Proceso de fabricación de baterías eléctricas: explicación de la tecnología de soldadura láser

En el contexto del rápido desarrollo de la industria de vehículos de nueva energía, la calidad de fabricación de las baterías eléctricas, como componente central del vehículo, afecta directamente la seguridad, el ciclo de vida y la densidad de energía del vehículo. Los sistemas de baterías de energía normalmente constan de celdas, módulos de batería y paquetes de baterías (PACK). Su estructura interna implica numerosas conexiones de materiales metálicos, incluidas lengüetas de electrodos, piezas de conexión conductoras, carcasas de baterías y estructuras de encapsulación. Entre estos enlaces de conexión críticos, la soldadura láser, con su alta densidad de energía, procesamiento sin contacto y alta adaptabilidad de la automatización, se ha convertido gradualmente en uno de los procesos importantes en la fabricación de baterías eléctricas. Especialmente en estructuras de carcasa de aleación de aluminio, como carcasas de aluminio para baterías o carcasas de celdas prismáticas, la soldadura láser puede lograr conexiones selladas de alta-precisión, proporcionando un entorno de encapsulación estable y confiable para el interior de la batería.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El proceso de fabricación de baterías eléctricas normalmente incluye varias etapas, como la producción de celdas, el ensamblaje de la etapa intermedia-y la integración del paquete final-. En estas etapas, la soldadura láser se usa ampliamente en procesos clave como la soldadura de lengüetas, la soldadura por puntos de electrodos, la presoldadura de celdas, la soldadura de sellado de carcasas y cubiertas superiores y el sellado de puertos de inyección de líquido. Mientras tanto, en la etapa de ensamblaje del módulo posterior y del PACK, también deben completarse procesos como la soldadura de piezas de conexión, la soldadura de válvulas a prueba de explosiones- y la soldadura de terminales de baterías. Estas estructuras suelen estar integradas directamente en componentes estructurales, como cajas de baterías prismáticas de aleación de aluminio o carcasas de aluminio para celdas de baterías de iones de litio. Por lo tanto, la calidad de la soldadura juega un papel decisivo en el rendimiento de sellado, la resistencia estructural y la estabilidad térmica de la batería.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En la estructura de la celda, la soldadura de sellado entre la carcasa de la batería y la placa de cubierta es uno de los pasos de fabricación más críticos. Las carcasas de las baterías eléctricas suelen estar hechas de aleación de aluminio de la serie 3003, con un espesor generalmente controlado entre 0,6 y 0,8 mm. Se pueden lograr soldaduras de alta-calidad entre la carcasa y la placa de cubierta mediante soldadura láser pulsada de baja-potencia, formando así un espacio estable y sellado. Para las celdas prismáticas, esta estructura generalmente se representa como una carcasa de aluminio de celda prismática o una carcasa de aluminio para una batería prismática de iones de litio-. En la producción real, los defectos de soldadura incluyen principalmente penetración incompleta, porosidad y colapso de la soldadura. Estos defectos afectan directamente el rendimiento del sellado y la resistencia a la presión de la carcasa de la batería, afectando así la vida útil de la batería y el rendimiento de seguridad. La soldadura de terminales de baterías es una estructura de conexión crucial para la conducción de corriente en baterías eléctricas. Los terminales generalmente se dividen en electrodos positivos y negativos, siendo el electrodo positivo típicamente hecho de aluminio y el electrodo negativo de cobre.

 

Se pueden conectar varias celdas en serie o en paralelo mediante conectores de soldadura para formar un módulo de batería completo. Los terminales generalmente están integrados con la cubierta de la batería y se instalan en la estructura superior de la carcasa de aluminio de la celda de litio o la carcasa de aluminio de la batería de celda de litio. En la soldadura real, la soldadura de terminales es propensa a defectos como poros, principalmente debido al pequeño diámetro del área de soldadura y la tendencia a que queden impurezas como aceite de estampado o agentes de limpieza. Bajo irradiación láser de alta-energía-densidad, estas impurezas se vaporizan rápidamente para formar burbujas, que se escapan y crean huecos de soldadura. Por lo tanto, la limpieza previa-a la soldadura y la optimización de la curva de potencia del láser son particularmente importantes.

