近年(nian)來,新(xin)能(neng)源汽(qi)(qi)車如雨后(hou)春筍般涌(yong)現(xian)。與傳統燃料汽(qi)(qi)車相比(bi),新(xin)能(neng)源汽(qi)(qi)車使用鋰電池作為(wei)動力(li)源。
鋰(li)離子(zi)電(dian)(dian)池是(shi)一種二次(可充(chong)電(dian)(dian))電(dian)(dian)池,依靠鋰(li)離子(zi)在正極和負極之間移動。鋰(li)電(dian)(dian)池作(zuo)為一種新型清(qing)潔能源(yuan),不(bu)僅可以(yi)為新能源(yuan)汽車提(ti)供動力(li),還可以(yi)為電(dian)(dian)動火車、電(dian)(dian)動自(zi)行車、高爾夫(fu)球車等產品提(ti)供動力(li)。
鋰離子電(dian)池的(de)生產與制(zhi)造(zao)是緊密相連的(de)。一(yi)般來說,鋰電(dian)池的(de)生產包(bao)括三個部分:電(dian)極(ji)的(de)制(zhi)造(zao)、電(dian)池的(de)制(zhi)造(zao)和電(dian)池的(de)組裝。激光(guang)切(qie)割是這(zhe)三個工序(xu)中的(de)關(guan)鍵(jian)工序(xu)。
在激光技術出現之前,電池工業應用傳統機械進行加工。與傳統加工相比,激光加工具(ju)有無刀磨損、切削形狀(zhuang)靈活、刃口質量控制(zhi)、精度(du)高(gao)、運行成本(ben)低等優點,有利于(yu)降低制(zhi)造成本(ben),提高(gao)生產效率,大(da)大(da)縮(suo)短新產品的模(mo)切周期。
激光焊接為大規模生產鋰電池提供了解決方案
不同(tong)的(de)材料焊接工藝、全密封包裝、本(ben)地化加工、高精度(du)、質(zhi)量(liang)一致性、高生產(chan)率是實現高效(xiao)電(dian)池制造(zao)的(de)關鍵(jian)因素。先(xian)進(jin)的(de)激光(guang)系統結合創新的(de)加工技術,為大量(liang)生產(chan)鋰電(dian)池的(de)許多(duo)應(ying)用(yong)提(ti)供(gong)經濟有效(xiao)的(de)解決方案。
高亮度激光技術可以實現激光加工高抗材料的可能性
在(zai)電(dian)極(ji)的(de)生產和(he)電(dian)池(chi)(chi)單元和(he)模塊的(de)組裝中,需要進(jin)行許多切割、焊接和(he)密封(feng)操作。潛在(zai)的(de)激光(guang)應用包括電(dian)極(ji)切割、內(nei)部元件與(yu)電(dian)極(ji)和(he)極(ji)端電(dian)的(de)焊接,以及電(dian)池(chi)(chi)外殼的(de)密封(feng)。大多數金(jin)屬部件是(shi)由銅或(huo)鋁制成(cheng)(cheng)的(de),因為它們(men)具有極(ji)好的(de)導電(dian)性。這些高反射性的(de)材料曾經給激光(guang)加工帶來(lai)了(le)挑(tiao)戰,但現在(zai)先進(jin)的(de)高亮度激光(guang)技術已(yi)經成(cheng)(cheng)功地解決了(le)這個問(wen)題,使焊接相同和(he)不同的(de)材料成(cheng)(cheng)為可能。
激光切割在電極切割中具有突出的優勢
