Οι μπαταρίες λιθίου με τετράγωνο κέλυφος αλουμινίου έχουν πολλά πλεονεκτήματα, όπως απλή δομή, καλή αντοχή σε κρούσεις, υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και μεγάλη χωρητικότητα κυψελών. Αποτελούσαν πάντα την κύρια κατεύθυνση της εγχώριας κατασκευής και ανάπτυξης μπαταριών λιθίου, αντιπροσωπεύοντας περισσότερο από το 40% της αγοράς.
Η δομή της τετράγωνης μπαταρίας λιθίου με κέλυφος αλουμινίου φαίνεται στο σχήμα, η οποία αποτελείται από τον πυρήνα της μπαταρίας (φύλλα θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων, διαχωριστή), ηλεκτρολύτη, κέλυφος, επάνω κάλυμμα και άλλα εξαρτήματα.
Τετράγωνη δομή μπαταρίας λιθίου με κέλυφος αλουμινίου
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής και συναρμολόγησης μπαταριών λιθίου με τετράγωνο κέλυφος αλουμινίου, ένας μεγάλος αριθμόςσυγκόλληση με λέιζερΑπαιτούνται διεργασίες, όπως: συγκόλληση μαλακών συνδέσεων στοιχείων μπαταριών και πλακών κάλυψης, συγκόλληση στεγανοποίησης πλακών κάλυψης, συγκόλληση με καρφιά στεγανοποίησης, κ.λπ. Η συγκόλληση με λέιζερ είναι η κύρια μέθοδος συγκόλλησης για πρισματικές μπαταρίες ισχύος. Λόγω της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, της καλής σταθερότητας ισχύος, της υψηλής ακρίβειας συγκόλλησης, της εύκολης συστηματικής ενσωμάτωσης και πολλών άλλων πλεονεκτημάτων,συγκόλληση με λέιζερείναι αναντικατάστατος στη διαδικασία παραγωγής πρισματικών μπαταριών λιθίου με κέλυφος αλουμινίου. ρόλος.
Αυτόματη πλατφόρμα γαλβανόμετρου 4 αξόνων Mavenμηχανή συγκόλλησης με λέιζερ ινών
Η ραφή συγκόλλησης της στεγανοποίησης του άνω καλύμματος είναι η μακρύτερη ραφή συγκόλλησης στην τετραγωνική μπαταρία αλουμινίου και είναι επίσης η ραφή συγκόλλησης που απαιτεί τον μεγαλύτερο χρόνο συγκόλλησης. Τα τελευταία χρόνια, η βιομηχανία κατασκευής μπαταριών λιθίου έχει αναπτυχθεί ραγδαία και η τεχνολογία διεργασίας συγκόλλησης με λέιζερ στεγανοποίησης άνω καλύμματος και η τεχνολογία εξοπλισμού της έχουν επίσης αναπτυχθεί ραγδαία. Με βάση τη διαφορετική ταχύτητα συγκόλλησης και την απόδοση του εξοπλισμού, χωρίζουμε περίπου τον εξοπλισμό και τις διεργασίες συγκόλλησης με λέιζερ άνω καλύμματος σε τρεις εποχές. Αυτές είναι η εποχή 1.0 (2015-2017) με ταχύτητα συγκόλλησης <100mm/s, η εποχή 2.0 (2017-2018) με 100-200mm/s και η εποχή 3.0 (2019-) με 200-300mm/s. Τα παρακάτω θα παρουσιάσουν την εξέλιξη της τεχνολογίας στην πορεία των καιρών:
1. Η εποχή 1.0 της τεχνολογίας συγκόλλησης με λέιζερ άνω κάλυψης
Ταχύτητα συγκόλλησης＜100 χιλιοστά/δευτερόλεπτο
Από το 2015 έως το 2017, τα εγχώρια νέα ενεργειακά οχήματα άρχισαν να εκρήγνυνται λόγω πολιτικών και η βιομηχανία μπαταριών ισχύος άρχισε να επεκτείνεται. Ωστόσο, η συσσώρευση τεχνολογίας και τα αποθέματα ταλέντου των εγχώριων επιχειρήσεων είναι ακόμη σχετικά μικρά. Οι σχετικές διαδικασίες κατασκευής μπαταριών και οι τεχνολογίες εξοπλισμού βρίσκονται επίσης σε αρχικό στάδιο και ο βαθμός αυτοματοποίησης εξοπλισμού είναι σχετικά χαμηλός, οι κατασκευαστές εξοπλισμού μόλις άρχισαν να δίνουν προσοχή στην κατασκευή μπαταριών ισχύος και να αυξάνουν τις επενδύσεις στην έρευνα και την ανάπτυξη. Σε αυτό το στάδιο, οι απαιτήσεις αποδοτικότητας παραγωγής της βιομηχανίας για τον εξοπλισμό σφράγισης λέιζερ τετραγωνικών μπαταριών είναι συνήθως 6-10PPM. Η λύση εξοπλισμού συνήθως χρησιμοποιεί ένα λέιζερ οπτικών ινών 1kw για εκπομπή μέσω ενός συνηθισμένου...κεφαλή συγκόλλησης με λέιζερ(όπως φαίνεται στην εικόνα), και η κεφαλή συγκόλλησης κινείται από έναν σερβοκινητήρα πλατφόρμας ή έναν γραμμικό κινητήρα. Κίνηση και συγκόλληση, ταχύτητα συγκόλλησης 50-100mm/s.
