Warum ist Laserschweißen zu einer unverzichtbaren Option bei der Herstellung von Energiebatterien geworden?

In der heutigen, sich schnell entwickelnden Fahrzeugindustrie mit neuer Energie bestimmen die Sicherheit, Reichweite und Beständigkeit von Energiebatterien direkt die zentrale Wettbewerbsfähigkeit des gesamten Fahrzeugs. Die Laserschweißtechnologie mit ihren einzigartigen Vorteilen einer Präzisionssteuerung im Mikrometerbereich, hoch-effizienten Verarbeitungsmöglichkeiten und geringer Hitzeeinwirkung ist zu einem unverzichtbaren „goldenen Prozess“ bei der Herstellung von Energiebatterien geworden – von der Gehäuseversiegelung bis zum Elektrodenanschluss, von der Modulintegration bis zum Schweißen von Sicherheitskomponenten durchläuft sie den gesamten Batterieproduktionsprozess und gewährleistet stillschweigend die Stabilität und Zuverlässigkeit jeder Energiebatterie.

Beim Laserschweißen handelt es sich nicht einfach um eine „Hochtemperaturschmelzung“, sondern um einen fortschrittlichen Prozess, der durch die präzise Fokussierung eines Laserstrahls mit hoher -Energie-dichte ein schnelles Schmelzen und eine starke Verbindung von Materialien erreicht. Seine herausragende Bedeutung bei der Herstellung von Energiebatterien beruht auf drei Hauptvorteilen:

1. Präzise Anpassung an ultradünne Materialanforderungen

Für Gehäuse und Abdeckungen von Leistungsbatterien werden meist 0,6-0,8 mm starke Aluminiumlegierungsbleche verwendet (über 90 %), und herkömmliches Lichtbogenschweißen führt leicht zu Verformung, Durchdringung oder Eigenspannung. Laserpunkte können mit konzentrierter und kontrollierbarer Energie auf den Mikrometerbereich komprimiert werden, was das dichte Schweißen ultradünner Materialien ermöglicht, ohne die innere Struktur zu beschädigen. Die Schweißnaht weist ein hohes Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis und eine ausgezeichnete Konsistenz auf.

2. Bewältigung der Herausforderungen beim Schweißen stark reflektierender Materialien

Bei Batterieelektroden und Verbindungsplatten handelt es sich häufig um hochreflektierende Materialien wie Kupfer und Aluminium (Kupfer hat ein Laserreflexionsvermögen von über 90 % und Aluminium erreicht 92 %), was eine effektive Verschmelzung mit herkömmlichen Schweißtechniken erschwert. Durch Laserschweißen kann durch Wellenformoptimierung und Winkelanpassung eine zuverlässige Verbindung unterschiedlicher Metalle wie Kupfer-Aluminium und Aluminium-Nickel erreicht und sogar galvanisiertes Nickel mit Kupfer verschweißt werden, wodurch die Materialanforderungen des Batteriestrompfads perfekt erfüllt werden.

3. Automatisierung und kontaktlose-Vorteile

Der berührungslose Schweißmodus kann die komplexe dreidimensionale Struktur von Batteriemodulen flexibel bewältigen und ermöglicht komplexes Bahnschweißen wie S-förmige und spiralförmige Formen. Der Automatisierungsertrag wird im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren um mehr als 30 % verbessert. Gleichzeitig erfolgt der Schweißprozess ohne physischen Kontakt, wodurch mechanische Schäden an Präzisionskomponenten vermieden werden und die Anforderungen einer Massenproduktion im großen Maßstab erfüllt werden.

Das Kernprinzip des Laserschweißens besteht darin, sich durch die Steuerung von Parametern wie Laserenergie, Fokusposition und Schweißgeschwindigkeit an unterschiedliche Schweißanforderungen anzupassen. Basierend auf den Prozessmerkmalen wird es hauptsächlich in die folgenden Kategorien unterteilt:

1. Durch Energieübertragungsmethode: Wärmeleitungsschweißen vs. Tiefschweißen

• Wärmeleitungsschweißen: Die Laserenergie wirkt nur auf die Materialoberfläche und führt dazu, dass die Oberflächenschicht durch Wärmeleitung schmilzt und erstarrt. Es eignet sich zum Schweißen dünner Materialien (normalerweise<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• Tiefschweißen: Die Hochleistungslaserfokussierung bildet sofort ein „Schlüsselloch“, wodurch die Wärme schnell in das Material eindringen kann. Es bietet eine hohe Schweißgeschwindigkeit und eine kleine Wärmeeinflusszone, sodass mehrere Materialschichten gleichzeitig geschweißt werden können. Es ist die gängige Wahl für Anwendungen wie die Abdichtung von Batteriegehäusen und Modulverbindungen. Der Hauptunterschied zwischen beiden liegt in der Laserleistungsdichte – wenn die Leistungsdichte einen kritischen Wert erreicht, wechselt der Schweißmodus vom Wärmeleitungsschweißen zum Tiefschweißen. Der spezifische kritische Wert muss je nach Materialtyp angepasst werden.

