کاربرد جوش لیزری در میدان باتری لیتیومی

کاربرد جوش لیزری در میدان باتری لیتیومی

باتری‌های لیتیوم یونی به دلیل انرژی ویژه بالا، چرخه طولانی، خود تخلیه کم، بدون اثر حافظه، به طور گسترده در دستگاه‌های الکترونیکی مختلف (مانند تلفن‌های همراه، رایانه‌های نوت‌بوک، PDA، دوربین‌های دیجیتال و دوربین‌های فیلم‌برداری دیجیتال و غیره) استفاده می‌شوند. و بدون آلودگی علاوه بر حمل و نقل (ماشین های گشت، دوچرخه های برقی، وسایل نقلیه برقی و غیره)، این صنعت به یک صنعت با فناوری پیشرفته تبدیل شده است که توسط حوزه انرژی کشور من پشتیبانی می شود.

 

باتری های قدرت به باتری های مورد استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی اطلاق می شود. در مقایسه با باتری‌های با ظرفیت کم (مانند باتری‌های تلفن همراه، لپ‌تاپ کامپیوتر و غیره)، ظرفیت و توان خروجی بیشتری دارند و می‌توانند در منابع تغذیه خودروهای الکتریکی و برنامه‌های بزرگ منبع تغذیه موبایل استفاده شوند. از باتری های ثانویه فرآیندهای تولید زیادی برای باتری‌های لیتیوم یون یا بسته‌های باتری وجود دارد که در میان آنها فرآیندهای زیادی وجود دارد، مانند جوشکاری دریچه‌های ضد انفجار، جوشکاری زبانه، جوشکاری اتصال نرم، جوشکاری نقطه ای کلاه ایمنی، جوشکاری آب بندی کیس باتری، ماژول و PACK. جوشکاری جوشکاری لیزری بهترین فرآیند است. مواد مورد استفاده برای جوشکاری باتری های برق عمدتاً شامل مس خالص، آلومینیوم، آلیاژهای آلومینیوم، فولاد ضد زنگ و غیره است.

 

 

1. جوشکاری شیر ضد انفجار باتری
سوپاپ ضد انفجار باتری یک بدنه شیر با دیواره نازک روی صفحه آب بندی باتری است. هنگامی که فشار داخلی باتری از مقدار مشخص شده بیشتر شود، بدنه شیر ضد انفجار پاره می شود تا از ترکیدن باتری جلوگیری شود. شیر اطمینان دارای ساختاری مبتکرانه است و این فرآیند به فرآیندهای جوشکاری لیزری بسیار دقیق نیاز دارد. قبل از استفاده از جوش لیزری پیوسته، از جوشکاری لیزر پالسی برای جوش دادن دریچه های ضد انفجار باتری استفاده می شد. جوشکاری آب بندی مداوم از طریق همپوشانی و پوشش اتصالات لحیم کاری به دست آمد. با این حال، راندمان جوش پایین بود و عملکرد آب بندی نسبتا ضعیف بود. جوشکاری لیزری پیوسته می تواند به جوشکاری با سرعت و کیفیت بالا دست یابد و پایداری جوشکاری، راندمان جوشکاری و عملکرد را می توان تضمین کرد.

 

2. جوشکاری زبانه باتری
زبانه ها معمولا به سه ماده تقسیم می شوند. الکترود مثبت باتری از مواد آلومینیوم (Al) و الکترود منفی از مواد نیکل (Ni) یا مواد نیکل با روکش مس (Ni-Cu) استفاده می کند. در فرآیند ساخت باتری های برق، یکی از مراحل جوش دادن زبانه ها و قطب های باتری به یکدیگر است. در تولید باتری های ثانویه، نیاز به جوشکاری با شیر اطمینان آلومینیومی دیگر است. جوشکاری نه تنها باید اتصال قابل اعتماد بین زبانه و قطب را تضمین کند، بلکه نیاز به صاف و زیبا بودن جوش نیز دارد.

3. قطب باتری با جوش نقطه ای
مواد مورد استفاده برای نوارهای قطب باتری شامل نوارهای آلومینیوم خالص، نوارهای نیکل، نوارهای کامپوزیت آلومینیوم-نیکل و مقدار کمی نوار مسی است. در جوشکاری نوارهای قطب باتری معمولاً از دستگاه های جوشکاری پالس استفاده می شود. با ظهور لیزر شبه پیوسته QCW IPG، همچنین به طور گسترده در جوشکاری نوار قطب باتری استفاده شده است. در عین حال، به دلیل کیفیت پرتو خوب، نقطه جوش می تواند بسیار کوچک باشد. که دارای مزایای منحصر به فردی در جوشکاری نوارهای آلومینیومی با بازتاب بالا، نوارهای مسی و نوارهای قطب باتری با باند باریک (عرض نوار قطب زیر 1.5 میلی متر) است.

 

4. آب بندی و جوشکاری پوسته و صفحه پوشش باتری برق
مواد پوسته باتری های قدرت شامل آلیاژ آلومینیوم و فولاد ضد زنگ است. در این میان آلیاژ آلومینیوم بیشترین استفاده را دارد، معمولا آلیاژ آلومینیوم 3003 و تعداد کمی از آلومینیوم خالص استفاده می کنند. فولاد ضد زنگ ماده ای با بهترین قابلیت جوش لیزری است، به ویژه فولاد ضد زنگ 304. چه با استفاده از لیزر پالسی یا پیوسته، جوش هایی با ظاهر و عملکرد خوب به دست می آید.

