλής διαλυτότητας του υδρογόνου στη δεξαμενή τετηγμένου κράματος αλουμινίου, οι πόροι υδρογόνου σχηματίζονται εύκολα κατά την ταχεία στερεοποίηση. Επιπλέον, η κατάρρευση της οπής κατά τη συγκόλληση με λέιζερ μπορεί επίσης να δημιουργήσει ελαττώματα πορώδους. Δεύτερον, υπάρχει το θέμα του θερμού σπασίματος. Δεδομένου ότι τα κράματα αλουμινίου είναι τυπικά ευτηκτικά κράματα, οι ρωγμές υγροποίησης στα όρια των κόκκων είναι επιρρεπείς στο να συμβούν κατά τη διάρκεια της ψύξης συγκόλλησης, μειώνοντας έτσι την αντοχή της ένωσης συγκόλλησης. Αυτά τα προβλήματα είναι ιδιαίτερα κοινά στη συγκόλληση κρίσιμων δομικών στοιχείων, όπως κελύφη αλουμινίου για κυψέλες μπαταριών ιόντων λιθίου{{6} ή πρισματικές θήκες μπαταριών από κράμα αλουμινίου.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ένα άλλο κοινό ελάττωμα είναι το πιτσίλισμα συγκόλλησης, γνωστό και ως "πιτσίλισμα". Αυτό το φαινόμενο προκαλείται συνήθως από επιφανειακή μόλυνση υλικών, υπερβολικά υψηλή πυκνότητα ενέργειας λέιζερ ή ανεπαρκή σταθερότητα δέσμης λέιζερ. Όταν υπάρχουν πόροι ή προεξοχές στην επιφάνεια του υλικού στην περιοχή συγκόλλησης, το λέιζερ υψηλής ενέργειας μπορεί να προκαλέσει γρήγορα τοπική εξάτμιση, με αποτέλεσμα πιτσίλισμα μετάλλου. Για μονάδες μπαταρίας που είναι εγκατεστημένες σε κελύφη αλουμινίου με πρισματικές κυψέλες ή σε δομές περιβλήματος αλουμινίου μπαταρίας, η είσοδος πιτσιλίσματος στην κυψέλη μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία μόνωσης ή κίνδυνο βραχυκυκλώματος. Επομένως, στην πραγματική παραγωγή, τα προβλήματα πιτσιλίσματος πρέπει να μειωθούν με τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων λέιζερ, τη βελτίωση της καθαρότητας του υλικού και τον σωστό έλεγχο του μεγέθους του σημείου.

 

Οι διαδικασίες συγκόλλησης διαφέρουν επίσης σε διαφορετικές δομές μπαταριών. Για παράδειγμα, στη διαδικασία συγκόλλησης με γλωττίδα των μπαταριών θήκης, απαιτούνται ειδικά εργαλεία για να πιέζονται σφιχτά οι γλωττίδες για να διασφαλιστεί ένα σταθερό διάκενο συγκόλλησης, επιτυγχάνοντας έτσι μια τροχιά συγκόλλησης σε σχήμα S- ή σπειροειδή. Για τις κυλινδρικές μπαταρίες, η συγκόλληση συγκεντρώνεται κυρίως στην περιοχή σύνδεσης του θετικού ηλεκτροδίου επειδή το κέλυφος του αρνητικού ηλεκτροδίου είναι πιο λεπτό και επιρρεπές σε κάψιμο-. Οι πρισματικές μπαταρίες χρησιμοποιούν κατά κύριο λόγο μια μέθοδο συγκόλλησης με κέλυφος{-και{-ενθυλάκωσης πώματος, που συνήθως χωρίζεται σε επάνω-συγκολλημένες και πλευρικές- δομές. Οι μέθοδοι πλάγιας συγκόλλησης{10}μειώνουν τον κίνδυνο εισόδου πιτσιλίσματος στην κυψέλη, αλλά απαιτούν υψηλότερα πρότυπα καθαριότητας υλικού και σταθερότητας του εξοπλισμού. Οι κορυφαίες{12}}μέθοδοι συγκόλλησης είναι πιο κατάλληλες για μαζική παραγωγή, αλλά απαιτούν πιο ακριβείς τεχνικές επεξεργασίας κελύφους. Αυτές οι δομές συγκόλλησης χρησιμοποιούνται συνήθως σε δομές περιβλήματος μπαταριών, όπως κελύφη αλουμινίου για πρισματικές μπαταρίες ιόντων λιθίου{14} ή θήκες μπαταριών αλουμινίου οχημάτων νέας ενέργειας.

 

Συνολικά, με την ανάπτυξη νέων ενεργειακών οχημάτων και βιομηχανιών αποθήκευσης ενέργειας, η κατασκευή μπαταριών ισχύος εξελίσσεται προς μεγαλύτερη ακρίβεια, αυτοματισμό και ευφυΐα. Η τεχνολογία συγκόλλησης με λέιζερ, με τα πλεονεκτήματα της υψηλής απόδοσης, του χαμηλού θερμικού αντίκτυπου και της δυνατότητας εφαρμογής σε σύνθετες κατασκευές, έχει γίνει μια βασική διαδικασία παραγωγής στην παραγωγή μπαταριών ισχύος. Από τη συσκευασία κυψελών έως τη συναρμολόγηση μονάδων και την ενσωμάτωση του συστήματος PACK, η τεχνολογία συγκόλλησης με λέιζερ διατρέχει ολόκληρη τη διαδικασία κατασκευής και σχηματίζει υψηλό βαθμό συνέργειας με βασικά δομικά στοιχεία όπως στοιχεία λιθίου, κελύφη αλουμινίου και πακέτα μπαταριών με περιβλήματα αλουμινίου.

 

 

Στη διαδικασία κατασκευής μπαταριών ισχύος, τα περιβλήματα μπαταριών υψηλής ποιότητας-όχι μόνο χρειάζονται εξαιρετικές ιδιότητες υλικού αλλά πρέπει επίσης να μπορούν να προσαρμοστούν σε διαδικασίες συγκόλλησης ακριβείας. Η εταιρεία μας ειδικεύεται στην έρευνα, την ανάπτυξη και την κατασκευή δομικών εξαρτημάτων για μπαταρίες νέας ενέργειας, παρέχοντας μια ποικιλία λύσεων στέγασης μπαταριών υψηλής-ακριβείας, συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών Deep Drawn Battery Housing, Prismatic Cell Case και κελύφους αλουμινίου για κυψέλες μπαταριών ιόντων λιθίου-. Αυτά τα εξαρτήματα είναι κατασκευασμένα από-κράμα αλουμινίου υψηλής αντοχής και κατασκευάζονται με διαδικασίες σφράγισης ακριβείας και βαθιάς έλξης, ικανοποιώντας τις αυστηρές απαιτήσεις των μπαταριών ισχύος όσον αφορά τη στεγανοποίηση, τη δομική αντοχή και τη συγκολλησιμότητα.

 

Τα προϊόντα μας χρησιμοποιούνται ευρέως σε νέα ενεργειακά συστήματα μπαταριών οχημάτων, σε συστήματα μπαταριών αποθήκευσης ενέργειας και σε μονάδες μπαταριών υψηλής απόδοσης{{0}, παρέχοντας στους πελάτες αξιόπιστο περίβλημα αλουμινίου μπαταρίας καιΣυσκευασία περιβλήματος αλουμινίουλύσεις που συμβάλλουν στη βελτίωση της ασφάλειας και της απόδοσης κατασκευής των συστημάτων μπαταριών.