Χρήση λέιζερ 1kw για συγκόλληση του άνω καλύμματος του πυρήνα της μπαταρίας
Στοσυγκόλληση με λέιζερΚατά τη διάρκεια της διαδικασίας, λόγω της σχετικά χαμηλής ταχύτητας συγκόλλησης και του σχετικά μεγάλου χρόνου θερμικού κύκλου της συγκόλλησης, η λιωμένη δεξαμενή έχει αρκετό χρόνο για να ρέει και να στερεοποιείται, και το προστατευτικό αέριο μπορεί να καλύψει καλύτερα την λιωμένη δεξαμενή, καθιστώντας εύκολη την επίτευξη λείας και πλήρους επιφάνειας, συγκολλήσεων με καλή συνοχή, όπως φαίνεται παρακάτω.
Σχηματισμός ραφής συγκόλλησης για συγκόλληση χαμηλής ταχύτητας του άνω καλύμματος
Όσον αφορά τον εξοπλισμό, αν και η αποδοτικότητα της παραγωγής δεν είναι υψηλή, η δομή του εξοπλισμού είναι σχετικά απλή, η σταθερότητα είναι καλή και το κόστος του είναι χαμηλό, γεγονός που καλύπτει πλήρως τις ανάγκες της ανάπτυξης της βιομηχανίας σε αυτό το στάδιο και θέτει τα θεμέλια για την επακόλουθη τεχνολογική ανάπτυξη.
Παρόλο που η συγκόλληση στεγανοποίησης άνω καλύμματος της εποχής 1.0 έχει τα πλεονεκτήματα της απλής λύσης εξοπλισμού, του χαμηλού κόστους και της καλής σταθερότητας. Ωστόσο, οι εγγενείς περιορισμοί της είναι επίσης πολύ προφανείς. Όσον αφορά τον εξοπλισμό, η ικανότητα οδήγησης του κινητήρα δεν μπορεί να καλύψει την απαίτηση για περαιτέρω αύξηση της ταχύτητας. Όσον αφορά την τεχνολογία, η απλή αύξηση της ταχύτητας συγκόλλησης και της ισχύος εξόδου λέιζερ για περαιτέρω επιτάχυνση θα προκαλέσει αστάθεια στη διαδικασία συγκόλλησης και μείωση της απόδοσης: η αύξηση της ταχύτητας μειώνει τον χρόνο θερμικού κύκλου συγκόλλησης και η διαδικασία τήξης του μετάλλου είναι πιο έντονη, το πιτσίλισμα αυξάνεται, η προσαρμοστικότητα στις ακαθαρσίες θα είναι χειρότερη και είναι πιο πιθανό να σχηματιστούν οπές πιτσιλίσματος. Ταυτόχρονα, ο χρόνος στερεοποίησης της λιωμένης λίμνης μειώνεται, γεγονός που θα προκαλέσει τραχύτητα στην επιφάνεια συγκόλλησης και μείωση της συνοχής. Όταν η κηλίδα λέιζερ είναι μικρή, η είσοδος θερμότητας δεν είναι μεγάλη και το πιτσίλισμα μπορεί να μειωθεί, αλλά η αναλογία βάθους προς πλάτος της συγκόλλησης είναι μεγάλη και το πλάτος συγκόλλησης δεν είναι αρκετό. Όταν η κηλίδα λέιζερ είναι μεγάλη, πρέπει να εισαχθεί μεγαλύτερη ισχύς λέιζερ για να αυξηθεί το πλάτος της συγκόλλησης. Μεγάλο, αλλά ταυτόχρονα θα οδηγήσει σε αυξημένα πιτσιλίσματα συγκόλλησης και κακή ποιότητα διαμόρφωσης επιφάνειας της συγκόλλησης. Σε τεχνικό επίπεδο σε αυτό το στάδιο, η περαιτέρω επιτάχυνση σημαίνει ότι η απόδοση πρέπει να αντισταθμιστεί με αποτελεσματικότητα, και οι απαιτήσεις αναβάθμισης για τον εξοπλισμό και την τεχνολογία διεργασιών έχουν γίνει απαιτήσεις της βιομηχανίας.
