Lithiumbatterien mit quadratischem Aluminiumgehäuse bieten zahlreiche Vorteile wie eine einfache Struktur, gute Stoßfestigkeit, hohe Energiedichte und große Zellkapazität. Sie stellen seit jeher den Schwerpunkt der heimischen Lithiumbatterieproduktion und -entwicklung dar und machen über 40 % des Marktes aus.
Der Aufbau der quadratischen Lithiumbatterie mit Aluminiumgehäuse ist in der Abbildung dargestellt. Sie besteht aus dem Batteriekern (positive und negative Elektrodenplatten, Separator), dem Elektrolyten, dem Gehäuse, dem Deckel und weiteren Komponenten.
Quadratische Lithiumbatterie-Struktur aus Aluminiumgehäuse
Während des Herstellungs- und Montageprozesses von Lithiumbatterien mit quadratischem Aluminiumgehäuse entsteht eine große Anzahl vonLaserschweißenEs sind verschiedene Verfahren erforderlich, wie beispielsweise das Schweißen von flexiblen Verbindungen zwischen Batteriezellen und Deckplatten, das Versiegelungsschweißen der Deckplatten, das Schweißen von Versiegelungsnägeln usw. Laserschweißen ist das wichtigste Schweißverfahren für prismatische Leistungsbatterien. Aufgrund seiner hohen Energiedichte, guten Leistungsstabilität, hohen Schweißgenauigkeit, einfachen systematischen Integration und vieler weiterer VorteileLaserschweißenist im Produktionsprozess von Lithiumbatterien mit prismatischem Aluminiumgehäuse unersetzlich. Rolle.
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Die Schweißnaht der Deckelversiegelung ist die längste Schweißnaht an der quadratischen Aluminiumgehäusebatterie und erfordert gleichzeitig die längste Schweißzeit. In den letzten Jahren hat sich die Lithiumbatterie-Fertigungsindustrie rasant entwickelt, und auch die Laserschweißverfahren und die dazugehörigen Anlagen haben sich schnell weiterentwickelt. Basierend auf der unterschiedlichen Schweißgeschwindigkeit und Anlagenleistung lassen sich die Laserschweißanlagen und -verfahren für Deckelversiegelungen grob in drei Phasen unterteilen: Phase 1.0 (2015–2017) mit einer Schweißgeschwindigkeit von unter 100 mm/s, Phase 2.0 (2017–2018) mit 100–200 mm/s und Phase 3.0 (ab 2019) mit 200–300 mm/s. Im Folgenden wird die technologische Entwicklung im Zeitverlauf dargestellt.
1. Die Ära 1.0 der Laserschweißtechnologie für Deckel
Schweißgeschwindigkeit＜100 mm/s
Von 2015 bis 2017 erlebten in China durch politische Maßnahmen einen regelrechten Boom bei Elektrofahrzeugen, und die Batterieindustrie expandierte. Allerdings sind die technologischen Kapazitäten und das Fachkräftepotenzial der inländischen Unternehmen noch relativ gering. Auch die zugehörigen Batterieherstellungsprozesse und Anlagentechnologien stecken noch in den Kinderschuhen, und der Automatisierungsgrad der Anlagen ist vergleichsweise niedrig. Die Anlagenhersteller haben erst jetzt begonnen, der Batterieherstellung mehr Aufmerksamkeit zu schenken und verstärkt in Forschung und Entwicklung zu investieren. Aktuell liegt der Produktionsleistungsbedarf der Branche für Laserschweißanlagen für quadratische Batterien üblicherweise bei 6–10 ppm. Die Anlagenlösungen nutzen in der Regel einen 1-kW-Faserlaser, der durch eine herkömmliche Düse emittiert.Laserschweißkopf(wie in der Abbildung dargestellt), und der Schweißkopf wird von einem Servoplattformmotor oder einem Linearmotor angetrieben. Bewegung und Schweißen, Schweißgeschwindigkeit 50–100 mm/s.
Die obere Abdeckung des Batteriekerns wurde mit einem 1-kW-Laser verschweißt.
