01 Introducció
Enmig del canvi de la indústria de l'automoció cap a l'electrificació, les bateries d'energia, com a font d'energia bàsica dels vehicles d'energia nova, determinen la competitivitat del mercat dels vehicles elèctrics a través del seu rendiment, seguretat i cost. La fabricació de bateries d'energia és un procés complex que implica coneixements interdisciplinaris que inclouen la ciència dels materials, l'electroquímica i l'enginyeria de precisió. La tecnologia de connexió d'alta-qualitat és un enllaç crucial durant tot aquest procés. Els mètodes tradicionals d'unió, com ara la soldadura per resistència i la soldadura per ultrasons, presenten cada cop més limitacions-com ara grans efectes tèrmics, poca consistència i finestres de paràmetres de procés estretes-quan s'enfronten a la producció automatitzada i a gran-escala de bateries d'energia i es manipulen materials d'alta conductivitat tèrmica com el coure i l'alumini. La tecnologia de soldadura per làser, amb la seva alta densitat d'energia, entrada de calor controlable, naturalesa sense -contacte i facilitat d'automatització, compleix els estrictes requisits de la fabricació de bateries d'energia per a precisió, eficiència i fiabilitat, i s'ha convertit en un procés bàsic durant tot el flux de treball, des de la producció de cèl·lules fins al muntatge de la bateria. Aquest article pretén il·lustrar les aplicacions específiques de la tecnologia de soldadura làser en diferents etapes de fabricació de bateries d'energia i resumir el seu paper important en la promoció del desenvolupament de la indústria de les bateries d'energia.
02 Aplicació en l'etapa de fabricació de cèl·lules de bateria
La cèl·lula de la bateria és la unitat fonamental d'una bateria de potència, i la seva precisió de fabricació i segellat són garanties essencials de seguretat i rendiment de la bateria. La soldadura làser s'utilitza principalment per a la connexió precisa i el segellat final de les cèl·lules de la bateria. En primer lloc, per a les connexions elèctriques dins de la cèl·lula de la bateria, s'utilitza soldadura làser per soldar les pestanyes. Un cop finalitzat el procés de bobinat o apilament, cal soldar fermament les pestanyes dels elèctrodes positius (papel d'alumini) i negatius (full de coure), que poden consistir en desenes o fins i tot centenars de capes, juntament amb els col·lectors de corrent, i formar una via elèctrica fiable amb els terminals externs o peces de connexió, tal com es mostra a la figura 1. formant punts de soldadura amb baixa resistència i alta resistència. El seu avantatge rau en la -zona afectada per la calor mínima, evitant de manera efectiva el dany per calor als separadors i materials actius veïns, preservant així el rendiment electroquímic de la pila de la bateria.
En segon lloc, a l'etapa d'embalatge final de les cèl·lules de la bateria, la soldadura per làser és un dels mètodes efectius per aconseguir un segellat hermètic. Al mateix temps, la soldadura làser s'utilitza per connectar la coberta superior i la carcassa tant en bateries quadrades de carcassa d'alumini com en bateries cilíndriques d'acer. Controlant amb precisió la potència del làser, la velocitat i la posició focal, es pot formar una costura de soldadura contínua, suau i densa a la carcassa, evitant eficaçment les fuites d'electròlits i l'entrada d'humitat externa, garantint l'estabilitat química de la cèl·lula de la bateria durant tota la seva vida útil. Per a les cèl·lules de bossa, la soldadura làser s'utilitza en els processos de segellat superior i lateral, soldant les pestanyes que sobresurten a les peces de connexió i de transició de protecció (generalment coure-níquel o alumini). La seva naturalesa sense contacte -assegura l'eficiència de l'envasament i zero danys al material d'embalatge de pel·lícula de plàstic d'alumini-, tal com es mostra a la figura 2.
03 L'aplicació en l'etapa de muntatge de mòduls de bateries i paquets de bateries implica la integració de cèl·lules individuals en mòduls i paquets de bateries, requerint una gran quantitat de connexions elèctriques i fixació estructural. Aquesta és l'etapa on la soldadura làser és més concentrada i tècnicament difícil. Pel que fa a les connexions elèctriques, l'aplicació principal és la soldadura en sèrie i paral·lel entre cèl·lules. En connectar les barres colectores (generalment barres d'alumini o coure) als terminals de la cel·la, es construeix el sistema de circuit elèctric de tot el paquet de bateries.
Les dificultats d'aquest procés radiquen en: 1) els reptes de les característiques del material-el coure i l'alumini tenen una alta reflectivitat als làsers infrarojos d'ús habitual i una alta conductivitat tèrmica, cosa que dificulta la soldadura; 2) unir materials diferents, com ara la connexió entre barres de coure i terminals d'alumini, que és propens a formar compostos intermetàl·lics fràgils (IMC) que afecten la -fiabilitat a llarg termini de la connexió. Per abordar aquests reptes, la indústria ha desenvolupat processos avançats com ara la soldadura làser oscil·lant, la soldadura híbrida (p. ex., làser-arc) i l'ús de nous làsers de longitud d'ona com ara làsers verds o blaus. Aquestes tecnologies suprimeixen eficaçment defectes com esquitxades i porositat i controlen el gruix de la capa IMC ampliant la piscina fosa, millorant l'agitació i augmentant l'absorció d'energia, aconseguint així connexions elèctriques. Pel que fa a les connexions estructurals, la soldadura làser també té un paper important. Per exemple, es pot utilitzar per a components estructurals com ara plaques laterals de mòduls i plaques finals que asseguren les cel·les, així com per connectar la carcassa i la coberta del paquet de bateries. En comparació amb les connexions tradicionals de cargol o reblons, la soldadura làser pot aconseguir un major grau d'integració i resistència estructural, cosa que ajuda a millorar la resistència del paquet de bateries a la vibració i l'impacte. A més, cada vegada es fan petites soldadures als circuits d'adquisició dels sensors de tensió i temperatura dels sistemes de gestió de bateries mitjançant soldadura làser per garantir l'estabilitat i la fiabilitat a llarg termini de l'adquisició del senyal.
04 Resum La tecnologia de soldadura làser, amb la seva alta precisió, velocitat i fiabilitat, s'ha integrat en cada pas de la fabricació de bateries d'energia. Des de la soldadura de pestanyes de cel·les a microescala fins a connexions estructurals del paquet de bateries a macroescala, des d'envasos hermètics que garanteixen la seguretat de les cèl·lules fins a connexions elèctriques de baixa -resistència que determinen el rendiment de la bateria, la soldadura làser té un paper bàsic insubstituïble. No només resol eficaçment els reptes del processament de materials difícils de-{-soldar com ara el coure i l'alumini, complint els requisits d'eficiència i consistència de la producció automatitzada a gran-escala, sinó que també maximitza la protecció del rendiment electroquímic de la bateria mitjançant un control precís de la calor de la soldadura. La maduració i el desenvolupament de la tecnologia de soldadura per làser s'han convertit en un motor tecnològic clau per impulsar augments de la densitat d'energia de la bateria de potència, reduccions dels costos de fabricació i millores en el rendiment de seguretat, proporcionant una base de fabricació sòlida per al ràpid desenvolupament de la indústria mundial de vehicles d'energia nova.