2. Η εποχή 2.0 του εξωφύλλουσυγκόλληση με λέιζερτεχνολογία
Ταχύτητα συγκόλλησης 200mm/s
Το 2016, η εγκατεστημένη χωρητικότητα μπαταριών αυτοκινήτων στην Κίνα ήταν περίπου 30,8 GWh, το 2017 ήταν περίπου 36 GWh, και το 2018, με μια περαιτέρω έκρηξη, η εγκατεστημένη χωρητικότητα έφτασε τις 57 GWh, σημειώνοντας ετήσια αύξηση 57%. Τα νέα ενεργειακά επιβατικά οχήματα παρήγαγαν επίσης σχεδόν ένα εκατομμύριο, σημειώνοντας ετήσια αύξηση 80,7%. Πίσω από την έκρηξη της εγκατεστημένης χωρητικότητας βρίσκεται η απελευθέρωση της παραγωγικής ικανότητας μπαταριών λιθίου. Οι νέες ενεργειακές μπαταρίες επιβατικών οχημάτων αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 50% της εγκατεστημένης χωρητικότητας, πράγμα που σημαίνει επίσης ότι οι απαιτήσεις της βιομηχανίας για την απόδοση και την ποιότητα των μπαταριών θα γίνονται ολοένα και πιο αυστηρές, και οι συνοδευτικές βελτιώσεις στην τεχνολογία εξοπλισμού κατασκευής και στην τεχνολογία διεργασιών έχουν επίσης εισέλθει σε μια νέα εποχή: προκειμένου να καλυφθούν οι απαιτήσεις παραγωγικής ικανότητας μίας γραμμής, η παραγωγική ικανότητα του εξοπλισμού συγκόλλησης με λέιζερ άνω κάλυψης πρέπει να αυξηθεί στα 15-20 PPM, και η...συγκόλληση με λέιζερΗ ταχύτητα πρέπει να φτάσει τα 150-200 mm/s. Επομένως, όσον αφορά τους κινητήρες κίνησης, διάφοροι κατασκευαστές εξοπλισμού έχουν αναβαθμίσει την πλατφόρμα γραμμικού κινητήρα έτσι ώστε ο μηχανισμός κίνησής του να πληροί τις απαιτήσεις απόδοσης κίνησης για ορθογώνια τροχιά συγκόλλησης με ομοιόμορφη ταχύτητα 200 mm/s. Ωστόσο, ο τρόπος διασφάλισης της ποιότητας συγκόλλησης υπό συγκόλληση υψηλής ταχύτητας απαιτεί περαιτέρω καινοτομίες στη διαδικασία και οι εταιρείες του κλάδου έχουν διεξάγει πολλές εξερευνήσεις και μελέτες: Σε σύγκριση με την εποχή 1.0, το πρόβλημα που αντιμετωπίζει η συγκόλληση υψηλής ταχύτητας στην εποχή 2.0 είναι: χρησιμοποιώντας συνηθισμένα λέιζερ οπτικών ινών για την έξοδο μιας πηγής φωτός ενός σημείου μέσω συνηθισμένων κεφαλών συγκόλλησης, η επιλογή είναι δύσκολο να ικανοποιήσει την απαίτηση των 200 mm/s.
Στην αρχική τεχνική λύση, το αποτέλεσμα της συγκόλλησης μπορεί να ελεγχθεί μόνο με τη διαμόρφωση επιλογών, την προσαρμογή του μεγέθους του σημείου και την προσαρμογή βασικών παραμέτρων όπως η ισχύς του λέιζερ: όταν χρησιμοποιείται μια διαμόρφωση με μικρότερο σημείο, η οπή κλειδαριάς της πισίνας συγκόλλησης θα είναι μικρή, το σχήμα της πισίνας θα είναι ασταθές και η συγκόλληση θα γίνει ασταθής. Το πλάτος σύντηξης της ραφής είναι επίσης σχετικά μικρό. όταν χρησιμοποιείται μια διαμόρφωση με μεγαλύτερο σημείο φωτός, η οπή κλειδαριάς θα αυξηθεί, αλλά η ισχύς συγκόλλησης θα αυξηθεί σημαντικά και οι ρυθμοί πιτσιλίσματος και έκρηξης των οπών θα αυξηθούν σημαντικά.
Θεωρητικά, εάν θέλετε να εξασφαλίσετε την επίδραση σχηματισμού συγκόλλησης υψηλής ταχύτηταςσυγκόλληση με λέιζερτου επάνω καλύμματος, πρέπει να πληροίτε τις ακόλουθες απαιτήσεις:
① Η ραφή συγκόλλησης έχει επαρκές πλάτος και η αναλογία βάθους προς πλάτος της ραφής συγκόλλησης είναι κατάλληλη, πράγμα που απαιτεί το εύρος θερμικής δράσης της πηγής φωτός να είναι αρκετά μεγάλο και η ενέργεια της γραμμής συγκόλλησης να βρίσκεται εντός ενός εύλογου εύρους.
② Η συγκόλληση είναι λεία, πράγμα που απαιτεί ο χρόνος θερμικού κύκλου της συγκόλλησης να είναι αρκετά μεγάλος κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, έτσι ώστε η λιωμένη δεξαμενή να έχει επαρκή ρευστότητα και η συγκόλληση να στερεοποιηθεί σε μια λεία μεταλλική συγκόλληση υπό την προστασία του προστατευτικού αερίου.
③ Η ραφή συγκόλλησης έχει καλή συνοχή και λίγους πόρους και οπές. Αυτό απαιτεί κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, το λέιζερ να δρα σταθερά στο τεμάχιο εργασίας και το πλάσμα δέσμης υψηλής ενέργειας να παράγεται συνεχώς και να δρα στο εσωτερικό της λιωμένης δεξαμενής. Η λιωμένη δεξαμενή παράγει "κλειδί" υπό την δύναμη αντίδρασης πλάσματος. "Οπή", η κλειδαρότρυπα είναι αρκετά μεγάλη και σταθερή, έτσι ώστε οι παραγόμενοι μεταλλικοί ατμοί και πλάσμα να μην είναι εύκολο να εκτοξευθούν και να ανασύρουν μεταλλικά σταγονίδια, σχηματίζοντας πιτσιλιές, και η λιωμένη δεξαμενή γύρω από την κλειδαρότρυπα να μην είναι εύκολο να καταρρεύσει και να εμπλέξει αέριο. Ακόμα κι αν ξένα αντικείμενα καούν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης και απελευθερωθούν εκρηκτικά αέρια, μια μεγαλύτερη κλειδαρότρυπα είναι πιο ευνοϊκή για την απελευθέρωση εκρηκτικών αερίων και μειώνει τα πιτσιλίσματα μετάλλου και τις σχηματιζόμενες οπές.
