Procesy zvárania pre lítium-iónové batérie

Či už ide o prizmatické články alebo valcové články, zváranie je jedným z dôležitých procesov pri výrobe batérií. Vo výrobnej linke lítiových batérií sa výrobná časť procesu zvárania sústreďuje hlavne na zostavu článkov a časť linky PACK, pozri obrázok nižšie:

Stručný popis detailov zváracieho procesu

1. Zváranie bezpečnostného odvzdušňovača

Bezpečnostný odvzdušňovací ventil, tiež známy ako pretlakový ventil, je tenkostenné teleso ventilu na hornom kryte batérie. Keď vnútorný tlak batérie prekročí špecifikovanú hodnotu, bezpečnostný ventil praskne a uvoľní tlak, aby sa zabránilo prasknutiu batérie. Bezpečnostný prieduch má dômyselnú štruktúru. Zvyčajne používa laserové zváranie na upevnenie dvoch hliníkových plechov určitého tvaru. Keď vnútorný tlak batérie stúpne na určitú hodnotu, hliníkový plech sa zlomí z navrhnutej polohy drážky, aby sa zabránilo ďalšej expanzii a výbuchu batérie. Preto má tento proces mimoriadne prísne požiadavky na technológiu laserového zvárania. Vyžaduje sa, aby bol zvarový šev utesnený a prívod tepla je prísne kontrolovaný, aby sa zabezpečilo, že hodnota tlaku poškodenia zvarového švu je stabilná v určitom rozsahu (všeobecne 0.4~0.7MPa) . Príliš veľká alebo príliš malá bude mať veľký vplyv na bezpečnosť batérie.

2. Koncové zváranie

Svorky na kryte batérie sú rozdelené na kladné a záporné svorky. Funkcia svoriek je tiež rozdelená na vnútorné a vonkajšie pripojenia. Vnútorné spojenie je privarenie plôšok batérie ku svorkám. Vonkajšie pripojenie je zvarenie svoriek batérie cez spojovacie pásiky na vytvorenie sériových a paralelných obvodov na vytvorenie súpravy batérií.

Vývody batérie vo všeobecnosti používajú hliník pre kladnú elektródu a meď pre zápornú elektródu a zvyčajne používajú nitovanú štruktúru. Po dokončení nitovania sa vykoná zváranie, zvyčajne kruh s priemerom 8mm. Pri zváraní, pokiaľ sú splnené ťahové a vodivé vlastnosti konštrukčných požiadaviek, sú preferované vláknové lasery alebo hybridné zváracie lasery s dobrou kvalitou lúča a rovnomerným rozložením energie. Na zváranie použite vláknový laser alebo hybridný zvárací laser. Môže realizovať stabilitu zvárania hliníkovo-hliníkových konštrukcií a zvárania medených konštrukcií elektrických svoriek, znížiť rozstrekovanie, a tým zlepšiť výnos zvárania.

3. Zváranie predĺženia jazýčka

Predlžovací hárok s pútkom je kľúčovým komponentom, ktorý spája kryt batérie a rolku želé batérie. Musí tiež brať do úvahy nadprúd, pevnosť a nízke požiadavky na rozstrekovanie batérie. Preto počas procesu zvárania s krytom musí byť dostatočná šírka zvaru a je potrebné zabezpečiť, aby žiadne častice nepadali na rolku želé batérie, aby sa predišlo skratu batérie. Meď ako materiál zápornej elektródy je vysoko reflexný materiál s nízkou mierou absorpcie a vyžaduje vyššiu hustotu energie pri zváraní.

4. Zváranie tesnenia plechoviek

Materiály puzdra napájacích batérií zahŕňajú hliníkovú zliatinu a nehrdzavejúcu oceľ. Spomedzi nich sa najviac používa hliníková zliatina a niekoľko z nich používa čistý hliník. Nerezová oceľ je materiál s najlepšou laserovou zvárateľnosťou, najmä nehrdzavejúca oceľ 304. Či už pomocou pulzného alebo kontinuálneho lasera, je možné dosiahnuť zvary s dobrým vzhľadom a výkonom. Použitie kontinuálneho lasera na zváranie tenkých lítiových batérií môže zvýšiť účinnosť 5 až 10-krát a vzhľad a tesniace vlastnosti sú lepšie. Teraz, s cieľom dosiahnuť vyššiu rýchlosť zvárania a jednotnejší vzhľad, väčšina spoločností začala používať hybridné zváranie a prstencový svetelný bod na nahradenie predchádzajúceho nízkorýchlostného zvárania jedným vláknom. V súčasnosti dosahuje rýchlosť zvárania na hromadných výrobných linkách väčšiny spoločností 200 mm/s. Pre nízkorýchlostné optické zváracie linky niektorých výrobcov, aby sa zabezpečila stabilita zvaru, je všeobecná rýchlosť hromadnej výroby 70 mm/s.

5. Tesniace zváranie nechtov

Tesniace klince (klobúčiky výplňových otvorov) majú tiež mnoho podôb a ich tvar je zvyčajne okrúhly uzáver s priemerom 8 mm a hrúbkou približne 0,9 mm. Základnou požiadavkou pri zváraní je, aby hodnota výdržného tlaku dosahovala 1,1 MPa a nemali by existovať žiadne dierky, praskliny alebo miesta výbuchu. Ako posledný proces zvárania batériových článkov je obzvlášť dôležitá výťažnosť zvárania tesniacich klincov. V dôsledku prítomnosti zvyškového elektrolytu počas zvárania tesniacich klincov sa vyskytnú defekty, ako sú miesta výbuchu a dierky. Kľúčovým spôsobom, ako potlačiť tieto defekty, je zníženie vneseného tepla. Použitie laserového zvárania môže výrazne zlepšiť stabilitu a kompatibilitu, čím sa výrazne zlepší výnos.

6. BAL Zváranie prípojníc

Batériový modul možno chápať ako kombináciu lítium-iónových článkov zapojených sériovo a paralelne, pričom je nainštalované jediné zariadenie na monitorovanie a správu batérie. Konštrukcia batériového modulu často určuje výkon a bezpečnosť batérie. Jeho konštrukcia musí podporovať, fixovať a chrániť články batérie. Kritériom na posudzovanie bude zároveň to, ako splniť požiadavky na nadprúd, rovnomernosť prúdu, ako kontrolovať teplotu článku a či je možné prerušiť napájanie v prípade vážnych abnormalít, aby sa predišlo reťazovým reakciám atď. kvalita batériových modulov. Pretože laserové zváranie medzi meďou a hliníkom má tendenciu vytvárať krehké zlúčeniny, ktoré nemôžu spĺňať požiadavky na použitie, zvyčajne sa používa ultrazvukové zváranie. Okrem toho sa meď a meď, hliník a hliník vo všeobecnosti zvárajú laserom. Súčasne, pretože meď aj hliník vedú teplo veľmi rýchlo a majú veľmi vysokú laserovú odrazivosť a hrúbka predlžovacieho plechu je relatívne veľká, na dosiahnutie zvárania je potrebný laser s vyšším výkonom.