ImLaserschweißenAufgrund der relativ niedrigen Schweißgeschwindigkeit und der relativ langen thermischen Zykluszeit des Schweißvorgangs hat das Schmelzbad genügend Zeit zum Fließen und Erstarren, und das Schutzgas kann das Schmelzbad besser bedecken, wodurch es leicht ist, eine glatte und volle Oberfläche sowie Schweißnähte mit guter Konsistenz zu erzielen, wie unten dargestellt.
Schweißnahtbildung beim Niedriggeschwindigkeitsschweißen der Deckelplatte
Was die Ausrüstung betrifft, so ist zwar die Produktionseffizienz nicht hoch, aber die Anlagenstruktur ist relativ einfach, die Stabilität gut und die Anlagenkosten sind niedrig, was den Bedürfnissen der industriellen Entwicklung in dieser Phase gut entspricht und die Grundlage für die nachfolgende technologische Entwicklung legt.
Obwohl die erste Generation der Deckelversiegelungsschweißverfahren Vorteile wie einfache Gerätelösungen, niedrige Kosten und gute Stabilität bietet, sind ihre systembedingten Einschränkungen deutlich erkennbar. Gerätetechnisch gesehen reicht die Motorleistung für eine weitere Geschwindigkeitssteigerung nicht aus. Technologisch gesehen führt eine einfache Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit und der Laserleistung zu Instabilitäten im Schweißprozess und geringerer Ausbeute: Eine höhere Geschwindigkeit verkürzt die thermische Zykluszeit des Schweißens, der Schmelzprozess des Metalls wird intensiver, die Spritzerbildung nimmt zu, die Anpassungsfähigkeit an Verunreinigungen verschlechtert sich und es bilden sich eher Spritzerlöcher. Gleichzeitig verkürzt sich die Erstarrungszeit des Schmelzbades, was zu einer rauen Schweißnahtoberfläche und geringerer Gleichmäßigkeit führt. Bei einem kleinen Laserfleck ist der Wärmeeintrag gering und die Spritzerbildung reduziert, jedoch ist das Verhältnis von Tiefe zu Breite der Schweißnaht groß und die Schweißnahtbreite unzureichend. Bei einem großen Laserfleck ist eine höhere Laserleistung erforderlich, um die Schweißnahtbreite zu erhöhen. Große Mengen, aber gleichzeitig führt dies zu vermehrtem Schweißspritzern und einer schlechteren Oberflächenqualität der Schweißnaht. Auf dem aktuellen technischen Niveau bedeutet eine weitere Beschleunigung, dass die Ausbeute zugunsten der Effizienz reduziert werden muss, und die Anforderungen an die Modernisierung von Anlagen und Prozesstechnologie sind zu Industriestandards geworden.
2. Die 2.0-Ära der Top-CoverLaserschweißenTechnologie
Schweißgeschwindigkeit 200 mm/s
2016 betrug Chinas installierte Kapazität für Automobilbatterien rund 30,8 GWh, 2017 waren es etwa 36 GWh und 2018 erlebte sie einen weiteren Boom mit 57 GWh, ein Plus von 57 % gegenüber dem Vorjahr. Auch die Produktion von Pkw mit alternativen Antrieben stieg um fast eine Million Fahrzeuge, ein Anstieg von 80,7 % gegenüber dem Vorjahr. Dieser explosionsartige Anstieg der installierten Kapazität ist auf die Freigabe von Produktionskapazitäten für Lithiumbatterien zurückzuführen. Batterien für Pkw mit alternativen Antrieben machen mehr als 50 % der installierten Kapazität aus, was bedeutet, dass die Anforderungen der Branche an Batterieleistung und -qualität immer höher werden. Die damit einhergehenden Verbesserungen in der Fertigungstechnik und den Prozesstechnologien haben eine neue Ära eingeläutet: Um die Anforderungen an die Produktionskapazität einer einzelnen Fertigungslinie zu erfüllen, muss die Produktionskapazität von Laserschweißanlagen für die Gehäusedeckel auf 15–20 ppm erhöht werden.LaserschweißenDie Schweißgeschwindigkeit muss 150–200 mm/s erreichen. Daher haben verschiedene Gerätehersteller ihre Linearmotorplattformen so weiterentwickelt, dass der Bewegungsmechanismus die Anforderungen an die Bewegungsleistung für das Schweißen mit rechteckiger Bahn und gleichmäßiger Geschwindigkeit von 200 mm/s erfüllt. Um jedoch die Schweißqualität bei hohen Schweißgeschwindigkeiten zu gewährleisten, sind weitere Prozessinnovationen erforderlich. Unternehmen der Branche haben hierzu bereits zahlreiche Untersuchungen und Studien durchgeführt. Im Vergleich zur ersten Generation (1.0) besteht das Problem beim Hochgeschwindigkeitsschweißen in der zweiten Generation (2.0) darin, dass die Verwendung herkömmlicher Faserlaser zur Erzeugung einer punktförmigen Lichtquelle durch herkömmliche Schweißköpfe die Anforderung von 200 mm/s nur schwer erfüllt.