Απαντώντας στα παραπάνω σημεία, οι εταιρείες κατασκευής μπαταριών και οι εταιρείες κατασκευής εξοπλισμού στον κλάδο έχουν κάνει διάφορες προσπάθειες και πρακτικές: Η κατασκευή μπαταριών λιθίου έχει αναπτυχθεί στην Ιαπωνία εδώ και δεκαετίες και οι σχετικές τεχνολογίες κατασκευής έχουν αναλάβει ηγετικό ρόλο.
Το 2004, όταν η τεχνολογία λέιζερ οπτικών ινών δεν είχε ακόμη εφαρμοστεί ευρέως εμπορικά, η Panasonic χρησιμοποίησε λέιζερ ημιαγωγών LD και λέιζερ YAG με παλμική λάμπα για μικτή έξοδο (το σχήμα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα).
Διάγραμμα σχηματικής τεχνολογίας υβριδικής συγκόλλησης πολλαπλών λέιζερ και δομής κεφαλής συγκόλλησης
Το φωτεινό σημείο υψηλής πυκνότητας ισχύος που παράγεται από το παλμικόΛέιζερ YAGμε μια μικρή κηλίδα χρησιμοποιείται για να δράσει στο τεμάχιο εργασίας για να δημιουργήσει οπές συγκόλλησης για να επιτευχθεί επαρκής διείσδυση συγκόλλησης. Ταυτόχρονα, το λέιζερ ημιαγωγών LD χρησιμοποιείται για να παρέχει συνεχές λέιζερ CW για προθέρμανση και συγκόλληση του τεμαχίου εργασίας. Η λιωμένη δεξαμενή κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης παρέχει περισσότερη ενέργεια για να επιτευχθούν μεγαλύτερες οπές συγκόλλησης, να αυξηθεί το πλάτος της ραφής συγκόλλησης και να παραταθεί ο χρόνος κλεισίματος των οπών συγκόλλησης, βοηθώντας το αέριο στη λιωμένη δεξαμενή να διαφύγει και μειώνοντας το πορώδες της ραφής συγκόλλησης, όπως φαίνεται παρακάτω.
Σχηματικό διάγραμμα του υβριδικούσυγκόλληση με λέιζερ
Εφαρμόζοντας αυτήν την τεχνολογία,Λέιζερ YAGκαι λέιζερ LD με ισχύ μόνο μερικών εκατοντάδων watt μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη συγκόλληση λεπτών θηκών μπαταριών λιθίου με υψηλή ταχύτητα 80 mm/s. Το αποτέλεσμα της συγκόλλησης φαίνεται στο σχήμα.
Μορφολογία συγκόλλησης υπό διαφορετικές παραμέτρους διεργασίας
Με την ανάπτυξη και την άνοδο των λέιζερ οπτικών ινών, τα λέιζερ οπτικών ινών έχουν σταδιακά αντικαταστήσει τα παλμικά λέιζερ YAG στην επεξεργασία μετάλλων με λέιζερ λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων τους, όπως η καλή ποιότητα δέσμης, η υψηλή απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής, η μεγάλη διάρκεια ζωής, η εύκολη συντήρηση και η υψηλή ισχύς.
Επομένως, ο συνδυασμός λέιζερ στην παραπάνω λύση υβριδικής συγκόλλησης με λέιζερ έχει εξελιχθεί σε λέιζερ οπτικών ινών + λέιζερ ημιαγωγών LD, και το λέιζερ εξάγεται επίσης ομοαξονικά μέσω μιας ειδικής κεφαλής επεξεργασίας (η κεφαλή συγκόλλησης φαίνεται στο Σχήμα 7). Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, ο μηχανισμός δράσης του λέιζερ είναι ο ίδιος.
Σύνθετη ένωση συγκόλλησης με λέιζερ
Σε αυτό το σχέδιο, ο παλμόςΛέιζερ YAGαντικαθίσταται από ένα λέιζερ οπτικών ινών με καλύτερη ποιότητα δέσμης, μεγαλύτερη ισχύ και συνεχή έξοδο, το οποίο αυξάνει σημαντικά την ταχύτητα συγκόλλησης και επιτυγχάνει καλύτερη ποιότητα συγκόλλησης (το αποτέλεσμα συγκόλλησης φαίνεται στο Σχήμα 8). Επομένως, αυτό το σχέδιο προτιμάται επίσης από ορισμένους πελάτες. Επί του παρόντος, αυτή η λύση έχει χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή συγκόλλησης στεγανοποίησης άνω καλύμματος μπαταρίας ισχύος και μπορεί να φτάσει σε ταχύτητα συγκόλλησης 200 mm/s.
