파워 리튬이온 배터리 용접 방법 및 공정 소개

전력 리튬 배터리 제조 공정 중 용접 방법 및 공정의 합리적인 선택은 배터리의 비용, 품질, 안전성 및 일관성에 직접적인 영향을 미칩니다.

1. 레이저 용접 원리

파이버 레이저 용접기는 레이저 빔의 뛰어난 지향성과 높은 출력 밀도를 사용하여 작업합니다. 레이저 빔은 광학 시스템을 통해 작은 영역에 집중되어 매우 짧은 시간에 용접 영역에 고농축 열원을 형성합니다. 용접 대상물이 녹아 견고한 용접점과 용접 이음매가 형성되도록 합니다.

2. 레이저 용접 방식

열전도 용접 및 심용입 용접

레이저 출력 밀도는 105~106w/cm²로 레이저 열전도 용접을 형성하고, 레이저 출력 밀도는 105~106w/ cm² 로 레이저 심용입 용접을 형성합니다.

관통 및 심 용접

관통 용접, 연결 부분을 펀칭할 필요가 없으며 가공이 비교적 간단합니다. 관통 용접에는 더욱 강력한 레이저 용접기가 필요합니다. 용입용접은 심용접에 비해 용입깊이가 낮아 신뢰성이 상대적으로 떨어진다.

관통 용접에 비해 심 용접에는 더 작은 출력의 레이저 용접기가 필요합니다. 심용접은 용입깊이가 용입용접에 비해 높고 신뢰성이 상대적으로 좋다. 그러나 연결 부분을 펀칭해야 하기 때문에 상대적으로 가공이 어렵습니다.

펄스 용접 및 연속 용접

1) 펄스 모드 용접

레이저 용접 중에는 적절한 용접 파형을 선택해야 합니다. 일반적으로 사용되는 펄스 파형에는 구형파, 피크 파, 이중 피크 파 등이 포함됩니다. 알루미늄 합금 표면의 빛에 대한 반사율이 너무 높습니다. 고강도 레이저 빔이 재료 표면에 닿으면 금속 표면은 반사로 인해 레이저 에너지의 60%-98%가 손실되고 반사율은 표면 온도에 따라 변합니다. 일반적으로 알루미늄 합금을 용접할 때에는 첨두파와 이중봉파를 선택하는 것이 가장 좋습니다. 이러한 종류의 용접 파형 뒤에 있는 감속 부분의 펄스 폭이 길어 기공 및 균열 발생을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

펄스 레이저 용접 샘플

레이저에 대한 알루미늄 합금의 반사율이 높기 때문에 레이저 빔이 수직으로 입사하여 수직 반사를 일으키고 레이저 포커싱 미러가 손상되는 것을 방지하기 위해 용접 헤드는 일반적으로 용접 공정 중에 특정 각도로 편향됩니다. 솔더 조인트의 직경과 유효 조인트 표면의 직경은 레이저 경사각이 증가함에 따라 증가합니다. 레이저 경사각이 40°일 때 가장 큰 솔더 조인트와 효과적인 조인트 표면이 얻어집니다. 레이저 경사각에 따라 용접점 침투 및 유효 침투가 감소합니다. 60보다 크면 유효 용접 침투가 0으로 떨어집니다. 따라서 용접 조인트를 특정 각도로 기울임으로써 용접 침투 깊이와 너비를 적절하게 늘릴 수 있습니다.

또한 용접 시 용접 이음새를 경계로 레이저 용접 지점 부분 커버 플레이트의 65%와 쉘의 35%를 용접해야 하므로 커버 폐쇄 문제로 인한 폭발을 효과적으로 줄일 수 있습니다.

