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能源環(huán)境新聞

激光焊接在動力電池行業(yè)的應(yīng)用解密系列之---工藝革新勢在必行

Johnny Lee 來源:激光制造網(wǎng)2015-12-02 我要評論(0 )   

動力電池即為工具提供動力來源的電源,多指為電動汽車、電動列車、電動自行車、高爾夫球車提供動力的蓄電池。動力電池作為主要電源蓄電池廣泛應(yīng)用于工業(yè)、生活等方方面...

 供稿:逸飛激光

動力電池即為工具提供動力來源的電源,多指為電動汽車、電動列車、電動自行車、高爾夫球車提供動力的蓄電池。動力電池作為主要電源蓄電池廣泛應(yīng)用于工業(yè)、生活等方方面面。近期,隨著新能源汽車產(chǎn)銷火爆,中國已然成為全球最大的市場,一時之間,關(guān)于動力電池上下游產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展廣受媒體關(guān)注。

動力電池是新能源汽車的核心零部件,直接決定整車性能,其生產(chǎn)流程可分為前端、中端和后端設(shè)備,設(shè)備的精度和自動化水平將直接影響到電池的效率和一致性。2020年動力鋰電池的總需求量將達(dá)37GWh,是2014年的十倍以上,動力電池?cái)U(kuò)產(chǎn)將直接拉動設(shè)備需求。而作為鏈接上游原料和下游產(chǎn)品的中游設(shè)備,激光焊接工藝開始進(jìn)入人們視野,但其工藝應(yīng)用的神秘性,至今還蒙上一層神秘面紗。得益于身在激光行業(yè)內(nèi),筆者今日摸著行業(yè)發(fā)展的脈搏點(diǎn)準(zhǔn)六大穴位,借機(jī)撥開面紗,揭秘激光焊接在動力電池行業(yè)的應(yīng)用。 

穴位1:全融合

對于動力電池生產(chǎn)企業(yè)簡而言之,激光焊接是一個將正負(fù)極材料、隔膜和電解液等原材料化零為整的融合制造過程,是整個動力電池生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵工藝。將所有原材料焊接成電池電芯、PACK模組,可直接用于傳統(tǒng)消費(fèi)電子、電子工具、電動自行車、儲能電站及新能源汽車領(lǐng)域。

01_副本

另一方面,激光焊接在動力電池中的地位也可以從焊接設(shè)備的成本價值上體現(xiàn)出來。以電池原料為對比,原料在成本中占比是持續(xù)性的且以噸為單位購入;激光焊接設(shè)備基本是一次性到位,不同工藝或類型的焊接設(shè)備價值數(shù)額在數(shù)十萬位至數(shù)百萬位人民幣,在電池廠投入中占比5-15%,在電池組pack廠投入占比10-40%不等。

       穴位2:全對比

電池制造過程涉及的焊接技術(shù)十分廣泛,如超聲波焊、電阻焊和激光焊接等。焊接方法與工藝的合理選用,直接影響電池的生產(chǎn)成本、質(zhì)量的可靠性與使用的安全性。激光焊接作為電池生產(chǎn)一項(xiàng)非常重要的工藝環(huán)節(jié),對電池的一致性,穩(wěn)定性和安全性有很大的影響,動力電池激光焊接部位多,工藝難度大,對焊接工藝要求更高。通過高效精密的激光焊接可以大大提高汽車動力電池安全性、可靠性和使用壽命,必將為今后的汽車動力技術(shù)的發(fā)展提供重要保障。

焊接方式

激光焊接

釬焊

銅焊

氬弧焊

電子束焊

超聲焊

項(xiàng)目對比分析

工件要求

整潔

整潔平整

清潔度要求高

整潔

真空狀態(tài)下

表面平整

焊接速度

非常快

熱影響區(qū)域

很小

大易變型

大易變型

大易變型

對人體傷害

有害氣體

高危險

有害氣體

有害X射線

有害高頻射線

對操作要求

焊接外觀

美觀

不精細(xì)

一致性差

不精細(xì)

一致性差

不精細(xì)