Bei der ursprünglichen technischen Lösung lässt sich der Schweißeffekt nur über Konfigurationsoptionen, die Anpassung der Spotgröße und grundlegende Parameter wie die Laserleistung steuern: Bei kleiner Spotgröße ist das Schmelzbad klein, die Schmelzbadform instabil und der Schweißvorgang instabil. Auch die Nahtbreite ist relativ gering. Größere Spotgröße hingegen vergrößert das Schmelzbad, erfordert aber deutlich mehr Schweißleistung und führt zu einem signifikant höheren Spritzer- und Lochfraßrisiko.
Theoretisch, wenn man den Schweißformungseffekt bei hohen Geschwindigkeiten sicherstellen will.LaserschweißenFür die obere Abdeckung müssen folgende Anforderungen erfüllt sein:
① Die Schweißnaht muss eine ausreichende Breite aufweisen und das Verhältnis von Schweißnahttiefe zu -breite muss angemessen sein, was voraussetzt, dass der Wärmewirkungsbereich der Lichtquelle groß genug ist und die Schweißnahtenergie in einem angemessenen Bereich liegt;
② Die Schweißnaht ist glatt, was erfordert, dass die thermische Zykluszeit der Schweißung während des Schweißprozesses lang genug ist, damit das Schmelzbad ausreichend fließfähig ist und die Schweißnaht unter dem Schutz des Schutzgases zu einer glatten Metallschweißnaht erstarrt;
③ Die Schweißnaht weist eine gute Konsistenz und wenige Poren und Löcher auf. Dies setzt voraus, dass der Laser während des Schweißprozesses stabil auf das Werkstück einwirkt und kontinuierlich ein hochenergetisches Strahlplasma erzeugt wird, das im Inneren des Schmelzbades wirkt. Unter der Plasmareaktionskraft bildet sich im Schmelzbad ein Schlüsselloch. Dieses Schlüsselloch ist groß und stabil genug, um zu verhindern, dass Metalldampf und Plasma leicht austreten und Metalltröpfchen mit sich reißen, wodurch Spritzer entstehen. Außerdem wird verhindert, dass das Schmelzbad um das Schlüsselloch herum zusammenbricht und Gase einschließt. Selbst wenn während des Schweißprozesses Fremdkörper verbrennen und explosionsartig Gase freigesetzt werden, begünstigt ein größeres Schlüsselloch die Freisetzung explosiver Gase und reduziert die Bildung von Metallspritzern und Löchern.
Als Reaktion auf die oben genannten Punkte haben Batteriehersteller und Gerätehersteller in der Branche verschiedene Versuche und Vorgehensweisen unternommen: Die Lithiumbatterieherstellung wird in Japan seit Jahrzehnten entwickelt, und die damit verbundenen Fertigungstechnologien haben eine führende Rolle eingenommen.
Im Jahr 2004, als die Faserlasertechnologie noch nicht weit verbreitet kommerziell eingesetzt wurde, verwendete Panasonic LD-Halbleiterlaser und gepulste YAG-Laser für eine gemischte Leistung (das Schema ist in der folgenden Abbildung dargestellt).
Schematische Darstellung der Multi-Laser-Hybrid-Schweißtechnologie und der Schweißkopfstruktur
Der durch den gepulsten Strahl erzeugte Lichtfleck mit hoher LeistungsdichteYAG-LaserEin kleiner Strahlerpunkt wird verwendet, um auf das Werkstück einzuwirken und Schweißlöcher zu erzeugen, um eine ausreichende Schweißnahtdurchdringung zu erzielen. Gleichzeitig wird ein LD-Halbleiterlaser eingesetzt, der mit kontinuierlichem Licht (CW) das Werkstück vorwärmt und verschweißt. Das Schmelzbad liefert während des Schweißprozesses mehr Energie, wodurch größere Schweißlöcher entstehen, die Schweißnahtbreite erhöht und die Schließzeit der Schweißlöcher verlängert wird. Dies trägt dazu bei, dass Gase aus dem Schmelzbad entweichen können und die Porosität der Schweißnaht reduziert wird (siehe unten).
