Huidige status en ontwikkelingsvooruitzichten van laserlastechnologie voor stroombatterijen

Tegen de achtergrond van de snelle ontwikkeling van de nieuwe energievoertuigindustrie bepalen accu's, als de kernenergie-eenheid van het gehele voertuigsysteem, rechtstreeks het algehele prestatieniveau van het voertuig door hun veiligheid, betrouwbaarheid en consistentie. Van individuele cellen tot modules en vervolgens tot het gehele accupakket: de laskwaliteit is een van de belangrijkste factoren die de levensduur van de accu, de veiligheidsprestaties en het rendement bij grootschalige productie- beïnvloeden. Van de verschillende lasmethoden is laserlassen, vanwege de hoge energiedichtheid, hoge precisie en hoge automatiseringsmogelijkheden, een onmisbaar sleutelproces geworden bij de productie van krachtige batterijen.

 

 

Om te voldoen aan de ontwikkelingsbehoeften van lichtgewicht en hoge{0}} energiedichtheid in nieuwe energievoertuigen, worden materialen van aluminiumlegeringen vaak gebruikt voor structurele componenten van accu's. Componenten zoals celbehuizingen, afdekkingen en rails maken doorgaans gebruik van aluminiumlegeringen uit de 1-- of 3-serie, die een goede geleidbaarheid, corrosieweerstand en vervormbaarheid bezitten. In sommige gebieden die een hoge geleidbaarheid vereisen, worden koper- of aluminium-kopercomposietmaterialen gebruikt.

 

Aluminiumlegeringen zelf hebben echter een hoge chemische reactiviteit, een hoge thermische geleidbaarheid en een hoge lineaire uitzettingscoëfficiënt, en hun oppervlak vormt gemakkelijk een dichte oxidefilm, waardoor ze zeer gevoelig zijn voor defecten zoals porositeit, spatten, barsten en hete scheuren tijdens het lassen. Bovendien kunnen bij het verbinden van aluminium-koper-verschillende materialen broze intermetallische verbindingen ontstaan, waardoor de verbindingssterkte afneemt. Deze materiaaleigenschappen stellen extreem hoge eisen aan de energiebeheersing, vormstabiliteit en consistentie van het lasproces.

 

 

De productie van stroombatterijen omvat doorgaans drie hoofdfasen: cel, module en pakket. De externe behuizing van het batterijpakket biedt voornamelijk structurele ondersteuning en bescherming, meestal met behulp van dikkere aluminiumlegeringsprofielen, en het lassen ervan gebeurt voornamelijk met behulp van booglassen of wrijvingsroerlassen.

 

De interne componenten van cellen en modules zijn daarentegen klein van formaat, hebben precieze structuren en vereisen een kleine lasafstand, waardoor het voor traditionele lasmethoden moeilijk is om de laskwaliteit en productiesnelheid in evenwicht te brengen. Laserlassen, met zijn hoge vermogensdichtheid, goede toegankelijkheid en contactloze verwerkingseigenschappen, is het voorkeursproces geworden voor batterijcelbehuizingen, afdekkingen, explosie-bestendige kleppen, stroomrails en andere componenten. Het wordt veel gebruikt in prismatische batterijconstructies met aluminium-behuizing, zoals afdekplaten voor stroombatterijen, afdekplaten voor lithium-ionbatterijen en aluminium behuizingen voor lithiumbatterijen.

 

 

Batterijbehuizingen en deksels worden voornamelijk gebruikt om de elektrolyt af te dichten en een stabiele structurele ondersteuning te bieden voor de interne elektroden. De laskwaliteit bepaalt rechtstreeks de afdichtingsprestaties en drukweerstand van de batterij. Gebruikelijke materialen zijn onder meer de aluminiumlegering Al3003, met een dikte die doorgaans varieert van 0,3 tot 0,5 mm. In deze sector wordt vaak gebruik gemaakt van composietlaser- of ringlaserlasprocessen.

 

Bij de daadwerkelijke productie zijn deze lassen gevoelig voor defecten zoals onvolledige penetratie, porositeit, instorten en spatten. Door de warmte-inbreng, lassnelheid en laserenergieverdeling rationeel te regelen, kan de penetratiediepte effectief worden gestabiliseerd en wordt voldaan aan de drukweerstandseisen. Dankzij de technologische vooruitgang zijn pulsgolfvormmodulatie en continu laserlassen met hoge-snelheid geleidelijk mainstream-oplossingen geworden, waardoor de productie-efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd en de lasuniformiteit wordt verbeterd.

