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動力電池激光焊技術“流向?

 
 
 
發布日期:2019-11-21    來源:高工鋰電網    作者:綜合報道    掃描到手機

激光焊能大幅提升動力電池安全性和使用壽命。

在動力電池制造過程中,激光焊接部位多,包括極耳、翻轉片、封口、匯流排、PACK模組、注流孔封裝等,可實現電池串并聯。同時涉及到電芯、模組、PACK,還可以焊接鋼、鋁、銅、鎳等多樣化材料。

方形電池上,激光焊主要是熔深焊接和脈沖焊接。軟包電池上,則是脈沖焊。其原理是高能量密度的激光素利用熱源進行焊接,可靠性好、接觸電阻小、自動化程度高,能極大提升生產效率。

激光焊優勢是有效提高連接可靠性,利于模組輕量化,降低電池內阻,減少熱量自身損耗。同時能不停機連續工作、焊接品質好、靈活性高。難點和痛點,是焊件裝配精度高,且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。同時激光器及其相關系統的成本較高。

目前市面上鋰電激光焊設備廠家有大族激光、海目星、炫碩智造、泰德激光、思客琦、新宇智能等,其中大族激光、海目星等頭部企業市場占比約30—40%。

同時據高工鋰電了解,寧德時代、比亞迪、國軒高科、億緯鋰能、松下、三星等鋰電知名企業都有涉及使用激光焊。

激光焊技術方面,相對突出的有密封釘焊接、頂蓋焊接、連續焊接。

密封釘焊接,是用脈沖焊接,原因是間斷性熱輸入,錫氫量少,效果好。密封釘焊接發展分兩個階段,第一階段是7-8mm/s,第二個階段是速度已達到30mm/s,未來還會更快。

頂蓋焊接,第一個階段是普通頭焊接,只能做到60-80mm/s,因為屬于深熔焊,在焊接的過程中容易出現視孔,在視孔的尾端容易出現閉合,電子蒸汽怎么溢出來,容易造成表面的毛躁。

第二個階段是復合焊接和高頻擺動焊接共用,能解決視孔的快速合閉問題,焊接速度得到極大提高。

第三個階段是像一些公司開始新嘗試,比如海目星將環形光斑的焊接和復合焊接高速焊接,可做到300mm/s。

連續焊接的特點是速度快,但容易形成熱堆積,在瞬出的熔池冷卻的過程中,沒有微斷裂。這其中連續激光焊接可達15mm/s,實物焊接可做到300mm/s。

總的來說,鋰電設備常用激光頭和振鏡激光加工頭焊接、可實現S形、螺旋形等復雜軌跡的高速焊接,在增大焊縫結合面積的同時增強焊接強度。還可以在焊接過程中,連接MES系統,實時記錄和調整焊接的各項參數,確保更穩定和更高質量的焊接。

針對激光焊設備,發展趨勢主要有三個方面。

首先激光焊接的激光器功率越來越大。這樣在鋰電設備“降本增效?的趨勢中,精密性要求將越來越高,焊接的位置準確度也可能越來越大。

泰德激光總經理吳華安表示激光焊接在品質方面有更多可控性,焊接精度更高,未來將全面替代螺栓、膠粘等方式。

例如銳科激光新出的3000W單模組連續光纖激光器,具有更高的光電轉換效率(≥35%),更好、更穩定的光束質量,更強大的抗高反能力,保證在厚板切割方面達到更穩定、精密的切割效果。

其次應用場景下的數據收集能力增強,控制激光焊接效果的能力增強。例如通過人工智能和大數據算法,進行三維模型仿真和智能預判焊接效果。

比如大族激光采用高功率振鏡配合機器人及6000W激光器組合,焊接質量好(焊縫剪切力>1000N,焊縫熔合深度滿足0.5-2mm)。這套系統兼容多種規格型號的鋰電池模組生產,并能實現快速切換。利用CCD尋址收集數據,定位準確;焊接監控,產品全程可追溯。

最后穩定性、安全性、靈活性增強。

代表是海目星激光,把由阿帕奇進口的2000W的光纖激光器集成為焊接設備,對電池鋁盒進行滿焊測試,達到了熔寬0.8mm-1.4mm,熔深0.6mm-1.1mm,翻邊≤60μm,凸起值≤500μm的標準。

海目星激光的激光焊設備可以做到連續穩定性生產。安全性方面,能確保操作,指令,數據等方面記錄,有斷電防護。靈活性上,激光焊能按照實際產品材質,工藝等要求進行定制化設計。

值得注意的是,12月16-18日,由利元亨總冠名的2019高工鋰電&電動車年會將在深圳機場凱悅酒店隆重舉行,此次年會主題為“全球電動化的至暗時刻與遠大前程?。500+鋰電產業鏈上下游企業,800+企業高層將齊聚深圳。

屆時,針對激光器及激光焊在鋰電池生產中的應用情況和發展趨勢,細分行業領軍人物將分享其真知灼見。

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