ריתוך לייזר: מחסומים בתהליך גבוה, טכנולוגיות סוללה חדשות כגון צילינדרים גדולים המושכים נפחי ריתוך כלפי מעלה
טכנולוגיית לייזר משמשת בחיתוך, ניקוי, ריתוך וקידוד של סוללות ליתיום בגלל היעילות הגבוהה שלה, גמישות, אמינות ויציבות, אובדן נמוך של חומר ריתוך, אוטומציה גבוהה ובטיחות. מונע על ידי התמיכה החזקה של מדיניות לאומית וקידום ויישום מואץ של רכבי אנרגיה חדשים, הביקוש לסוללות כוח לרכב בסין גדל באופן משמעותי. בשלושת מרכיבי הליבה של סוללת רכבי אנרגיה חדשים, מנוע, בקרה חשמלית, סוללת הליתיום של רכיב הליבה בעלות הרכב היוותה שיעור גבוה, אך גם קבעה ישירות את טווח הנסיעה של הרכב. ייצור סוללות ליתיום מורכב מסדרה של תהליכים, המחולקים לשלושה חלקים עיקריים: ייצור אלקטרודות, ייצור תאים והרכבה של סוללות. איכות סוללת הליתיום קובעת באופן ישיר את הביצועים של רכב האנרגיה החדש ולכן דורשת את הדיוק הגבוה ביותר בתהליך הייצור שלה. טכנולוגיית לייזר, ככלי ייצור "קל" מתקדם, משמשת בתהליכי חיתוך, ניקוי, ריתוך וקידוד של רכיבי סוללות ליתיום, בשל היעילות והדיוק הגבוהים שלה, גמישות, אמינות ויציבות, אובדן נמוך של חומר ריתוך, אוטומציה ובטיחות.
2. ריתוך לייזר: מחסומי תהליך גבוהים, טכנולוגיות סוללה חדשות כגון צילינדרים גדולים מושכים נפחי ריתוך כלפי מעלה
2.1 עיקרון: כדי להבטיח את בטיחות הסוללה, איכות הריתוך תלויה בבקרת אנרגיית הלייזר ובפרמטרים של התהליך.
ריתוך לייזר יש יתרונות רבים כגון התכה עמוקה, מהירות גבוהה ועיוות נמוך, אשר יכול לשפר באופן משמעותי את הבטיחות של סוללות כוח. כטכנולוגיית ריתוך מודרנית, לריתוך לייזר יש את היתרונות של התכה עמוקה, מהירות גבוהה, דפורמציה נמוכה, דרישות נמוכות לסביבת הריתוך, צפיפות הספק גבוהה, שאינה מושפעת משדות מגנטיים, אינה מוגבלת לחומרים מוליכים, אינה דורשת תנאי עבודה בוואקום ואינה מייצרת קרני רנטגן במהלך תהליך הריתוך וכו '. הוא נמצא בשימוש נרחב בתחום הייצור המדויק היוקרתי, במיוחד בתעשיות רכבי האנרגיה וסוללות הכוח החדשים. חלקי ריתוך סוללת כוח הם רבים, קשים ודורשים דיוק גבוה. ליצרני סוללות חשמל יש גם דרישות גבוהות לאוטומציה, בטיחות, דיוק ויעילות עיבוד של ציוד ייצור סוללות. היתרונות הייחודיים של טכנולוגיית ריתוך לייזר יכולים לשפר באופן משמעותי את הבטיחות, האמינות והעקביות של סוללות, להפחית עלויות ולהאריך את חיי השירות, מה שהופך אותה לבחירה האופטימלית עבור יצרני סוללות כוח.
