Процес виробництва акумуляторної батареї: пояснення технології лазерного зварювання

На тлі швидкого розвитку індустрії нових енергетичних транспортних засобів якість виробництва акумуляторних батарей, як основного компонента транспортного засобу, безпосередньо впливає на безпеку автомобіля, термін служби та щільність енергії. Акумуляторні системи живлення зазвичай складаються з елементів, батарейних модулів і батарейних блоків (PACK). Їхня внутрішня структура включає численні з’єднання металевих матеріалів, у тому числі електродні виступи, провідні з’єднувальні деталі, корпуси акумуляторів та структури інкапсуляції. Серед цих важливих з’єднань лазерне зварювання з його високою щільністю енергії, без-контактною обробкою та високою можливістю автоматизації поступово стало одним із важливих процесів у виробництві силових батарей. Особливо в конструкціях корпусів із алюмінієвих сплавів, таких як алюмінієвий корпус батареї або корпуси призматичних елементів, лазерне зварювання може досягти високо-точних герметичних з’єднань, забезпечуючи стабільне та надійне середовище інкапсуляції для внутрішньої частини батареї.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виробничий процес акумуляторів зазвичай включає кілька етапів, як-от виробництво елементів, складання середньої-стадії та -інтеграція PACK. На цих стадіях лазерне зварювання широко використовується в ключових процесах, таких як зварювання лапок, точкове зварювання електродами, попереднє зварювання комірок, зварювання герметизації корпусу та верхньої кришки та герметизація отворів для впорскування рідини. У той же час на етапі складання модуля нижче та PACK також потрібно завершити такі процеси, як зварювання з’єднувальних деталей, зварювання-вибухозахищеного клапана та зварювання клем акумулятора. Ці структури часто безпосередньо інтегровані в структурні компоненти, такі як призматичні акумуляторні корпуси з алюмінієвого сплаву або алюмінієві оболонки для елементів літій-іонних акумуляторів. Таким чином, якість зварювання відіграє вирішальну роль у герметичності, структурній міцності та термічній стабільності акумулятора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У конструкції елемента ущільнювальне зварювання між корпусом батареї та кришкою є одним із найважливіших етапів виробництва. Корпуси акумуляторів зазвичай виготовляються з алюмінієвого сплаву серії 3003, товщина якого зазвичай контролюється між 0,6 і 0,8 мм. Високоякісні-зварні шви між кожухом і накладкою можна досягти завдяки-імпульсному лазерному зварюванню низької потужності, таким чином утворюючи стабільний герметичний простір. Для призматичних елементів ця структура зазвичай представляється як алюмінієвий корпус призматичного елемента або алюмінієвий корпус для призматичного літій-іонного акумулятора. У реальному виробництві зварювальні дефекти в основному включають неповне проплавлення, пористість і розпад зварного шва. Ці дефекти безпосередньо впливають на герметичність і стійкість до тиску корпусу батареї, тим самим впливаючи на термін служби батареї та показники безпеки. Зварювання клем акумулятора є важливою структурою з’єднання для проведення струму в акумуляторах. Клеми, як правило, поділяються на позитивні та негативні електроди, причому позитивний електрод зазвичай виготовляється з алюмінію, а негативний – з міді.

 

Кілька елементів можна з’єднати послідовно або паралельно за допомогою зварювальних з’єднувачів для формування повного акумуляторного модуля. Клеми зазвичай інтегровані з кришкою батареї та встановлені у верхній конструкції алюмінієвої оболонки літієвих елементів або алюмінієвої оболонки літієвих елементів. У фактичному зварюванні кінцеве зварювання схильне до дефектів, таких як пори, головним чином через малий діаметр зварювальної зони та схильність до забруднень, таких як штампова олія або очищувальні засоби. Під високо{3}}енергетичним-лазерним опроміненням ці домішки швидко випаровуються, утворюючи бульбашки, які вириваються та створюють порожнечі під зварюванням. Тому очищення перед-зварюванням і оптимізація кривої потужності лазера є особливо важливими.

