Introdução aos métodos e processos de soldagem de baterias de íons de lítio

A seleção razoável de métodos e processos de soldagem durante o processo de fabricação de baterias de lítio afetará diretamente o custo, a qualidade, a segurança e a consistência da bateria.

1. Princípio da soldagem a laser

A máquina de solda a laser de fibra usa excelente diretividade e alta densidade de potência do feixe de laser para funcionar. O feixe de laser é focado em uma pequena área através do sistema óptico, formando uma fonte de calor altamente concentrada na área soldada em muito pouco tempo. área, de modo que o objeto a ser soldado derreta e forme um forte ponto de soldagem e costura de soldagem.

2. Tipo de soldagem a laser

Soldagem por condução térmica e soldagem por penetração profunda

A densidade de potência do laser é de 105 ~ 106 w / ㎝² para formar soldagem por condução de calor a laser, e a densidade de potência do laser é de 105 ~ 106 w / ㎝² para formar soldagem de penetração profunda a laser.

Penetração e soldagem de costura

Soldagem por penetração, a peça de conexão não precisa ser perfurada e o processamento é relativamente simples. A soldagem por penetração requer um soldador a laser mais potente. A profundidade de penetração da soldagem por penetração é menor do que a da soldagem por costura e sua confiabilidade é relativamente baixa.

Em comparação com a soldagem por penetração, a soldagem por costura requer um soldador a laser de menor potência. A profundidade de penetração da soldagem por costura é maior do que a da soldagem por penetração e sua confiabilidade é relativamente boa. No entanto, a peça de ligação precisa ser perfurada, o que é relativamente difícil de processar.

Soldagem Pulsada e Soldagem Contínua

1) Soldagem em modo de pulso

Formas de onda de soldagem apropriadas devem ser selecionadas durante a soldagem a laser. As formas de onda de pulso comumente usadas incluem ondas quadradas, ondas de pico, ondas de pico duplo, etc. A refletividade da superfície da liga de alumínio à luz é muito alta. Quando um feixe de laser de alta intensidade atinge a superfície do material, 60% -98% da energia do laser é perdida na superfície do metal devido à reflexão, e a refletividade muda com a temperatura da superfície. Geralmente, ao soldar ligas de alumínio, é melhor escolher ondas pontiagudas e ondas de pico duplo. A largura de pulso da parte de desaceleração por trás deste tipo de forma de onda de soldagem é maior, o que pode efetivamente reduzir a ocorrência de poros e rachaduras.

Amostras de soldagem a laser pulsado

Devido à alta refletividade da liga de alumínio ao laser, a fim de evitar que o feixe de laser incida verticalmente e cause reflexão vertical e danifique o espelho de foco do laser, a cabeça de soldagem geralmente é desviada em um determinado ângulo durante o processo de soldagem. O diâmetro da junta de solda e o diâmetro da superfície efetiva da junta aumentam com o aumento do ângulo de inclinação do laser. Quando o ângulo de inclinação do laser é de 40°, são obtidas a maior junta de solda e a maior superfície de junta efetiva. A penetração do ponto de soldagem e a penetração efetiva diminuem com o ângulo de inclinação do laser. Quando for superior a 60, a penetração efetiva da soldagem cai para zero. Portanto, inclinando a junta de soldagem em um determinado ângulo, a profundidade e largura de penetração da solda podem ser aumentadas de forma adequada.

Além disso, durante a soldagem, com a costura de solda como limite, 65% da placa de cobertura parcial do ponto de soldagem a laser e 35% da carcaça precisam ser soldados, o que pode efetivamente reduzir as explosões causadas por problemas de fechamento da tampa.

2) Soldagem em modo contínuo

Como o processo de aquecimento da soldagem a laser contínua não é semelhante ao resfriamento e aquecimento repentinos das máquinas de pulso, a tendência de rachaduras durante a soldagem não é muito óbvia. Para melhorar a qualidade da solda, utiliza-se soldagem a laser contínua. A superfície da solda é lisa e uniforme, sem respingos, sem defeitos e sem defeitos no interior da solda. Nenhuma rachadura encontrada. Na soldagem de ligas de alumínio, as vantagens do laser contínuo são óbvias. Em comparação com os métodos tradicionais de soldagem, a eficiência da produção é alta e não é necessário enchimento de arame. Comparado com a soldagem a laser pulsado, pode resolver os defeitos que ocorrem após a soldagem, como rachaduras, porosidade, respingos, etc. garantir que a liga de alumínio tenha boas propriedades mecânicas após a soldagem; não haverá amassados ​​após a soldagem e a quantidade de polimento e polimento após a soldagem será reduzida, o que economiza custos de produção. No entanto, como o ponto do laser contínuo é relativamente pequeno, a precisão de montagem da peça não é. Os requisitos são maiores.

3. Vantagens da soldagem a laser

• A máquina de solda a laser CNC automática com gerador de laser de fibra tem energia concentrada, alta eficiência de soldagem, alta precisão de processamento e uma grande relação profundidade/largura de solda. O feixe de laser é fácil de focar, alinhar e guiar por instrumentos ópticos. Ele pode ser colocado a uma distância apropriada da peça de trabalho e pode ser redirecionado entre fixações ou obstáculos ao redor da peça de trabalho. Outros métodos de soldagem não podem ser utilizados devido às restrições de espaço acima mencionadas.
• A entrada de calor é pequena, a zona afetada pelo calor é pequena e a tensão residual e a deformação da peça são pequenas; a energia de soldagem pode ser controlada com precisão, o efeito de soldagem é estável e a aparência da soldagem é boa;
• Soldagem sem contato, transmissão por fibra óptica, boa acessibilidade e alto grau de automação. Ao soldar materiais finos ou fios de diâmetro fino, não há problema de fusão como na soldagem a arco. Como as células usadas nas baterias de lítio seguem o princípio de serem leves, elas geralmente são feitas de alumínio mais leve e mais finas. Geralmente, o casco, a tampa e o fundo devem ter menos de 1,0 mm. Os materiais básicos atuais dos principais fabricantes. A espessura é de cerca de 0,8 mm.
• Ele pode fornecer soldagem de alta resistência para várias combinações de materiais, especialmente ao soldar materiais de cobre e materiais de alumínio. Esta também é a única técnica que pode soldar níquel galvanizado a materiais de cobre.

