Introducción a los métodos y procesos de soldadura de baterías de iones de litio.

La selección razonable de métodos y procesos de soldadura durante el proceso de fabricación de baterías de litio afectará directamente el costo, la calidad, la seguridad y la consistencia de la batería.

1. Principio de soldadura láser

La máquina de soldadura láser de fibra utiliza la excelente directividad y la alta densidad de potencia del rayo láser para funcionar. El rayo láser se enfoca en un área pequeña a través del sistema óptico, formando una fuente de calor altamente concentrada en el área soldada en muy poco tiempo. zona, de modo que el objeto a soldar se funda y forme un punto de soldadura y una costura de soldadura fuertes.

2. Tipo de soldadura láser

Soldadura por conducción térmica y soldadura por penetración profunda

La densidad de potencia del láser es de 105~106w/㎝² para formar soldadura por conducción de calor por láser, y la densidad de potencia del láser es de 105~106w/ ㎝² para formar soldadura por láser de penetración profunda.

Penetración y soldadura de costura

Soldadura por penetración, no es necesario perforar la pieza de conexión y el procesamiento es relativamente simple. La soldadura por penetración requiere un soldador láser más potente. La profundidad de penetración de la soldadura de penetración es menor que la de la soldadura de costura y su confiabilidad es relativamente pobre.

En comparación con la soldadura por penetración, la soldadura por costura requiere un soldador láser de menor potencia. La profundidad de penetración de la soldadura de costura es mayor que la de la soldadura de penetración y su confiabilidad es relativamente buena. Sin embargo, es necesario perforar la pieza de conexión, lo que es relativamente difícil de procesar.

Soldadura por pulsos y soldadura continua

1) Soldadura en modo pulso

Durante la soldadura láser se deben seleccionar formas de onda de soldadura apropiadas. Las formas de onda de pulso comúnmente utilizadas incluyen ondas cuadradas, ondas pico, ondas de doble pico, etc. La reflectividad de la superficie de aleación de aluminio a la luz es demasiado alta. Cuando un rayo láser de alta intensidad incide en la superficie del material, la superficie del metal perderá entre un 60% y un 98% de la energía del láser debido a la reflexión, y la reflectividad cambia con la temperatura de la superficie. Generalmente, al soldar aleaciones de aluminio, es mejor elegir ondas puntiagudas y ondas de doble pico. El ancho de pulso de la parte de desaceleración detrás de este tipo de forma de onda de soldadura es más largo, lo que puede reducir efectivamente la aparición de poros y grietas.

Muestras de soldadura por láser pulsado.

Debido a la alta reflectividad de la aleación de aluminio al láser, para evitar que el rayo láser incida verticalmente y cause una reflexión vertical y dañe el espejo de enfoque del láser, el cabezal de soldadura generalmente se desvía en un cierto ángulo durante el proceso de soldadura. El diámetro de la unión soldada y el diámetro de la superficie efectiva de la unión aumentan con el aumento del ángulo de inclinación del láser. Cuando el ángulo de inclinación del láser es de 40°, se obtiene la unión de soldadura más grande y la superficie de unión efectiva. La penetración del punto de soldadura y la penetración efectiva disminuyen con el ángulo de inclinación del láser. Cuando es superior a 60, la penetración efectiva de la soldadura cae a cero. Por lo tanto, inclinando la junta de soldadura hasta un cierto ángulo, se puede aumentar apropiadamente la profundidad y el ancho de penetración de la soldadura.

Además, durante la soldadura, con la costura de soldadura como límite, es necesario soldar el 65% de la placa de cubierta parcial del punto de soldadura láser y el 35% de la carcasa, lo que puede reducir eficazmente las explosiones causadas por problemas de cierre de la cubierta.

