Die angemessene Auswahl von Schweißmethoden und -prozessen während des Herstellungsprozesses von Lithium-Leistungsbatterien wirkt sich direkt auf die Kosten, Qualität, Sicherheit und Konsistenz der Batterie aus.
1. Prinzip des Laserschweißens
Das Faserlaser-Schweißgerät nutzt für seine Arbeit die hervorragende Richtwirkung und hohe Leistungsdichte des Laserstrahls. Der Laserstrahl wird durch das optische System auf einen kleinen Bereich fokussiert und bildet so schnell eine hochkonzentrierte Wärmequelle im geschweißten Bereich. Bereich, so dass das zu verschweißende Objekt aufschmilzt und eine feste Schweißstelle und Schweißnaht entsteht.
Faserlaser-Schweißgerät
2. Laserschweißtyp
Wärmeleitungsschweißen und Tiefschweißen
Die Laserleistungsdichte beträgt 105~106 W/㎝² für das Laser-Wärmeleitungsschweißen und die Laserleistungsdichte beträgt 105~106 W/㎝² für das Laser-Tiefschweißen.
Durchdringungs- und Nahtschweißen
Durchdringschweißen: Das Verbindungsstück muss nicht gestanzt werden und die Verarbeitung ist relativ einfach. Das Durchdringschweißen erfordert ein leistungsstärkeres Laserschweißgerät. Die Eindringtiefe des Durchdringschweißens ist geringer als die des Nahtschweißens und die Zuverlässigkeit ist relativ gering.
Im Vergleich zum Durchdringschweißen erfordert das Nahtschweißen einen Laserschweißer mit geringerer Leistung. Die Eindringtiefe beim Nahtschweißen ist höher als beim Durchdringschweißen und die Zuverlässigkeit ist relativ gut. Allerdings muss das Verbindungsstück gestanzt werden, was relativ schwierig zu verarbeiten ist.
Impulsschweißen und Dauerschweißen
1) Schweißen im Pulsmodus
Beim Laserschweißen sollten geeignete Schweißwellenformen ausgewählt werden. Zu den häufig verwendeten Impulswellenformen gehören Rechteck-, Spitzen-, Doppelspitzenwellen usw. Das Reflexionsvermögen der Aluminiumlegierungsoberfläche gegenüber Licht ist zu hoch. Wenn ein hochintensiver Laserstrahl auf die Materialoberfläche trifft, verliert die Metalloberfläche aufgrund der Reflexion 60 %-98 % der Laserenergie und das Reflexionsvermögen ändert sich mit der Oberflächentemperatur. Im Allgemeinen ist es am besten, beim Schweißen von Aluminiumlegierungen spitze und doppelspitzige Wellen zu wählen. Die Impulsbreite des Verlangsamungsteils hinter dieser Art von Schweißwellenform ist länger, wodurch das Auftreten von Poren und Rissen wirksam reduziert werden kann.
Proben zum Pulslaserschweißen
Aufgrund des hohen Reflexionsvermögens der Aluminiumlegierung gegenüber dem Laser wird der Schweißkopf während des Schweißvorgangs normalerweise in einem bestimmten Winkel abgelenkt, um zu verhindern, dass der Laserstrahl vertikal einfällt und eine vertikale Reflexion verursacht und den Laserfokussierungsspiegel beschädigt. Der Durchmesser der Lötstelle und der Durchmesser der wirksamen Verbindungsfläche nehmen mit zunehmendem Neigungswinkel des Lasers zu. Wenn der Neigungswinkel des Lasers 40 Grad beträgt, erhält man die größte Lötstelle und effektive Verbindungsfläche. Die Schweißpunktdurchdringung und die effektive Eindringtiefe nehmen mit dem Neigungswinkel des Lasers ab. Bei einem Wert über 60 sinkt die effektive Einschweißtiefe auf Null. Daher kann durch Kippen der Schweißverbindung in einem bestimmten Winkel die Eindringtiefe und -breite der Schweißnaht entsprechend erhöht werden.
Darüber hinaus müssen beim Schweißen mit der Schweißnaht als Grenze 65 % der Laserschweißpunkt-Teilabdeckungsplatte und 35 % der Schale verschweißt werden, wodurch Explosionen, die durch Probleme beim Schließen der Abdeckung verursacht werden, wirksam reduziert werden können.