Schematische Darstellung des HybridsLaserschweißen
Durch die Anwendung dieser TechnologieYAG-LaserUnd LD-Laser mit nur wenigen hundert Watt Leistung können zum Verschweißen dünner Lithiumbatteriegehäuse mit einer hohen Geschwindigkeit von 80 mm/s eingesetzt werden. Der Schweißeffekt ist in der Abbildung dargestellt.
Schweißnahtmorphologie unter verschiedenen Prozessparametern
Mit der Entwicklung und dem Aufstieg von Faserlasern haben Faserlaser gepulste YAG-Laser in der Lasermetallbearbeitung aufgrund ihrer vielen Vorteile wie gute Strahlqualität, hohe photoelektrische Umwandlungseffizienz, lange Lebensdauer, einfache Wartung und hohe Leistung nach und nach ersetzt.
Daher hat sich die Laserkombination in der oben beschriebenen Laserhybrid-Schweißlösung zu einem Faserlaser + LD-Halbleiterlaser weiterentwickelt, wobei der Laser koaxial durch einen speziellen Bearbeitungskopf (siehe Abbildung 7) ausgekoppelt wird. Der Wirkungsmechanismus des Lasers bleibt während des Schweißprozesses unverändert.
Verbundlaserschweißverbindung
In diesem Plan wird der gepulsteYAG-LaserDer herkömmliche Laser wird durch einen Faserlaser mit besserer Strahlqualität, höherer Leistung und kontinuierlichem Ausgangssignal ersetzt. Dadurch wird die Schweißgeschwindigkeit deutlich erhöht und eine bessere Schweißqualität erzielt (siehe Abbildung 8). Dieses Verfahren wird daher von einigen Kunden bevorzugt. Aktuell wird diese Lösung bei der Herstellung von Dichtungsschweißungen für Akkudeckel eingesetzt und erreicht eine Schweißgeschwindigkeit von 200 mm/s.
Erscheinungsbild der Schweißnaht der oberen Abdeckung beim Hybrid-Laserschweißen
Obwohl die Zwei-Wellenlängen-Laserschweißlösung die Schweißstabilität beim Hochgeschwindigkeitsschweißen verbessert und die Anforderungen an die Schweißqualität beim Hochgeschwindigkeitsschweißen von Batteriezellendeckeln erfüllt, gibt es aus Sicht der Ausrüstung und des Prozesses noch einige Probleme mit dieser Lösung.
Zunächst einmal sind die Hardwarekomponenten dieser Lösung relativ komplex und erfordern den Einsatz von zwei verschiedenen Lasertypen sowie speziellen Laserschweißverbindungen mit zwei Wellenlängen, was die Investitionskosten für die Ausrüstung erhöht, die Wartung erschwert und die Anzahl potenzieller Ausfallpunkte der Ausrüstung erhöht;
Zweitens, die Zweiwellenlängen-TechnologieLaserschweißenDie verwendete Verbindung besteht aus mehreren Linsensätzen (siehe Abbildung 4). Der Leistungsverlust ist größer als bei herkömmlichen Schweißverbindungen, und die Linsenposition muss entsprechend angepasst werden, um den koaxialen Ausgang des Zweiwellenlängenlasers zu gewährleisten. Bei Fokussierung auf eine feste Brennebene und langfristigem Hochgeschwindigkeitsbetrieb kann sich die Linsenposition lockern, was zu Änderungen im optischen Pfad und damit zu Beeinträchtigungen der Schweißqualität führt und eine manuelle Nachjustierung erforderlich macht.