 

La soldadura de válvulas-a prueba de explosiones es un componente importante de la estructura de seguridad de las baterías eléctricas. Las válvulas-a prueba de explosiones generalmente se instalan en la tapa de la batería y su función es romper y liberar activamente la presión cuando la presión interna de la batería aumenta anormalmente, evitando así accidentes por explosión de la batería. Las válvulas-a prueba de explosiones generalmente se construyen a partir de dos capas de láminas de aluminio-soldadas con láser, y su presión de detonación generalmente se controla entre 0,4 y 0,7 MPa. Esta estructura a menudo se integra en el embalaje de cajas de baterías de aluminio para vehículos de nueva energía o paquetes de baterías con carcasas de aluminio, lo que requiere un control extremadamente estricto sobre el sellado de soldadura y la entrada de calor. Una energía de soldadura excesiva o insuficiente puede provocar presiones de disparo inestables en la válvula a prueba de explosión-, lo que afecta el rendimiento de seguridad general de la batería.

 

Durante la fabricación del módulo de batería, la soldadura del adaptador es un proceso crucial que conecta la celda de la batería a la placa de cubierta. El adaptador no sólo necesita una buena conductividad, sino que también debe soportar importantes cargas de corriente y tensiones mecánicas. En diseños prácticos, el adaptador generalmente está soldado a una carcasa de batería de aluminio embutido o a una carcasa de aluminio para paquete, formando una conexión estable con las pestañas de la celda. Debido a que el cobre tiene una baja absorción láser y una alta reflectividad, se requiere una mayor densidad de energía durante la soldadura de metales diferentes de cobre-aluminio para garantizar la penetración de la soldadura y la resistencia de la unión. Al mismo tiempo, es necesario un control estricto de las salpicaduras para evitar que entren partículas en la celda de la batería y provoquen cortocircuitos.

 

En los sistemas de paquetes de baterías, la calidad de la soldadura de los módulos de baterías afecta directamente la uniformidad actual y el rendimiento de la gestión térmica de todo el sistema. Un módulo de batería consta de varias celdas conectadas en serie y en paralelo, y también requiere un sistema de administración de batería (BMS) para monitoreo y protección. En esta estructura compleja, la soldadura de piezas de conexión normalmente requiere equipos láser de alta-potencia para lograr una soldadura estable de materiales gruesos de cobre o aluminio. Por ejemplo, en sistemas de almacenamiento de energía a gran-escala o paquetes de vehículos de nueva energía, la estructura de conexión generalmente se instala dentro del marco estructural de una carcasa de aluminio para celdas de fosfato de hierro y litio o una carcasa de aluminio para una batería prismática de iones de litio para garantizar la resistencia estructural y la confiabilidad eléctrica del módulo.

 

Aunque la soldadura láser tiene importantes ventajas en la fabricación de baterías eléctricas, persisten varios desafíos técnicos en la soldadura de materiales de aleación de aluminio. Primero, está la cuestión de la porosidad. Debido a la alta solubilidad del hidrógeno en el baño de aleación de aluminio fundido, los poros de hidrógeno se forman fácilmente durante la solidificación rápida. Además, el colapso de los poros durante la soldadura láser también puede crear defectos de porosidad. En segundo lugar, está la cuestión del craqueo en caliente. Dado que las aleaciones de aluminio son aleaciones eutécticas típicas, es probable que se produzcan grietas por licuefacción en los límites de grano durante el enfriamiento de la soldadura, lo que reduce la resistencia de la junta soldada. Estos problemas son particularmente comunes en la soldadura de componentes estructurales críticos, como carcasas de aluminio para celdas de baterías de iones de litio-o cajas de baterías prismáticas de aleación de aluminio.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Otro defecto común son las salpicaduras de soldadura, también conocidas como "salpicaduras". Este fenómeno suele deberse a la contaminación de la superficie de los materiales, una densidad de energía láser excesivamente alta o una estabilidad insuficiente del rayo láser. Cuando hay poros o protuberancias en la superficie del material en el área de soldadura, el láser de alta-energía puede causar rápidamente una evaporación localizada, lo que resulta en salpicaduras de metal. Para los módulos de batería instalados en carcasas de aluminio de celdas prismáticas o estructuras de alojamiento de aluminio de la batería, las salpicaduras que ingresan a la celda pueden provocar fallas de aislamiento o riesgos de cortocircuito. Por lo tanto, en la producción real, es necesario reducir los problemas de salpicaduras optimizando los parámetros del láser, mejorando la limpieza del material y controlando adecuadamente el tamaño del punto.

