Niezależnie od tego, czy chodzi o ogniwa pryzmatyczne czy cylindryczne, spawanie jest jednym z ważnych procesów w produkcji baterii. W linii produkcyjnej baterii litowych sekcja produkcyjna procesu spawania koncentruje się głównie w sekcji montażu ogniw i linii PACK, patrz poniższy rysunek:
Krótki opis szczegółów procesu spawania
1. Spawanie odpowietrznika bezpieczeństwa
Zawór bezpieczeństwa, znany również jako zawór bezpieczeństwa, to cienkościenny korpus zaworu na górnej pokrywie akumulatora. Gdy ciśnienie wewnętrzne akumulatora przekroczy określoną wartość, zawór bezpieczeństwa pęka i uwalnia ciśnienie, aby zapobiec pęknięciu akumulatora. Zawór bezpieczeństwa ma pomysłową konstrukcję. Zazwyczaj wykorzystuje spawanie laserowe do mocowania dwóch aluminiowych arkuszy metalu o określonym kształcie. Gdy ciśnienie wewnętrzne akumulatora wzrośnie do określonej wartości, arkusz aluminium pęka z zaprojektowanej pozycji rowka, aby zapobiec dalszemu rozszerzaniu się i wybuchowi akumulatora. Dlatego proces ten ma niezwykle surowe wymagania dotyczące technologii spawania laserowego. Wymagane jest uszczelnienie spoiny, a dopływ ciepła jest ściśle kontrolowany, aby zapewnić, że wartość ciśnienia uszkodzenia spoiny jest stabilna w określonym zakresie (zwykle 0.4~0.7MPa). Zbyt duży lub zbyt mały będzie miał duży wpływ na bezpieczeństwo akumulatora.
2. Spawanie końcowe
Zaciski na płycie pokrywy akumulatora są podzielone na zaciski dodatnie i ujemne. Funkcja zacisków jest również podzielona na połączenia wewnętrzne i zewnętrzne. Połączenie wewnętrzne to spawanie zaczepów akumulatora do zacisków. Połączenie zewnętrzne to spawanie zacisków akumulatora przez paski łączące w celu utworzenia obwodów szeregowych i równoległych, aby utworzyć pakiet akumulatora.
Zaciski akumulatorowe zazwyczaj wykorzystują aluminium jako elektrodę dodatnią i miedź jako elektrodę ujemną, i zazwyczaj wykorzystują strukturę nitowaną. Po zakończeniu nitowania wykonuje się spawanie, zwykle okrąg o średnicy 8 mm. Podczas spawania, o ile spełnione są wymagania dotyczące siły rozciągającej i właściwości przewodzące określone w projekcie, preferowane są lasery światłowodowe lub hybrydowe lasery spawalnicze o dobrej jakości wiązki i równomiernym rozkładzie energii. Do spawania należy używać lasera światłowodowego lub hybrydowego lasera spawalniczego. Może on zapewnić stabilność spawania konstrukcji aluminiowo-aluminiowej i spawania konstrukcji miedź-miedź zacisków elektrycznych, zmniejszyć odpryski, a tym samym poprawić wydajność spawania.
3. Spawanie przedłużenia zakładki
Arkusz przedłużający zakładkę jest kluczowym elementem łączącym pokrywę akumulatora z rolką żelową akumulatora. Musi on również uwzględniać wymagania dotyczące nadprądu, wytrzymałości i niskiego rozprysku akumulatora. Dlatego podczas procesu spawania pokrywy musi być wystarczająca szerokość spoiny i należy upewnić się, że żadne cząsteczki nie spadną na rolkę żelową akumulatora, aby uniknąć zwarcia akumulatora. Miedź, jako materiał elektrody ujemnej, jest materiałem o wysokim współczynniku odbicia światła i niskiej szybkości absorpcji, a podczas spawania wymaga wyższej gęstości energii.
4. Spawanie puszek
Materiały obudowy akumulatorów obejmują stop aluminium i stal nierdzewną. Wśród nich najczęściej stosuje się stop aluminium, a kilka czystych aluminium. Stal nierdzewna jest materiałem o najlepszej spawalności laserowej, zwłaszcza stal nierdzewna 304. Niezależnie od tego, czy stosuje się laser impulsowy, czy ciągły, można uzyskać spoiny o dobrym wyglądzie i wydajności. Zastosowanie ciągłego lasera do spawania cienkościennych akumulatorów litowych może zwiększyć wydajność od 5 do 10 razy, a wygląd i właściwości uszczelniające są lepsze. Obecnie, aby uzyskać większą prędkość spawania i bardziej jednolity wygląd, większość firm zaczęła stosować spawanie hybrydowe i pierścieniowe światło punktowe, aby zastąpić poprzednie wolnoobrotowe spawanie pojedynczego włókna. Obecnie prędkość spawania większości linii produkcyjnych masowych firm osiągnęła 200 mm/s. W przypadku wolnoobrotowych linii spawalniczych światłowodowych niektórych producentów, aby zapewnić stabilność spoiny, ogólna prędkość produkcji masowej wynosi 70 mm/s.
5. Spawanie gwoździami uszczelniającymi
Gwoździe uszczelniające (zaślepki otworów wypełniających) występują również w wielu formach, a ich kształt to zazwyczaj okrągła nasadka o średnicy 8 mm i grubości około 0.9 mm. Podstawowym wymogiem spawania jest, aby wartość ciśnienia wytrzymywanego osiągnęła 1,1 MPa i nie było żadnych dziurek, pęknięć ani punktów wybuchu. Jako ostatni proces spawania ogniw akumulatorowych, wydajność spawania gwoździ uszczelniających jest szczególnie ważna. Ze względu na obecność resztkowego elektrolitu podczas spawania gwoździ uszczelniających wystąpią wady, takie jak punkty wybuchu i dziurki. Kluczowym sposobem na wyeliminowanie tych wad jest zmniejszenie dopływu ciepła. Zastosowanie spawania laserowego może znacznie poprawić stabilność i kompatybilność, a tym samym znacznie poprawić współczynnik wydajności.
6. Spawanie szyn zbiorczych PACK
Moduł baterii można rozumieć jako kombinację ogniw litowo-jonowych połączonych szeregowo i równolegle, z zainstalowanym pojedynczym urządzeniem do monitorowania i zarządzania baterią. Konstrukcja modułu baterii często decyduje o wydajności i bezpieczeństwie zestawu baterii. Jej struktura musi wspierać, mocować i chronić ogniwa baterii. Jednocześnie, sposób spełnienia wymagań dotyczących nadmiernego prądu, jednorodność prądu, sposób kontrolowania temperatury ogniwa i to, czy zasilanie może zostać odcięte w przypadku poważnych nieprawidłowości, aby uniknąć reakcji łańcuchowych itp., będą kryteriami oceny jakości modułów baterii. Ponieważ spawanie laserowe miedzi i aluminium ma tendencję do tworzenia kruchych związków, które nie mogą spełnić wymagań użytkowych, zwykle stosuje się spawanie ultradźwiękowe. Ponadto miedź i miedź, aluminium i aluminium są zazwyczaj spawane laserowo. Jednocześnie, ponieważ zarówno miedź, jak i aluminium bardzo szybko przewodzą ciepło i mają bardzo wysoką refleksyjność lasera, a grubość arkusza przedłużającego zakładkę jest stosunkowo duża, do wykonania spawania wymagany jest laser o większej mocy.
