Лазерне зварювання: високі технологічні бар’єри, нові акумуляторні технології, такі як великі циліндри, що збільшують зварювальні обсяги
Лазерна технологія використовується для різання, очищення, зварювання та кодування літієвих батарей завдяки її високій ефективності, гнучкості, надійності та стабільності, низькій втраті зварювального матеріалу, високій автоматизації та безпеці. Завдяки сильній підтримці національної політики та прискореному просуванню та застосуванню транспортних засобів з новою енергією попит на автомобільні акумулятори в Китаї значно зріс. У трьох основних компонентах нових енергетичних транспортних засобів акумулятор, двигун, електричне керування, основний компонент живлення літієвої батареї у вартості автомобіля становить високу частку, але також безпосередньо визначає діапазон автомобіля. Виробництво літієвих батарей складається з серії процесів, які поділяються на три основні частини: виготовлення електродів, виробництво елементів і складання батарей. Якість літієвої батареї безпосередньо визначає продуктивність нового енерготранспортного засобу і тому вимагає найвищої точності в процесі її виробництва. Лазерна технологія, як передовий «легкий» виробничий інструмент, використовується в процесах різання, очищення, зварювання та кодування компонентів літієвої батареї завдяки своїй високій ефективності та точності, гнучкості, надійності та стабільності, низькій втраті зварювального матеріалу, автоматизації і безпеки.
2. Лазерне зварювання: високі технологічні бар’єри, нові акумуляторні технології, такі як великі циліндри, що збільшують зварювальні обсяги
2.1 Принцип: Щоб гарантувати безпеку батареї, якість зварювання залежить від контролю енергії лазера та параметрів процесу.
Лазерне зварювання має багато переваг, таких як глибоке плавлення, висока швидкість і низькі спотворення, що може значно підвищити безпеку акумуляторів. Як сучасна зварювальна технологія, лазерне зварювання має такі переваги, як глибоке плавлення, висока швидкість, низька деформація, низькі вимоги до середовища зварювання, висока щільність потужності, відсутність впливу магнітних полів, не обмеження провідними матеріалами, не вимагає вакуумних умов роботи і не випромінює рентгенівське випромінювання під час зварювального процесу тощо. Він широко використовується в галузі високоточного виробництва, особливо в промисловості автомобілів на новій енергії та акумуляторних батарей. Зварювальні деталі силових батарей численні, складні та вимагають високої точності. Виробники акумуляторних батарей також висувають високі вимоги до автоматизації, безпеки, точності та ефективності обробки обладнання для виробництва акумуляторів. Унікальні переваги технології лазерного зварювання можуть значно підвищити безпеку, надійність і стабільність акумуляторів, знизити витрати та подовжити термін служби, що робить його оптимальним вибором для виробників акумуляторів.
Основними ключовими елементами, що визначають якість лазерного зварювання, є контроль енергії лазера та технологія процесу зварювання. Контроль енергії лазера: ①Оскільки зварювальний матеріал має різний рівень поглинання для різних довжин хвиль лазерного світла (який може варіюватися від 5 до 50 відсотків), вибір джерела лазера може мати велике значення. Щоб доставляти рівномірний і стабільний зварювальний лазерний промінь до зварюваної деталі, вихідна потужність лазера повинна бути постійною або точно контрольованою. Занадто низька потужність призведе до недостатнього зварювального розплаву та вплине на якість зварювання, занадто висока потужність або коливання вгору та вниз призведе до розбризкування, пористості та інших небажаних ефектів. Тому контроль джерела лазера стає однією з найважливіших технологій лазерного зварювання.
②Ефект лазерного зварювання є складним і пов’язаний із десятками факторів, таких як довжина хвилі лазера, щільність потужності, час зварювання, кут зварювальної головки, фокусна відстань, швидкість поглинання лазера та чистота зварного шва, товщина та теплопровідність зварного шва, тип і потік захисного газу. Таким чином, технологія лазерного зварювання також є одним із ключових факторів, що впливають на якість зварювання, вимагаючи від техніків процесу лазерного зварювання постійного вивчення резюме, лише тривалий період накопичення експериментів може отримати хороші результати зварювання.
Відповідно до принципу роботи зварювання можна розділити на п'ять типів, залежно від вимог застосування вибираються різні методи зварювання для досягнення найкращих результатів. Залежно від принципу роботи лазерне зварювання можна розділити на п’ять категорій: теплопровідне зварювання, глибоке зварювання плавленням, композитне зварювання, лазерне паяння та лазерне електропровідне зварювання. Залежно від замовника та застосування обробки вибирається відповідний метод зварювання для досягнення найкращих результатів зварювання.