 

Los procesos de soldadura también difieren en las diferentes estructuras de baterías. Por ejemplo, en el proceso de soldadura de lengüetas de baterías tipo bolsa, se necesitan herramientas especiales para presionar las lengüetas firmemente para garantizar una separación de soldadura estable, logrando así una trayectoria de soldadura en forma de S-o en espiral. Para las baterías cilíndricas, la soldadura se concentra principalmente en el área de conexión del electrodo positivo porque la carcasa del electrodo negativo es más delgada y propensa a quemarse-. Las baterías prismáticas emplean principalmente un método de soldadura de encapsulación de carcasa-y-tapa, generalmente dividido en estructuras soldadas-superior y lateral-. Los métodos de soldadura lateral-reducen el riesgo de que entren salpicaduras en la celda, pero requieren estándares más altos de limpieza del material y estabilidad del equipo. Los métodos de soldadura superior-son más adecuados para la producción en masa, pero requieren técnicas de procesamiento de la carcasa más precisas. Estas estructuras de soldadura se utilizan comúnmente en estructuras de carcasas de baterías, como carcasas de aluminio para baterías prismáticas de iones de litio- o carcasas de baterías de aluminio para vehículos de nueva energía.

 

En general, con el desarrollo de vehículos de nueva energía y de industrias de almacenamiento de energía, la fabricación de baterías eléctricas está evolucionando hacia una mayor precisión, automatización e inteligencia. La tecnología de soldadura láser, con sus ventajas de alta eficiencia, bajo impacto térmico y aplicabilidad a estructuras complejas, se ha convertido en un proceso de fabricación clave en la producción de baterías eléctricas. Desde el empaquetado de celdas hasta el ensamblaje de módulos y la integración del sistema PACK, la tecnología de soldadura láser recorre todo el proceso de fabricación y forma un alto grado de sinergia con componentes estructurales clave, como celdas de litio, carcasas de aluminio y paquetes de baterías con carcasas de aluminio.

 

 

En el proceso de fabricación de baterías eléctricas, las carcasas de baterías de alta-calidad no solo necesitan excelentes propiedades del material, sino que también deben poder adaptarse a procesos de soldadura de precisión. Nuestra empresa se especializa en la investigación, el desarrollo y la fabricación de componentes estructurales para baterías de nueva energía, proporcionando una variedad de soluciones de carcasas de baterías de alta-precisión, incluidas carcasas de baterías de aluminio embutido, carcasas de celdas prismáticas y carcasas de aluminio para celdas de baterías de iones de litio-. Estos componentes están hechos de aleación de aluminio de alta-resistencia y se fabrican mediante procesos de estampado de precisión y embutición profunda, cumpliendo con los estrictos requisitos de las baterías eléctricas en términos de sellado, resistencia estructural y soldabilidad.

 

Nuestros productos se utilizan ampliamente en sistemas de baterías de vehículos de nueva energía, sistemas de baterías de almacenamiento de energía y módulos de baterías de alto-rendimiento, brindando a los clientes carcasas de aluminio para baterías confiables yPaquete de carcasa de aluminioSoluciones para ayudar a mejorar la seguridad y la eficiencia de fabricación de los sistemas de baterías.