 

Зварювання-вибухозахищеного клапана є важливим компонентом конструкції безпеки акумуляторних батарей. Вибухозахищені клапани зазвичай встановлюються на кришці батареї, і їх функція полягає в активному розриві та скиданні тиску, коли внутрішній тиск батареї аномально підвищується, таким чином запобігаючи вибуху батареї. Вибухозахищені-клапани зазвичай виготовляються з двох шарів алюмінієвих листів,-зварених разом лазером, тиск детонації яких зазвичай контролюється від 0,4 до 0,7 МПа. Ця конструкція часто інтегрована в упаковку алюмінієвих корпусів акумуляторів для транспортних засобів New Energy або акумуляторних блоків з алюмінієвими корпусами, що вимагає надзвичайно суворого контролю за герметизацією зварних швів і підведенням тепла. Надмірна або недостатня енергія зварювання може призвести до нестабільного тиску тригера у вибухозахищеному{10}}клапані, що вплине на загальну безпеку батареї.

 

Під час виробництва акумуляторного модуля зварювання адаптера є важливим процесом, який з’єднує елемент акумулятора з кришкою. Адаптер не тільки потребує хорошої провідності, але також повинен витримувати значні струмові навантаження та механічні навантаження. У практичних конструкціях адаптер зазвичай приварюється до алюмінієвого корпусу батареї глибокої витяжки або алюмінієвого корпусу упаковки, утворюючи стабільне з’єднання з виступами елемента. Оскільки мідь має низьке лазерне поглинання та високу відбивну здатність, під час зварювання міді-алюмінію різнорідними металами потрібна вища щільність енергії, щоб забезпечити проникнення зварного шва та міцність з’єднання. Одночасно необхідний суворий контроль над бризками, щоб запобігти потраплянню частинок в елемент батареї та спричиненню короткого замикання.

 

У системах акумуляторних блоків живлення якість зварювання батарейних модулів безпосередньо впливає на рівномірність струму та ефективність керування температурою всієї системи. Акумуляторний модуль складається з кількох елементів, з’єднаних послідовно та паралельно, а також потребує системи керування акумулятором (BMS) для моніторингу та захисту. У цій складній конструкції для зварювання з’єднувальних деталей зазвичай потрібне високо{2}}лазерне обладнання для досягнення стабільного зварювання товстих мідних або алюмінієвих матеріалів. Наприклад, у -великомасштабних системах накопичення енергії або нових енергетичних блоках транспортних засобів з’єднувальну структуру зазвичай встановлюють у структурну структуру алюмінієвої оболонки для літій-залізо-фосфатних елементів або алюмінієвої оболонки для призматичної літій-іонної батареї, щоб забезпечити міцність конструкції та електричну надійність модуля.

 

Незважаючи на те, що лазерне зварювання має значні переваги у виробництві енергетичних батарей, у зварюванні матеріалів з алюмінієвих сплавів залишається кілька технічних проблем. По-перше, є проблема пористості. Завдяки високій розчинності водню в купі розплавленого алюмінієвого сплаву під час швидкого затвердіння легко утворюються водневі пори. Крім того, колапс точкових отворів під час лазерного зварювання також може створити дефекти пористості. По-друге, є питання гарячого крекінгу. Оскільки алюмінієві сплави є типовими евтектичними сплавами, під час зварювального охолодження схильні до появи тріщин розрідження меж зерен, що знижує міцність зварного з’єднання. Ці проблеми особливо поширені під час зварювання критичних конструкційних компонентів, таких як алюмінієві оболонки для елементів літій-іонної батареї або корпуси призматичних батарей із алюмінієвого сплаву.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Іншим поширеним дефектом є бризки під час зварювання, також відомі як «бризки». Це явище зазвичай спричинене поверхневим забрудненням матеріалів, надмірно високою щільністю лазерної енергії або недостатньою стабільністю лазерного променя. Якщо на поверхні матеріалу в зоні зварювання є пори або виступи, високо-лазер із високою енергією може швидко спричинити локальне випаровування, що призведе до розбризкування металу. Для акумуляторних модулів, встановлених у призматичних алюмінієвих корпусах осередків або алюмінієвих корпусах акумуляторів, бризки, що потрапляють у осередок, можуть призвести до пошкодження ізоляції або ризику короткого замикання. Таким чином, у реальному виробництві проблеми з розбризкуванням необхідно зменшити шляхом оптимізації параметрів лазера, підвищення чистоти матеріалу та належного контролю розміру плями.