Drittens ist die Laserreflexion beim Schweißen stark und kann Geräte und Bauteile leicht beschädigen. Insbesondere bei der Reparatur defekter Produkte reflektiert die glatte Schweißoberfläche viel Laserlicht, was leicht einen Laseralarm auslösen kann und eine Anpassung der Bearbeitungsparameter erforderlich macht.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, müssen wir einen anderen Forschungsansatz finden. In den Jahren 2017-2018 untersuchten wir die Hochfrequenzschwingung.LaserschweißenDie Technologie für die Batterieabdeckung wurde weiterentwickelt und in die Serienproduktion überführt. Das Laserstrahl-Hochfrequenz-Schwingschweißen (im Folgenden als Schwingschweißen bezeichnet) ist ein weiteres gängiges Hochgeschwindigkeitsschweißverfahren mit einer Schweißgeschwindigkeit von 200 mm/s.
Im Vergleich zur Hybrid-Laserschweißlösung benötigt der Hardware-Teil dieser Lösung lediglich einen gewöhnlichen Faserlaser in Kombination mit einem oszillierenden Laserschweißkopf.
Wackel-Schweißkopf
Im Schweißkopf befindet sich eine motorbetriebene Reflektorlinse, die so programmiert werden kann, dass sie den Laser entsprechend der vorgegebenen Bahnform (üblicherweise kreisförmig, S-förmig, achtförmig usw.), Amplitude und Frequenz steuert. Unterschiedliche Schwingungsparameter ermöglichen die Erzeugung von Schweißquerschnitten in verschiedenen Formen und Größen.
Schweißnähte, die unter verschiedenen Schwingbahnen erzielt wurden
Der Hochfrequenz-Schwenkschweißkopf wird von einem Linearmotor angetrieben, um entlang des Spalts zwischen den Werkstücken zu schweißen. Entsprechend der Wandstärke des Zellengehäuses werden die geeignete Schwenkbahn und -amplitude ausgewählt. Beim Schweißen erzeugt der statische Laserstrahl lediglich einen V-förmigen Schweißnahtquerschnitt. Durch den Schwenkschweißkopf schwingt der Strahlpunkt jedoch mit hoher Geschwindigkeit in der Fokalebene und bildet so ein dynamisches und rotierendes Schweißloch, wodurch ein geeignetes Verhältnis von Schweißnahttiefe zu -breite erzielt werden kann.
Die rotierende Schweißdüse durchmischt die Schweißnaht. Einerseits fördert sie das Entweichen von Gasen und reduziert die Porenbildung, wodurch auch Poren im Bereich der Schweißnahtexplosion teilweise repariert werden (siehe Abbildung 12). Andererseits wird das Schweißgut gleichmäßig erhitzt und abgekühlt. Durch die Zirkulation entsteht auf der Schweißnahtoberfläche ein regelmäßiges, schuppenartiges Muster.
Schwingschweißnahtbildung
Anpassungsfähigkeit von Schweißnähten an Lackverunreinigungen unter verschiedenen Schwingparametern
Die oben genannten Punkte erfüllen die drei grundlegenden Qualitätsanforderungen für das Hochgeschwindigkeitsschweißen des Deckels. Diese Lösung bietet weitere Vorteile:
① Da der größte Teil der Laserleistung in das dynamische Keyhole eingekoppelt wird, wird der Streulaser von außen reduziert, sodass nur eine geringere Laserleistung benötigt wird und der Wärmeeintrag beim Schweißen relativ gering ist (30 % weniger als beim Verbundschweißen), was Geräte- und Energieverluste reduziert;
② Das Schwingschweißverfahren zeichnet sich durch eine hohe Anpassungsfähigkeit an die Montagequalität der Werkstücke aus und reduziert Fehler, die durch Probleme wie Montageschritte verursacht werden;
③ Das Schwingschweißverfahren hat eine starke Reparaturwirkung bei Schweißlöchern, und die Ausbeute bei der Anwendung dieses Verfahrens zur Reparatur von Schweißlöchern im Batteriekern ist extrem hoch;
④ Das System ist einfach, und die Fehlersuche und Wartung der Geräte sind unkompliziert.
3. Die 3.0-Ära der Laserschweißtechnologie für Deckel
Schweißgeschwindigkeit 300 mm/s
Da die Subventionen für neue Energien weiter zurückgehen, ist die gesamte Wertschöpfungskette der Batterieindustrie in einen harten Wettbewerb geraten. Die Branche befindet sich in einer Phase der Umstrukturierung, und der Anteil führender Unternehmen mit Größen- und Technologievorteilen hat weiter zugenommen. Gleichzeitig wird die Fokussierung auf Qualität, Kostensenkung und Effizienzsteigerung für viele Unternehmen zentral sein.