2) 연속 모드 용접

연속 레이저 용접의 가열 공정은 펄스 기계의 급격한 냉각 및 가열과 다르기 때문에 용접 중 균열 경향이 그다지 뚜렷하지 않습니다. 용접 품질을 향상시키기 위해 연속 레이저 용접이 사용됩니다. 용접 표면은 매끄럽고 균일하며, 스패터나 결함이 없고 용접 내부에 결함이 없습니다. 균열이 발견되지 않았습니다. 알루미늄 합금 용접에서 연속 레이저의 장점은 명백합니다. 기존 용접 방법에 비해 생산 효율성이 높고 와이어 충진이 필요하지 않습니다. 펄스 레이저 용접과 비교하여 용접 후 발생하는 균열, 다공성, 스패터 등과 같은 결함을 해결할 수 있습니다. 용접 후 알루미늄 합금이 우수한 기계적 특성을 갖도록 보장합니다. 용접 후 찌그러짐이 없으며 용접 후 연마 및 연마량이 줄어들어 생산 비용이 절감됩니다. 그러나 연속 레이저의 스폿은 상대적으로 작기 때문에 공작물의 조립 정확도는 요구 사항이 더 높습니다.

3. 레이저 용접의 장점

• 파이버 레이저 발생기를 갖춘 자동 CNC 레이저 용접기는 집중된 에너지, 높은 용접 효율, 높은 가공 정밀도 및 큰 용접 깊이 대 너비 비율을 갖추고 있습니다. 레이저 빔은 광학 기기를 통해 초점을 맞추고 정렬하고 안내하기 쉽습니다. 공작물로부터 적절한 거리에 배치할 수 있으며 공작물 주위의 고정물이나 장애물 사이로 방향을 바꿀 수 있습니다. 위에서 언급한 공간적 제약으로 인해 다른 용접 방법을 사용할 수 없습니다.
• 열 입력이 작고 열 영향 영역이 작으며 공작물의 잔류 응력 및 변형이 작습니다. 용접 에너지를 정확하게 제어할 수 있고 용접 효과가 안정적이며 용접 외관이 좋습니다.
• 비접촉 용접, 광섬유 전송, 우수한 접근성 및 높은 자동화 수준. 얇은 재료나 가는 선재를 용접할 때 아크용접과 같은 멜트백 문제가 없습니다. 파워 리튬 배터리에 사용되는 셀은 경량화 원칙을 따르기 때문에 일반적으로 더 가벼운 알루미늄으로 만들어지며 더 얇게 만들어집니다. 일반적으로 쉘, 커버, 바닥의 크기는 기본적으로 1.0mm 미만이 요구됩니다. 현재 주류 제조사의 기본 소재 두께는 모두 0.8mm 정도이다.
• 특히 구리 재료와 알루미늄 재료를 용접할 때 다양한 재료 조합에 고강도 용접을 제공할 수 있습니다. 이는 또한 전기도금된 니켈을 구리 재료에 납땜할 수 있는 유일한 기술이기도 합니다.

4. 레이저 용접 공정의 어려움

1. 현재 알루미늄 합금 배터리 쉘은 전체 전력 리튬 배터리의 90% 이상을 차지합니다. 용접의 어려움은 알루미늄 합금의 레이저 반사율이 매우 높고 용접 공정 중 기공의 민감도가 높다는 점입니다. 일부 문제와 결함은 용접 중에 필연적으로 발생하며, 그 중 가장 중요한 것은 기공, 뜨거운 균열 및 폭발입니다.
2. 알루미늄 합금의 레이저 용접 공정 중에 기공이 나타나기 쉽습니다. 크게 두 가지 유형이 있습니다: 수소 기공과 기포 파열로 인한 기공. 레이저 용접은 냉각 속도가 너무 빠르기 때문에 수소 구멍의 문제가 더욱 심각하며, 레이저 용접에서는 작은 구멍이 붕괴되어 나타나는 추가적인 유형의 구멍이 있습니다.
3. 열 균열 문제. 알루미늄 합금은 전형적인 공융 합금이다. 용접 결정 균열, HAZ 액화 균열 등 용접 중에 고온 균열이 발생하기 쉽습니다. 용접 영역의 구성 요소 편석으로 인해 공융 편석이 발생하고 결정립계 용융이 발생합니다. 응력을 받으면 결정립 경계에 액화 균열이 형성되어 용접 조인트의 성능이 저하됩니다.
4. 폭발(튀김이라고도 함) 문제. 재료의 청결도, 재료 자체의 순도, 재료 자체의 특성 등 폭발을 일으키는 요인은 다양합니다. 결정적인 요인은 레이저의 안정성입니다. 껍질 표면의 돌출, 기공, 내부 기포. 주된 이유는 섬유 코어 직경이 너무 작거나 레이저 에너지 설정이 너무 높기 때문입니다. 일부 레이저 장비 공급업체에서 홍보하는 것처럼 빔 품질이 좋을수록 용접 효과가 더 좋아지는 것은 아닙니다. 좋은 빔 품질은 침투 깊이가 더 큰 중첩 용접에 적합합니다. 올바른 프로세스 매개변수를 찾는 것이 문제 해결의 열쇠입니다.