2) Kontinuierliches Schweißen
Da sich der Erwärmungsprozess beim kontinuierlichen Laserschweißen vom plötzlichen Abkühlen und Erhitzen von Impulsmaschinen unterscheidet, ist die Tendenz zu Rissen beim Schweißen nicht sehr offensichtlich. Zur Verbesserung der Schweißnahtqualität wird kontinuierliches Laserschweißen eingesetzt. Die Oberfläche der Schweißnaht ist glatt und gleichmäßig, ohne Spritzer, ohne Mängel und ohne Mängel innerhalb der Schweißnaht. Es wurden keine Risse gefunden. Beim Schweißen von Aluminiumlegierungen liegen die Vorteile des kontinuierlichen Lasers auf der Hand. Im Vergleich zu herkömmlichen Schweißmethoden ist die Produktionseffizienz hoch und es ist keine Drahtfüllung erforderlich. Im Vergleich zum Pulslaserschweißen können damit die nach dem Schweißen auftretenden Mängel wie Risse, Porosität, Spritzer usw. behoben werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Aluminiumlegierung nach dem Schweißen gute mechanische Eigenschaften aufweist. Nach dem Schweißen entstehen keine Dellen und der Polier- und Polieraufwand nach dem Schweißen wird reduziert, was Produktionskosten spart. Da der Punkt des kontinuierlichen Lasers jedoch relativ klein ist, ist die Montagegenauigkeit des Werkstücks nicht hoch. Die Anforderungen sind höher.
3. Vorteile des Laserschweißens
Die automatische CNC-Laserschweißmaschine mit Faserlasergenerator verfügt über konzentrierte Energie, hohe Schweißeffizienz, hohe Bearbeitungspräzision und ein großes Verhältnis von Schweißtiefe zu Breite. Der Laserstrahl lässt sich mit optischen Instrumenten leicht fokussieren, ausrichten und führen. Es kann in einem geeigneten Abstand zum Werkstück platziert und zwischen Vorrichtungen oder Hindernissen um das Werkstück herum umgelenkt werden. Andere Schweißverfahren können aufgrund der oben genannten Platzbeschränkungen nicht eingesetzt werden.
Der Wärmeeintrag ist gering, die Wärmeeinflusszone ist klein und die Eigenspannung und Verformung des Werkstücks ist gering; die Schweißenergie kann präzise gesteuert werden, der Schweißeffekt ist stabil und das Schweißbild ist gut;
Berührungsloses Schweißen, Glasfaserübertragung, gute Zugänglichkeit und ein hoher Automatisierungsgrad. Beim Schweißen dünner Materialien oder Drähten mit kleinem Durchmesser gibt es kein Rückschmelzproblem wie beim Lichtbogenschweißen. Da die in Power-Lithiumbatterien verwendeten Zellen dem Leichtbauprinzip folgen, bestehen sie meist aus leichterem Aluminium und sind dünner. Im Allgemeinen müssen Schale, Deckel und Boden grundsätzlich eine Dicke von weniger als 1,0mm haben. Die aktuellen Grundmaterialien der Mainstream-Hersteller haben eine Dicke von etwa 0,8 mm.
Es ermöglicht hochfestes Schweißen für verschiedene Materialkombinationen, insbesondere beim Schweißen von Kupfer und Aluminium. Dies ist auch die einzige Technik, um galvanisiertes Nickel auf Kupfermaterialien zu löten.
4. Schwierigkeiten beim Laserschweißprozess
Derzeit machen Batteriegehäuse aus Aluminiumlegierung über 90 % der gesamten Lithiumbatterie aus. Die Schwierigkeit beim Schweißen liegt im extrem hohen Reflexionsvermögen der Aluminiumlegierung gegenüber dem Laser und der hohen Empfindlichkeit der Poren beim Schweißen. Beim Schweißen treten zwangsläufig einige Probleme und Mängel auf. Die wichtigsten davon sind Poren, heiße Risse und Explosionen.
Beim Laserschweißen von Aluminiumlegierungen können sich Poren bilden. Zwei Haupttypen sind Wasserstoffporen und Poren, die durch das Platzen von Blasen entstehen. Da die Abkühlgeschwindigkeit beim Laserschweißen zu schnell ist, ist das Problem der Wasserstofflöcher schwerwiegender, und durch das Kollabieren kleiner Löcher beim Laserschweißen entsteht eine zusätzliche Art von Löchern.
Problem der thermischen Rissbildung. Aluminiumlegierung ist eine typische eutektische Legierung. Es ist anfällig für Heißrisse beim Schweißen, einschließlich Schweißkristallrissen und HAZ-Verflüssigungsrissen. Aufgrund der Komponentenseigerung im Schweißbereich kommt es zu eutektischer Entmischung und Korngrenzenschmelzen. Unter Belastung bilden sich an den Korngrenzen Flüssigkeitsrisse, die die Leistung von Schweißverbindungen beeinträchtigen.
