Introduction aux méthodes et processus de soudage des batteries lithium-ion de puissance

La sélection raisonnable des méthodes et processus de soudage pendant le processus de fabrication des batteries au lithium de puissance affectera directement le coût, la qualité, la sécurité et la cohérence de la batterie.

1. Principe du soudage laser

La machine de soudage laser à fibre utilise l'excellente directivité et la densité de puissance élevée du faisceau laser pour fonctionner. Le faisceau laser est focalisé sur une petite zone à travers le système optique, formant en très peu de temps une source de chaleur hautement concentrée dans la zone soudée. Zone, de sorte que l'objet à souder fonde et forme un point de soudure et un cordon de soudure solides.

2. Type de soudage laser

Soudage par conduction thermique et soudage par pénétration profonde

La densité de puissance laser est de 105 ~ 106 W/㎝² pour former un soudage par conduction thermique laser, et la densité de puissance laser est de 105 ~ 106 W/ ㎝² pour former un soudage laser à pénétration profonde.

Soudage par pénétration et couture

Soudage par pénétration, la pièce de connexion n'a pas besoin d'être poinçonnée et le traitement est relativement simple. Le soudage par pénétration nécessite une soudeuse laser plus puissante. La profondeur de pénétration du soudage par pénétration est inférieure à celle du soudage en continu et sa fiabilité est relativement faible.

Comparé au soudage par pénétration, le soudage en continu nécessite une soudeuse laser de plus petite puissance. La profondeur de pénétration du soudage continu est supérieure à celle du soudage par pénétration et sa fiabilité est relativement bonne. Cependant, la pièce de liaison doit être poinçonnée, ce qui est relativement difficile à traiter.

Soudage pulsé et soudage continu

1) Soudage en mode pulsé

Des formes d'onde de soudage appropriées doivent être sélectionnées pendant le soudage au laser. Les formes d'onde d'impulsion couramment utilisées comprennent les ondes carrées, les ondes de crête, les ondes à double crête, etc. La réflectivité de la surface de l'alliage d'aluminium à la lumière est trop élevée. Lorsqu'un faisceau laser de haute intensité frappe la surface du matériau, la surface métallique perdra 60 à 98 % de l'énergie laser en raison de la réflexion, et la réflectivité change avec la température de surface. Généralement, lors du soudage d’alliages d’aluminium, il est préférable de choisir des ondes pointues et des ondes à double pointe. La largeur d'impulsion de la partie ralentissante derrière ce type de forme d'onde de soudage est plus longue, ce qui peut réduire efficacement l'apparition de pores et de fissures.

Échantillons de soudage au laser pulsé

En raison de la réflectivité élevée de l'alliage d'aluminium au laser, afin d'éviter que le faisceau laser ne soit incident verticalement et ne provoque une réflexion verticale et n'endommage le miroir de focalisation laser, la tête de soudage est généralement déviée selon un certain angle pendant le processus de soudage. Le diamètre du joint de soudure et le diamètre de la surface effective du joint augmentent avec l’augmentation de l’angle d’inclinaison du laser. Lorsque l'angle d'inclinaison du laser est de 40°, le plus grand joint de soudure et la plus grande surface de joint efficace sont obtenus. La pénétration du point de soudage et la pénétration effective diminuent avec l'angle d'inclinaison du laser. Lorsqu’elle est supérieure à 60, la pénétration effective du soudage tombe à zéro. Par conséquent, en inclinant le joint de soudure selon un certain angle, la profondeur et la largeur de pénétration de la soudure peuvent être augmentées de manière appropriée.

De plus, pendant le soudage, avec le cordon de soudure comme limite, 65 % de la plaque de recouvrement partielle par points de soudage laser et 35 % de la coque doivent être soudés, ce qui peut réduire efficacement les explosions causées par des problèmes de fermeture du couvercle.