기타 어려움

1. 소프트 포장 탭을 용접하려면 높은 용접 툴링이 필요합니다. 용접 간격을 확보하려면 탭을 단단히 눌러야 합니다. S자, 나선형 등 복잡한 궤적의 고속 용접을 실현하여 용접 접합 면적을 늘리고 용접 강도를 강화할 수 있습니다.
2. 원통형 배터리 코어 용접은 주로 양극 용접에 사용됩니다. 음극의 껍질이 얇기 때문에 용접이 매우 쉽습니다. 예를 들어, 일부 제조업체에서는 현재 음극에는 무용접 공정을 사용하고 양극에는 레이저 용접을 사용합니다.
3. 각형 배터리 조합을 용접하면 극이나 연결 부분이 두껍게 오염됩니다. 연결편을 용접할 때 오염물질이 분해되어 용접 폭발점과 구멍이 쉽게 형성됩니다. 얇은 기둥과 그 아래에 플라스틱 또는 세라믹 구조 부품이 있는 배터리는 용접하기 쉽습니다. 입다. 극이 작으면 플라스틱이 타서 폭발점이 생길 정도로 용접되기 쉽습니다. 다층 연결 시트를 사용하지 마십시오. 층 사이에 구멍이 있어 견고하게 용접하기 어렵습니다.
4. 각형 배터리의 용접 공정에서 가장 중요한 공정은 쉘 커버의 포장으로, 위치에 따라 상단 커버와 하단 커버의 용접으로 구분됩니다. 생산하는 배터리는 크기가 작기 때문에 일부 배터리 제조업체는 딥 드로잉 공정을 사용하여 배터리 쉘을 제조하고 상단 덮개만 용접하면 됩니다.

5. 용접품질에 영향을 미치는 요인

레이저 용접은 현재 고급 배터리 용접에 권장되는 중요한 방법입니다. 레이저 용접은 레이저의 고에너지 빔을 가공물에 조사하여 작업 온도를 급격하게 상승시켜 가공물을 녹인 후 다시 접합하여 영구적인 접합을 형성하는 공정입니다. 레이저 용접의 전단 강도와 인열 저항은 비교적 좋습니다. 배터리 용접의 전도성, 강도, 기밀성, 금속 피로 및 내식성은 일반적인 용접 품질 평가 기준입니다.

레이저 용접의 품질에 영향을 미치는 요소는 다양합니다. 그 중 일부는 극도로 불안정하고 상당한 불안정성을 갖고 있습니다. 용접 품질을 보장하기 위해 고속 및 연속 레이저 용접 중에 적절한 범위 내에서 제어되도록 이러한 매개변수를 올바르게 설정하고 제어하는 ​​방법. 용접심 형성의 신뢰성과 안정성은 레이저 용접 기술의 실용화 및 산업화와 관련된 중요한 문제입니다. 레이저 용접 품질에 영향을 미치는 중요한 요소는 용접 장비, 공작물 상태 및 공정 매개 변수의 세 가지 측면으로 구분됩니다.

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