2. Nach Schweißform: Eindringschweißen vs. Nahtschweißen

• Durchdringungsschweißen: Das Verbindungsstück muss nicht gestanzt werden, was die Verarbeitung vereinfacht, erfordert jedoch einen Hochleistungslaser, was zu einer geringeren Eindringtiefe und einer relativ geringeren Zuverlässigkeit führt.

• Nahtschweißen: Das Verbindungsstück benötigt einen vor-vorbehaltenen Spalt. Laserenergie erreicht die Fusion durch den Spalt und erfordert nur Geräte mit geringer -Leistung, was zu einer höheren Eindringtiefe und größerer Zuverlässigkeit führt, aber die Verarbeitungstechnologie ist komplexer.

3. Durch Laserausgabemodus: Impulsschweißen vs. Dauerschweißen

• Impulsschweißen: Der Laser gibt Energie in Impulsen ab und konzentriert die Energie sofort. Dadurch eignet er sich zum Schweißen von Materialien, die zu Porosität und Rissbildung neigen, wie z. B. Aluminiumlegierungen. Durch die Auswahl von Wellenformen wie Spitzenwellen und Doppel---Spitzenwellen können Defekte reduziert werden – beispielsweise kann der allmählich abfallende Teil der Doppel---Spitzenwelle die Abkühlzeit des geschmolzenen Pools verlängern und so die Bildung von Poren effektiv unterdrücken;

• Kontinuierliches Schweißen: Der Laser gibt kontinuierlich Energie ab, was zu einem stabilen Erwärmungsprozess, einer glatten Schweißoberfläche ohne Spritzer und ohne Risse oder Vertiefungen führt. Es eignet sich besonders zum Schweißen von Aluminiumlegierungen. Es erfordert jedoch eine äußerst hohe Präzision bei der Werkstückmontage (kleine Punktgröße, Abweichungen müssen vorhanden sein).<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

Die Schweißanforderungen für verschiedene Komponenten von Leistungsbatterien variieren stark und Laserschweißprozesse müssen an die spezifischen Anwendungsszenarien angepasst werden:

1. Explosionssicheres Schweißen von Ventilen

Das explosionssichere Ventil ist der Druckentlastungskanal, wenn die Batterie überhitzt. Es erfordert eine versiegelte Schweißnaht auf einem Aluminiumblech mit 8 mm Durchmesser, um einem Berstdruck von 0,4–0,7 MPa standzuhalten. Durch die Verwendung von kontinuierlichem Laserschweißen anstelle von Impulsschweißen wird die Integrität der Schweißnaht um 50 % verbessert, wodurch das Risiko eines Elektrolytlecks vollständig eliminiert wird und die erste Verteidigungslinie für die Batteriesicherheit geschaffen wird.

2. Gehäuse- und Abdeckplattenabdichtung

Als „Außenhüllenschutz“ der Batterie wirkt sich die Verschweißung von Gehäuse und Abdeckplatte direkt auf die Luftdichtheit aus. Es gibt zwei Hauptprozesse:
• Seitenschweißen: Es ist weniger wahrscheinlich, dass Schweißspritzer in das Innere der Batteriezelle gelangen, es erfordert jedoch eine äußerst hohe Materialreinheit und Laserstabilität;
• Top-Schweißen: Hohe Massenproduktionseffizienz und einfache Geräteintegration, erfordert jedoch eine strenge Kontrolle der Spritzerkontamination.

3. Anschlussschweißen

Die positiven (Aluminium) und negativen (Kupfer) Anschlüsse müssen einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa standhalten und dürfen keine „Lunker“-Defekte aufweisen. Da die Anschlussfläche (ca. 6 mm Durchmesser) anfällig für Ölrückstände und Verunreinigungen ist, erfordert die eigentliche Produktion eine „Plasmareinigung vor dem Schweißen + Steuerung des Leistungsgradienten“, um fehlerfreie Schweißnähte und eine stabile Stromleitung sicherzustellen.

4. Steckverbinderschweißen

Steckverbinder sind für die Reihen-/Parallelschaltung von Batteriezellen verantwortlich und beinhalten häufig das Schweißen unterschiedlicher Materialien wie Kupfer und Aluminium, wodurch leicht spröde intermetallische Verbindungen entstehen können, die zu einer verringerten Leitfähigkeit führen. Durch einen Laser--Ultraschall-Verbundprozess kann die Bildung dieser Verbindungen unterdrückt werden, wodurch die mechanische Festigkeit und Leitfähigkeit der Schweißverbindung verbessert wird.