Explosionsproblem (auch bekannt als Spritzer). Viele Faktoren verursachen Explosionen, wie zum Beispiel die Sauberkeit des Materials, die Reinheit des Materials selbst, die Eigenschaften des Materials selbst usw. Der entscheidende Faktor ist die Stabilität des Lasers. Ausbuchtungen, Poren und innere Blasen an der Schalenoberfläche. Der Hauptgrund ist, dass der Faserkerndurchmesser zu klein ist oder die Laserenergie zu hoch eingestellt ist. Es ist nicht so, dass die Schweißwirkung umso besser ist, je besser die Strahlqualität ist, wie einige Anbieter von Lasergeräten behaupten. Eine gute Strahlqualität eignet sich für Überlagerungsschweißungen mit größerer Eindringtiefe. Das Finden der richtigen Prozessparameter ist der Schlüssel zur Lösung des Problems.
Andere Schwierigkeiten
Das Schweißen weich gepackter Laschen erfordert umfangreiche Schweißwerkzeuge. Die Laschen müssen fest angedrückt werden, um den Schweißspalt sicherzustellen. Es kann Hochgeschwindigkeitsschweißen komplexer Flugbahnen wie S-förmiger und spiralförmiger Formen realisieren, wodurch die Verbindungsfläche der Schweißnaht vergrößert und die Schweißfestigkeit gestärkt wird.
Das Schweißen zylindrischer Batteriekerne wird hauptsächlich zur Herstellung der positiven Elektrode eingesetzt. Da die Hülle der negativen Elektrode dünn ist, lässt sie sich sehr leicht durchschweißen. Beispielsweise verwenden einige Hersteller derzeit für die negative Elektrode ein schweißfreies Verfahren, während für die positive Elektrode Laserschweißen zum Einsatz kommt.
Beim Verschweißen der quadratischen Batteriekombination sind die Pole bzw. Verbindungsstücke stark verschmutzt. Beim Verschweißen der Verbindungsstücke zersetzen sich die Schadstoffe und bilden leicht Schweißexplosionsstellen und Löcher. Batterien mit dünnen Polen und darunter liegenden Strukturteilen aus Kunststoff oder Keramik lassen sich gut schweißen. tragen. Wenn die Stange klein ist, kann sie leicht so weit geschweißt werden, dass der Kunststoff verbrannt wird und eine Explosionsstelle entsteht. Keine mehrlagigen Verbindungsbahnen verwenden. Löcher zwischen den Schichten erschweren das feste Verschweißen.
Der wichtigste Prozess beim Schweißen von quadratischen Batterien ist das Verpacken der Gehäuseabdeckung, unterteilt in das Schweißen der oberen Abdeckung und der unteren Abdeckung entsprechend den verschiedenen Positionen. Da die von ihnen hergestellten Batterien klein sind, verwenden einige Hersteller ein Tiefziehverfahren zur Herstellung des Batteriegehäuses und müssen nur die obere Abdeckung schweißen.
5. Faktoren, die die Schweißqualität beeinflussen
Das Laserschweißen ist derzeit eine wichtige Methode, die für das Schweißen von Hochleistungsbatterien empfohlen wird. Beim Laserschweißen handelt es sich um einen Prozess, bei dem ein hochenergetischer Laserstrahl das Werkstück bestrahlt, wodurch die Arbeitstemperatur stark ansteigt, das Werkstück schmilzt und sich wieder zu einer dauerhaften Verbindung verbindet. Die Scherfestigkeit und Reißfestigkeit des Laserschweißens sind relativ gut. Typische Schweißverfahren sind Leitfähigkeit, Festigkeit, Luftdichtheit, Metallermüdung und Korrosionsbeständigkeit beim Batterieschweißen.
Qualitätsbewertungskriterien
Viele Faktoren beeinflussen die Qualität des Laserschweißens. Einige von ihnen sind äußerst volatil und weisen eine erhebliche Instabilität auf. Wie können diese Parameter beim Hochgeschwindigkeits- und Dauerlaserschweißen in einem geeigneten Bereich richtig eingestellt und kontrolliert werden, um die Schweißqualität sicherzustellen? Die Zuverlässigkeit und Stabilität der Schweißnahtbildung sind wichtige Themen im Zusammenhang mit der Praxistauglichkeit und Industrialisierung der Laserschweißtechnik. Die wichtigen Faktoren, die die Qualität des Laserschweißens beeinflussen, werden in drei Aspekte unterteilt: Schweißausrüstung, Werkstückzustand und Prozessparameter.
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