Hàn laser: rào cản quy trình cao, công nghệ pin mới như xi lanh lớn kéo khối lượng hàn lên phía trên
Công nghệ laser được sử dụng trong quá trình cắt, làm sạch, hàn và mã hóa pin lithium vì hiệu quả cao, tính linh hoạt, độ tin cậy và ổn định, ít hao hụt vật liệu hàn, tự động hóa và an toàn cao. Được thúc đẩy bởi sự hỗ trợ mạnh mẽ của các chính sách quốc gia và việc thúc đẩy nhanh chóng và áp dụng các phương tiện năng lượng mới, nhu cầu về pin năng lượng ô tô ở Trung Quốc đã tăng lên đáng kể. Trong ba thành phần cốt lõi của pin xe năng lượng mới, động cơ, điều khiển điện, thành phần cốt lõi năng lượng pin lithium trong chi phí của xe chiếm một tỷ lệ cao, nhưng cũng trực tiếp xác định phạm vi của xe. Quá trình sản xuất pin lithium được tạo thành từ một chuỗi các quy trình, được chia thành ba phần chính: sản xuất điện cực, sản xuất tế bào và lắp ráp pin. Chất lượng của pin lithium trực tiếp quyết định hiệu suất của phương tiện năng lượng mới và do đó đòi hỏi độ chính xác cao nhất trong quá trình sản xuất của nó. Công nghệ laser, như một công cụ sản xuất "nhẹ" tiên tiến, được sử dụng trong quá trình cắt, làm sạch, hàn và mã hóa các thành phần pin lithium, do hiệu quả và độ chính xác cao, tính linh hoạt, độ tin cậy và ổn định, ít hao hụt vật liệu hàn, tự động hóa và an toàn.
2. Hàn laser: rào cản quy trình cao, công nghệ pin mới như xi lanh lớn kéo khối lượng hàn lên phía trên
2.1 Nguyên tắc: Để đảm bảo an toàn cho pin, chất lượng hàn phụ thuộc vào việc kiểm soát năng lượng laser và các thông số quá trình.
Hàn laser có nhiều ưu điểm như nóng chảy sâu, tốc độ cao và độ biến dạng thấp, có thể cải thiện đáng kể độ an toàn của pin điện. Là công nghệ hàn hiện đại, hàn laser có ưu điểm nóng chảy sâu, tốc độ cao, ít biến dạng, yêu cầu môi trường hàn thấp, mật độ công suất cao, không bị ảnh hưởng bởi từ trường, không giới hạn vật liệu dẫn điện, không yêu cầu điều kiện làm việc chân không và không tạo ra tia X trong quá trình hàn, vv. Nó được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực sản xuất chính xác cao cấp, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp xe năng lượng mới và pin điện. Các bộ phận hàn pin điện rất nhiều, khó và yêu cầu độ chính xác cao. Các nhà sản xuất pin điện cũng có yêu cầu cao về tính tự động hóa, an toàn, độ chính xác và hiệu quả xử lý của thiết bị sản xuất pin. Những ưu điểm độc đáo của công nghệ hàn laser có thể cải thiện đáng kể độ an toàn, độ tin cậy và tính nhất quán của pin, giảm chi phí và kéo dài tuổi thọ, khiến nó trở thành lựa chọn tối ưu cho các nhà sản xuất pin điện.
Các yếu tố cốt lõi chính quyết định chất lượng của hàn laser là kiểm soát năng lượng laser và công nghệ quy trình hàn. Kiểm soát năng lượng laser: ①Vì vật liệu được hàn có tỷ lệ hấp thụ khác nhau đối với các bước sóng ánh sáng laser khác nhau (có thể thay đổi từ 5% đến 50%), nên việc lựa chọn nguồn laser có thể tạo nên sự khác biệt. Để cung cấp chùm tia laser hàn đồng đều và ổn định đến bộ phận được hàn, công suất đầu ra của tia laser cần phải nhất quán hoặc được kiểm soát chính xác. Công suất quá thấp sẽ dẫn đến hàn không đủ nóng chảy và ảnh hưởng đến chất lượng hàn, công suất quá cao hoặc dao động lên xuống sẽ dẫn đến hiện tượng bắn tóe, xốp và các tác dụng không mong muốn khác. Do đó, việc kiểm soát nguồn laser trở thành một trong những công nghệ quan trọng nhất đối với hàn laser.
② Hiệu ứng hàn laser rất phức tạp, liên quan đến hàng chục yếu tố như bước sóng laser, mật độ công suất, thời gian hàn, góc đầu hàn, khoảng cách tiêu cự, tỷ lệ hấp thụ laser và độ sạch của mối hàn, độ dày và độ dẫn nhiệt của mối hàn, loại và dòng chảy của khí che chắn. Vì vậy, công nghệ hàn laser cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn, đòi hỏi kỹ thuật viên quy trình hàn laser phải liên tục tìm tòi đúc kết, chỉ có thời gian dài tích lũy thực nghiệm mới có thể thu được kết quả hàn tốt.
Theo nguyên lý làm việc hàn có thể được chia thành năm loại, tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng các phương pháp hàn khác nhau được lựa chọn để đạt được kết quả tốt nhất. Tùy thuộc vào nguyên lý hoạt động, hàn laser có thể được chia thành năm loại: hàn dẫn nhiệt, hàn nóng chảy sâu, hàn composite, hàn laser và hàn dẫn laser. Tùy thuộc vào khách hàng và ứng dụng gia công, phương pháp hàn phù hợp được lựa chọn để đạt được kết quả hàn tốt nhất có thể.