 

Om de interne kwaliteit van de las verder te verbeteren, zijn galvanometer-scanlassen en laseroscillatietechnologie geïntroduceerd bij het lassen van batterijbehuizingen. Dynamisch roeren van het smeltbad versnelt het ontsnappen van bellen en verfijnt de korrelstructuur, waardoor de mechanische eigenschappen en de afdichtingsbetrouwbaarheid van de lasverbinding worden verbeterd. Deze processen worden veel gebruikt bij de vervaardiging van structurele componenten zoals aluminium omhulsels van prismatische cellen en aluminium batterijdeksels.

 

 

Explosie-veilige kleppen zijn cruciale componenten in veiligheidssystemen voor krachtige accu's. Wanneer de interne druk van de batterij abnormaal toeneemt, komt er bij een gecontroleerde breuk gas vrij, waardoor thermische overstroming en explosie worden voorkomen. Explosieveilige kleppen-zijn doorgaans gemaakt van puur aluminiumplaten, slechts 0,08–0,1 mm dik, en zijn extreem gevoelig voor laswarmte-inbreng.

 

Tijdens laserlassen kan een te hoge vermogensdichtheid gemakkelijk leiden tot oververhitting en perforatie van de explosie{0}}veilige klep, terwijl hevig ontsnappen van gas uit het gesmolten bad poriëndefecten kan veroorzaken. Door het ontwerp van de lasergolfvorm te optimaliseren, een piekwaarde van korte- duur in de beginfase van het lassen te introduceren om de materiaalabsorptie te verbeteren, en de energie-output in de daaropvolgende fasen geleidelijk te verminderen, kan doorbranden- effectief worden vermeden terwijl de lasintegriteit wordt gewaarborgd.

 

Bovendien zijn het versterken van de reiniging vóór- het lassen om resterende olie en vocht te verminderen, en het beheersen van montageopeningen door middel van een redelijke lasvolgorde, belangrijke manieren om porositeitsdefecten te verminderen. Deze procesoptimalisatiemaatregelen zijn met succes toegepast in structuren zoals de lithiumbatterij-topkap en het bovenste deksel voor prismatische batterijcellen.

 

 

Met de snelle uitbreiding van de markten voor nieuwe energievoertuigen en energieopslag blijft de vraag naar lasprocessen met hoge-consistentie en hoge-betrouwbaarheid voor stroombatterijen toenemen. De toekomstige ontwikkelingsrichting van laserlastechnologie richt zich vooral op de volgende aspecten:

 

Ten eerste de toepassing van laserbronnen met een hogere vermogensdichtheid en nauwkeurigere energiecontrole om te voldoen aan de lasbehoeften van dunnere en complexere constructies; ten tweede, online monitoring en gesloten-loopcontrole van het lasproces om de lasstabiliteit te verbeteren door realtime- detectie van de toestand van het gesmolten zwembad; en ten derde, procesoptimalisatie voor het verbinden van ongelijksoortige materialen zoals aluminium en koper om te voldoen aan de ontwikkelingsbehoeften van nieuwe batterijstructuren en composietmateriaalcomponenten zoals koper en aluminium bimetaal bipolaire platen.

 

Ondertussen zal, met de aanhoudende wijdverbreide acceptatie van prismatische batterijstructuren in nieuwe energievoertuigen, de standaardisatie en grootschalige toepassing van laserlasprocessen voor componenten zoals prismatische batterijbehuizingen van aluminiumlegeringen, aluminium batterijbehuizingen en oplaadbare aluminium behuizingen een belangrijke richting worden voor de technologische evolutie in de industrie.

 

 

Laserlastechnologie is diep geïntegreerd in het hele proces van de productie van krachtige batterijen en biedt cruciale ondersteuning voor het bereiken van hoge veiligheid, hoge consistentie en hoogefficiënte productie. Met de voortdurende evolutie van materiaalsystemen, structureel ontwerp en productietempo zal laserlassen een kernrol blijven spelen op het gebied vanstroombatterijen met aluminium-behuizingen zal bredere toepassingsmogelijkheden demonstreren in de toekomstige nieuwe energie-industrie.