所述鋰(li)電池(chi)電極(ji)由兩側涂(tu)有活性(xing)材料的鋁(lv)和銅(tong)片組成,作為集電極(ji)液。金屬板的厚度從0.01mm(無(wu)涂(tu)層)到0.2mm(有涂(tu)層)不等,這(zhe)(zhe)取決于(yu)單元的設(she)計(圓筒(tong)或平(ping)板)和電極(ji)的類(lei)型(陰極(ji)或陽極(ji))。模切(qie)用(yong)(yong)于(yu)加工平(ping)面(mian)電極(ji),旋轉刀(dao)(dao)切(qie)割用(yong)(yong)于(yu)切(qie)割圓柱形單元的電極(ji)板條。這(zhe)(zhe)兩種方法都(dou)需要相(xiang)對(dui)昂貴的切(qie)削刀(dao)(dao)具,過度的磨損(sun)會導致過程(cheng)不穩定和切(qie)削質(zhi)量差。特別是,刀(dao)(dao)片和微米級材料的任何(he)輕微彎曲都(dou)可能導致整個系統短路和災難(nan)性(xing)故障。因此,這(zhe)(zhe)種方法需要經常維(wei)護和更換工具。
在高(gao)速(su)加(jia)工(gong)中,電極(ji)材料的激(ji)光(guang)(guang)切(qie)(qie)割(ge)(ge)已被證明(ming)在質(zhi)量和(he)(he)(he)成(cheng)本上優(you)于(yu)機械切(qie)(qie)割(ge)(ge)。圓盤和(he)(he)(he)光(guang)(guang)纖激(ji)光(guang)(guang)器提供高(gao)光(guang)(guang)束質(zhi)量為更(geng)小的光(guang)(guang)斑尺寸(cun)和(he)(he)(he)更(geng)高(gao)的功率密(mi)度(du)切(qie)(qie)割(ge)(ge)高(gao)反射銅(tong)和(he)(he)(he)鋁(lv)板。采用單(dan)模光(guang)(guang)纖激(ji)光(guang)(guang)器可優(you)化工(gong)藝,獲得良好的切(qie)(qie)割(ge)(ge)質(zhi)量。在50W - 200W相對較(jiao)低(di)的功率范(fan)圍內,需要實現(xian)大于(yu)10 m/min的切(qie)(qie)削速(su)度(du)。部分研究結果表(biao)明(ming),非接觸式激(ji)光(guang)(guang)切(qie)(qie)割(ge)(ge)技(ji)術有(you)潛力(li)(li)成(cheng)為傳統切(qie)(qie)割(ge)(ge)技(ji)術的有(you)力(li)(li)競爭對手。前者具有(you)刀(dao)具無磨(mo)損、靈活性高(gao)、切(qie)(qie)削質(zhi)量一致(zhi)等(deng)優(you)點。
激光焊接實現了鋰電池裝配過程中的高速焊接和短周期焊接
高(gao)反射(she)銅材(cai)料(liao)的(de)激(ji)(ji)光焊接(jie)是激(ji)(ji)光和工藝設計的(de)難(nan)點,因為高(gao)非(fei)線性的(de)激(ji)(ji)光束與(yu)材(cai)料(liao)相(xiang)互作用,使(shi)得加工過(guo)程(cheng)非(fei)常嚴格(ge),限(xian)制(zhi)了加工的(de)重復(fu)性。目前(qian),在銅表面鍍鎳或添(tian)加一層鎳是為了提(ti)高(gao)釬焊過(guo)程(cheng)的(de)能(neng)量吸收和工藝穩定(ding)性。該(gai)研(yan)究中心研(yan)究了Nd:YAG、光盤和光纖激(ji)(ji)光器用于各種電(dian)池組件的(de)連續和脈沖(chong)激(ji)(ji)光焊接(jie)工藝,功率(lv)范(fan)圍從500瓦(wa)到幾千瓦(wa)。這(zhe)些激(ji)(ji)光器提(ti)供了建立熔接(jie)工藝所需(xu)的(de)功率(lv)密(mi)度,并實現(xian)了高(gao)速焊接(jie)和低成本大批量生產所需(xu)的(de)短周期時間。
鋰電池(chi)作為新(xin)能源(yuan)汽車(che)的(de)(de)核心(xin)部(bu)件,直接決定著汽車(che)的(de)(de)壽(shou)命(ming)。伴隨著新(xin)能源(yuan)汽車(che)市(shi)場(chang)的(de)(de)逐日興起,激光(guang)切割機在未來具有巨大的(de)(de)市(shi)場(chang)潛力。