Laserové zváranie: vysoké procesné bariéry, nové technológie batérií, ako sú veľké valce, ktoré ťahajú objemy zvárania smerom nahor
Laserová technológia sa používa pri rezaní, čistení, zváraní a kódovaní lítiových batérií pre jej vysokú účinnosť, flexibilitu, spoľahlivosť a stabilitu, nízke straty zváracieho materiálu, vysokú automatizáciu a bezpečnosť. Poháňaný silnou podporou národných politík a zrýchlenou propagáciou a aplikáciou nových energetických vozidiel, dopyt po automobilových batériách v Číne výrazne vzrástol. V troch základných komponentoch nových energetických vozidiel batéria, motor, elektrické ovládanie, hlavný komponent výkon lítiová batéria v nákladoch na vozidlo tvoril vysoký podiel, ale tiež priamo určujú dojazd vozidla. Výroba lítiových batérií pozostáva zo série procesov, ktoré sú rozdelené do troch hlavných častí: výroba elektród, výroba článkov a montáž batérií. Kvalita lítiovej batérie priamo určuje výkon nového energetického vozidla, a preto si vyžaduje najvyššiu presnosť v jeho výrobnom procese. Laserová technológia, ako pokročilý "ľahký" výrobný nástroj, sa používa v procesoch rezania, čistenia, zvárania a kódovania komponentov lítiových batérií vďaka svojej vysokej účinnosti a presnosti, flexibilite, spoľahlivosti a stabilite, nízkej strate zváracieho materiálu, automatizácii a bezpečnosť.
2. Laserové zváranie: vysoké procesné bariéry, nové technológie batérií, ako sú veľké valce, ktoré ťahajú zvarový objem nahor
2.1 Princíp: Aby bola zaručená bezpečnosť batérie, kvalita zvárania závisí od riadenia energie lasera a parametrov procesu.
Laserové zváranie má mnoho výhod, ako je hlboké tavenie, vysoká rýchlosť a nízke skreslenie, čo môže výrazne zlepšiť bezpečnosť napájacích batérií. Ako moderná technológia zvárania má laserové zváranie výhody hlbokého tavenia, vysokej rýchlosti, nízkej deformácie, nízkych požiadaviek na zváracie prostredie, vysokej hustoty výkonu, nie je ovplyvnená magnetickými poľami, nie je obmedzená na vodivé materiály, nevyžaduje pracovné podmienky vákua a neprodukuje röntgenové žiarenie počas procesu zvárania atď. Je široko používaný v oblasti špičkovej presnej výroby, najmä v priemysle nových energetických vozidiel a energetických batérií. Diely na zváranie napájacích batérií sú početné, zložité a vyžadujú si vysokú presnosť. Výrobcovia energetických batérií majú tiež vysoké požiadavky na automatizáciu, bezpečnosť, presnosť a efektivitu spracovania zariadení na výrobu batérií. Jedinečné výhody technológie laserového zvárania môžu výrazne zlepšiť bezpečnosť, spoľahlivosť a konzistenciu batérií, znížiť náklady a predĺžiť životnosť, čo z nej robí optimálnu voľbu pre výrobcov napájacích batérií.
Hlavnými základnými prvkami, ktoré určujú kvalitu laserového zvárania, sú riadenie energie lasera a technológia procesu zvárania. Riadenie laserovej energie: ①Keďže materiál, ktorý sa má zvárať, má rôznu mieru absorpcie pre rôzne vlnové dĺžky laserového svetla (ktorá sa môže meniť od 5 percent do 50 percent), výber laserového zdroja môže mať zásadný význam. Aby sa do zváraného dielu dostal rovnomerný a stabilný zvárací laserový lúč, výstupný výkon lasera musí byť konzistentný alebo presne kontrolovaný. Príliš nízky výkon povedie k nedostatočnej tavenine zvárania a ovplyvní kvalitu zvárania, príliš vysoký výkon alebo kolísanie nahor a nadol povedie k rozstreku, pórovitosti a iným nežiaducim účinkom. Preto sa riadenie laserového zdroja stáva jednou z najdôležitejších technológií pre laserové zváranie.
②Efekt laserového zvárania je zložitý a súvisí s desiatkami faktorov, ako je vlnová dĺžka lasera, hustota výkonu, čas zvárania, uhol zváracej hlavy, ohnisková vzdialenosť, miera absorpcie lasera a čistota zvaru, hrúbka a tepelná vodivosť zvaru, typ a prietok ochranného plynu. Preto je technológia laserového zvárania tiež jedným z kľúčových faktorov ovplyvňujúcich kvalitu zvárania, čo si vyžaduje, aby technici procesu laserového zvárania neustále skúmali súhrn, dobré výsledky zvárania je možné dosiahnuť iba dlhým obdobím experimentálnej akumulácie.
Podľa pracovného princípu možno zváranie rozdeliť do piatich typov, v závislosti od požiadaviek aplikácie sa vyberajú rôzne metódy zvárania, aby sa dosiahli najlepšie výsledky. V závislosti od princípu činnosti možno laserové zváranie rozdeliť do piatich kategórií: zváranie tepelným vedením, hĺbkové tavné zváranie, kompozitné zváranie, laserové spájkovanie a laserové zváranie. V závislosti od zákazníka a aplikácie spracovania sa zvolí vhodný spôsob zvárania, aby sa dosiahli čo najlepšie výsledky zvárania.
