リチウム電池分野におけるレーザー溶接の応用
Sep 25, 2023
リチウム電池分野におけるレーザー溶接の応用
リチウムイオン電池は、比エネルギーが高く、サイクル寿命が長く、自己放電が少なく、メモリー効果がないため、さまざまな電子機器（携帯電話、ノートパソコン、PDA、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなど）に広く使用されています。そして汚染もありません。 交通機関（パトカー、電動自転車、電気自動車など）と同様に、我が国のエネルギー分野に支えられたハイテク産業となっています。
動力用電池とは、電気自動車に使用される電池を指します。 小容量のバッテリー（携帯電話、ノートパソコンのバッテリーなど）と比べて、容量と出力が大きく、電気自動車の駆動用電源や大型のモバイル電源用途に使用できます。 二次電池のこと。 リチウムイオン電池や電池パックの製造工程には、防爆バルブのシール溶接、タブ溶接、ソフトコネクション溶接、安全ヘルメットのスポット溶接、電池ケースのシール溶接、モジュール、パックなど多くの工程があります。溶接。 レーザー溶接は最良のプロセスです。 パワーバッテリーの溶接に使用される材質は、主に純銅、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼などです。
1. バッテリー防爆バルブの溶接
バッテリーの防爆バルブは、バッテリー封口板上の薄肉のバルブ本体です。 バッテリーの内圧が規定値を超えると防爆弁体が破裂し、バッテリーの破裂を防ぎます。 安全弁は巧妙な構造をしており、その工程には非常に厳密なレーザー溶接工程が必要です。 連続レーザー溶接が使用される前は、バッテリーの防爆バルブの溶接にはパルスレーザー溶接が使用されていました。 はんだ接合部の重なりと被覆により、連続的なシール溶接が実現されました。 しかし、溶接効率が低く、シール性も比較的劣っていました。 連続レーザー溶接により高速かつ高品質な溶接が可能となり、溶接の安定性、溶接効率、歩留まりが保証されます。
2. バッテリータブの溶接
タブは通常 3 つの素材に分かれています。 電池の正極にはアルミニウム（Al）材料が使用され、負極にはニッケル（Ni）材料または銅メッキニッケル（Ni-Cu）材料が使用されます。 動力電池の製造プロセスでは、電池のタブと極を溶接することがステップの 1 つです。 二次電池の製造では、別のアルミニウム製安全弁を溶接する必要があります。 溶接では、タブとポールを確実に接続するだけでなく、溶接が滑らかで美しいことも求められます。
3. スポット溶接によるバッテリー極
バッテリーの極ストリップに使用される材料には、純アルミニウムストリップ、ニッケルストリップ、アルミニウムとニッケルの複合ストリップ、および少量の銅ストリップが含まれます。 バッテリーの極板の溶接には通常、パルス溶接機が使用されます。 IPG の QCW 準連続レーザーの登場により、バッテリーの極板溶接にも広く使用されるようになりました。 同時に、ビーム品質が良いため、溶接スポットを非常に小さくすることができます。 これには、高反射率のアルミニウム ストリップ、銅ストリップ、および狭帯域バッテリー ポール ストリップ (ポール ストリップ幅 1.5 mm 未満) の溶接を扱う際に独自の利点があります。
4. パワーバッテリーシェルとカバープレートのシールと溶接
動力電池のシェル材質にはアルミニウム合金やステンレス鋼などがあります。 その中で、アルミニウム合金が最も多く使用され、通常は 3003 アルミニウム合金が使用されますが、純アルミニウムを使用するものもあります。 ステンレス鋼は、レーザー溶接性に最も優れた材料であり、特に 304 ステンレス鋼です。 パルスレーザーでも連続レーザーでも、外観と性能の良い溶接が得られます。
アルミニウムおよびアルミニウム合金のレーザー溶接性能は、使用される溶接方法によって若干異なります。 純アルミニウムおよび3系アルミニウム合金を除き、パルス溶接や連続溶接でも問題ありません。 他のシリーズのアルミニウム合金の場合、亀裂の感受性を低減するには、連続レーザー溶接が最適な選択です。 同時に、パワーバッテリーケースの厚さに応じて、適切な出力のレーザーを選択してください。 一般に、ケースの厚さが 1 mm 未満の場合は、1000 W 以内のシングルモード レーザーの使用を検討できます。 厚さが 1 mm を超える場合は、1000 W を超える出力のシングルモードまたはマルチモード レーザーを使用する必要があります。
小容量のリチウム電池は比較的薄いアルミニウム シェル (厚さは約 0.25mm) を使用することが多く、18650 など一部の電池はスチール シェルを使用します。 ケースの厚さのため、このタイプのバッテリーの溶接には通常、低出力のレーザーが使用されます。 連続レーザーを使用して薄殻リチウム電池を溶接すると、効率が 5 ～ 10 倍向上し、外観と密閉性が向上します。 したがって、この応用分野では徐々にパルスレーザーに置き換わる傾向にあります。
5. 動力電池モジュールとパックの溶接
動力電池間の直列および並列接続は、通常、接続部品を単一電池に溶接することによって完了します。 正極と負極の材質は異なり、一般的には銅とアルミニウムです。 銅とアルミニウムはレーザー溶接後に脆い化合物を形成するため、使用要件を満たすことができません。超音波溶接に加えて、銅と銅、アルミニウムとアルミニウムはレーザー溶接されるのが一般的です。 同時に、銅とアルミニウムはどちらも熱の伝導が非常に速く、レーザーの反射率が非常に高く、接続ピースの厚さが比較的厚いため、溶接を行うには高出力のレーザーが必要です。
リチウム電池のレーザー溶接の特徴
リチウム電池セルの製造から電池パックの組み立てまで、溶接は非常に重要な製造プロセスです。 リチウム電池の導電性、強度、気密性、金属疲労、耐食性は、電池溶接の代表的な品質評価基準です。 。 溶接方法と溶接プロセスの選択は、バッテリーのコスト、品質、安全性、一貫性に直接影響します。 レーザー溶接は、安全で信頼性の高い溶接、精密技術、環境保護などの利点により、多くの溶接作業で推奨されるソリューションとなっています。
| レーザー溶接の利点 | |
| 1. | レーザー溶接は、正極材料、負極材料、セパレータ、電解液などの原材料を部品全体に分割する一貫した製造プロセスです。 すべての原材料はバッテリーセルまたはパックモジュールに溶接され、自動車分野で直接使用できます。 |
| 2. | 通常の電池原材料はコストに占める割合が増加しており、トン単位で大量に購入されます。 レーザー溶接装置は基本的に原材料を一度に購入することでコストを節約します。 |
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レーザー溶接は、高い溶接品質と自動化により、自動車用バッテリーの安全性、信頼性、耐用年数を大幅に向上させることができます。
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