מרכיבי הליבה העיקריים הקובעים את איכות ריתוך הלייזר הם בקרת אנרגיית הלייזר וטכנולוגיית תהליך הריתוך. בקרת אנרגיית לייזר: (1)מכיוון שלחומר שיש לרתך יש קצבי בליעה שונים עבור אורכי גל שונים של אור לייזר (שיכולים לנוע בין 5% ל-50%), הבחירה במקור לייזר יכולה לעשות את כל ההבדל. על מנת לספק קרן לייזר ריתוך אחידה ויציבה לחלק המרותך, כוח פלט הלייזר צריך להיות עקבי או מבוקר במדויק. הספק נמוך מדי יוביל להמסת ריתוך לא מספקת וישפיע על איכות הריתוך, הספק גבוה מדי או תנודות למעלה ולמטה יובילו להתזה, נקבוביות והשפעות לא רצויות אחרות. לכן, השליטה של מקור הלייזר הופכת לאחת הטכנולוגיות הקריטיות ביותר לריתוך לייזר.
(2)אפקט ריתוך הלייזר הוא מורכב, וקשור לעשרות גורמים כגון אורך גל לייזר, צפיפות הספק, זמן ריתוך, זווית ראש ריתוך, מרחק מוקד, קצב ספיגת לייזר וניקיון הריתוך, עובי ומוליכות תרמית של הריתוך, סוג וזרימת גז המיגון. לכן, טכנולוגיית ריתוך לייזר היא גם אחד הגורמים המרכזיים המשפיעים על איכות הריתוך, הדורשים מטכנאי תהליך ריתוך לייזר לחקור ברציפות את הסיכום, רק תקופה ארוכה של הצטברות ניסיונית יכולה להשיג תוצאות ריתוך טובות.
על פי עקרון העבודה ריתוך ניתן לחלק לחמישה סוגים, בהתאם לדרישות היישום שיטות ריתוך שונות נבחרים כדי להשיג את התוצאות הטובות ביותר. בהתאם לעקרון הפעולה, ריתוך לייזר יכול להיות מחולק לחמש קטגוריות: ריתוך הולכה חום, ריתוך היתוך עמוק, ריתוך מרוכב, ריתוך מרוכב, brazing לייזר וריתוך הולכה לייזר. בהתאם ללקוח וליישום העיבוד, נבחרת שיטת הריתוך המתאימה כדי להשיג את תוצאות הריתוך הטובות ביותר האפשריות.
2.2 מצב היישום: ייצור ליבה, ריתוך PACK בשווי של כ-10-30 מיליון/GWh
ריתוך לייזר משמש לייצור תאי כוח בתהליך ייצור התאים ובתהליך ה- PACK של הסוללה. בייצור תאי כוח, המקטעים העיקריים המשתמשים בריתוך לייזר כוללים: (1)תהליך ביניים: ריתוך של זיזים (כולל ריתוך מראש), ריתוך נקודתי של פסי מוט, ריתוך מראש של ליבות לתוך המעטפת, איטום ריתוך של הכיסוי העליון של המעטפת החיצונית, איטום ריתוך של יציאת הזרקת הנוזל וכו '(2)לאחר התהליך: כולל ריתוך של חתיכת החיבור במודול PACK הסוללה וריתוך השסתום חסין הפיצוץ על הכיסוי שמאחורי המודול, וכו. נפח הערך שלפני הריתוך הוא כ -10-30 מיליון יואן / GWh. ציוד ריתוך לייזר ביצרני סוללות הכוח להשקיע בכ -5-15%, על פי השקעת ציוד GWh יחיד של סוללת כוח של כ -200 מיליון יואן, ציוד ריתוך לייזר סוללת הכוח הנוכחית השקעה אחת של GWh ב -10 מיליון יואן עד 30 מיליון יואן.
