01 Увод
Усред померања глобалне аутомобилске индустрије ка електрификацији, батерије за напајање, као основни извор енергије нових енергетских возила, одређују тржишну конкурентност електричних возила кроз њихове перформансе, безбедност и цену. Производња енергетских батерија је сложен процес који укључује интердисциплинарно знање укључујући науку о материјалима, електрохемију и прецизно инжењерство. Технологија{2}}висококвалитетне везе је кључна карика током овог процеса. Традиционалне методе спајања, као што су отпорно заваривање и ултразвучно заваривање, све више показују ограничења-као што су велики топлотни ефекти, лоша конзистенција и уски прозори параметара процеса-када се суочавају са великим-аутоматском производњом батерија за напајање и руковањем материјалима високе топлотне проводљивости као што су бакар и алуминијум. Технологија ласерског заваривања, са својом високом густином енергије, контролисаним уносом топлоте, бесконтактном природом и лакоћом аутоматизације, испуњава строге захтеве производње енергетских батерија за прецизност, ефикасност и поузданост и постала је основни процес током целог радног тока од производње ћелије до склапања батеријског пакета. Овај рад има за циљ да илуструје специфичне примене технологије ласерског заваривања у различитим фазама производње енергетских батерија и да сумира њену значајну улогу у промовисању развоја индустрије електричних батерија.
02 Примена у фази производње батерије
Батерија је основна јединица електричне батерије, а њена прецизност производње и заптивање су суштинске гаранције сигурности и перформанси батерије. Ласерско заваривање се углавном користи за прецизно повезивање и коначно заптивање ћелија батерије. Прво, за електричне везе унутар ћелије батерије, ласерско заваривање се користи за заваривање језичака. Након што је процес намотавања или слагања завршен, потребно је чврсто заварити језичке позитивне (алуминијумске фолије) и негативне (бакарне фолије) електроде, које се могу састојати од десетина или чак стотина слојева, заједно са струјним колекторима, и формирати поуздан електрични пут са спољним терминалима или спојним деловима, као што је приказано на слици 1. тачке заваривања са малим отпором и великом чврстоћом. Његова предност лежи у минималној зони -под утицајем топлоте, ефикасно избегавајући топлотно оштећење суседних сепаратора и активних материјала, чиме се чувају електрохемијске перформансе ћелије батерије.
Друго, у завршној фази паковања ћелија батерија, ласерско заваривање је једна од ефикасних метода за постизање херметичког заптивања. Истовремено, ласерско заваривање се користи за спајање горњег поклопца и кућишта у оба квадратна алуминијумска кућишта и цилиндричне челичне шкољке батерија. Прецизном контролом снаге ласера, брзине и положаја фокуса, на кућишту се може формирати континуиран, гладак и густ заварени шав, ефикасно спречавајући цурење електролита и улазак спољашње влаге, обезбеђујући хемијску стабилност ћелије батерије током њеног животног века. За ћелије врећице, ласерско заваривање се користи у процесима горњег и бочног заптивања, заваривањем избочених језичака на спојне и заштитне прелазне делове (обично никловани-бакар или алуминијум). Његова -природа без контакта обезбеђује ефикасност паковања и нулту штету на амбалажном материјалу од алуминијум-пластичне фолије, као што је приказано на слици 2.
03 Примена у фази монтаже батеријских модула и батеријских пакета подразумева интеграцију појединачних ћелија у модуле и пакете батерија, што захтева велику количину електричних прикључака и структуралног причвршћивања. Ово је фаза у којој је ласерско заваривање највише концентрисано и технички изазовно. У погледу електричних веза, основна примена је серијско и паралелно заваривање између ћелија. Повезивањем сабирница (обично алуминијумских или бакарних шипки) на терминале ћелије, конструише се систем електричних кола читавог пакета батерија.
Потешкоће у овом процесу леже у: 1) проблемима са карактеристикама материјала-бакар и алуминијум имају високу рефлективност према уобичајеним инфрацрвеним ласерима и високу топлотну проводљивост, што отежава заваривање; 2) спајање различитих материјала, као што је веза између бакарних сабирница и алуминијумских терминала, који су склони формирању крхких интерметалних једињења (ИМЦ) које утичу на дугорочну-поузданост везе. Да би одговорила на ове изазове, индустрија је развила напредне процесе као што су осцилирајуће ласерско заваривање, хибридно заваривање (нпр. ласер-лучни) и употреба ласера нове таласне дужине као што су зелени или плави ласери. Ове технологије ефикасно потискују дефекте као што су прскање и порозност и контролишу дебљину ИМЦ слоја ширењем растопљеног базена, побољшавајући мешање и повећавајући апсорпцију енергије, чиме се постижу електричне везе. У погледу структурних веза, ласерско заваривање такође игра важну улогу. На пример, може се користити за структурне компоненте као што су бочне плоче модула и завршне плоче које обезбеђују ћелије, као и за повезивање кућишта и поклопца батерије. У поређењу са традиционалним вијцима или заковицама, ласерско заваривање може постићи већи степен интеграције и структурну чврстоћу, што помаже у побољшању отпорности батерије на вибрације и ударце. Поред тога, сићушни завари у аквизиционим круговима сензора напона и температуре у системима за управљање батеријама се све више праве коришћењем ласерског заваривања како би се обезбедила-дугорочна стабилност и поузданост аквизиције сигнала.
04 Резиме Технологија ласерског заваривања, са својом високом прецизношћу, брзином и поузданошћу, интегрисана је у сваки корак производње енергетских батерија. Од микро заваривања ћелија до структурних веза батеријског пакета на макро нивоу, од херметичког паковања које обезбеђује безбедност ћелија до електричних веза са малим-отпором који одређују перформансе батерије, ласерско заваривање игра незаменљиву кључну улогу. Не само да ефикасно решава изазове обраде-тешких-материјала као што су бакар и алуминијум, испуњавајући захтеве ефикасности и доследности велике-аутоматизоване производње, већ и максимизира заштиту електрохемијских перформанси батерије кроз прецизну контролу топлоте заваривања. Сазревање и развој технологије ласерског заваривања постали су кључни технолошки мотор који доводи до повећања густине енергије акумулатора, смањења трошкова производње и побољшања безбедносних перформанси, пружајући чврсту производну основу за брзи развој глобалне индустрије нових енергетских возила.
