Schweißprozesse für Lithium-Ionen-Batterien？

Ob prismatische Zellen oder zylindrische Zellen, das Schweißen ist einer der wichtigen Prozesse in der Batterieproduktion. In der Produktionslinie für Lithiumbatterien konzentriert sich der Produktionsabschnitt des Schweißprozesses hauptsächlich auf den Abschnitt der Zellmontage und der PACK-Linie, siehe Abbildung unten:

Kurze Beschreibung der Details des Schweißprozesses

1. Schweißen der Sicherheitsentlüftung

Das Sicherheitsventil, auch Überdruckventil genannt, ist ein dünnwandiges Ventilgehäuse auf der oberen Abdeckung der Batterie. Wenn der Innendruck der Batterie den angegebenen Wert überschreitet, platzt die Sicherheitsentlüftung und lässt den Druck ab, um ein Platzen der Batterie zu verhindern. Die Sicherheitsentlüftung hat einen ausgeklügelten Aufbau. Normalerweise werden zwei Aluminiumbleche einer bestimmten Form durch Laserschweißen befestigt. Wenn der Innendruck der Batterie auf einen bestimmten Wert ansteigt, bricht das Aluminiumblech aus der vorgesehenen Nutposition, um eine weitere Ausdehnung und Explosion der Batterie zu verhindern. Daher stellt dieser Prozess äußerst strenge Anforderungen an die Laserschweißtechnologie. Die Schweißnaht muss abgedichtet sein und der Wärmeeintrag wird streng kontrolliert, um sicherzustellen, dass der Schadensdruckwert der Schweißnaht innerhalb eines bestimmten Bereichs (im Allgemeinen 0,4 bis 0,7 MPa) stabil bleibt. Zu groß oder zu klein hat große Auswirkungen auf die Sicherheit der Batterie.

2. Anschlussschweißen

Die Anschlüsse an der Batterieabdeckplatte sind in Plus- und Minuspol unterteilt. Auch die Funktion der Klemmen ist in interne und externe Anschlüsse unterteilt. Die interne Verbindung besteht aus dem Verschweißen der Batterielaschen mit den Anschlüssen. Bei der externen Verbindung handelt es sich um das Verschweißen der Batteriepole durch die Verbindungsstreifen, um Reihen- und Parallelschaltungen zu einem Batteriepaket zu bilden.

Die Batterieklemmen verwenden im Allgemeinen Aluminium für die positive Elektrode und Kupfer für die negative Elektrode und verwenden normalerweise eine genietete Struktur. Nachdem das Nieten abgeschlossen ist, wird geschweißt, normalerweise ein Kreis mit einem Durchmesser von 8 mm. Beim Schweißen werden Faserlaser oder Hybridschweißlaser mit guter Strahlqualität und gleichmäßiger Energieverteilung bevorzugt, sofern die Zugkraft und die Leitfähigkeitseigenschaften der Designanforderungen erfüllt sind. Verwenden Sie zum Schweißen einen Faserlaser oder einen Hybridschweißlaser. Es kann die Stabilität des Aluminium-Aluminium-Strukturschweißens und des Kupfer-Kupfer-Strukturschweißens von elektrischen Anschlüssen realisieren, Spritzer reduzieren und dadurch die Schweißausbeute verbessern.

3. Schweißen der Laschenverlängerung

Das Laschenverlängerungsblatt ist eine Schlüsselkomponente, die die Batterieabdeckung und die Batterierolle verbindet. Dabei müssen auch die Überstrom-, Festigkeits- und Spritzerarmutsanforderungen der Batterie berücksichtigt werden. Daher muss während des Schweißvorgangs mit der Abdeckung eine ausreichende Schweißnahtbreite vorhanden sein und es muss sichergestellt werden, dass keine Partikel auf die Batterie-Geleerolle fallen, um einen Batteriekurzschluss zu vermeiden. Kupfer als negatives Elektrodenmaterial ist ein hochreflektierendes Material mit geringer Absorptionsrate und erfordert beim Schweißen eine höhere Energiedichte.