In Zeiten geringer oder gar keiner Subventionen haben wir nur dann eine zusätzliche Chance, im Wettbewerb zu bestehen, wenn wir iterative Technologieverbesserungen erreichen, eine höhere Produktionseffizienz erzielen, die Herstellungskosten einer einzelnen Batterie senken und die Produktqualität verbessern.
Han's Laser investiert weiterhin in die Forschung an Hochgeschwindigkeitsschweißtechnologien für Batteriezellendeckel. Neben den bereits erwähnten Verfahren erforscht das Unternehmen auch fortschrittliche Technologien wie das Ringpunktlaserschweißen und das Galvanometerlaserschweißen für Batteriezellendeckel.
Um die Produktionseffizienz weiter zu steigern, wird die Deckschichtschweißtechnologie mit Geschwindigkeiten von 300 mm/s und höher erforscht. Han's Laser untersuchte 2017-2018 das Scanning-Galvanometer-Laserschweißen und überwand dabei die technischen Schwierigkeiten des unzureichenden Gasschutzes des Werkstücks beim Galvanometerschweißen sowie die mangelhafte Schweißnahtoberflächenbildung. So wurden Geschwindigkeiten von 400-500 mm/s erreicht.Laserschweißendes Zellendeckels. Das Schweißen einer 26148-Batterie dauert nur 1 Sekunde.
Aufgrund der hohen Effizienz ist es jedoch äußerst schwierig, entsprechende Zusatzausrüstung zu entwickeln, und die Kosten dafür sind hoch. Daher wurde die kommerzielle Anwendung dieser Lösung nicht weiterentwickelt.
Mit der weiteren Entwicklung vonFaserlaserDank neuer Technologien wurden neuartige Hochleistungsfaserlaser entwickelt, die direkt ringförmige Lichtpunkte erzeugen können. Diese Laserart erzeugt Punkt-Ring-Laserpunkte über spezielle mehrlagige optische Fasern, wobei sich Punktform und Leistungsverteilung anpassen lassen (siehe Abbildung).
Schweißnähte, die unter verschiedenen Schwingbahnen erzielt wurden
Durch Justierung lässt sich die Leistungsdichteverteilung des Lasers in eine Punkt-Donut-Tophat-Form bringen. Dieser Lasertyp wird, wie in der Abbildung dargestellt, als Corona-Laser bezeichnet.
Einstellbarer Laserstrahl (jeweils: Mittellicht, Mittellicht + Ringlicht, Ringlicht, zwei Ringlichter)
Im Jahr 2018 wurde der Einsatz mehrerer Laser dieses Typs beim Schweißen von Aluminiumgehäusen für Batteriezellen getestet. Basierend auf dem Corona-Laser wurde die Forschung an einer Prozesstechnologie der Stufe 3.0 für das Laserschweißen von Batteriezellendeckeln initiiert. Im Punktringmodus weist der Corona-Laser eine ähnliche Leistungsdichteverteilung seines Ausgangsstrahls wie ein kombinierter Halbleiter- und Faserlaser auf.
Während des Schweißprozesses bildet der zentrale Punktlichtstrahl mit hoher Leistungsdichte ein Keyhole für tiefes Einschweißen, um eine ausreichende Schweißnahtdurchdringung zu erzielen (ähnlich der Leistung des Faserlasers in der Hybrid-Schweißlösung). Das Ringlicht sorgt für eine höhere Wärmeeinbringung, vergrößert das Keyhole, reduziert den Einfluss von Metalldampf und Plasma auf das flüssige Metall am Rand des Keyholes, verringert die entstehenden Metallspritzer und verlängert die thermische Zykluszeit der Schweißung. Dadurch kann das Gas im Schmelzbad länger entweichen, was die Stabilität von Hochgeschwindigkeitsschweißprozessen verbessert (ähnlich der Leistung von Halbleiterlasern in Hybrid-Schweißlösungen).
Im Test haben wir dünnwandige Gehäusebatterien verschweißt und festgestellt, dass die Schweißnahtgrößenkonsistenz gut und die Prozessfähigkeit CPK gut war, wie in Abbildung 18 dargestellt.
