Saldatura laser: elevate barriere di processo, nuove tecnologie per le batterie come grandi cilindri che portano al rialzo i volumi di saldatura
La tecnologia laser viene utilizzata nel taglio, pulizia, saldatura e codifica delle batterie al litio grazie alla sua elevata efficienza, flessibilità, affidabilità e stabilità, bassa perdita di materiale di saldatura, elevata automazione e sicurezza. Spinta dal forte sostegno delle politiche nazionali e dalla promozione e applicazione accelerata di veicoli a nuova energia, la domanda di batterie per autoveicoli in Cina è cresciuta in modo significativo. Nei tre componenti principali della batteria dei veicoli di nuova energia, motore, controllo elettrico, la batteria al litio di alimentazione del componente principale del costo del veicolo rappresentava una percentuale elevata, ma determinava anche direttamente l'autonomia del veicolo. La produzione delle batterie al litio si compone di una serie di processi, che si dividono in tre parti principali: la fabbricazione degli elettrodi, la produzione delle celle e l'assemblaggio delle batterie. La qualità della batteria al litio determina direttamente le prestazioni del veicolo a nuova energia e richiede quindi la massima precisione nel processo di fabbricazione. La tecnologia laser, come strumento di produzione "leggero" avanzato, viene utilizzata nei processi di taglio, pulizia, saldatura e codifica dei componenti delle batterie al litio, grazie alla sua elevata efficienza e precisione, flessibilità, affidabilità e stabilità, bassa perdita di materiale di saldatura, automazione e sicurezza.
2. Saldatura laser: elevate barriere di processo, nuove tecnologie per le batterie come i grandi cilindri che portano al rialzo i volumi di saldatura
2.1 Principio: Per garantire la sicurezza della batteria, la qualità della saldatura dipende dal controllo dell'energia laser e dai parametri di processo.
La saldatura laser presenta molti vantaggi come la fusione profonda, l'alta velocità e la bassa distorsione, che possono migliorare significativamente la sicurezza delle batterie di alimentazione. In quanto moderna tecnologia di saldatura, la saldatura laser presenta i vantaggi di fusione profonda, alta velocità, bassa deformazione, bassi requisiti per l'ambiente di saldatura, elevata densità di potenza, non influenzata dai campi magnetici, non limitata ai materiali conduttivi, non richiede condizioni di lavoro sotto vuoto e non produce raggi X durante il processo di saldatura, ecc. È ampiamente utilizzato nel campo della produzione di precisione di fascia alta, in particolare nei settori dei veicoli a nuova energia e delle batterie elettriche. Le parti di saldatura della batteria di alimentazione sono numerose, difficili e richiedono un'elevata precisione. I produttori di batterie di alimentazione hanno anche requisiti elevati per l'automazione, la sicurezza, la precisione e l'efficienza di elaborazione delle apparecchiature di produzione delle batterie. I vantaggi esclusivi della tecnologia di saldatura laser possono migliorare significativamente la sicurezza, l'affidabilità e la consistenza delle batterie, ridurre i costi e prolungare la durata, rendendola la scelta ottimale per i produttori di batterie di alimentazione.
I principali elementi chiave che determinano la qualità della saldatura laser sono il controllo dell'energia laser e la tecnologia del processo di saldatura. Controllo dell'energia laser: ①Poiché il materiale da saldare ha tassi di assorbimento diversi per diverse lunghezze d'onda della luce laser (che possono variare dal 5% al 50%), la scelta della sorgente laser può fare la differenza. Per fornire un raggio laser di saldatura uniforme e stabile alla parte saldata, la potenza di uscita del laser deve essere costante o controllata con precisione. Una potenza troppo bassa comporterà un fuso di saldatura insufficiente e influirà sulla qualità della saldatura, una potenza troppo elevata o fluttuazioni verso l'alto e verso il basso provocheranno schizzi, porosità e altri effetti indesiderati. Pertanto, il controllo della sorgente laser diventa una delle tecnologie più critiche per la saldatura laser.
②L'effetto della saldatura laser è complesso, correlato a dozzine di fattori come lunghezza d'onda del laser, densità di potenza, tempo di saldatura, angolo della testa di saldatura, distanza focale, tasso di assorbimento del laser e pulizia della saldatura, spessore e conducibilità termica della saldatura, tipo e flusso di gas di protezione. Pertanto, la tecnologia di saldatura laser è anche uno dei fattori chiave che influenzano la qualità della saldatura, richiedendo ai tecnici del processo di saldatura laser di esplorare continuamente il riepilogo, solo un lungo periodo di accumulo sperimentale può ottenere buoni risultati di saldatura.
Secondo il principio di funzionamento, la saldatura può essere suddivisa in cinque tipi, a seconda dei requisiti dell'applicazione vengono selezionati diversi metodi di saldatura per ottenere i migliori risultati. A seconda del principio di funzionamento, la saldatura laser può essere suddivisa in cinque categorie: saldatura a conduzione termica, saldatura per fusione profonda, saldatura composita, brasatura laser e saldatura a conduzione laser. A seconda del cliente e dell'applicazione di lavorazione, viene selezionato il metodo di saldatura appropriato per ottenere i migliori risultati di saldatura possibili.