一致性差

平整光滑

平整

 對比發(fā)現(xiàn),激光焊接優(yōu)勢在于焊材損耗小、被焊接工件變形小、設(shè)備性能穩(wěn)定易操作,焊接質(zhì)量及自動化程度高。其工藝上的優(yōu)勢是其它焊接方式無法比擬的。

穴位3:全工藝

動力電池的電芯按其外型可分方形、圓柱、軟包、18650等不同類型,在所有形狀電池中,激光焊接工藝應(yīng)用最全面的為圓柱電池焊接,在此以圓柱動力電池工藝流程為例,激光焊接的工序應(yīng)用如下圖所示:

02_副本

經(jīng)歷上述激光焊接工序后,繼續(xù)一步將單體電芯多個組裝,就形成應(yīng)用于電動自行車、電動汽車上的PACK電池組,如國際領(lǐng)跑的特斯拉就應(yīng)用了7000多塊松下NCR 18650 3100mah電池合成的PACK電池組,以此來滿足高續(xù)航能力。

穴位4:更高效

市場上應(yīng)用于動力電池的激光設(shè)備從外觀上看雖是“亂花漸欲迷人眼”,但最終達(dá)成的殊途同歸的作用。以工藝的復(fù)雜程度和設(shè)備占用空間上區(qū)分,激光焊接設(shè)備基本可以分為三種類型:中試設(shè)備、全自動工作站和全自動流水線。

中試設(shè)備,基本為單機(jī)半自動操作臺,應(yīng)用于初期中試產(chǎn)品的測試和小批量生產(chǎn)。

03_副本 

全自動工作站,多為雙劍合璧的模式,激光主機(jī)加半封閉或全封閉式工作臺,每工位工作臺上一般配備多工位夾具工裝,適用于動力電池激光焊接和電池組PACK焊接的各種工藝的單工序段全自動系統(tǒng)。

全自動生產(chǎn)線,全自動工作站的升級版,將多個工作站相連接,形成電芯焊接或電池組PACK焊接的完整智能自動化產(chǎn)線。

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國內(nèi)自主研發(fā)首條圓柱動力電池智能自動化產(chǎn)線 

穴位5:更安全

近年來,隨著電動汽車的快速發(fā)展,如何解決電動汽車的安全問題,是新能源汽車行業(yè)的良性發(fā)展必須突破的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。由于人們對新事物的認(rèn)知有個過程,初期難免抱有懷疑和不信任的態(tài)度,所以任何一次有關(guān)電動汽車的安全事故,都會導(dǎo)致公眾對電動汽車安全性的疑慮進(jìn)一步加深,阻礙電動汽車的發(fā)展和普及。

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圓柱動力電池防爆閥激光焊接 

動力電池的安全問題廣受爭議,電池本身應(yīng)不鼓包、不泄漏、不破裂、不起火、不冒煙、不爆炸。而電芯一旦發(fā)生熱失控,可能會產(chǎn)生電解液泄漏、起火和燃燒等現(xiàn)象。電池防爆安全閥在鋰電池中使用可有效地防止電池?zé)崾Э貢r發(fā)生爆炸,從而保障了電池安全。

穴位6:看未來

近年來,很多國內(nèi)外動力電池生產(chǎn)廠商,在較為復(fù)雜的生產(chǎn)工序中,對于不同的工序、不同的被焊接部件,采用不同焊接方法,隨著新能源汽車行業(yè)邁向縱深發(fā)展,對配套電池的裝配與焊接精度、質(zhì)量都提出了更高的要求,大規(guī)模的采用激光焊接工藝勢在必行。

未來,以三星、LG為代表的外資企業(yè)來世兇猛,以提供能量密度高、工藝精湛、高性價比的產(chǎn)品,將打破國內(nèi)動力電池市場的格局。國內(nèi)動力電池制造企業(yè)只有提升整體制造工藝水平才能參與國內(nèi)國際競爭。

近期敬請關(guān)注:激光焊接在動力電池行業(yè)的應(yīng)用解密系列之二——量產(chǎn)框架下的智能制造。 

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動力電池激光焊接
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