Por que a soldagem a laser se tornou uma opção indispensável na fabricação de baterias elétricas?

Na atual indústria de veículos com novas energias, em rápida evolução, a segurança, o alcance e a consistência das baterias de energia determinam diretamente a competitividade central de todo o veículo. A tecnologia de soldagem a laser, com suas vantagens exclusivas de controle de precisão em nível de-mícron, capacidade de processamento de alta-eficiência e baixo impacto térmico, tornou-se um "processo de ouro" indispensável na fabricação de baterias de energia – desde a vedação do invólucro até a conexão do eletrodo, da integração do módulo à soldagem de componentes de segurança, ela percorre todo o processo de produção da bateria, protegendo silenciosamente a estabilidade e a confiabilidade de cada bateria de energia.

A soldagem a laser não é simplesmente uma "fusão de alta-temperatura", mas um processo avançado que atinge fusão rápida e forte conexão de materiais por meio do foco preciso de um feixe de laser de alta-energia-densidade. Sua proeminência na fabricação de baterias de energia decorre de três vantagens principais:

1. Adaptação precisa a requisitos de materiais-ultrafinos

Os invólucros e tampas das baterias de energia usam principalmente folhas de liga de alumínio de 0,6-0,8 mm (representando mais de 90%), e a soldagem a arco tradicional leva facilmente à deformação, penetração ou tensão residual. Os pontos de laser podem ser comprimidos até o nível de mícron, com energia concentrada e controlável, permitindo soldagem selada de materiais ultra{5}}finos sem danificar a estrutura interna. A costura de solda tem uma alta relação profundidade{6}}largura e excelente consistência.

2. Superando os desafios da soldagem de materiais altamente refletivos

Os eletrodos da bateria e as placas de conexão geralmente envolvem materiais altamente refletivos, como cobre e alumínio (o cobre tem uma refletividade do laser superior a 90% e o alumínio chega a 92%), dificultando a fusão eficaz com técnicas comuns de soldagem. A soldagem a laser, por meio da otimização da forma de onda e do ajuste do ângulo, pode alcançar uma conexão confiável de metais diferentes, como cobre-alumínio e alumínio-níquel, e pode até mesmo soldar níquel galvanizado ao cobre, correspondendo perfeitamente aos requisitos de material do caminho de corrente da bateria.

3. Automação e vantagens sem{1}}contato

O modo de soldagem sem{0}}contato pode lidar com flexibilidade com a complexa estrutura tri-dimensional dos módulos de bateria, permitindo soldagem de trajetória complexa, como formato de S-e espiral. O rendimento da automação é melhorado em mais de 30% em comparação com processos tradicionais. Simultaneamente, o processo de soldagem não envolve contato físico, evitando danos mecânicos aos componentes de precisão e atendendo às demandas da produção em massa em grande-escala.

O princípio fundamental da soldagem a laser é adaptar-se aos diferentes requisitos de soldagem, controlando parâmetros como energia do laser, posição do foco e velocidade de soldagem. Com base nas características do processo, é dividido principalmente nas seguintes categorias:

1. Pelo método de transferência de energia: Soldagem por condução de calor vs. Soldagem por penetração profunda

• Soldagem por condução de calor: A energia do laser atua apenas na superfície do material, fazendo com que a camada superficial derreta e solidifique por condução de calor. É adequado para soldar materiais finos (geralmente<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• Soldagem de penetração profunda: o foco-do laser de alta potência forma instantaneamente um "buraco de fechadura", permitindo que o calor penetre rapidamente no material. Ele oferece alta velocidade de soldagem e uma pequena zona-afetada pelo calor, permitindo a soldagem simultânea de múltiplas camadas de material. É a escolha principal para aplicações como vedação de carcaça de bateria de energia e conexão de módulo. A principal diferença entre os dois reside na densidade de potência do laser – quando a densidade de potência atinge um valor crítico, o modo de soldagem muda de soldagem por condução de calor para soldagem de penetração profunda. O valor crítico específico precisa ser ajustado de acordo com o tipo de material.