2.3 ביקוש: מפעלי מוליכים למחצה מרחיבים את הוצאות ההון על רקע "מחסור בליבה" העולמי, פריחת הציוד נמשכת כלפי מעלה
4680 צילינדרים גדולים יש דרישות גבוהות יותר לתהליכי לייזר, ונפחי הריתוך צפויים לעלות בהשוואה לתאים מרובעים וצילינדרים קטנים. תא 4680 דורש תהליך לייזר תובעני יותר והצורה הבלתי מבוקרת של הזיזים היא תהליך קשה. סוללת 4680 משתמשת בתהליך סיכה מלא, שוברת את התבנית של הסוללה המסורתית עם סיכה חיובית אחת ושלילית אחת, שנוטה לקצרים, ומיוצרת עם שני חלקים סגורים, המהווים מכשול מרכזי לחדירת אלקטרוליטים, ואת הזיזים המרובים קשה לקפל בצורה מסודרת ודורשים תהליך לייזר גבוה יותר. 4680 ריתוך לייזר של תאים גליליים גדולים גדל במונחים של תהליך ריתוך וציוד ריתוך נדרש בהשוואה לתאים מרובעים ותאים גליליים קטנים בהתאמה. בהשוואה לתאים מרובעים, תהליך ריתוך הלייזר עבור סיכה מלאה של גליל גדול גדל מ 5 ל 7 מעברים. במונחים של תאים גליליים קטנים, לקו GWh היחיד יש 5 מכונות ריתוך נוספות בהשוואה לקווי התאים של 18650 ו-21700. בשילוב עם האמור לעיל, אנו מאמינים כי הביקוש לריתוך לייזר של 4680 צילינדרים גדולים צפוי לגדול בהשוואה לתאים מרובעים וצילינדרים קטנים.
טכנולוגיית קישור ריתוך אחרת: כדי לפתור את הבעיה של ריתוך מתכת שונה, כגון PACK סוללה בריתוך הפסים צפויה להיות מוחלפת בריתוך לייזר, אנו מעריכים כי ככל שתהליך ריתוך הלייזר ממשיך לנוע למעלה, חדירת ריתוך לייזר צפויה לנוע למעלה. דוגמה לכך היא הלחמת מתכת הטרוגנית Al/Cu של פסי חזה במודולים עורפיים של תאים מרובעים/PACKs. (1)ספיגת האור הנמוך של Al ו-Cu והנטייה לייצר תרכובות מתכת שבירות מאוד הם קשיי Al/Cu: לריתוך לייזר של מתכות שונות של Al/Cu יש מספר מגבלות מאתגרות בשל התכונות הפיזיקליות החומריות השונות מאוד של Al ו-Cu. אחד האתגרים העיקריים הוא הקליטה הנמוכה של Al באורך גל הלייזר של 1um וספיגה נמוכה עוד יותר של Cu; השנייה היא התכונות המטלורגיות של סגסוגת Al-Cu, כלומר תרכובת המתכת השברירית ביותר עלולה להוביל להיווצרות סדקים. ניתן ליצור שלבים בין-מתכתיים עם תוכן Cu של 50-80%.
ריתוך Busbar הוא עדיין לא פתרון לבעיה של תרכובות שבירות, אבל ריתוך לייזר הוא הכיוון הסביר. בשל היווצרות קלה של תרכובות שבירות בין נחושת לאלומיניום לאחר ריתוך לייזר, אשר לא יכול לעמוד בדרישות השימוש, בדרך כלל באמצעות ריתוך קולי בחוץ, נחושת ונחושת, אלומיניום ואלומיניום משמשים בדרך כלל ריתוך לייזר. יחד עם זאת, קצב העברת החום הגבוה של נחושת ואלומיניום, הרפלקטיביות הגבוהה של הלייזר והעובי הגדול יחסית של החלק המצטרף דורשים לייזר בהספק גבוה כדי להשיג את הריתוך. באמצעות תשעה פרמטרים ושיטות שונות של ניסויי התאמה, מתוכם לשבעה יש רווחים שונים, אנו מאמינים כי עם ההתקדמות המתמשכת של תהליך הלייזר בעתיד, הבעיות של ריתוך לייזר Al/Cu של פסי חזה צפויות להיפתר, וריתוך לייזר הוא הכיוון הסביר ביותר.