 

عملکرد جوش لیزری آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم بسته به روش جوشکاری مورد استفاده کمی متفاوت است. به جز آلومینیوم خالص و آلیاژهای آلومینیوم سری 3، جوش پالسی یا جوش مداوم مشکلی ندارد. برای سری های دیگر آلیاژهای آلومینیوم، جوشکاری لیزری پیوسته بهترین انتخاب برای کاهش حساسیت به ترک است. در عین حال لیزری با قدرت مناسب با توجه به ضخامت قاب باتری پاور انتخاب کنید. به طور کلی، زمانی که ضخامت کیس کمتر از 1 میلی متر است، می توانید از لیزر تک حالته در 1000 وات استفاده کنید. اگر ضخامت بیش از 1 میلی متر باشد، باید از لیزر تک حالته یا چند حالته با توان بیش از 1000 وات استفاده کنید.

 

باتری‌های لیتیومی با ظرفیت کوچک اغلب از پوسته‌های آلومینیومی نسبتاً نازک (ضخامت حدود 0.25 میلی‌متر) استفاده می‌کنند و برخی مانند 18650 از پوسته‌های فولادی استفاده می‌کنند. با توجه به ضخامت بدنه، معمولا از لیزرهای کم توان برای جوشکاری این نوع باتری ها استفاده می شود. با استفاده از لیزر پیوسته برای جوش دادن باتری های لیتیومی پوسته نازک، راندمان را می توان 5 تا 10 برابر افزایش داد و ظاهر و آب بندی بهتری دارد. بنابراین، روند جایگزینی تدریجی لیزرهای پالسی در این زمینه کاربردی وجود دارد.

 

5. ماژول باتری برق و جوشکاری بسته
اتصال سری و موازی بین باتری های برق معمولاً با جوش دادن قطعه اتصال به یک باتری تکمیل می شود. مواد الکترودهای مثبت و منفی متفاوت هستند، عموماً مس و آلومینیوم. از آنجایی که مس و آلومینیوم پس از جوشکاری لیزری یک ترکیب شکننده تشکیل می‌دهند، نمی‌توانند برای برآورده کردن شرایط استفاده، علاوه بر جوش اولتراسونیک، مس و مس، آلومینیوم و آلومینیوم معمولاً با لیزر جوش داده شوند. در عین حال، از آنجایی که هم مس و هم آلومینیوم گرما را خیلی سریع هدایت می کنند و بازتاب لیزری بسیار بالایی دارند و ضخامت قطعه اتصال نسبتاً زیاد است، برای دستیابی به جوشکاری به لیزر با توان بالاتر نیاز است.

 

 

ویژگی های باتری های لیتیومی جوشکاری لیزری
از ساخت سلول‌های باتری لیتیومی گرفته تا مونتاژ بسته‌های باتری، جوشکاری فرآیند ساخت بسیار مهمی است. رسانایی، استحکام، سفتی هوا، خستگی فلز و مقاومت در برابر خوردگی باتری‌های لیتیومی استانداردهای ارزیابی کیفیت جوشکاری باتری هستند. . انتخاب روش های جوشکاری و فرآیندهای جوشکاری به طور مستقیم بر هزینه، کیفیت، ایمنی و ثبات باتری تاثیر می گذارد. جوشکاری لیزری به دلیل مزایایی مانند جوشکاری ایمن و قابل اعتماد، فناوری دقیق و حفاظت از محیط زیست به راه حل ترجیحی برای بسیاری از کارهای جوشکاری تبدیل شده است.

 

مزایای جوشکاری لیزری
1.	جوشکاری لیزری یک فرآیند تولید یکپارچه است که مواد خام مانند مواد الکترود مثبت و منفی، جداکننده‌ها و الکترولیت‌ها را به قطعات کامل می‌شکند. تمام مواد خام به سلول های باتری یا ماژول های PACK جوش داده می شوند که می توانند مستقیماً در زمینه خودرو استفاده شوند.
2.	مواد خام باتری معمولی سهم فزاینده ای از هزینه را تشکیل می دهند و در مقادیر زیادی به تن خریداری می شوند. تجهیزات جوش لیزری اساساً با خرید مواد اولیه یکباره در هزینه ها صرفه جویی می کنند.
3.	جوشکاری لیزری می‌تواند تا حد زیادی ایمنی، قابلیت اطمینان و عمر باتری‌های برق خودرو را با کیفیت جوش و اتوماسیون بالا بهبود بخشد: جوشکاری لیزری دارای چگالی انرژی بالا، تغییر شکل جوش کوچک و منطقه کوچک متاثر از حرارت است که می تواند به طور موثری دقت قطعات را بهبود بخشد. جوش ها صاف، بدون ناخالصی، یکنواخت و متراکم هستند و نیازی به سنگ زنی اضافی ندارند. جوش لیزری را می توان دقیقاً کنترل کرد، با یک نقطه نور متمرکز کوچک و موقعیت یابی دقیق بالا، اتوماسیون آسان با بازوهای رباتیک، عملکرد تجهیزات پایدار و عملکرد آسان، بهبود کارایی جوش، کاهش ساعات کاری و کاهش هزینه ها. هنگام جوشکاری لیزری صفحات نازک یا سیم های با قطر نازک، به اندازه جوش قوس الکتریکی مستعد ذوب شدن نخواهد بود.