Hiện trạng và triển vọng phát triển của công nghệ hàn Laser cho Ắc quy điện

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp xe năng lượng mới, pin điện, với tư cách là đơn vị năng lượng cốt lõi của toàn bộ hệ thống xe, trực tiếp xác định mức hiệu suất tổng thể của xe thông qua độ an toàn, độ tin cậy và tính nhất quán của chúng. Từ từng tế bào đến mô-đun rồi đến toàn bộ bộ pin, chất lượng mối hàn là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến tuổi thọ pin, hiệu suất an toàn và năng suất trong-quy mô sản xuất lớn. Trong số các phương pháp hàn khác nhau, hàn laser, nhờ mật độ năng lượng cao, độ chính xác cao và khả năng tự động hóa cao, đã trở thành một quy trình quan trọng không thể thiếu trong sản xuất pin điện.

 

 

Để đáp ứng nhu cầu phát triển về trọng lượng nhẹ và mật độ năng lượng cao-trong các phương tiện sử dụng năng lượng mới, vật liệu hợp kim nhôm thường được sử dụng cho các thành phần kết cấu pin điện. Các thành phần như vỏ tế bào, vỏ và thanh cái thường sử dụng hợp kim nhôm 1-loạt hoặc 3 dãy, có tính dẫn điện, chống ăn mòn và khả năng định hình tốt. Ở một số khu vực đòi hỏi độ dẫn điện cao, vật liệu composite đồng hoặc nhôm-đồng được sử dụng.

 

Tuy nhiên, bản thân hợp kim nhôm có khả năng phản ứng hóa học cao, độ dẫn nhiệt cao và hệ số giãn nở tuyến tính cao và bề mặt của chúng dễ tạo thành màng oxit dày đặc, khiến chúng rất dễ bị các khuyết tật như độ xốp, vết bắn, vỡ và nứt nóng trong quá trình hàn. Hơn nữa, trong mối nối vật liệu đồng-nhôm khác nhau, các hợp chất kim loại giòn có thể hình thành, làm giảm độ bền của mối nối. Những đặc tính vật liệu này đặt ra yêu cầu rất cao về kiểm soát năng lượng, hình thành tính ổn định và nhất quán của quá trình hàn.

 

 

Sản xuất pin điện thường bao gồm ba giai đoạn chính: tế bào, mô-đun và đóng gói. Vỏ bên ngoài của bộ pin chủ yếu cung cấp sự hỗ trợ và bảo vệ về mặt cấu trúc, thường sử dụng các cấu hình hợp kim nhôm dày hơn và việc hàn của nó chủ yếu được thực hiện bằng hàn hồ quang hoặc hàn ma sát khuấy.

 

Ngược lại, các bộ phận bên trong của cell và module có kích thước nhỏ, cấu trúc chính xác, yêu cầu khoảng cách mối hàn chặt chẽ khiến các phương pháp hàn truyền thống khó cân bằng được chất lượng hàn và tốc độ sản xuất. Hàn laze, với mật độ năng lượng cao, khả năng tiếp cận tốt và đặc tính xử lý không{1}}tiếp xúc, đã trở thành quy trình được ưa chuộng đối với vỏ, nắp, van chống cháy nổ-, thanh cái và các bộ phận khác. Nó được sử dụng rộng rãi trong các cấu trúc pin hình lăng trụ có vỏ bằng nhôm, chẳng hạn như tấm đậy pin nguồn, tấm đậy pin lithium{5}}ion và vỏ nhôm cho pin lithium.

 

 

Vỏ và nắp pin chủ yếu được sử dụng để bịt kín chất điện phân và cung cấp hỗ trợ cấu trúc ổn định cho các điện cực bên trong. Chất lượng hàn quyết định trực tiếp đến hiệu suất bịt kín và khả năng chịu áp lực của pin. Các vật liệu phổ biến bao gồm hợp kim nhôm Al3003, có độ dày thường dao động từ 0,3 đến 0,5 mm. Khu vực này thường sử dụng quy trình hàn laser composite hoặc laser vòng.

 

Trong thực tế sản xuất, các mối hàn này dễ mắc các khuyết tật như ngấu không hoàn toàn, rỗ, xẹp và bắn tóe. Bằng cách kiểm soát hợp lý lượng nhiệt đầu vào, tốc độ hàn và phân bổ năng lượng laser, độ sâu thâm nhập có thể được ổn định một cách hiệu quả và đáp ứng các yêu cầu về khả năng chịu áp lực. Với những tiến bộ công nghệ, điều chế dạng sóng xung và hàn laser tốc độ cao-liên tục đã dần trở thành giải pháp chủ đạo, cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất đồng thời nâng cao tính đồng nhất của mối hàn.