2. Por forma de soldagem: Soldagem por penetração vs. Soldagem por costura

• Soldagem por penetração: a peça de conexão não requer perfuração, tornando o processamento simples, mas requer um laser de alta-potência, resultando em menor profundidade de penetração e confiabilidade relativamente mais fraca.

• Soldagem por costura: a peça de conexão requer uma folga pré-reservada. A energia do laser atinge a fusão através da lacuna, exigindo apenas equipamentos-de baixa potência, resultando em maior profundidade de penetração e maior confiabilidade, mas a tecnologia de processamento é mais complexa.

3. Pelo modo de saída do laser: Soldagem pulsada vs. Soldagem contínua

• Soldagem pulsada: O laser emite energia em pulsos, concentrando energia instantaneamente, tornando-o adequado para soldagem de materiais propensos a porosidade e trincas, como ligas de alumínio. Ao selecionar formas de onda como ondas de pico e ondas de pico-duplo, os defeitos podem ser reduzidos – por exemplo, a parte de declínio gradual da onda de-pico duplo pode estender o tempo de resfriamento da poça de fusão, suprimindo efetivamente a geração de poros;

• Soldagem contínua: O laser emite energia continuamente, resultando em um processo de aquecimento estável, uma superfície de solda lisa, sem respingos e sem rachaduras ou depressões. É especialmente adequado para soldagem de ligas de alumínio. No entanto, requer precisão extremamente alta na montagem da peça (tamanho de ponto pequeno, desvio precisa ser<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

Os requisitos de soldagem para diferentes componentes de baterias de energia variam muito e os processos de soldagem a laser precisam ser personalizados de acordo com os cenários de aplicação específicos:

1. Soldagem de válvula-à prova de explosão

A válvula-à prova de explosão é o canal de alívio de pressão quando a bateria superaquece. Requer uma solda selada em uma folha de alumínio de 8 mm de diâmetro para suportar uma pressão de ruptura de 0,4-0,7 MPa. O uso de soldagem a laser contínua em vez de soldagem pulsada melhora a integridade da vedação da solda em 50%, eliminando completamente o risco de vazamento de eletrólito e fornecendo a primeira linha de defesa para a segurança da bateria.

2. Vedação da carcaça e da placa de cobertura

Como "proteção externa" da bateria, a soldagem da carcaça e da placa de cobertura afeta diretamente a estanqueidade. Existem dois processos principais:
• Soldagem lateral: É menos provável que respingos de soldagem entrem no interior da célula da bateria, mas exigem limpeza de material extremamente alta e estabilidade do laser;
• Soldagem superior: Alta eficiência de produção em massa e integração simples de equipamentos, mas requer controle rigoroso de contaminação por respingos.

3. Soldagem Terminal

Os terminais positivo (alumínio) e negativo (cobre) precisam suportar uma resistência à tração maior ou igual a 500 MPa e não devem apresentar defeitos de “espiráculo”. Como a superfície de contato do terminal (aproximadamente 6 mm de diâmetro) é propensa a óleo residual e impurezas, a produção real requer "limpeza pré-de plasma de soldagem + controle de gradiente de potência" para garantir soldas-livres de defeitos e condução de corrente estável.

4. Soldagem de conectores

Os conectores são responsáveis ​​por conectar células de bateria em série/paralelo e geralmente envolvem a soldagem de materiais diferentes, como cobre e alumínio, o que pode facilmente gerar compostos intermetálicos frágeis, levando à redução da condutividade. Através de um processo composto-ultrassônico a laser, a formação desses compostos pode ser suprimida, melhorando a resistência mecânica e a condutividade da junta soldada.