Aussehen der Schweißnaht am oberen Batteriedeckel mit einer Wandstärke von 0,8 mm (Schweißgeschwindigkeit 300 mm/s)
Im Gegensatz zu Hybrid-Schweißlösungen ist diese Lösung hardwareseitig einfach und benötigt weder zwei Laser noch einen speziellen Hybrid-Schweißkopf. Es genügt ein handelsüblicher Hochleistungslaser-Schweißkopf (da nur eine optische Faser einen Laser mit einer einzigen Wellenlänge ausgibt, ist die Linsenstruktur einfach, es sind keine Justierungen erforderlich und die Leistungsverluste sind gering). Dadurch wird die Fehlersuche und Wartung vereinfacht und die Stabilität der Anlage deutlich verbessert.
Neben der Einfachheit der Hardwarelösung und der Erfüllung der Anforderungen des Hochgeschwindigkeitsschweißprozesses für die obere Abdeckung der Batteriezelle bietet diese Lösung weitere Vorteile bei Prozessanwendungen.
Im Test wurde der Batteriedeckel mit einer hohen Geschwindigkeit von 300 mm/s verschweißt, wobei dennoch gute Schweißnahtergebnisse erzielt wurden. Darüber hinaus lässt sich bei Gehäusen mit unterschiedlichen Wandstärken von 0,4, 0,6 und 0,8 mm durch einfache Anpassung des Laser-Ausgangsmodus eine gute Schweißung erreichen. Bei Hybrid-Schweißlösungen mit zwei Wellenlängen ist jedoch eine Änderung der optischen Konfiguration des Schweißkopfes bzw. des Lasers erforderlich, was höhere Gerätekosten und einen höheren Zeitaufwand für die Inbetriebnahme mit sich bringt.
Daher der PunktringfleckLaserschweißenDie Lösung ermöglicht nicht nur das Schweißen von Gehäusedeckeln mit extrem hoher Geschwindigkeit (300 mm/s) und steigert die Produktionseffizienz von Hochleistungsbatterien. Für Batteriehersteller, die häufige Modellwechsel benötigen, verbessert sie zudem die Geräte- und Produktkompatibilität erheblich und verkürzt die Umstellungs- und Inbetriebnahmezeiten.
Aussehen der Schweißnaht am oberen Batteriedeckel mit einer Wandstärke von 0,4 mm (Schweißgeschwindigkeit 300 mm/s)
Aussehen der Schweißnaht am oberen Batteriedeckel mit einer Wandstärke von 0,6 mm (Schweißgeschwindigkeit 300 mm/s)
Durchschweißen mit Corona-Laser – Prozessmöglichkeiten
Zusätzlich zu dem oben erwähnten Corona-Laser weisen AMB-Laser und ARM-Laser ähnliche optische Ausgangseigenschaften auf und können zur Lösung von Problemen wie der Verbesserung von Schweißspritzern, der Verbesserung der Schweißoberflächenqualität und der Verbesserung der Stabilität beim Hochgeschwindigkeitsschweißen eingesetzt werden.
4. Zusammenfassung
Die oben genannten Lösungen werden von in- und ausländischen Lithiumbatterieherstellern in der Produktion eingesetzt. Aufgrund unterschiedlicher Produktionszeiten und technischer Gegebenheiten kommen in der Branche verschiedene Prozesslösungen zum Einsatz, wobei die Anforderungen an Effizienz und Qualität stetig steigen. Die Technologie wird kontinuierlich verbessert, und führende Unternehmen werden schon bald weitere neue Technologien implementieren.
Chinas Batterieindustrie für neue Energien startete vergleichsweise spät und entwickelte sich dank nationaler Förderprogramme rasant. Die zugehörigen Technologien wurden durch die gemeinsamen Anstrengungen der gesamten Wertschöpfungskette kontinuierlich weiterentwickelt und der Abstand zu führenden internationalen Unternehmen deutlich verringert. Als inländischer Hersteller von Lithium-Batterieanlagen erschließt Maven stetig seine Stärken, unterstützt die iterative Verbesserung von Batteriepack-Anlagen und bietet optimierte Lösungen für die automatisierte Produktion von Batteriespeichermodulen für neue Energien.
Veröffentlichungsdatum: 19. September 2023
