Ob prismatische Zellen oder zylindrische Zellen, das Schweißen ist einer der wichtigsten Prozesse bei der Batterieproduktion. In der Lithiumbatterie-Produktionslinie konzentriert sich der Produktionsabschnitt des Schweißprozesses hauptsächlich auf den Abschnitt der Zellenmontage und der PACK-Linie, siehe Abbildung unten:
Kurze Beschreibung der Schweißprozessdetails
1. Sicherheitsentlüftungsschweißen
Das Sicherheitsventil, auch Überdruckventil genannt, ist ein dünnwandiger Ventilkörper an der oberen Abdeckung der Batterie. Wenn der Innendruck der Batterie den angegebenen Wert überschreitet, reißt das Sicherheitsventil und lässt den Druck ab, um ein Platzen der Batterie zu verhindern. Das Sicherheitsventil hat eine ausgeklügelte Struktur. Normalerweise werden dabei zwei Aluminiumbleche einer bestimmten Form durch Laserschweißen miteinander verbunden. Wenn der Innendruck der Batterie einen bestimmten Wert erreicht, 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 versiegelt sein und die Wärmezufuhr muss streng kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass der Schadensdruckwert der Schweißnaht innerhalb eines bestimmten Bereichs stabil bleibt (im Allgemeinen 0,4 bis 0,7 MPa). Zu große oder zu kleine Teile wirken sich erheblich auf die Sicherheit der Batterie aus.
2. Anschlussschweißen
Die Anschlüsse auf der Batterieabdeckplatte sind in Plus- und Minuspole unterteilt. Die Funktion der Anschlüsse ist ebenfalls in interne und externe Verbindungen unterteilt. Die interne Verbindung ist das Verschweißen der Batterielaschen mit den Anschlüssen. Die externe Verbindung ist das Verschweißen der Batterieanschlüsse durch die Verbindungsstreifen, um Reihen- und Parallelschaltungen zu bilden und so einen Batteriesatz zu bilden.
Die Batterieklemmen verwenden im Allgemeinen Aluminium für die positive Elektrode und Kupfer für die negative Elektrode und verwenden normalerweise eine genietete Struktur. Nach Abschluss des Nietens wird geschweißt, normalerweise ein Kreis mit einem Durchmesser von 8 mm. Beim Schweißen werden Faserlaser oder Hybridschweißlaser mit guter Strahlqualität und gleichmäßiger Energieverteilung bevorzugt, solange die Zugkraft und die Leitfähigkeit den Konstruktionsanforderungen entsprechen. Verwenden Sie zum Schweißen Faserlaser oder Hybridschweißlaser. Dadurch kann die Stabilität des Aluminium-Aluminium-Strukturschweißens und des Kupfer-Kupfer-Strukturschweißens elektrischer Anschlüsse erreicht, Spritzer reduziert und dadurch die Schweißausbeute verbessert werden.
3. Schweißen der Laschenverlängerung
Das Laschenverlängerungsblatt ist eine Schlüsselkomponente, die die Batterieabdeckung und die Batterie-Geleerolle verbindet. Es muss auch die Anforderungen der Batterie an Überstrom, Festigkeit und geringe Spritzerbildung berücksichtigen. Daher muss beim Schweißvorgang mit der Abdeckung eine ausreichende Schweißbreite vorhanden sein und es muss sichergestellt werden, dass keine Partikel auf die Batterie-Geleerolle fallen, um einen Kurzschluss der Batterie zu vermeiden. Kupfer als Material für die negative Elektrode ist ein hochreflektierendes Material mit geringer Absorptionsrate und erfordert beim Schweißen eine höhere Energiedichte.
4. Dosenversiegelung durch Schweißen
Die Gehäusematerialien von Leistungsbatterien umfassen Aluminiumlegierungen und Edelstahl. Unter ihnen wird am häufigsten Aluminiumlegierung verwendet, und einige verwenden reines Aluminium. Edelstahl ist das Material mit der besten Laserschweißbarkeit, insbesondere Edelstahl 304. Unabhängig davon, ob gepulster oder kontinuierlicher Laser verwendet wird, können Schweißnähte mit gutem Aussehen und guter Leistung erzielt werden. Durch die Verwendung eines kontinuierlichen Lasers zum Schweißen von Lithiumbatterien mit dünner Hülle kann die Effizienz um das 5- bis 10-fache gesteigert werden, und das Aussehen und die Dichtungseigenschaften sind besser. Um eine schnellere Schweißgeschwindigkeit und ein einheitlicheres Aussehen zu erreichen, haben die meisten Unternehmen begonnen, Hybridschweißen und ringförmige Lichtpunkte zu verwenden, um das bisherige langsame Einzelfaserschweißen zu ersetzen. Derzeit hat die Schweißgeschwindigkeit der Massenproduktionslinien der meisten Unternehmen 200 mm/s erreicht. Bei den langsamen Glasfaserschweißlinien einiger Hersteller beträgt die allgemeine Massenproduktionsgeschwindigkeit 70 mm/s, um die Stabilität der Schweißnaht zu gewährleisten.
5. Versiegelndes Nagelschweißen
Dichtungsnägel (Fülllochkappen) gibt es ebenfalls in vielen Formen. Normalerweise ist die Form eine runde Kappe mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Dicke von etwa 0,9 mm. Die Grundvoraussetzung für das Schweißen ist, dass der Druck 1,1 MPa aushält und keine Nadellöcher, Risse oder Explosionspunkte vorhanden sein dürfen. Als letzter Prozess des Batteriezellenschweißens ist die Ausbeute des Dichtungsnagelschweißens besonders wichtig. Aufgrund des Vorhandenseins von Restelektrolyt beim Schweißen von Dichtungsnägeln treten Defekte wie Explosionspunkte und Nadellöcher auf. Der wichtigste Weg, diese Defekte zu vermeiden, besteht darin, die Wärmezufuhr zu reduzieren. Der Einsatz von Laserschweißen kann die Stabilität und Kompatibilität erheblich verbessern und somit die Ausbeute erheblich steigern.
6. PACK Sammelschienenschweißen
Das Batteriemodul kann als Kombination von in Reihe und parallel geschalteten Lithium-Ionen-Zellen verstanden werden, wobei ein einzelnes Batterieüberwachungs- und -managementgerät installiert ist. Das strukturelle Design des Batteriemoduls bestimmt häufig die Leistung und Sicherheit eines Batteriepakets. Seine Struktur muss die Batteriezellen stützen, fixieren und schützen. Gleichzeitig sind Kriterien für die Beurteilung der Qualität von Batteriemodulen, wie Überstromanforderungen und Stromgleichmäßigkeit erfüllt werden, wie die Zelltemperatur gesteuert wird und ob die Stromversorgung bei schwerwiegenden Anomalien unterbrochen werden kann, um Kettenreaktionen zu vermeiden usw. Da beim Laserschweißen zwischen Kupfer und Aluminium spröde Verbindungen entstehen, die den Nutzungsanforderungen nicht gerecht werden können, wird normalerweise Ultraschallschweißen verwendet. Darüber hinaus werden Kupfer und Kupfer, Aluminium und Aluminium im Allgemeinen lasergeschweißt. Da sowohl Kupfer als auch Aluminium Wärme sehr schnell leiten und eine sehr hohe Laserreflexion aufweisen und die Dicke des Laschenverlängerungsblechs relativ groß ist, ist zum Schweißen ein Laser mit höherer Leistung erforderlich.
