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激光技术在动力电池制造中的应用!

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激光焊接具有熔深深、速度快、变形小等诸多优点,可大幅提升动力电池的安全性。激光焊接对焊接环境要求不高、功率密度大、不受磁场的影响、不局限于导电材料、不需要真空的工作条件并且焊接过程中不产生X射线等优势,被广泛应用于新能源汽车及动力电池制造领域。激光焊接技术可大幅提升动力电池的加工效率、焊接精度,确保安全、可靠、一致,降低成本,延长使用寿命。
在动力电池的生产中使用激光焊接的环节在电芯组装环节与电池PACK环节。
1、电芯组装工段-中段:激光焊接工艺应用于壳体、顶盖、密封钉、极耳等焊接环节
电芯组装工段具体包括电芯的卷绕、叠片、极耳焊接、电芯入壳、外壳顶盖焊、注液、注液口封装等。电芯是动力电池的最小单位,电芯的质量决定了电池模组的性能进而影响整个动力电池系统的可靠性。
相比传统氩弧焊、电阻焊的方式,激光焊接具有显著优势:
☆ 热影响区窄,焊接变形小,特别适合于微型件的焊接;
☆ 通过光导纤维引导或棱镜偏转,可远距离施焊;
☆ 具有极高的能量密度;
☆ 不需要真空防护和X射线防护,也不受磁场影响。
2、后处理工段-后段:激光自动化系统替代传统手工装配方式应用于模组PACK
后处理工段具体环节包括化成分容、测试分档、PACK 模组,主要设备包括化成机、分容检测装置、过程仓储物流自动化,PACK 自动化设备。其中,激光自动化系统普遍应用于模组PACK 组装产线,进行电池PACK 模组时的连接片焊接。
此外,激光也可用于模组后的盖板上的防爆阀焊接等。防爆阀通常是由激光焊接成一定形状的两个铝质金属片,其上设计有凹槽,当电池压力过高时破裂泄压。由于防爆阀与盖板的配合间隙小,很难准确放到位,因而对激光焊接工艺要求极为严格,要求焊缝密封,严格控制热输入量,保证焊缝的破坏压力值稳定在一定范围内,否则会对电池的安全性造成较大影响。防爆阀通常采用拼接焊,复合焊。随着激光焊接工艺不断上行,激光焊接渗透率有望上行。
       

       
激光切割技术可应用于锂电池制造过程中的极耳切割成型、极片分切以及隔膜分切等工序,相比模切,激光切割具有精确度更高、运营成本较低等优势,有助于电池生产提效降本。与传统的机械切割相比,激光切割拥有无物理磨损、切割形状灵活、边缘质量控制、精确性更高和运营成本较低等优势,有利于降低 制造成本、提高生产效率、大幅缩短新产品模切周期。
1、极耳切割
激光极耳成型是目前主流技术,工艺参数、控制系统、切割工位设计决定切割的速度和质量。传统上极耳成型主要使用机械模切工艺。机械模切工艺有模具损耗快、换模时间长、灵活性差和生产效率低等局限性,已经越来越不能满足锂电池制造的发展要求。由于激光切割技术的诸多优点,随着高功率、高光束质量纳秒激光器、单模连续光纤技术的成熟,目前激光极耳切割逐渐成为极耳成型技术的主流。激光极耳成型一般采用卷对卷连续切割,其主要工艺流程为:放卷、张力控制、纠偏控制、激光切割、二次除尘、收卷。
2、极片切割
极片切割有圆盘分切和模切、激光切割三种方式,圆盘分切和模切都存在刀具磨损问题,这容易引起工艺不稳定,导致极片裁切品质差,引起电池性能下降;激光能量和切割移动速度是两个主要的工艺参数,对切割质量影响巨大。当激光功率太低或者移动速度太快时,极片不能完全切开,而当功率太高或移动速度太低时,激光对材料作用区域变大,切缝尺寸更大。
3、隔膜切割
通过激光切割组件切割由翻转辊交替切换两个隔膜卷曲组件卷绕的隔膜,实现了自动化均匀切割隔膜的功能,避免了切割过程中的脱粉、挑丝、碎膜以及切不断的现象,便于在批量生产线中实用。
       

       
极片涂覆前激光清洗可以有效避免原湿式乙醇清洗造成的损伤;电池焊接前激光清洗采用脉冲激光使基底受热震动膨胀令污染物克服表面吸附力脱离基底达到去污的作用;电池组装过程中激光清洗可对绝缘板、端板进行激光清洗,清洁电芯表面脏污,粗化电芯表面,提高贴胶或涂胶的附着力。
1、极片涂覆前
锂电池的正负极片是在金属薄带上涂覆锂电池正负极材料而成,金属薄带在涂覆电极材料时,需要对金属薄带进行清洗,金属薄带一般为铝薄或铜薄,原来的湿式乙醇清洗,容易对锂电池其他部件造成损伤,激光干式清洗机能够有效解决以上问题。
2、电池焊接前
采用脉冲激光直接辐射去污,使其表面温度升高而发生热膨胀,热膨胀使污染物或者基底振动,从而使污染物克服表面吸附力脱离基底表面从而达到去除物体表面污渍的目的。这种方式可以有效地去除电芯极柱端面的污物、粉尘等,为电池焊接提前做准备,以减少焊接的不良品。
3、电池组装过程中
为了防止锂电池发生安全事故,一般需要对锂电池电芯进行外贴胶处理,以起到绝缘的作用,防止短路的发生以及保护线路、防止刮伤。对绝缘板、端板进行激光清洗,清洁电芯表面脏污,粗化电芯表面,提高贴胶或涂胶的附着力,且清洗后不会产生有害污染物,属于绿色环保的清洗方法。
       

       
为更好的把控产品品质,追溯锂电池的全程生产信息,包括原料信息、生产过程和工艺、产品批次、生产厂家及日期等,需要将关键信息存储在二维码内并在电池上进行标识。激光打标具有永久性强、防伪性高、精度高、耐磨性强、安全可靠等特点,可以为产品品质追踪提供最佳的解决方案。

©文章来源于南京波长光电科技股份有限公司

来源:锂电那些事

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首次发布时间:2023-09-11
最近编辑:8月前
锂电那些事- Maken
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