چه سلول های منشوری و چه سلول های استوانه ای، جوشکاری یکی از فرآیندهای مهم در تولید باتری است. در خط تولید باتری لیتیومی، بخش تولید فرآیند جوشکاری عمدتاً در مونتاژ سلول و بخش خط PACK متمرکز است، شکل زیر را ببینید:
شرح مختصری از جزئیات فرآیند جوشکاری
1. جوشکاری دریچه ایمنی
دریچه ایمنی که به عنوان شیر فشار شکن نیز شناخته می شود، یک بدنه شیر با دیواره نازک روی درب بالایی باتری است. هنگامی که فشار داخلی باتری از مقدار مشخص شده بیشتر شود، دریچه ایمنی پاره می شود و فشار را آزاد می کند تا از ترکیدن باتری جلوگیری کند. دریچه ایمنی ساختاری مبتکرانه دارد. معمولاً از جوش لیزری برای تثبیت دو ورق فلزی آلومینیومی با یک شکل خاص استفاده می کند. هنگامی که فشار داخلی باتری به مقدار مشخصی افزایش می یابد، ورق آلومینیوم از موقعیت شیار طراحی شده می شکند تا از انبساط و انفجار بیشتر باتری جلوگیری کند. بنابراین، این فرآیند دارای الزامات بسیار سختگیرانه ای در مورد فناوری جوش لیزری است. درز جوش باید آب بندی شود و حرارت ورودی به شدت کنترل می شود تا اطمینان حاصل شود که مقدار فشار آسیب درز جوش در یک محدوده مشخص پایدار است (به طور کلی 0.4~{3}}.7MPa) . خیلی بزرگ یا خیلی کوچک تاثیر زیادی بر ایمنی باتری خواهد داشت.
2. جوشکاری ترمینال
پایانه های صفحه پوشش باتری به دو قطب مثبت و منفی تقسیم می شوند. عملکرد پایانه ها نیز به اتصالات داخلی و خارجی تقسیم می شود. اتصال داخلی جوش زبانه های باتری به پایانه ها است. اتصال خارجی، جوش دادن پایانه های باتری از طریق نوارهای اتصال برای تشکیل مدارهای سری و موازی برای تشکیل بسته باتری است.
ترمینال های باتری معمولاً از آلومینیوم برای الکترود مثبت و مس برای الکترود منفی استفاده می کنند و معمولاً از ساختار پرچ شده استفاده می کنند. پس از اتمام پرچکاری، جوشکاری معمولاً دایره ای به قطر 8 میلی متر انجام می شود. هنگام جوشکاری، تا زمانی که نیروی کششی و خواص رسانایی الزامات طراحی برآورده شود، لیزرهای فیبر یا لیزرهای جوشکاری هیبریدی با کیفیت پرتو خوب و توزیع یکنواخت انرژی ترجیح داده می شوند. برای جوشکاری از لیزر فیبر یا لیزر جوش هیبریدی استفاده کنید. این می تواند پایداری جوشکاری ساختار آلومینیوم-آلومینیوم و جوشکاری ساختار مس-مس پایانه های الکتریکی را درک کند، پاشش را کاهش دهد و در نتیجه عملکرد جوش را بهبود بخشد.
3. جوش اکستنشن زبانه
برگه پسوند زبانه یک جزء کلیدی است که پوشش باتری و رول ژله ای باتری را به هم متصل می کند. همچنین باید جریان اضافه، قدرت و پاشش کم باتری مورد نیاز را در نظر بگیرد. بنابراین، در طول فرآیند جوشکاری با روکش، باید عرض جوش کافی وجود داشته باشد و برای جلوگیری از اتصال کوتاه باتری، اطمینان حاصل شود که هیچ ذره ای روی رول ژله ای باتری نمی افتد. مس به عنوان ماده الکترود منفی، ماده ای با انعکاس بالا با سرعت جذب کم است و در حین جوشکاری به چگالی انرژی بالاتری نیاز دارد.