2) Soldadura en modo continuo

Debido a que el proceso de calentamiento de la soldadura láser continua no es como el enfriamiento y calentamiento repentinos de las máquinas de pulso, la tendencia a las grietas durante la soldadura no es muy obvia. Para mejorar la calidad de la soldadura se utiliza soldadura láser continua. La superficie de la soldadura es lisa y uniforme, sin salpicaduras, sin defectos y sin defectos dentro de la soldadura. No se encontraron grietas. En la soldadura de aleaciones de aluminio, las ventajas del láser continuo son evidentes. En comparación con los métodos de soldadura tradicionales, la eficiencia de producción es alta y no se requiere relleno de alambre. En comparación con la soldadura por láser de pulso, puede resolver los defectos que ocurren después de la soldadura, como grietas, porosidad, salpicaduras, etc., garantiza que la aleación de aluminio tenga buenas propiedades mecánicas después de la soldadura; no habrá abolladuras después de la soldadura y se reduce la cantidad de pulido y pulido después de la soldadura, lo que ahorra costos de producción. Sin embargo, debido a que el punto del láser continuo es relativamente pequeño, la precisión del ensamblaje de la pieza de trabajo no es mayor.

3. Ventajas de la soldadura láser

• La máquina de soldadura láser CNC automática con generador de láser de fibra tiene energía concentrada, alta eficiencia de soldadura, alta precisión de procesamiento y una gran relación profundidad-ancho de soldadura. El rayo láser es fácil de enfocar, alinear y guiar mediante instrumentos ópticos. Puede colocarse a una distancia adecuada de la pieza de trabajo y puede redirigirse entre accesorios u obstáculos alrededor de la pieza de trabajo. No se pueden utilizar otros métodos de soldadura debido a las restricciones de espacio mencionadas anteriormente.
• La entrada de calor es pequeña, la zona afectada por el calor es pequeña y la tensión residual y la deformación de la pieza de trabajo son pequeñas; la energía de soldadura se puede controlar con precisión, el efecto de soldadura es estable y la apariencia de la soldadura es buena;
• Soldadura sin contacto, transmisión por fibra óptica, buena accesibilidad y alto grado de automatización. Al soldar materiales delgados o alambres de diámetro fino, no hay problema de fusión como ocurre con la soldadura por arco. Debido a que las celdas utilizadas en las baterías de litio siguen el principio de ser livianas, generalmente están hechas de aluminio más liviano y más delgadas. Generalmente, básicamente se requiere que la carcasa, la cubierta y la parte inferior tengan menos de 1,0 mm. Los materiales básicos actuales de los principales fabricantes tienen un grosor de alrededor de 0,8 mm.
• Puede proporcionar soldadura de alta resistencia para diversas combinaciones de materiales, especialmente cuando se sueldan materiales de cobre y aluminio. Esta es también la única técnica que puede soldar níquel galvanizado a materiales de cobre.

4. Dificultades en el proceso de soldadura láser

1. En la actualidad, las carcasas de las baterías de aleación de aluminio representan más del 90% de la potencia total de la batería de litio. La dificultad de soldar radica en la extremadamente alta reflectividad de la aleación de aluminio al láser y la alta sensibilidad de los poros durante el proceso de soldadura. Inevitablemente se producirán algunos problemas y defectos durante la soldadura, los más importantes de los cuales son poros, grietas calientes y explosiones.
2. Durante el proceso de soldadura láser de aleación de aluminio, es probable que aparezcan poros. Hay dos tipos principales: los poros de hidrógeno y los poros provocados por el estallido de burbujas. Debido a que la velocidad de enfriamiento de la soldadura láser es demasiado rápida, el problema de los agujeros de hidrógeno es más grave y existe un tipo adicional de agujeros que aparecen debido al colapso de pequeños agujeros en la soldadura láser.
3. Problema de craqueo térmico. La aleación de aluminio es una aleación eutéctica típica. Es propenso a sufrir grietas por calor durante la soldadura, incluidas grietas en el cristal de soldadura y grietas por licuación HAZ. Debido a la segregación de componentes en el área de soldadura, se producirá segregación eutéctica y se producirá la fusión de los límites de grano. Bajo tensión, se formarán grietas por licuación en los límites de los granos, lo que reducirá el rendimiento de las uniones soldadas.
4. Problema de explosión (también conocida como salpicadura). Hay muchos factores que provocan explosiones, como la limpieza del material, la pureza del propio material, las características del propio material, etc. El factor decisivo es la estabilidad del láser. Protuberancias en la superficie de la concha, poros, burbujas internas. La razón principal es que el diámetro del núcleo de la fibra es demasiado pequeño o el ajuste de energía del láser es demasiado alto. No es que cuanto mejor sea la calidad del haz, mejor será el efecto de soldadura, como lo promueven algunos proveedores de equipos láser. Una buena calidad del haz es adecuada para soldadura de superposición con mayor profundidad de penetración. Encontrar los parámetros de proceso correctos es la clave para resolver el problema.