Εμφάνιση συγκόλλησης άνω καλύμματος με υβριδική συγκόλληση με λέιζερ
Παρόλο που η λύση συγκόλλησης με λέιζερ διπλού μήκους κύματος λύνει το πρόβλημα της σταθερότητας της συγκόλλησης υψηλής ταχύτητας και πληροί τις απαιτήσεις ποιότητας συγκόλλησης της συγκόλλησης υψηλής ταχύτητας των άνω καλυμμάτων των στοιχείων της μπαταρίας, εξακολουθούν να υπάρχουν ορισμένα προβλήματα με αυτήν τη λύση από την άποψη του εξοπλισμού και της διαδικασίας.
Καταρχάς, τα εξαρτήματα υλικού αυτής της λύσης είναι σχετικά πολύπλοκα, απαιτώντας τη χρήση δύο διαφορετικών τύπων λέιζερ και ειδικών συνδέσμων συγκόλλησης με λέιζερ διπλού μήκους κύματος, γεγονός που αυξάνει το κόστος επένδυσης σε εξοπλισμό, αυξάνει τη δυσκολία συντήρησης του εξοπλισμού και αυξάνει τα πιθανά σημεία βλάβης του εξοπλισμού.
Δεύτερον, το διπλό μήκος κύματοςσυγκόλληση με λέιζερΗ χρησιμοποιούμενη σύνδεση αποτελείται από πολλαπλά σετ φακών (βλ. Σχήμα 4). Η απώλεια ισχύος είναι μεγαλύτερη από αυτή των συνηθισμένων συνδέσεων συγκόλλησης και η θέση του φακού πρέπει να ρυθμιστεί στην κατάλληλη θέση για να διασφαλιστεί η ομοαξονική έξοδος του λέιζερ διπλού μήκους κύματος. Και εστιάζοντας σε σταθερό εστιακό επίπεδο, μακροχρόνια λειτουργία υψηλής ταχύτητας, η θέση του φακού μπορεί να χαλαρώσει, προκαλώντας αλλαγές στην οπτική διαδρομή και επηρεάζοντας την ποιότητα συγκόλλησης, απαιτώντας χειροκίνητη επαναρύθμιση.
Τρίτον, κατά τη συγκόλληση, η ανάκλαση του λέιζερ είναι έντονη και μπορεί εύκολα να προκαλέσει ζημιά στον εξοπλισμό και τα εξαρτήματα. Ειδικά κατά την επισκευή ελαττωματικών προϊόντων, η λεία επιφάνεια συγκόλλησης αντανακλά μια μεγάλη ποσότητα φωτός λέιζερ, η οποία μπορεί εύκολα να προκαλέσει συναγερμό λέιζερ και οι παράμετροι επεξεργασίας πρέπει να προσαρμοστούν για επισκευή.
Για να λύσουμε τα παραπάνω προβλήματα, πρέπει να βρούμε έναν άλλο τρόπο εξερεύνησης. Το 2017-2018, μελετήσαμε την ταλάντωση υψηλής συχνότητας.συγκόλληση με λέιζερτεχνολογία του άνω καλύμματος της μπαταρίας και την προώθησε σε εφαρμογή παραγωγής. Η συγκόλληση υψηλής συχνότητας με δέσμη λέιζερ (εφεξής αναφερόμενη ως συγκόλληση με swing) είναι μια άλλη τρέχουσα διαδικασία συγκόλλησης υψηλής ταχύτητας 200 mm/s.
Σε σύγκριση με την υβριδική λύση συγκόλλησης με λέιζερ, το υλικό μέρος αυτής της λύσης απαιτεί μόνο ένα συνηθισμένο λέιζερ ινών σε συνδυασμό με μια ταλαντούμενη κεφαλή συγκόλλησης με λέιζερ.
κεφαλή συγκόλλησης ταλάντωσης
Υπάρχει ένας ανακλαστικός φακός με κινητήρα στο εσωτερικό της κεφαλής συγκόλλησης, ο οποίος μπορεί να προγραμματιστεί για να ελέγχει την ταλάντωση του λέιζερ σύμφωνα με τον τύπο τροχιάς που έχει σχεδιαστεί (συνήθως κυκλική, σε σχήμα S, σε σχήμα 8, κ.λπ.), το πλάτος και τη συχνότητα ταλάντωσης. Διαφορετικές παράμετροι ταλάντωσης μπορούν να διαμορφώσουν τη διατομή συγκόλλησης. Διατίθεται σε διαφορετικά σχήματα και μεγέθη.
Συγκολλήσεις που λαμβάνονται υπό διαφορετικές τροχιές ταλάντωσης
Η κεφαλή συγκόλλησης υψηλής συχνότητας με ταλαντευόμενη κίνηση κινείται από έναν γραμμικό κινητήρα για συγκόλληση κατά μήκος του κενού μεταξύ των τεμαχίων. Ανάλογα με το πάχος τοιχώματος του κελύφους του κελύφους, επιλέγεται ο κατάλληλος τύπος τροχιάς και πλάτος ταλάντωσης. Κατά τη συγκόλληση, η στατική δέσμη λέιζερ θα σχηματίσει μόνο μια διατομή συγκόλλησης σχήματος V. Ωστόσο, κινούμενη από την κεφαλή συγκόλλησης με ταλαντευόμενη κίνηση, το σημείο της δέσμης ταλαντεύεται με υψηλή ταχύτητα στο εστιακό επίπεδο, σχηματίζοντας μια δυναμική και περιστρεφόμενη οπή συγκόλλησης, η οποία μπορεί να επιτύχει μια κατάλληλη αναλογία βάθους προς πλάτος συγκόλλησης.