2) Soudage en mode continu

Étant donné que le processus de chauffage du soudage laser continu n'est pas comme le refroidissement et le chauffage soudains des machines à impulsions, la tendance aux fissures pendant le soudage n'est pas très évidente. Afin d'améliorer la qualité de la soudure, le soudage laser continu est utilisé. La surface de la soudure est lisse et uniforme, sans éclaboussures, sans défauts et sans défauts à l'intérieur de la soudure. Aucune fissure trouvée. Dans le soudage des alliages d’aluminium, les avantages du laser continu sont évidents. Par rapport aux méthodes de soudage traditionnelles, l’efficacité de production est élevée et aucun remplissage de fil n’est requis. Par rapport au soudage au laser pulsé, il peut résoudre les défauts qui surviennent après le soudage, tels que les fissures, la porosité, les éclaboussures, etc. garantir que l'alliage d'aluminium a de bonnes propriétés mécaniques après le soudage ; il n'y aura pas de bosses après le soudage et la quantité de polissage et de polissage après le soudage est réduite, ce qui permet de réduire les coûts de production. Cependant, comme le point du laser continu est relativement petit, la précision d'assemblage de la pièce n'est pas les exigences sont plus élevées.

3. Avantages du soudage laser

• La machine de soudage laser CNC automatique avec générateur laser à fibre a une énergie concentrée, une efficacité de soudage élevée, une précision de traitement élevée et un rapport profondeur/largeur de soudure élevé. Le faisceau laser est facile à focaliser, aligner et guider par des instruments optiques. Il peut être placé à une distance appropriée de la pièce à usiner et peut être redirigé entre les fixations ou les obstacles autour de la pièce. D'autres méthodes de soudage ne peuvent pas être utilisées en raison des restrictions d'espace mentionnées ci-dessus.
• L'apport de chaleur est faible, la zone affectée par la chaleur est petite et la contrainte résiduelle et la déformation de la pièce sont faibles ; l'énergie de soudage peut être contrôlée avec précision, l'effet de soudage est stable et l'apparence de soudage est bonne ;
• Soudage sans contact, transmission par fibre optique, bonne accessibilité et haut degré d'automatisation. Lors du soudage de matériaux fins ou de fils de petit diamètre, il n'y a pas de problème de fusion comme le soudage à l'arc. Étant donné que les cellules utilisées dans les batteries de puissance au lithium suivent le principe de légèreté, elles sont généralement fabriquées en aluminium plus léger et plus fines. Généralement, la coque, le couvercle et le fond doivent mesurer moins de 1,0 mm. Les matériaux de base actuels des grands fabricants. L'épaisseur est d'environ 0,8 mm.
• Il peut fournir un soudage à haute résistance pour diverses combinaisons de matériaux, en particulier lors du soudage de matériaux en cuivre et en aluminium. C’est également la seule technique permettant de souder du nickel électrolytique sur des matériaux en cuivre.

4. Difficultés liées au processus de soudage au laser

1. À l'heure actuelle, les coques de batterie en alliage d'aluminium représentent plus de 90 % de la puissance totale de la batterie au lithium. La difficulté du soudage réside dans la réflectivité extrêmement élevée de l’alliage d’aluminium au laser et dans la grande sensibilité des pores pendant le processus de soudage. Certains problèmes et défauts surviendront inévitablement lors du soudage, les plus importants étant les pores, les fissures chaudes et les explosions.
2. Pendant le processus de soudage au laser de l’alliage d’aluminium, des pores ont tendance à apparaître. Il en existe deux types principaux : les pores d’hydrogène et les pores provoqués par l’éclatement des bulles. Étant donné que la vitesse de refroidissement du soudage laser est trop rapide, le problème des trous d'hydrogène est plus grave et un type supplémentaire de trous apparaît en raison de l'effondrement de petits trous lors du soudage laser.
3. Problème de fissuration thermique. L'alliage d'aluminium est un alliage eutectique typique. Il est sujet aux fissures chaudes pendant le soudage, notamment aux fissures des cristaux de soudure et aux fissures de liquéfaction HAZ. En raison de la ségrégation des composants dans la zone de soudure, une ségrégation eutectique se produira et une fusion des joints de grains se produira. Sous contrainte, des fissures de liquéfaction se formeront aux joints de grains, réduisant ainsi les performances des joints soudés.
4. Problème d'explosion (également connu sous le nom d'éclaboussure). De nombreux facteurs provoquent des explosions, tels que la propreté du matériau, la pureté du matériau lui-même, les caractéristiques du matériau lui-même, etc. Le facteur décisif est la stabilité du laser. Renflements de la surface de la coque, pores, bulles internes. La raison principale est que le diamètre du cœur de la fibre est trop petit ou que le réglage de l'énergie laser est trop élevé. Ce n’est pas que plus la qualité du faisceau est bonne, meilleur est l’effet de soudage, comme le préconisent certains fournisseurs d’équipements laser. Une bonne qualité de faisceau convient au soudage par superposition avec une plus grande profondeur de pénétration. Trouver les bons paramètres de processus est la clé pour résoudre le problème.

