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激光加工应用于新能源汽车锂电池行业

作者:奔腾激光(温州)有限公司 浏览:44 发表时间:2020-12-07 11:30:31

近年来,新能源汽车如雨后春笋般涌现。与传统燃料汽车相比,新能源汽车使用锂电池作为动力源。


锂离子电池是一种二次(可充电)电池,依靠锂离子在正极和负极之间移动。锂电池作为一种新型清洁能源,不仅可以为新能源汽车提供动力,还可以为电动火车、电动自行车、高尔夫球车等产品提供动力。


锂离子电池的生产与制造是紧密相连的。一般来说,锂电池的生产包括三个部分:电极的制造、电池的制造和电池的组装。激光切割是这三个工序中的关键工序。


激光加工应用于新能源汽车锂电池行业


在激光技术出现之前,电池工业应用传统机械进行加工。与传统加工相比,激光加工具有无刀磨损、切削形状灵活、刃口质量控制、精度高、运行成本低等优点,有利于降低制造成本,提高生产效率,大大缩短新产品的模切周期。



激光焊接为大规模生产锂电池提供了解决方案

不同的材料焊接工艺、全密封包装、本地化加工、高精度、质量一致性、高生产率是实现高效电池制造的关键因素。先进的激光系统结合创新的加工技术,为大量生产锂电池的许多应用提供经济有效的解决方案。


高亮度激光技术可以实现激光加工高抗材料的可能性

在电极的生产和电池单元和模块的组装中,需要进行许多切割、焊接和密封操作。潜在的激光应用包括电极切割、内部元件与电极和极端电的焊接,以及电池外壳的密封。大多数金属部件是由铜或铝制成的,因为它们具有极好的导电性。这些高反射性的材料曾经给激光加工带来了挑战,但现在先进的高亮度激光技术已经成功地解决了这个问题,使焊接相同和不同的材料成为可能。


激光切割在电极切割中具有突出的优势

所述锂电池电极由两侧涂有活性材料的铝和铜片组成,作为集电极液。金属板的厚度从0.01mm(无涂层)到0.2mm(有涂层)不等,这取决于单元的设计(圆筒或平板)和电极的类型(阴极或阳极)。模切用于加工平面电极,旋转刀切割用于切割圆柱形单元的电极板条。这两种方法都需要相对昂贵的切削刀具,过度的磨损会导致过程不稳定和切削质量差。特别是,刀片和微米级材料的任何轻微弯曲都可能导致整个系统短路和灾难性故障。因此,这种方法需要经常维护和更换工具。

在高速加工中,电极材料的激光切割已被证明在质量和成本上优于机械切割。圆盘和光纤激光器提供高光束质量为更小的光斑尺寸和更高的功率密度切割高反射铜和铝板。采用单模光纤激光器可优化工艺,获得良好的切割质量。在50W - 200W相对较低的功率范围内,需要实现大于10 m/min的切削速度。部分研究结果表明,非接触式激光切割技术有潜力成为传统切割技术的有力竞争对手。前者具有刀具无磨损、灵活性高、切削质量一致等优点。


激光焊接实现了锂电池装配过程中的高速焊接和短周期焊接

高反射铜材料的激光焊接是激光和工艺设计的难点,因为高非线性的激光束与材料相互作用,使得加工过程非常严格,限制了加工的重复性。目前,在铜表面镀镍或添加一层镍是为了提高钎焊过程的能量吸收和工艺稳定性。该研究中心研究了Nd:YAG、光盘和光纤激光器用于各种电池组件的连续和脉冲激光焊接工艺,功率范围从500瓦到几千瓦。这些激光器提供了建立熔接工艺所需的功率密度,并实现了高速焊接和低成本大批量生产所需的短周期时间。


锂电池作为新能源汽车的核心部件,直接决定着汽车的寿命。伴随着新能源汽车市场的逐日兴起,激光切割机在未来具有巨大的市场潜力。

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奔腾激光(温州)有限公司是温州市政府“一事一议”的重大产业化项目,是温州(中国)激光与光电产业集群首批引进的骨干龙头企业。

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