4. Dificuldades no processo de soldagem a laser

1. Atualmente, os invólucros das baterias de liga de alumínio representam mais de 90% de toda a potência da bateria de lítio. A dificuldade na soldagem reside na altíssima refletividade da liga de alumínio ao laser e na alta sensibilidade dos poros durante o processo de soldagem. Alguns problemas e defeitos ocorrerão inevitavelmente durante a soldagem, sendo os mais importantes poros, trincas a quente e explosões.
2. Durante o processo de soldagem a laser da liga de alumínio, é provável que apareçam poros. Existem dois tipos principais: poros de hidrogênio e poros causados ​​pelo estouro de bolhas. Como a taxa de resfriamento da soldagem a laser é muito rápida, o problema dos furos de hidrogênio é mais sério e há um tipo adicional de furo que aparece devido ao colapso de pequenos furos na soldagem a laser.
3. Problema de fissuração térmica. A liga de alumínio é uma liga eutética típica. É propenso a trincas a quente durante a soldagem, incluindo trincas de cristal de solda e trincas de liquefação HAZ. Devido à segregação dos componentes na área de solda, ocorrerá segregação eutética e ocorrerá fusão dos limites dos grãos. Sob tensão, ocorrerão fissuras de liquefação nos limites dos grãos, reduzindo o desempenho das juntas soldadas.
4. Problema de explosão (também conhecido como splash). Existem muitos fatores que causam explosões, como a limpeza do material, a pureza do próprio material, as características do próprio material, etc. O fator decisivo é a estabilidade do laser. Protuberâncias na superfície da casca, poros, bolhas internas. A principal razão é que o diâmetro do núcleo da fibra é muito pequeno ou a configuração de energia do laser é muito alta. Não que quanto melhor for a qualidade do feixe, melhor será o efeito de soldagem, conforme promovido por alguns fornecedores de equipamentos a laser. Uma boa qualidade do feixe é adequada para soldagem por superposição com maior profundidade de penetração. Encontrar os parâmetros de processo corretos é a chave para resolver o problema.

Outras dificuldades

1. A soldagem de abas compactadas requer ferramentas de soldagem de alta qualidade. As abas devem ser pressionadas firmemente para garantir a folga de soldagem. Ele pode realizar soldagem em alta velocidade de trajetórias complexas, como formato em S e espiral, aumentando a área de junta da solda e fortalecendo a resistência da soldagem.
2. A soldagem de núcleos de baterias cilíndricas é usada principalmente para a soldagem do eletrodo positivo. Como o invólucro do eletrodo negativo é fino, é muito fácil soldá-lo. Por exemplo, alguns fabricantes utilizam atualmente um processo sem soldagem para o eletrodo negativo, enquanto a soldagem a laser é usada para o eletrodo positivo.
3. Quando a combinação quadrada de baterias é soldada, os pólos ou peças de conexão ficam fortemente contaminados. Quando as peças de conexão são soldadas, os poluentes se decompõem e formam facilmente pontos e furos de explosão de soldagem. Baterias com pólos finos e peças estruturais de plástico ou cerâmica por baixo são fáceis de soldar. vestir. Quando o poste é pequeno, é fácil soldar a ponto de o plástico queimar, formando um ponto de explosão. Não use folhas de conexão multicamadas. Existem buracos entre as camadas e é difícil soldar com firmeza.
4. O processo mais importante no processo de soldagem de baterias quadradas é a embalagem da tampa do invólucro, que é dividida na soldagem da tampa superior e da tampa inferior de acordo com as diferentes posições. Como as baterias que produzem são pequenas, alguns fabricantes de baterias usam um processo de estampagem profunda para fabricar o invólucro da bateria e só precisam soldar a tampa superior.

5. Fatores que afetam a qualidade da soldagem

A soldagem a laser é atualmente um método importante recomendado para soldagem de baterias de alta qualidade. A soldagem a laser é um processo no qual um feixe de laser de alta energia irradia a peça de trabalho, fazendo com que a temperatura de trabalho suba acentuadamente, derretendo a peça de trabalho e reconectando-se para formar uma conexão permanente. A resistência ao cisalhamento e ao rasgo da soldagem a laser são relativamente boas. A condutividade, resistência, estanqueidade ao ar, fadiga do metal e resistência à corrosão da soldagem de bateria são critérios típicos de avaliação da qualidade da soldagem.

Existem muitos fatores que afetam a qualidade da soldagem a laser. Alguns deles são extremamente voláteis e apresentam considerável instabilidade. Como definir e controlar corretamente esses parâmetros para que sejam controlados dentro de uma faixa apropriada durante a soldagem a laser contínua e de alta velocidade para garantir a qualidade da soldagem. A confiabilidade e estabilidade da formação do cordão de soldagem são questões importantes relacionadas à praticidade e industrialização da tecnologia de soldagem a laser. Os fatores importantes que afetam a qualidade da soldagem a laser são divididos em três aspectos: equipamento de soldagem, condição da peça e parâmetros do processo.

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