 

Để nâng cao hơn nữa chất lượng bên trong của mối hàn, công nghệ hàn quét điện kế và dao động laser đã được đưa vào hàn vỏ pin. Sự khuấy trộn động của bể nóng chảy làm tăng tốc độ thoát bong bóng và tinh chỉnh cấu trúc hạt, từ đó cải thiện tính chất cơ học và độ tin cậy bịt kín của mối hàn. Các quy trình này được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ phận cấu trúc như vỏ nhôm hình lăng trụ và vỏ pin nhôm.

 

 

Van chống cháy nổ-là thành phần quan trọng trong hệ thống an toàn về pin điện. Khi áp suất bên trong của pin tăng bất thường, hiện tượng vỡ có kiểm soát sẽ giải phóng khí, ngăn ngừa sự thoát nhiệt và nổ. Van chống cháy nổ-thường được làm bằng các tấm nhôm nguyên chất, chỉ dày 0,08–0,1 mm và cực kỳ nhạy cảm với nhiệt hàn đầu vào.

 

Trong quá trình hàn laze, mật độ năng lượng quá cao có thể dễ dàng dẫn đến hiện tượng quá nhiệt và làm thủng-van chống nổ, đồng thời khí thoát ra mạnh từ bể nóng chảy có thể gây ra các khuyết tật lỗ chân lông. Bằng cách tối ưu hóa thiết kế dạng sóng laze, đưa ra giá trị cực đại trong khoảng thời gian ngắn ở giai đoạn hàn đầu tiên để cải thiện khả năng hấp thụ vật liệu và giảm dần năng lượng đầu ra trong các giai đoạn tiếp theo, có thể tránh được hiện tượng cháy-một cách hiệu quả trong khi vẫn đảm bảo tính toàn vẹn của mối hàn.

 

Hơn nữa, việc tăng cường-làm sạch trước khi hàn để giảm lượng dầu và độ ẩm còn sót lại cũng như kiểm soát các khoảng trống trong cụm thông qua trình tự hàn hợp lý là những phương pháp quan trọng để giảm các khuyết tật về độ xốp. Các biện pháp tối ưu hóa quy trình này đã được áp dụng thành công trong các cấu trúc như nắp trên cùng của pin lithium cho pin hình lăng trụ.

 

 

Với sự mở rộng nhanh chóng của thị trường phương tiện sử dụng năng lượng mới và bộ lưu trữ năng lượng, nhu cầu về quy trình hàn-có tính nhất quán và độ tin cậy-cao cho pin điện tiếp tục tăng. Hướng phát triển trong tương lai của công nghệ hàn laser chủ yếu tập trung vào các khía cạnh sau:

 

Đầu tiên, ứng dụng nguồn laser có mật độ năng lượng cao hơn và kiểm soát năng lượng chính xác hơn để đáp ứng nhu cầu hàn các kết cấu mỏng hơn và phức tạp hơn; thứ hai, giám sát trực tuyến và điều khiển-vòng kín của quy trình hàn để cải thiện độ ổn định khi hàn bằng cách-phát hiện trạng thái bể nóng chảy theo thời gian thực; và thứ ba, tối ưu hóa quy trình để nối các vật liệu khác nhau như nhôm và đồng nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển cấu trúc pin mới và các thành phần vật liệu composite như Tấm lưỡng cực đồng và nhôm.

 

Trong khi đó, với việc tiếp tục áp dụng rộng rãi cấu trúc pin hình lăng trụ trong các phương tiện sử dụng năng lượng mới, việc tiêu chuẩn hóa và ứng dụng{0}}quy mô lớn quy trình hàn laze cho các bộ phận như vỏ pin hình lăng trụ bằng hợp kim nhôm, vỏ nhôm của pin và vỏ nhôm có thể sạc lại sẽ trở thành một hướng quan trọng cho sự phát triển công nghệ trong ngành.

 

 

Công nghệ hàn laser đã được tích hợp sâu vào toàn bộ quy trình sản xuất pin điện, mang lại sự hỗ trợ quan trọng để đạt được độ an toàn cao, tính nhất quán cao và hiệu quả sản xuất cao. Với sự phát triển không ngừng của hệ thống vật liệu, thiết kế kết cấu và tốc độ sản xuất, hàn laser sẽ tiếp tục đóng vai trò cốt lõi trong lĩnh vựcpin điện có vỏ-nhômvà sẽ chứng minh triển vọng ứng dụng rộng rãi hơn trong ngành năng lượng mới trong tương lai.