5. 4680 Soldagem com aba completa de bateria cilíndrica grande

A estrutura completa das abas da bateria cilíndrica grande 4680 aumenta a área de soldagem em 5 vezes, mas dobrar as abas pode facilmente levar ao desalinhamento e curtos-circuitos. Ao empregar tecnologia de modelagem de feixe (como pontos de feixe anulares), é possível obter soldagem simultânea com múltiplas-abas, reduzindo a entrada de calor em 40%, garantindo a confiabilidade da conexão e evitando danos à estrutura interna da bateria.

6. Soldagem do Módulo PACK

Quando a espessura das abas de conexão de cobre/alumínio atinge 2 mm, lasers de fibra de alta-potência de 6 kW ou mais são necessários para soldagem por penetração. O investimento em equipamentos de soldagem para uma única capacidade de produção de GWh é de aproximadamente 10-30 milhões de RMB, que é um dos principais investimentos em equipamentos na fase de integração do módulo, afetando diretamente a estabilidade da conexão e a eficiência de dissipação de calor do módulo.

O pórtico baseado em-galvanômetro LWM-ACEYmáquina de solda a laser de fibraintegra uma fonte de laser de fibra de alto-desempenho com nosso design proprietário, proporcionando rigidez e estabilidade operacional excepcionais. Seu mecanismo de trilho guiado-de precisão, acionado por servomotores responsivos, garante desempenho preciso em alta-velocidade. Este equipamento foi projetado especificamente para aplicações de montagem de módulos de bateria de lítio prismáticos e flexíveis.

À medida que as baterias de energia se desenvolvem em direção a maior densidade de energia e ciclo de vida mais longo, a tecnologia de soldagem a laser também está em constante iteração:

1. Monitoramento inteligente e controle de loop-fechado

No futuro, os sistemas de "visualização-em tempo real do processo de soldagem" serão difundidos. Por meio de câmeras de alta-velocidade, análise espectral e outras tecnologias, defeitos como poros, fusão incompleta e rachaduras serão detectados on-line, e os parâmetros de soldagem serão ajustados automaticamente para obter um processo de circuito-fechado completo de "otimização de detecção - feedback -", melhorando ainda mais o rendimento e a consistência.

2. Adaptação à soldagem de bateria-de estado sólido

O eletrólito das baterias de estado-sólido de sulfeto é sensível-ao calor, e os efeitos térmicos da soldagem a laser tradicional podem levar à degradação do desempenho. Lasers de picossegundos de pulso ultracurto (zona-afetada pelo calor < 10μm) tornaram-se um foco de pesquisa, permitindo conexões precisas e maximizando a proteção da estabilidade do eletrólito.

3. Integração e inovação de vários-processos

Processos de soldagem de compósitos, como soldagem a laser-ultra-sônica e a arco a laser-serão ainda mais promovidos. Esses processos aproveitam as vantagens de precisão da soldagem a laser enquanto utilizam outros processos para compensar as deficiências de uma única tecnologia, adaptando-se às necessidades de soldagem de materiais mais diferentes e estruturas complexas.

A soldagem a laser de baterias elétricas pode parecer um “processo local”, mas na verdade afeta a segurança, o alcance e o custo geral da bateria – uma soldagem precisa pode reduzir o risco de vazamento de eletrólito; soldagem eficiente pode melhorar a eficiência da produção em massa; e uma solução inovadora pode se adaptar a estruturas de baterias com maior densidade energética. Na atual indústria cada vez mais competitiva de veículos com novas energias, as diferenças nos detalhes do processo muitas vezes determinam a competitividade central de um produto. A iteração contínua da tecnologia de soldagem a laser não representa apenas uma melhoria nos níveis de fabricação de baterias de energia, mas também reflete a busca do novo setor de energia por um desenvolvimento de alta-qualidade.

No futuro, com avanços contínuos em tecnologias inteligentes, localizadas e compostas, a soldagem a laser continuará a capacitar a indústria de baterias de energia, fornecendo suporte tecnológico mais forte para a experiência de direção-segura e de longo alcance de veículos com novas energias.