4. Dosenversiegelung durch Schweißen

Zu den Gehäusematerialien von Power-Batterien gehören Aluminiumlegierungen und Edelstahl. Unter ihnen wird am häufigsten eine Aluminiumlegierung verwendet, und einige verwenden auch reines Aluminium. Edelstahl ist das Material mit der besten Laserschweißbarkeit, insbesondere Edelstahl 304. Unabhängig davon, ob Puls- oder Dauerlaser verwendet werden, können Schweißnähte mit gutem Aussehen und guter Leistung erzielt werden. Durch den Einsatz eines kontinuierlichen Lasers zum Schweißen dünnschaliger Lithiumbatterien kann die Effizienz um das Fünf- bis Zehnfache gesteigert werden, und das Aussehen und die Versiegelungseigenschaften sind besser. Um eine schnellere Schweißgeschwindigkeit und ein einheitlicheres Erscheinungsbild zu erzielen, haben die meisten Unternehmen nun damit begonnen, Hybridschweißen und ringförmigen Lichtpunkt zu verwenden, um das bisherige Einzelfaserschweißen mit niedriger Geschwindigkeit zu ersetzen. Derzeit liegt die Schweißgeschwindigkeit der Massenproduktionslinien der meisten Unternehmen bei 200 mm/s. Bei den langsamen Glasfaserschweißlinien einiger Hersteller beträgt die allgemeine Massenproduktionsgeschwindigkeit 70 mm/s, um die Stabilität der Schweißraupe zu gewährleisten.

5. Nagelschweißen abdichten

Auch Versiegelungsnägel (Fülllochkappen) gibt es in vielen Formen, und ihre Form ist normalerweise eine runde Kappe mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Dicke von etwa 0,9 mm. Die Grundvoraussetzung für das Schweißen besteht darin, dass der Druckfestigkeitswert 1,1 MPa erreicht und keine Nadellöcher, Risse oder Explosionsstellen vorhanden sein dürfen. Als letztes Verfahren beim Schweißen von Batteriezellen ist die Ausbeute des Dichtungsnagelschweißens besonders wichtig. Durch das Vorhandensein von Restelektrolyt beim Schweißen von Dichtungsnägeln können Defekte wie Explosionsstellen und Nadellöcher auftreten. Der wichtigste Weg, diese Defekte zu unterdrücken, besteht darin, den Wärmeeintrag zu reduzieren. Der Einsatz von Laserschweißen kann die Stabilität und Kompatibilität erheblich verbessern und somit die Ausbeute erheblich verbessern.

6. PACK Sammelschienenschweißen

Das Batteriemodul kann als eine Kombination aus in Reihe und parallel geschalteten Lithium-Ionen-Zellen verstanden werden, wobei ein einziges Batterieüberwachungs- und -verwaltungsgerät installiert ist. Der strukturelle Aufbau des Batteriemoduls bestimmt oft die Leistung und Sicherheit eines Batteriepacks. Seine Struktur muss die Batteriezellen tragen, fixieren und schützen. Gleichzeitig sind die Kriterien für die Beurteilung, wie Überstromanforderungen erfüllt werden, wie die Stromgleichmäßigkeit zu erfüllen ist, wie die Zellentemperatur gesteuert werden kann und ob der Strom bei schwerwiegenden Anomalien abgeschaltet werden kann, um Kettenreaktionen zu vermeiden Qualität der Batteriemodule. Da beim Laserschweißen zwischen Kupfer und Aluminium die Tendenz besteht, spröde Verbindungen zu bilden, die den Einsatzanforderungen nicht genügen, wird in der Regel Ultraschallschweißen eingesetzt. Darüber hinaus werden Kupfer und Kupfer, Aluminium und Aluminium in der Regel lasergeschweißt. Da sowohl Kupfer als auch Aluminium Wärme sehr schnell leiten und ein sehr hohes Laserreflexionsvermögen aufweisen und die Dicke des Laschenverlängerungsblechs relativ groß ist, ist gleichzeitig ein Laser mit höherer Leistung erforderlich, um das Schweißen zu erreichen.