2.2 Stato dell'applicazione: produzione di anime, saldatura PACK per un valore di circa 10-30 milioni/GWh
La saldatura laser viene utilizzata nella produzione di celle di potenza nel processo di fabbricazione delle celle e nel processo di PACK batteria. Nella produzione di celle di potenza, i principali segmenti che utilizzano la saldatura laser includono: ①Mid-process: saldatura di capicorda (compresa la pre-saldatura), saldatura a punti di strisce polari, pre-saldatura di anime nel guscio, saldatura di sigillatura della parte superiore coperchio del guscio esterno, saldatura a tenuta della porta di iniezione del liquido, ecc. ②Post-processo: compresa la saldatura del pezzo di connessione nel modulo PACK batteria e la saldatura della valvola antideflagrante sul coperchio dietro il modulo, ecc. Il volume del valore di pre-saldatura è di circa 10-30 milioni di Yuan/GWh. Apparecchiature di saldatura laser nei produttori di batterie di alimentazione di investire in circa il 5-15 percento, secondo l'investimento in apparecchiature GWh di batteria di alimentazione di circa 200 milioni di yuan, l'attuale investimento di GWh per apparecchiature di saldatura laser di batterie di alimentazione in 10 milioni di yuan a 30 milioni di yuan.
2.3 Domanda: le fabbriche di semiconduttori espandono la spesa in conto capitale in un contesto di "carenza di base" globale, il boom delle apparecchiature continua al rialzo
4680 I cilindri grandi hanno requisiti più elevati per i processi laser e si prevede che i volumi di saldatura aumenteranno rispetto alle celle quadrate e ai cilindri piccoli. La cella 4680 richiede un processo laser più impegnativo e la forma incontrollata delle alette è un processo difficile. La batteria 4680 utilizza un processo a capocorda completo, rompendo gli schemi della batteria tradizionale con un capocorda positivo e uno negativo, che è soggetto a cortocircuiti, ed è realizzata con due sezioni chiuse, che è un grave ostacolo alla penetrazione dell'elettrolita, e il più alette sono difficili da piegare in modo ordinato e richiedono un processo laser più elevato. 4680 La saldatura laser di grandi celle cilindriche è aumentata in termini di processo di saldatura e attrezzature di saldatura necessarie rispetto rispettivamente alle celle quadrate e alle piccole celle cilindriche. Rispetto alle celle quadrate, il processo di saldatura laser per l'aletta piena di un grande cilindro è aumentato da 5 a 7 passaggi. In termini di piccole celle cilindriche, la singola linea GWh dispone di 5 saldatrici aggiuntive rispetto alle linee 18650 e 21700. In combinazione con quanto sopra, riteniamo che la domanda di saldatura laser di 4680 cilindri grandi dovrebbe crescere rispetto a celle quadrate e cilindri piccoli.
Altra tecnologia di saldatura: per risolvere il problema della saldatura di metalli dissimili, come il pacco batteria nella saldatura delle sbarre dovrebbe essere sostituito dalla saldatura laser, riteniamo che, poiché il processo di saldatura laser continua a salire, sia prevista la penetrazione della saldatura laser per salire. Un esempio è la saldatura metallica eterogenea Al/Cu di sbarre in moduli/PACK back-end a celle quadrate. ①Il basso assorbimento di luce di Al e Cu e la tendenza a produrre composti metallici altamente fragili sono difficoltà di Al/Cu: la saldatura laser di metalli dissimili Al/Cu presenta diversi limiti difficili a causa delle proprietà fisiche molto diverse dei materiali di Al e Cu. Una delle sfide principali è il basso assorbimento di Al alla lunghezza d'onda del laser di 1 um e un assorbimento ancora più basso di Cu; un altro sono le proprietà metallurgiche della lega Al-Cu, ovvero il composto metallico altamente fragile può portare alla formazione di cricche. Si possono formare fasi intermetalliche con un contenuto di Cu del 50-80 percento.
La saldatura delle sbarre non è ancora una soluzione al problema dei composti fragili, ma la saldatura laser è la direzione probabile. A causa della facile formazione di composti fragili tra rame e alluminio dopo la saldatura laser, che non possono soddisfare i requisiti di utilizzo, solitamente utilizzando la saldatura ad ultrasuoni all'esterno, rame e rame, alluminio e alluminio sono generalmente utilizzati per la saldatura laser. Allo stesso tempo, l'elevata velocità di trasferimento del calore sia del rame che dell'alluminio, l'elevata riflettività del laser e lo spessore relativamente grande del pezzo di giunzione richiedono un laser ad alta potenza per ottenere la saldatura. Attraverso nove diversi parametri e metodi di esperimenti di regolazione, di cui sette hanno diversi guadagni, riteniamo che, con il continuo progresso del processo laser in futuro, i problemi della saldatura laser Al/Cu delle sbarre siano risolti, e la saldatura laser è la direzione più probabile.