Autres difficultés

1. Le soudage de languettes souples nécessite un outillage de soudage élevé. Les languettes doivent être pressées fermement pour assurer l'espace de soudure. Il peut réaliser un soudage à grande vitesse de trajectoires complexes telles que des formes en forme de S et en spirale, augmentant ainsi la zone de joint de la soudure et renforçant la résistance du soudage.
2. Le soudage des noyaux cylindriques de batterie est principalement utilisé pour le soudage de l’électrode positive. Étant donné que la coque de l’électrode négative est mince, elle est très facile à souder. Par exemple, certains fabricants utilisent actuellement un procédé sans soudure pour l'électrode négative, tandis que le soudage au laser est utilisé pour l'électrode positive.
3. Lorsque la combinaison de batteries carrée est soudée, les pôles ou les pièces de connexion sont fortement contaminés. Lorsque les pièces de connexion sont soudées, les polluants se décomposent et forment facilement des points d'explosion et des trous de soudage. Les batteries avec des pôles fins et des pièces structurelles en plastique ou en céramique en dessous sont faciles à souder. porter. Lorsque le poteau est petit, il est facile de le souder au point que le plastique brûle, formant un point d'explosion. N'utilisez pas de feuilles de liaison multicouches. Il y a des trous entre les couches et il est difficile de souder fermement.
4. Le processus le plus important dans le processus de soudage des batteries carrées est l'emballage du couvercle de la coque, qui est divisé en soudage du couvercle supérieur et du couvercle inférieur en fonction des différentes positions. Étant donné que les batteries qu'ils produisent sont de petite taille, certains fabricants de batteries utilisent un processus d'emboutissage profond pour fabriquer la coque de la batterie et n'ont besoin que de souder le couvercle supérieur.

5. Facteurs affectant la qualité du soudage

Le soudage au laser est actuellement une méthode importante recommandée pour le soudage de batteries haut de gamme. Le soudage au laser est un processus dans lequel un faisceau laser à haute énergie irradie la pièce, provoquant une forte augmentation de la température de travail, faisant fondre la pièce et se reconnectant pour former une connexion permanente. La résistance au cisaillement et à la déchirure du soudage laser est relativement bonne. La conductivité, la résistance, l'étanchéité à l'air, la fatigue du métal et la résistance à la corrosion du soudage des batteries sont des critères typiques d'évaluation de la qualité du soudage.

De nombreux facteurs affectent la qualité du soudage laser. Certains d’entre eux sont extrêmement volatils et présentent une instabilité considérable. Comment définir et contrôler correctement ces paramètres afin qu'ils soient contrôlés dans une plage appropriée pendant le soudage laser continu à grande vitesse afin de garantir la qualité du soudage. La fiabilité et la stabilité de la formation des cordons de soudure sont des questions importantes liées à l’aspect pratique et à l’industrialisation de la technologie de soudage laser. Les facteurs importants affectant la qualité du soudage laser sont divisés en trois aspects : l'équipement de soudage, l'état de la pièce et les paramètres du processus.

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