Status atual e perspectivas de desenvolvimento da tecnologia de soldagem a laser para baterias elétricas

No contexto do rápido desenvolvimento da indústria de veículos com novas energias, as baterias de energia, como unidade central de energia de todo o sistema do veículo, determinam diretamente o nível geral de desempenho do veículo através de sua segurança, confiabilidade e consistência. De células individuais a módulos e, em seguida, a toda a bateria, a qualidade da soldagem é um dos principais fatores que afetam a vida útil da bateria, o desempenho de segurança e o rendimento na fabricação-em grande escala. Entre os vários métodos de soldagem, a soldagem a laser, devido à sua alta densidade de energia, alta precisão e alta capacidade de automação, tornou-se um processo-chave indispensável na fabricação de baterias de energia.

 

 

Para atender às necessidades de desenvolvimento de leveza e alta{0}}densidade de energia em veículos de nova energia, materiais de liga de alumínio são comumente usados ​​para alimentar componentes estruturais de baterias. Componentes como invólucros de células, tampas e barramentos normalmente usam ligas de alumínio da série 1-ou da série 3, que possuem boa condutividade, resistência à corrosão e conformabilidade. Em algumas áreas que exigem alta condutividade, são utilizados materiais compósitos de cobre ou alumínio-cobre.

 

No entanto, as próprias ligas de alumínio possuem alta reatividade química, alta condutividade térmica e alto coeficiente de expansão linear, e sua superfície forma facilmente um filme denso de óxido, tornando-as altamente suscetíveis a defeitos como porosidade, respingos, rupturas e trincas a quente durante a soldagem. Além disso, na união de materiais diferentes de alumínio-cobre, podem formar-se compostos intermetálicos frágeis, reduzindo a resistência da junta. Estas propriedades do material impõem exigências extremamente altas no controle de energia, na estabilidade da formação e na consistência do processo de soldagem.

 

 

A fabricação de baterias de energia normalmente envolve três estágios principais: célula, módulo e pacote. O invólucro externo da bateria fornece principalmente suporte estrutural e proteção, geralmente usando perfis de liga de alumínio mais espessos, e sua soldagem é feita principalmente por soldagem a arco ou soldagem por fricção.

 

Em contraste, os componentes internos das células e módulos são pequenos em tamanho, possuem estruturas precisas e exigem espaçamento de solda apertado, tornando difícil para os métodos tradicionais de soldagem equilibrar a qualidade da soldagem e a velocidade de produção. A soldagem a laser, com alta densidade de potência, boa acessibilidade e características de processamento sem{1}}contato, tornou-se o processo preferido para invólucros de células de bateria, tampas, válvulas-à prova de explosão, barramentos e outros componentes. É amplamente utilizado em estruturas de baterias prismáticas com invólucro de alumínio, como placas de cobertura de baterias de alimentação, placas de cobertura de baterias de íons de lítio e caixas de alumínio de baterias de lítio.

 

 

Os invólucros e tampas da bateria são usados ​​principalmente para vedar o eletrólito e fornecer suporte estrutural estável para os eletrodos internos. A qualidade da soldagem determina diretamente o desempenho de vedação e a resistência à pressão da bateria. Os materiais comuns incluem a liga de alumínio Al3003, com uma espessura que varia normalmente de 0,3 a 0,5 mm. Esta área geralmente emprega processos de soldagem a laser composto ou a laser de anel.

 

Na produção real, essas soldas estão sujeitas a defeitos como penetração incompleta, porosidade, colapso e respingos. Ao controlar racionalmente a entrada de calor, a velocidade de soldagem e a distribuição de energia do laser, a profundidade de penetração pode ser efetivamente estabilizada e os requisitos de resistência à pressão atendidos. Com os avanços tecnológicos, a modulação da forma de onda de pulso e a soldagem a laser contínua de alta-velocidade tornaram-se gradualmente soluções convencionais, melhorando significativamente a eficiência da produção e, ao mesmo tempo, melhorando a uniformidade da solda.

 

Para melhorar ainda mais a qualidade interna da solda, a soldagem por varredura galvanômetro e a tecnologia de oscilação a laser foram introduzidas na soldagem do revestimento da bateria. A agitação dinâmica da poça fundida acelera o escape de bolhas e refina a estrutura do grão, melhorando assim as propriedades mecânicas e a confiabilidade da vedação da junta de solda. Esses processos são amplamente utilizados na fabricação de componentes estruturais, como carcaças de alumínio de células prismáticas e tampas de baterias de alumínio.

 

 

Válvulas-à prova de explosão são componentes essenciais em sistemas de segurança de baterias de energia. Quando a pressão interna da bateria aumenta anormalmente, a ruptura controlada libera gás, evitando fuga térmica e explosão. As válvulas-à prova de explosão são normalmente feitas de folhas de alumínio puro, com apenas 0,08–0,1 mm de espessura, e são extremamente sensíveis à entrada de calor de soldagem.

 

Durante a soldagem a laser, uma densidade de potência excessivamente alta pode facilmente levar ao superaquecimento e à perfuração da válvula à prova de explosão-, enquanto o escape violento de gás da poça derretida pode causar defeitos nos poros. Ao otimizar o projeto da forma de onda do laser, introduzindo um valor de pico de{2}}duração curta no estágio inicial da soldagem para melhorar a absorção do material e reduzindo gradualmente a produção de energia nos estágios subsequentes, a queima-pode ser efetivamente evitada e, ao mesmo tempo, garantindo a integridade da solda.

 

Além disso, reforçar a limpeza pré-{0}}soldagem para reduzir o óleo residual e a umidade e controlar as lacunas de montagem por meio de uma sequência de soldagem razoável são meios importantes para reduzir defeitos de porosidade. Essas medidas de otimização de processos foram aplicadas com sucesso em estruturas como a tampa superior da bateria de lítio e a tampa superior para células de bateria prismáticas.

 

 

Com a rápida expansão dos novos mercados de veículos e armazenamento de energia, a demanda por processos de soldagem de alta-consistência e alta{1}}confiabilidade para baterias de energia continua a aumentar. A direção de desenvolvimento futuro da tecnologia de soldagem a laser concentra-se principalmente nos seguintes aspectos:

 

Primeiro, a aplicação de fontes de laser com maior densidade de potência e controle de energia mais preciso para atender às necessidades de soldagem de estruturas mais finas e complexas; segundo, monitoramento on-line e controle de circuito fechado-do processo de soldagem para melhorar a estabilidade da soldagem por meio da detecção-em tempo real do estado da poça fundida; e terceiro, otimização de processos para unir materiais diferentes, como alumínio e cobre, para atender às necessidades de desenvolvimento de novas estruturas de baterias e componentes de materiais compósitos, como placas bipolares bimetálicas de cobre e alumínio.

 

Enquanto isso, com a contínua adoção generalizada de estruturas de baterias prismáticas em novos veículos de energia, a padronização e a aplicação em-grande escala de processos de soldagem a laser para componentes como caixas de baterias prismáticas de liga de alumínio, caixas de bateria de alumínio e carcaças de alumínio recarregáveis ​​se tornarão uma direção importante para a evolução tecnológica na indústria.

 

 

A tecnologia de soldagem a laser foi profundamente integrada em todo o processo de fabricação de baterias de energia, fornecendo suporte crucial para alcançar alta segurança, alta consistência e produção de alta eficiência. Com a evolução contínua dos sistemas de materiais, do projeto estrutural e do ritmo de fabricação, a soldagem a laser continuará a desempenhar um papel fundamental na área debaterias de energia-com invólucro de alumínioe demonstrará perspectivas de aplicação mais amplas na futura nova indústria energética.