5. 4680 Große zylindrische Batterie mit vollständiger Laschenschweißung

Die vollständige Laschenstruktur der großen zylindrischen Batterie 4680 vergrößert die Schweißfläche um das Fünffache, das Falten der Laschen kann jedoch leicht zu Fehlausrichtung und Kurzschlüssen führen. Durch den Einsatz der Strahlformungstechnologie (z. B. ringförmige Strahlpunkte) kann das gleichzeitige Schweißen mehrerer Laschen erreicht werden, wodurch der Wärmeeintrag um 40 % reduziert wird, die Verbindungszuverlässigkeit gewährleistet und gleichzeitig Schäden an der inneren Struktur der Batterie vermieden werden.

6. Schweißen des PACK-Moduls

Wenn die Dicke der Kupfer-/Aluminium-Verbindungslaschen 2 mm erreicht, sind für das Durchdringschweißen Hochleistungsfaserlaser mit 6 kW oder mehr erforderlich. Die Investition in Schweißgeräte für eine einzelne GWh-Produktionskapazität beträgt etwa 10–30 Millionen RMB. Dies ist eine der Kerninvestitionen in die Ausrüstung in der Modulintegrationsphase und wirkt sich direkt auf die Verbindungsstabilität und die Wärmeableitungseffizienz des Moduls aus.

Die ACEY-LWM-Galvanometer-basierte GantryFaserlaserschweißgerätintegriert eine leistungsstarke Faserlaserquelle mit unserem proprietären Design und bietet außergewöhnliche Steifigkeit und Betriebsstabilität. Sein präzisionsgeführter Schienenmechanismus, der von reaktionsschnellen Servomotoren angetrieben wird, gewährleistet eine präzise Leistung bei hohen Geschwindigkeiten. Diese Ausrüstung wurde speziell für die Montage von Prismen- und Softpack-Lithiumbatteriemodulen entwickelt.

Da sich Leistungsbatterien hin zu höherer Energiedichte und längerer Zyklenlebensdauer weiterentwickeln, entwickelt sich auch die Laserschweißtechnologie kontinuierlich weiter:

1. Intelligente Überwachung und geschlossene -Loop-Steuerung

Zukünftig werden Systeme zur „Echtzeitvisualisierung des Schweißprozesses“ weit verbreitet sein. Durch Hochgeschwindigkeitskameras, Spektralanalyse und andere Technologien werden Defekte wie Poren, unvollständige Verschmelzung und Risse online erkannt und Schweißparameter werden automatisch angepasst, um einen vollständigen geschlossenen Prozess der „Erkennung - Rückmeldung - zu erreichen und so Ausbeute und Konsistenz weiter zu verbessern.

2. Anpassung an das Festkörperbatterieschweißen

Der Elektrolyt von Sulfid-Feststoffbatterien ist hitzeempfindlich und die thermischen Auswirkungen des herkömmlichen Laserschweißens können zu Leistungseinbußen führen. Ultrakurzpuls-Pikosekundenlaser (Wärmeeinflusszone < 10 μm) sind zu einem Forschungsschwerpunkt geworden und ermöglichen präzise Verbindungen bei gleichzeitiger Maximierung des Schutzes der Elektrolytstabilität.

3. Multi-Prozessintegration und Innovation

Verbundschweißverfahren wie das Laser--Ultraschall- und Laser-{1}}Lichtbogenschweißen werden weiter vorangetrieben. Diese Verfahren nutzen die Präzisionsvorteile des Laserschweißens, während andere Verfahren eingesetzt werden, um die Mängel einer einzelnen Technologie zu kompensieren und sich an die Schweißanforderungen unterschiedlicher Materialien und komplexerer Strukturen anzupassen.

Das Laserschweißen von Leistungsbatterien mag wie ein „lokaler Prozess“ erscheinen, wirkt sich jedoch tatsächlich auf die Gesamtsicherheit, Reichweite und Kosten der Batterie aus – eine präzise Schweißung kann das Risiko eines Elektrolytlecks verringern; effizientes Schweißen kann die Effizienz der Massenproduktion verbessern; und eine innovative Lösung kann sich an Batteriestrukturen mit höherer Energiedichte anpassen. In der heutigen zunehmend wettbewerbsintensiven Fahrzeugindustrie mit neuer Energie bestimmen häufig Unterschiede in den Prozessdetails die Kernwettbewerbsfähigkeit eines Produkts. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Laserschweißtechnologie stellt nicht nur eine Verbesserung der Produktionsniveaus von Leistungsbatterien dar, sondern spiegelt auch das Streben der neuen Energiebranche nach qualitativ hochwertiger Entwicklung wider.

Mit kontinuierlichen Durchbrüchen bei intelligenten, lokalisierten und Verbundtechnologien wird das Laserschweißen auch in Zukunft die Energiebatterieindustrie stärken und eine stärkere technologische Unterstützung für das sichere und weitreichende Fahrerlebnis von Fahrzeugen mit neuer Energie bieten.