 

Зварювальні процеси також відрізняються в різних конструкціях батарей. Наприклад, у процесі зварювання язичок пакетних батарей потрібен спеціальний інструмент, щоб щільно притиснути язички, щоб забезпечити стабільний зварювальний зазор, таким чином досягаючи S--подібної або спіральної траєкторії зварювання. Для циліндричних батарей зварювання зосереджено в основному в зоні з’єднання позитивного електрода, оскільки оболонка негативного електрода тонша й схильна до прогорання. Призматичні батареї в основному використовують метод зварювання-і-кришок із герметизацією, який зазвичай поділяється на конструкції, що зварюються зверху-і-зварюються збоку. Методи бічного{10}}зварювання зменшують ризик потрапляння бризок у камеру, але вимагають вищих стандартів чистоти матеріалу та стабільності обладнання. Верх{12}}методи зварювання більше підходять для масового виробництва, але вимагають точніших технологій обробки оболонки. Ці зварювальні конструкції зазвичай використовуються в конструкціях корпусів акумуляторів, таких як алюмінієві корпуси для призматичних літій-іонних акумуляторів або алюмінієві корпуси акумуляторів нових транспортних засобів.

 

Загалом, із розвитком нових енергетичних транспортних засобів і галузей зберігання енергії, виробництво силових акумуляторів розвивається в напрямку вищої точності, автоматизації та інтелекту. Технологія лазерного зварювання, яка має такі переваги, як висока ефективність, низький вплив тепла та можливість застосування до складних конструкцій, стала ключовим виробничим процесом у виробництві акумуляторних батарей. Технологія лазерного зварювання проходить через весь виробничий процес, починаючи від упаковки елементів і закінчуючи складанням модулів і інтеграцією системи PACK, і забезпечує високий ступінь синергії з ключовими структурними компонентами, такими як літієві елементи, алюмінієві корпуси та акумуляторні блоки з алюмінієвими корпусами.

 

 

У процесі виробництва акумуляторних батарей високоякісні-корпуси акумуляторів потребують не лише відмінних властивостей матеріалу, але й здатності адаптуватися до процесів точного зварювання. Наша компанія спеціалізується на дослідженні, розробці та виробництві структурних компонентів для нових акумуляторів, надаючи різноманітні високо-прецизійні рішення для корпусів акумуляторів, у тому числі глибоко витягнутий алюмінієвий корпус акумулятора, призматичний корпус елемента та алюмінієві корпуси для літій-іонних елементів акумулятора. Ці компоненти виготовлені з високо-алюмінієвого сплаву та виготовлені за допомогою процесів точного штампування та глибокої витяжки, що відповідає суворим вимогам до акумуляторних батарей щодо герметичності, міцності конструкції та зварюваності.

 

Наша продукція широко використовується в нових акумуляторних системах живлення транспортних засобів, акумуляторних системах накопичення енергії та високо-продуктивних акумуляторних модулях, надаючи клієнтам надійний алюмінієвий корпус акумулятора таПакуйте алюмінієвий корпусрішення, які допоможуть підвищити безпеку та ефективність виробництва акумуляторних систем.