4. جوش آب بندی قوطی
مواد بدنه باتری های قدرت شامل آلیاژ آلومینیوم و فولاد ضد زنگ است. در این میان آلیاژ آلومینیوم بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد و تعداد کمی از آلومینیوم خالص استفاده می شود. فولاد ضد زنگ ماده ای با بهترین قابلیت جوش لیزری است، به ویژه فولاد ضد زنگ 304. چه با استفاده از لیزر پالسی یا پیوسته، جوش هایی با ظاهر و عملکرد خوب به دست می آید. استفاده از لیزر پیوسته برای جوش دادن باتری های لیتیومی پوسته نازک می تواند کارایی را 5 تا 10 برابر افزایش دهد و ظاهر و خواص آب بندی بهتری دارد. اکنون، به منظور دنبال کردن سرعت جوش بیشتر و ظاهر یکنواخت تر، اکثر شرکت ها شروع به استفاده از جوشکاری هیبریدی و نقطه نور حلقوی برای جایگزینی جوشکاری تک فیبر کم سرعت قبلی کرده اند. در حال حاضر سرعت جوشکاری خطوط تولید انبوه اکثر شرکت ها به 200mm/s رسیده است. برای خطوط جوش فیبر نوری با سرعت پایین برخی از تولید کنندگان، به منظور اطمینان از پایداری مهره جوش، سرعت تولید انبوه عمومی 70 میلی متر در ثانیه است.
5. جوشکاری میخ آب بندی
میخ‌های آب‌بندی (درپوش سوراخ‌های پرکننده) نیز به اشکال مختلفی وجود دارند و شکل آنها معمولاً یک کلاهک گرد به قطر 8 میلی‌متر و ضخامت حدود 0.9 میلی‌متر است. نیاز اساسی برای جوشکاری این است که مقدار فشار مقاومتی به 1.1 مگاپاسکال برسد و نباید سوراخ، ترک یا نقطه انفجار وجود داشته باشد. به عنوان آخرین فرآیند جوشکاری سلول های باتری، بازده جوشکاری میخ آب بندی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به دلیل وجود الکترولیت باقیمانده در هنگام جوشکاری میخ های آب بندی، عیوبی مانند نقاط انفجار و سوراخ های پین ایجاد می شود. راه کلیدی برای سرکوب این عیوب، کاهش حرارت ورودی است. استفاده از جوش لیزری می تواند تا حد زیادی پایداری و سازگاری را بهبود بخشد، بنابراین میزان بازده را تا حد زیادی بهبود می بخشد.
6. PACK جوش شین
ماژول باتری را می توان به عنوان ترکیبی از سلول های لیتیوم یون متصل به صورت سری و موازی با یک دستگاه نظارت و مدیریت باتری منفرد درک کرد. طراحی ساختاری ماژول باتری اغلب عملکرد و ایمنی یک بسته باتری را تعیین می کند. ساختار آن باید سلول های باتری را پشتیبانی، تعمیر و محافظت کند. در عین حال، نحوه برآورده کردن نیازهای اضافه جریان، یکنواختی جریان، نحوه کنترل دمای سلول، و اینکه آیا می توان در صورت بروز ناهنجاری های جدی برای جلوگیری از واکنش های زنجیره ای و غیره، برق را قطع کرد، همه معیارهای قضاوت در مورد کیفیت ماژول های باتری از آنجایی که جوشکاری لیزری بین مس و آلومینیوم تمایل به تشکیل ترکیبات شکننده دارد که نمی توانند الزامات استفاده را برآورده کنند، معمولا از جوشکاری اولتراسونیک استفاده می شود. علاوه بر این، مس و مس، آلومینیوم و آلومینیوم به طور کلی با لیزر جوش داده می شوند. در عین حال، از آنجایی که هم مس و هم آلومینیوم گرما را خیلی سریع هدایت می کنند و بازتاب لیزری بسیار بالایی دارند و ضخامت ورق پسوند زبانه نسبتاً زیاد است، برای دستیابی به جوشکاری به لیزر با توان بالاتر نیاز است.