2.2 Статус заявки: виробництво сердечника, зварювання PACK вартістю близько 10-30 мільйонів/ГВт-год
Лазерне зварювання використовується у виробництві елементів живлення в процесі виробництва елементів і в процесі батареї PACK. У виробництві елементів живлення основні сегменти, які використовують лазерне зварювання, включають: ①Проміжний процес: зварювання наконечників (включаючи попереднє зварювання), точкове зварювання полюсних смуг, попереднє зварювання сердечників у корпус, ущільнювальне зварювання верхньої частини. кришка зовнішньої оболонки, ущільнювальне зварювання порту впорскування рідини тощо. ②Постпроцес: включаючи зварювання з’єднувальної деталі в модулі акумуляторного блоку та зварювання вибухозахищеного клапана на кришці позаду модуля тощо. Обсяг вартості перед зварюванням становить близько 10-30 мільйонів юанів/ГВт-год. Виробники лазерного зварювального обладнання інвестують близько 5-15 відсотків, згідно з інвестиціями в обладнання для одного ГВт-год потужності приблизно 200 мільйонів юанів, поточні інвестиції в обладнання для лазерного зварювання акумулятора потужністю від 10 до 30 мільйонів юанів мільйонів юанів.
2.3 Попит: Заводи з виробництва напівпровідників збільшують капітальні витрати на тлі глобального «дефіциту ядра», бум виробництва обладнання продовжує зростати
4680 Великі циліндри мають вищі вимоги до лазерних процесів, і очікується, що обсяги зварювання зростуть порівняно з квадратними осередками та малими циліндрами. Комірка 4680 вимагає більш складного лазерного процесу, а неконтрольована форма вушок є складним процесом. Акумулятор 4680 використовує процес повного наконечника, що руйнує форму традиційної батареї з одним позитивним і одним негативним наконечниками, які схильні до короткого замикання, і виготовляється з двома закритими секціями, що є основною перешкодою для проникнення електроліту, і кілька вушок складно акуратно скласти, і вони вимагають більш високого лазерного процесу. 4680 Лазерне зварювання великих циліндричних комірок збільшилося з точки зору процесу зварювання та необхідного зварювального обладнання порівняно з квадратними комірками та маленькими циліндричними комірками відповідно. Порівняно з квадратними комірками, процес лазерного зварювання для повного вушка великого циліндра збільшено з 5 до 7 проходів. Що стосується невеликих циліндричних камер, одна лінія GWh має 5 додаткових зварювальних апаратів порівняно з лініями клітин 18650 і 21700. У поєднанні з вищесказаним ми вважаємо, що очікується, що попит на лазерне зварювання 4680 великих циліндрів зросте порівняно з квадратними осередками та малими циліндрами.
Інша технологія зварювальних ланок: для вирішення проблеми зварювання різнорідних металів, як очікується заміна батареї PACK у зварюванні шини на лазерне зварювання, ми вважаємо, що, оскільки процес лазерного зварювання продовжує рухатися вгору, очікується проникнення лазерного зварювання рухатися вгору. Прикладом є пайка Al/Cu різнорідного металу шин у квадратних осередках задніх модулів/PACK. ①Низьке світлопоглинання Al і Cu та тенденція до утворення дуже крихких металевих сполук є труднощами Al/Cu: лазерне зварювання різнорідних металів Al/Cu має кілька складних обмежень через дуже різні фізичні властивості матеріалу Al і Cu. Однією з головних проблем є низьке поглинання Al на довжині хвилі лазера 1 мкм і навіть нижче поглинання Cu; інше – це металургійні властивості сплаву Al-Cu, тобто висококрихке металеве з’єднання може призвести до утворення тріщин. Можуть утворюватися інтерметалічні фази з вмістом Cu 50-80 відсотків.
Зварювання шинопроводів поки що не є рішенням проблеми крихких сполук, але лазерне зварювання є ймовірним напрямком. Через легке утворення крихких сполук між міддю та алюмінієм після лазерного зварювання, які не можуть відповідати вимогам використання, зазвичай використовують ультразвукове зварювання на вулиці, мідь і мідь, алюміній та алюміній зазвичай використовуються для лазерного зварювання. У той же час висока швидкість теплопередачі як міді, так і алюмінію, висока відбиваюча здатність лазера та відносно велика товщина з’єднувальної деталі вимагають лазера високої потужності для з’єднання. За допомогою дев’яти різних параметрів і методів експериментів з регулюванням, сім з яких мають різні коефіцієнти посилення, ми вважаємо, що з постійним прогресом лазерного процесу в майбутньому очікується, що проблеми лазерного зварювання шин Al/Cu будуть вирішені, і найбільш вірогідним напрямком є лазерне зварювання.
