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【原创】3个实例解决动力电池激光焊接难题
Coherent相干公司| 激光设备| 锂电池设备 文章来源自:高工锂电网
2020-04-17 09:08:47 阅读:11739
摘要Coherent相干公司推出的HighLightFL-ARM可调节环形光斑模式激光器,帮助锂电池企业提升产品性能和降低成本。

智能制造升级以及动力电池安全性能持续提升需求下,越来越先进的激光设备正在锂电池制造中发挥关键作用。

当前激光焊接已经成为动力电池生产中不可或缺的标准工艺,包括电池防爆阀焊接、电池壳体与盖板封口焊接、电池模组及PACK焊接、注液孔、电池组之间的串并联焊接等数十道复杂工序。传统激光技术已无法满足动力电池规模生产的高安全性、一致性等要求。

而光纤激光器凭借着在提高效率、节省能耗、使用寿命、提供精度和制造工艺等方面诸多竞争优势,正在锂电池制造领域掀起技术革新。

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作为全球领先的激光公司之一,Coherent相干公司不断推陈出新,针对锂电池制造过程中难点痛点研发新型光纤激光器——HighLightFL-ARM可调节环形光斑模式激光器,帮助锂电池企业提升产品性能和降低成本。

HighLightFL-ARM激光器通过一根光纤提供两束独立控制的同轴激光光束。与传统光纤激光器的光束不同,这种可调节环形光斑模式激光器输出的光斑,由中心光斑和外边一个环形光斑组成,且两个光斑都可以实现激光功率和出光时间的实时独立调整,为激光焊接工艺带来了更大的灵活性和可能性。

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如HighLightFL-ARM激光器使用外环光斑的前端对工件进行预热,同时用中心光斑来形成焊接小孔,然后用外环光斑的后端来稳定熔池,进而减少飞溅、气孔等缺陷。

当前动力电池电芯大都采用3000和1000系列铝合金,模组和Pack则采用5000、6000、7000系列铝合金材料,使用传统激光焊接一直存在焊接气孔、飞溅、高系铝焊缝裂纹等难题待解,普遍焊接速度不高、稳定性及气密性较差。

而可调节环形光斑模式激光器凭借灵活配置不仅能够解决传统激光焊接存在的焊接气孔、飞溅、高系铝焊缝裂纹等难题,同时大大提高焊接工艺质量和效率。

其搭载采用五步防后向反射工艺的系统,可以加工铜、铝合金和黄铜等高反材料,并具备最高30mm的任意金属、可变厚度的切割。

此外,HighLightFL-ARM激光器凭借光束动态调整,使用环形光斑融化焊丝,中心光束焊接匙孔,可做到几乎无焊接气孔、飞溅等情况,实现高效高质量生产。

下文以电芯焊接、连接片及汇流排焊接和模组及Pack焊接3个实例阐述HighLightFL-ARM可调节环形光斑模式激光器在电池焊接中的应用及优势:

01 Al-3000方形电池激光焊缝:几乎无气孔无飞溅

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方形电池电芯,一般都采用3000系列铝合金作为外壳,并需要用激光焊接对顶盖进行密封焊接。如采用传统光纤激光器,很难解决焊接飞溅和气孔的问题,电池的稳定和可靠性受影响。

如上图焊缝剖面所示,改用HighLightFL-ARM可调节环形光斑模式激光器焊接后,可做到几乎无气孔、无飞溅。

此外,在保证焊接质量的同时,其焊接速度也可以提高至200mm/s以上,实现高效高质量的生产。

02 连接片、汇流排焊接:铜和铝都一样没飞溅

连接片和汇流排一般采用1000系列铝合金或者T2的铜,其对焊接表面质量和飞溅要求非常高。

而搭载五步防后向反射工艺系统的HighLightFL-ARM激光器,经焊接测试,不管是铜还是铝,几乎没有飞溅。

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▲电池连接片Al1050

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▲电池连接片:Cu T2

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▲Busbar: AL1060

03 模组、Pack焊接:高系铝焊缝无裂纹

在模组、Pack焊接过程中,相对于电芯采用的3000和1000系列铝合金,模组和Pack上采用的5000、6000、7000系列铝合金材料,其焊接难度又进一步增加。除了焊接气孔、飞溅,焊缝裂纹也是一个更加难以克服的问题。

而采用HighLightFL-ARM环形光斑技术,通过优化环形光斑和中心光斑的功率配比、出光时间等参数,可以实现5000、6000、7000系列铝合金少气孔、少飞溅和无裂纹的焊接。

下图分别展示了搭接、对接、角接各种不同接头形式的焊缝。

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▲AL5083 + AL6063, 搭接焊缝

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▲AL5083 角接焊缝

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▲AL5083, 对接焊缝

通过以上实例不难看出,相干公司HighLightFL - ARM可调节环形光斑模式激光技术,解决动力电池激光焊接难题的同时,还极大地提高了激光焊接工艺的质量和效率。

最后要提及的是,作为全球领先的激光公司之一,Coherent(相干公司) 不仅在锂电高功率光纤激光器领域占据不错的市场份额,其已为商用、工业、科学应用等多领域提供了激光器、激光子系统和成套激光系统等完整产品组合。

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