Η περιστρεφόμενη οπή συγκόλλησης αναδεύει τη συγκόλληση. Αφενός, βοηθά στη διαφυγή του αερίου και μειώνει τους πόρους της συγκόλλησης, και έχει κάποια επίδραση στην επισκευή των οπών στο σημείο έκρηξης της συγκόλλησης (βλ. Σχήμα 12). Αφετέρου, το μέταλλο συγκόλλησης θερμαίνεται και ψύχεται με ομαλό τρόπο. Η κυκλοφορία κάνει την επιφάνεια της συγκόλλησης να μοιάζει με κανονικό και εύτακτο μοτίβο λέπια ψαριού.
Σχηματισμός ραφής συγκόλλησης με ταλάντωση
Προσαρμοστικότητα συγκολλήσεων σε μόλυνση χρώματος υπό διαφορετικές παραμέτρους ταλάντωσης
Τα παραπάνω σημεία πληρούν τις τρεις βασικές απαιτήσεις ποιότητας για συγκόλληση υψηλής ταχύτητας του άνω καλύμματος. Αυτή η λύση έχει και άλλα πλεονεκτήματα:
① Δεδομένου ότι το μεγαλύτερο μέρος της ισχύος λέιζερ εγχέεται στην δυναμική κλειδαρότρυπα, το εξωτερικό σκεδαζόμενο λέιζερ μειώνεται, επομένως απαιτείται μόνο μικρότερη ισχύς λέιζερ και η εισερχόμενη θερμότητα συγκόλλησης είναι σχετικά χαμηλή (30% λιγότερη από τη σύνθετη συγκόλληση), γεγονός που μειώνει τις απώλειες εξοπλισμού και ενέργειας.
② Η μέθοδος συγκόλλησης με ταλάντωση έχει υψηλή προσαρμοστικότητα στην ποιότητα συναρμολόγησης των τεμαχίων εργασίας και μειώνει τα ελαττώματα που προκαλούνται από προβλήματα όπως τα βήματα συναρμολόγησης.
③Η μέθοδος συγκόλλησης με ταλάντωση έχει ισχυρή επίδραση επισκευής στις οπές συγκόλλησης και ο ρυθμός απόδοσης της χρήσης αυτής της μεθόδου για την επισκευή οπών συγκόλλησης πυρήνα μπαταρίας είναι εξαιρετικά υψηλός.
④Το σύστημα είναι απλό, και η διόρθωση και η συντήρηση του εξοπλισμού είναι απλές.
3. Η εποχή 3.0 της τεχνολογίας συγκόλλησης με λέιζερ άνω κάλυψης
Ταχύτητα συγκόλλησης 300mm/s
Καθώς οι νέες επιδοτήσεις ενέργειας συνεχίζουν να μειώνονται, σχεδόν ολόκληρη η βιομηχανική αλυσίδα της βιομηχανίας κατασκευής μπαταριών έχει βυθιστεί σε μια κόκκινη θάλασσα. Ο κλάδος έχει επίσης εισέλθει σε μια περίοδο αναδιάρθρωσης και το ποσοστό των κορυφαίων εταιρειών με πλεονεκτήματα κλίμακας και τεχνολογικά πλεονεκτήματα έχει αυξηθεί περαιτέρω. Ταυτόχρονα, όμως, η «βελτίωση της ποιότητας, η μείωση του κόστους και η αύξηση της αποδοτικότητας» θα γίνει το κύριο θέμα πολλών εταιρειών.
Σε μια περίοδο χαμηλών ή μηδενικών επιδοτήσεων, μόνο με την επίτευξη επαναληπτικών αναβαθμίσεων της τεχνολογίας, την επίτευξη υψηλότερης παραγωγικής αποδοτικότητας, τη μείωση του κόστους κατασκευής μιας μόνο μπαταρίας και τη βελτίωση της ποιότητας του προϊόντος μπορούμε να έχουμε επιπλέον πιθανότητες να κερδίσουμε στον ανταγωνισμό.
Η Han's Laser συνεχίζει να επενδύει στην έρευνα για την τεχνολογία συγκόλλησης υψηλής ταχύτητας για τα επάνω καλύμματα στοιχείων μπαταριών. Εκτός από τις διάφορες μεθόδους επεξεργασίας που παρουσιάστηκαν παραπάνω, μελετά επίσης προηγμένες τεχνολογίες όπως η τεχνολογία συγκόλλησης με δακτυλιοειδή σημειακή λέιζερ και η τεχνολογία συγκόλλησης με γαλβανόμετρο με λέιζερ για τα επάνω καλύμματα στοιχείων μπαταριών.
Προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω η αποδοτικότητα της παραγωγής, διερευνήθηκε η τεχνολογία συγκόλλησης άνω καλύμματος στα 300mm/s και υψηλότερη ταχύτητα. Η Han's Laser μελέτησε τη σφράγιση συγκόλλησης με λέιζερ γαλβανόμετρου σάρωσης το 2017-2018, ξεπερνώντας τις τεχνικές δυσκολίες της δύσκολης προστασίας του τεμαχίου με αέριο κατά τη συγκόλληση με γαλβανόμετρο και το κακό αποτέλεσμα σχηματισμού επιφάνειας συγκόλλησης, και επιτυγχάνοντας 400-500mm/s.συγκόλληση με λέιζερτου επάνω καλύμματος του στοιχείου. Η συγκόλληση διαρκεί μόνο 1 δευτερόλεπτο για μια μπαταρία 26148.
Ωστόσο, λόγω της υψηλής απόδοσης, είναι εξαιρετικά δύσκολο να αναπτυχθεί υποστηρικτικός εξοπλισμός που να ταιριάζει με την απόδοση, και το κόστος του εξοπλισμού είναι υψηλό. Συνεπώς, δεν πραγματοποιήθηκε περαιτέρω ανάπτυξη εμπορικής εφαρμογής για αυτήν τη λύση.
Με την περαιτέρω ανάπτυξη τουλέιζερ οπτικών ινώνΤεχνολογία, έχουν κυκλοφορήσει νέα λέιζερ οπτικών ινών υψηλής ισχύος που μπορούν να παράγουν απευθείας φωτεινές κηλίδες σε σχήμα δακτυλίου. Αυτός ο τύπος λέιζερ μπορεί να παράγει κηλίδες λέιζερ σε σχήμα δακτυλίου μέσω ειδικών πολυστρωματικών οπτικών ινών, και το σχήμα της κηλίδας και η κατανομή ισχύος μπορούν να ρυθμιστούν, όπως φαίνεται στο σχήμα.
Συγκολλήσεις που λαμβάνονται υπό διαφορετικές τροχιές ταλάντωσης
Μέσω ρύθμισης, η κατανομή πυκνότητας ισχύος του λέιζερ μπορεί να πάρει το σχήμα spot-donut-tophat. Αυτός ο τύπος λέιζερ ονομάζεται Corona, όπως φαίνεται στο σχήμα.
Ρυθμιζόμενη δέσμη λέιζερ (αντίστοιχα: κεντρικό φως, κεντρικό φως + δακτύλιος φωτός, δακτύλιος φωτός, δύο δακτύλιοι φωτός)
Το 2018, δοκιμάστηκε η εφαρμογή πολλαπλών λέιζερ αυτού του τύπου στη συγκόλληση άνω καλυμμάτων στοιχείων μπαταριών με κέλυφος αλουμινίου και, με βάση το λέιζερ Corona, ξεκίνησε έρευνα για την τεχνολογική λύση διεργασίας 3.0 για τη συγκόλληση άνω καλυμμάτων στοιχείων μπαταριών με λέιζερ. Όταν το λέιζερ Corona εκτελεί έξοδο σε λειτουργία δακτυλίου σημείου, τα χαρακτηριστικά κατανομής πυκνότητας ισχύος της δέσμης εξόδου του είναι παρόμοια με την σύνθετη έξοδο ενός λέιζερ ημιαγωγών + οπτικών ινών.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, το φως κεντρικού σημείου με υψηλή πυκνότητα ισχύος σχηματίζει μια οπή κλειδαριάς για συγκόλληση βαθιάς διείσδυσης για να επιτευχθεί επαρκής διείσδυση συγκόλλησης (παρόμοια με την έξοδο του λέιζερ ινών στο υβριδικό διάλυμα συγκόλλησης) και το φως δακτυλίου παρέχει μεγαλύτερη είσοδο θερμότητας, διευρύνει την οπή κλειδαριάς, μειώνει την πρόσκρουση των μεταλλικών ατμών και του πλάσματος στο υγρό μέταλλο στην άκρη της οπής κλειδαριάς, μειώνει την προκύπτουσα πιτσιλίσματα μετάλλου και αυξάνει τον χρόνο θερμικού κύκλου της συγκόλλησης, βοηθώντας το αέριο στην τετηγμένη λίμνη να διαφύγει για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, βελτιώνοντας τη σταθερότητα των διαδικασιών συγκόλλησης υψηλής ταχύτητας (παρόμοια με την έξοδο των λέιζερ ημιαγωγών σε υβριδικές λύσεις συγκόλλησης).
Στη δοκιμή, συγκολλήσαμε μπαταρίες με λεπτό τοίχωμα και διαπιστώσαμε ότι η συνοχή του μεγέθους της συγκόλλησης ήταν καλή και η ικανότητα επεξεργασίας CPK ήταν καλή, όπως φαίνεται στο Σχήμα 18.
Εμφάνιση συγκόλλησης άνω καλύμματος μπαταρίας με πάχος τοιχώματος 0,8 mm (ταχύτητα συγκόλλησης 300 mm/s)
Όσον αφορά το υλικό, σε αντίθεση με την υβριδική λύση συγκόλλησης, αυτή η λύση είναι απλή και δεν απαιτεί δύο λέιζερ ή μια ειδική υβριδική κεφαλή συγκόλλησης. Απαιτεί μόνο μια κοινή συνηθισμένη κεφαλή συγκόλλησης λέιζερ υψηλής ισχύος (δεδομένου ότι μόνο μία οπτική ίνα εξάγει ένα λέιζερ ενός μήκους κύματος, η δομή του φακού είναι απλή, δεν απαιτείται ρύθμιση και η απώλεια ισχύος είναι χαμηλή), καθιστώντας εύκολη την ανίχνευση σφαλμάτων και τη συντήρηση, ενώ η σταθερότητα του εξοπλισμού βελτιώνεται σημαντικά.