2.2 Tình trạng ứng dụng: sản xuất lõi, hàn TRỌN GÓI trị giá khoảng 10-30 triệu / GWh
Hàn laser được sử dụng trong sản xuất pin điện trong quy trình sản xuất tế bào và trong quy trình PACK pin. Trong sản xuất pin điện, các phân đoạn chính sử dụng hàn laser bao gồm: ①Quá trình xử lý: hàn vấu (bao gồm cả hàn trước), hàn điểm các dải cực, hàn trước lõi vào vỏ, hàn hàn đầu nắp của vỏ ngoài, hàn niêm phong của cổng phun chất lỏng, v.v. ②Quy trình gia công: bao gồm hàn đoạn kết nối trong mô-đun PACK của pin và hàn van chống cháy nổ trên nắp phía sau mô-đun, v.v. Khối lượng giá trị trước khi hàn là khoảng 10-30 triệu Nhân dân tệ / GWh. Thiết bị hàn laser trong các nhà sản xuất pin điện để đầu tư vào khoảng 5-15 phần trăm, theo đầu tư thiết bị GWh pin điện đơn lẻ khoảng 200 triệu nhân dân tệ, thiết bị hàn laser pin điện hiện tại đầu tư GWh duy nhất trong 10 triệu nhân dân tệ đến 30 triệu nhân dân tệ.
2.3 Nhu cầu: Các nhà máy bán dẫn mở rộng chi tiêu vốn trong bối cảnh toàn cầu "thiếu cốt lõi", bùng nổ thiết bị tiếp tục tăng
4680 Hình trụ lớn có yêu cầu cao hơn đối với các quy trình laser và khối lượng hàn dự kiến sẽ tăng lên so với các ô vuông và hình trụ nhỏ. Tế bào 4680 đòi hỏi một quy trình laser khắt khe hơn và hình dạng không thể kiểm soát của các vấu là một quá trình khó khăn. Pin 4680 sử dụng quy trình vấu đầy đủ, phá vỡ khuôn mẫu của pin truyền thống với một vấu dương và một vấu âm, dễ bị đoản mạch và được sản xuất với hai phần kín, là một trở ngại lớn đối với sự thâm nhập của chất điện phân, và Nhiều vấu khó gấp gọn và đòi hỏi quá trình xử lý laser cao hơn. 4680 Quá trình hàn laser của ô hình trụ lớn đã tăng về quy trình hàn và yêu cầu thiết bị hàn so với ô vuông và ô hình trụ nhỏ tương ứng. So với các ô vuông, quy trình hàn laser cho toàn bộ vấu của xi lanh lớn được tăng từ 5 lên 7 lần. Về ô hình trụ nhỏ, dòng GWh đơn có thêm 5 máy hàn so với dòng 18650 và 21700. Kết hợp với những điều trên, chúng tôi tin rằng nhu cầu hàn laser 4680 trụ lớn dự kiến sẽ tăng so với các loại bào vuông và trụ nhỏ.
Công nghệ liên kết hàn khác: để giải quyết vấn đề hàn kim loại không giống nhau, chẳng hạn như pin PACK trong hàn thanh cái dự kiến sẽ được thay thế bằng hàn laser, chúng tôi đánh giá rằng, khi quá trình hàn laser tiếp tục phát triển, sự thâm nhập của tia laser được mong đợi để di chuyển lên. Một ví dụ là quá trình hàn kim loại không đồng nhất Al / Cu của thanh cái trong các mô-đun / GÓI đầu cuối ô vuông. ① Sự hấp thụ ánh sáng yếu của Al và Cu và xu hướng tạo ra các hợp chất kim loại có độ giòn cao là những khó khăn của Al / Cu: việc hàn laser các kim loại khác Al / Cu có một số hạn chế khó khăn do tính chất vật lý vật liệu rất khác nhau của Al và Cu. Một trong những thách thức chính là độ hấp thụ của Al ở bước sóng laser 1um thấp và độ hấp thụ của Cu thậm chí còn thấp hơn; khác là tính chất luyện kim của hợp kim Al-Cu, tức là hợp chất kim loại rất giòn có thể dẫn đến hình thành vết nứt. Các pha liên kim loại có hàm lượng Cu là 50-80 phần trăm có thể được hình thành.
Hàn thanh cái vẫn không phải là một giải pháp cho vấn đề của các hợp chất giòn, nhưng hàn laser là hướng có thể xảy ra. Do dễ hình thành các hợp chất giòn giữa đồng và nhôm sau khi hàn laser, không đáp ứng được yêu cầu sử dụng, thường sử dụng phương pháp hàn siêu âm bên ngoài, đồng và đồng, nhôm và nhôm thường được sử dụng để hàn laser. Đồng thời, tốc độ truyền nhiệt cao của cả đồng và nhôm, độ phản xạ của tia laser cao và độ dày tương đối lớn của miếng ghép đòi hỏi tia laser công suất cao để đạt được mối hàn. Thông qua chín thông số và phương pháp thí nghiệm điều chỉnh khác nhau, trong đó bảy thông số có lợi ích khác nhau, chúng tôi tin rằng, với sự tiến bộ không ngừng của quy trình laser trong tương lai, các vấn đề về hàn laser Al / Cu của thanh cái được kỳ vọng sẽ được giải quyết, và hàn laser là hướng có thể xảy ra nhất.