2.2 Stav aplikácie: výroba jadra, zváranie PACK v hodnote približne 10-30 miliónov/GWh
Laserové zváranie sa používa pri výrobe napájacích článkov v procese výroby článkov a v procese batériového PACKu. Pri výrobe energetických článkov patria medzi hlavné segmenty, ktoré využívajú laserové zváranie: ①Stredný proces: zváranie očiek (vrátane predbežného zvárania), bodové zváranie pólových pásov, predbežné zváranie jadier do plášťa, tesniace zváranie vrchnej časti kryt vonkajšieho plášťa, tesniace zváranie otvoru vstrekovania kvapaliny atď. ②Postupný proces: vrátane zvárania spojovacieho kusu v module batérie a zvárania ventilu odolného proti výbuchu na kryte za modulom atď. Objem hodnoty pred zváraním je približne 10-30 miliónov juanov/GWh. Zariadenia na laserové zváranie u výrobcov napájacích batérií investujú do približne 5-15 percent, podľa investície do zariadenia na napájanie batérie s jedným GWh zariadením vo výške približne 200 miliónov juanov, súčasná investícia do zariadenia na laserové zváranie s napájacou batériou s jednou GWh vo výške 10 miliónov juanov až 30 milión juanov.
2.3 Dopyt: Továrne na výrobu polovodičov rozširujú kapitálové výdavky v dôsledku globálneho „nedostatku jadra“, boom vybavenia pokračuje smerom nahor
4680 Veľké valce majú vyššie požiadavky na laserové procesy a očakáva sa, že objemy zvárania porastú v porovnaní so štvorcovými bunkami a malými valcami. Bunka 4680 vyžaduje náročnejší laserový proces a nekontrolovaný tvar výstupkov je náročný proces. Batéria 4680 využíva proces úplného očka, ktorý rozbije formu tradičnej batérie s jedným kladným a jedným záporným očkom, ktoré sú náchylné na skraty a sú vyrobené s dvoma uzavretými časťami, čo je hlavnou prekážkou prenikaniu elektrolytu, a viacnásobné výstupky sa ťažko úhľadne skladajú a vyžadujú si vyšší laserový proces. 4680 Laserové zváranie veľkých valcových buniek sa zvýšilo z hľadiska procesu zvárania a potrebného zváracieho zariadenia v porovnaní so štvorcovými bunkami a malými valcovými bunkami. V porovnaní so štvorcovými bunkami je proces laserového zvárania pre celý výstupok veľkého valca zvýšený z 5 na 7 prechodov. Pokiaľ ide o malé valcové články, jediná GWh linka má 5 ďalších zváracích strojov v porovnaní s bunkovými líniami 18650 a 21700. V kombinácii s vyššie uvedeným sa domnievame, že dopyt po laserovom zváraní 4680 veľkých valcov sa očakáva v porovnaní so štvorcovými bunkami a malými valcami.
Iná technológia zváracích spojov: na vyriešenie problému odlišného zvárania kovov, ako je očakávané nahradenie batériového PACK v zváraní prípojníc laserovým zváraním, usudzujeme, že keďže proces laserového zvárania pokračuje v napredovaní, očakáva sa prienik laserového zvárania posunúť sa vyššie. Príkladom je Al/Cu heterogénne kovové spájkovanie prípojníc v štvorcových bunkových back-end moduloch/PACKoch. ①Nízka absorpcia svetla Al a Cu a tendencia vytvárať vysoko krehké kovové zlúčeniny sú Al/Cu ťažkosťami: laserové zváranie Al/Cu odlišných kovov má niekoľko náročných obmedzení v dôsledku veľmi odlišných fyzikálnych vlastností Al a Cu. Jednou z hlavných výziev je nízka absorpcia Al pri vlnovej dĺžke lasera 1 um a ešte nižšia absorpcia Cu; ďalším sú metalurgické vlastnosti zliatiny Al-Cu, tj vysoko krehká kovová zlúčenina môže viesť k tvorbe trhlín. Môžu sa vytvoriť intermetalické fázy s obsahom Cu 50-80 percent.
Zváranie prípojníc stále nie je riešením problému krehkých zlúčenín, ale laserové zváranie je pravdepodobným smerom. Kvôli ľahkej tvorbe krehkých zlúčenín medzi meďou a hliníkom po laserovom zváraní, ktoré nemôžu spĺňať požiadavky na použitie, zvyčajne pomocou ultrazvukového zvárania vonku, sa na laserové zváranie všeobecne používa meď a meď, hliník a hliník. Súčasne vysoká rýchlosť prenosu tepla medi a hliníka, vysoká odrazivosť lasera a relatívne veľká hrúbka spojovacieho kusu vyžadujú na dosiahnutie zvaru vysokovýkonný laser. Prostredníctvom deviatich rôznych parametrov a metód nastavovacích experimentov, z ktorých sedem má rôzne zisky, veríme, že s neustálym pokrokom laserového procesu v budúcnosti sa očakáva vyriešenie problémov Al/Cu laserového zvárania prípojníc, a laserové zváranie je najpravdepodobnejším smerom.