Εκτός από το απλό σύστημα της λύσης υλικού και την κάλυψη των απαιτήσεων της διαδικασίας συγκόλλησης υψηλής ταχύτητας του άνω καλύμματος του στοιχείου της μπαταρίας, αυτή η λύση έχει και άλλα πλεονεκτήματα στις εφαρμογές διεργασιών.
Στη δοκιμή, συγκολλήσαμε το πάνω κάλυμμα της μπαταρίας με υψηλή ταχύτητα 300 mm/s, επιτυγχάνοντας καλά αποτελέσματα σχηματισμού ραφής συγκόλλησης. Επιπλέον, για κελύφη με διαφορετικά πάχη τοιχώματος 0,4, 0,6 και 0,8 mm, μόνο με απλή ρύθμιση της λειτουργίας εξόδου λέιζερ, μπορεί να πραγματοποιηθεί καλή συγκόλληση. Ωστόσο, για λύσεις υβριδικής συγκόλλησης με λέιζερ διπλού μήκους κύματος, είναι απαραίτητο να αλλάξετε την οπτική διαμόρφωση της κεφαλής συγκόλλησης ή του λέιζερ, κάτι που θα επιφέρει μεγαλύτερο κόστος εξοπλισμού και χρόνο εντοπισμού σφαλμάτων.
Επομένως, το σημείο-δακτύλιοςσυγκόλληση με λέιζερΗ λύση αυτή όχι μόνο μπορεί να επιτύχει εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα συγκόλλησης άνω καλύμματος στα 300 mm/s και να βελτιώσει την αποδοτικότητα παραγωγής των μπαταριών ισχύος. Για τις εταιρείες κατασκευής μπαταριών που χρειάζονται συχνές αλλαγές μοντέλων, αυτή η λύση μπορεί επίσης να βελτιώσει σημαντικά την ποιότητα του εξοπλισμού και των προϊόντων, τη συμβατότητα, μειώνοντας την αλλαγή μοντέλου και τον χρόνο εντοπισμού σφαλμάτων.
Εμφάνιση συγκόλλησης άνω καλύμματος μπαταρίας με πάχος τοιχώματος 0,4 mm (ταχύτητα συγκόλλησης 300 mm/s)
Εμφάνιση συγκόλλησης άνω καλύμματος μπαταρίας με πάχος τοιχώματος 0,6 mm (ταχύτητα συγκόλλησης 300 mm/s)
Διείσδυση συγκόλλησης με λέιζερ Corona για συγκόλληση λεπτών τοιχωμάτων – Δυνατότητες διεργασίας
Εκτός από το λέιζερ Corona που αναφέρθηκε παραπάνω, τα λέιζερ AMB και τα λέιζερ ARM έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά οπτικής εξόδου και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίλυση προβλημάτων όπως η βελτίωση των πιτσιλιών συγκόλλησης με λέιζερ, η βελτίωση της ποιότητας της επιφάνειας συγκόλλησης και η βελτίωση της σταθερότητας συγκόλλησης υψηλής ταχύτητας.
4. Σύνοψη
Οι διάφορες λύσεις που αναφέρονται παραπάνω χρησιμοποιούνται όλες στην πραγματική παραγωγή από εγχώριες και ξένες εταιρείες κατασκευής μπαταριών λιθίου. Λόγω του διαφορετικού χρόνου παραγωγής και του διαφορετικού τεχνικού υποβάθρου, διαφορετικές λύσεις διεργασίας χρησιμοποιούνται ευρέως στον κλάδο, αλλά οι εταιρείες έχουν υψηλότερες απαιτήσεις για απόδοση και ποιότητα. Η βιομηχανία βελτιώνεται συνεχώς και σύντομα θα εφαρμοστούν περισσότερες νέες τεχνολογίες από εταιρείες που βρίσκονται στην πρώτη γραμμή της τεχνολογίας.
Η βιομηχανία νέων μπαταριών ενέργειας της Κίνας ξεκίνησε σχετικά αργά και αναπτύχθηκε ραγδαία, καθοδηγούμενη από εθνικές πολιτικές. Οι σχετικές τεχνολογίες συνέχισαν να προχωρούν με τις κοινές προσπάθειες ολόκληρης της βιομηχανικής αλυσίδας και έχουν μειώσει σημαντικά το χάσμα με εξαιρετικές διεθνείς εταιρείες. Ως εγχώριος κατασκευαστής εξοπλισμού μπαταριών λιθίου, η Maven διερευνά συνεχώς τους δικούς της τομείς πλεονεκτήματος, βοηθώντας σε επαναληπτικές αναβαθμίσεις εξοπλισμού μπαταριών και παρέχοντας καλύτερες λύσεις για την αυτοματοποιημένη παραγωγή νέων μονάδων μπαταριών αποθήκευσης ενέργειας.
Ώρα δημοσίευσης: 19 Σεπτεμβρίου 2023