Otras dificultades

1. La soldadura de pestañas empaquetadas blandas requiere un alto uso de herramientas de soldadura. Las pestañas deben presionarse firmemente para asegurar el espacio de soldadura. Puede realizar soldaduras de alta velocidad de trayectorias complejas, como formas en forma de S y en espiral, aumentando el área de unión de la soldadura y fortaleciendo la resistencia de la soldadura.
2. La soldadura de núcleos de baterías cilíndricas se utiliza principalmente para soldar el electrodo positivo. Dado que la carcasa del electrodo negativo es delgada, es muy fácil soldar. Por ejemplo, actualmente algunos fabricantes utilizan un proceso sin soldadura para el electrodo negativo, mientras que para el electrodo positivo se utiliza soldadura láser.
3. Al soldar la combinación de batería cuadrada, los polos o piezas de conexión quedan muy contaminados. Cuando se sueldan las piezas de conexión, los contaminantes se descomponen y forman fácilmente puntos de explosión y agujeros de soldadura. Las baterías con polos delgados y piezas estructurales de plástico o cerámica debajo son fáciles de soldar. tener puesto. Cuando el poste es pequeño, es fácil de soldar hasta el punto de que el plástico se quema, formando un punto de explosión. No utilice hojas de conexión multicapa. Hay agujeros entre las capas y es difícil soldar firmemente.
4. El proceso más importante en el proceso de soldadura de baterías cuadradas es el embalaje de la cubierta de la carcasa, que se divide en la soldadura de la cubierta superior y la cubierta inferior según las diferentes posiciones. Debido a que las baterías que producen son de tamaño pequeño, algunos fabricantes de baterías utilizan un proceso de embutición profunda para fabricar la carcasa de la batería y solo necesitan soldar la cubierta superior.

5. Factores que afectan la calidad de la soldadura

La soldadura láser es actualmente un método importante recomendado para la soldadura de baterías de alta gama. La soldadura láser es un proceso en el que un rayo láser de alta energía irradia la pieza de trabajo, lo que hace que la temperatura de trabajo aumente bruscamente, derritiendo la pieza de trabajo y reconectándola para formar una conexión permanente. La resistencia al corte y al desgarro de la soldadura láser son relativamente buenas. La conductividad, la resistencia, la estanqueidad al aire, la fatiga del metal y la resistencia a la corrosión de la soldadura de baterías son criterios típicos de evaluación de la calidad de la soldadura.

Hay muchos factores que afectan la calidad de la soldadura láser. Algunos de ellos son extremadamente volátiles y tienen una inestabilidad considerable. Cómo configurar y controlar correctamente estos parámetros para que se controlen dentro de un rango apropiado durante la soldadura láser continua y de alta velocidad para garantizar la calidad de la soldadura. La confiabilidad y estabilidad de la formación de cordones de soldadura son cuestiones importantes relacionadas con la practicidad y la industrialización de la tecnología de soldadura láser. Los factores importantes que afectan la calidad de la soldadura láser se dividen en tres aspectos: equipo de soldadura, estado de la pieza de trabajo y parámetros del proceso.

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