تحليل عمليات تصنيع بطاريات الطاقة: تطبيق وتطوير تكنولوجيا اللحام بالليزر

مع التطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة وصناعات تخزين الطاقة، تواجه بطاريات الطاقة، كمكونات أساسية، تحديات كبيرة من حيث دقة التصنيع وجودة اللحام، مما يؤثر بشكل مباشر على سلامة النظام وعمر الدورة وكثافة الطاقة. مع الاعتماد الواسع النطاق لتقنيات الخلايا المنشورية والأسطوانية والخلايا الحقيبةية، أصبح اللحام بالليزر، بكفاءته العالية ودقته العالية وتأثيره الحراري المنخفض، خطوة لا غنى عنها وحاسمة في إنتاج بطاريات الطاقة.

 

 

 

من الخلايا إلى الوحدات النمطية إلى العبوات، تتضمن كل عملية تصنيع في نظام بطارية الطاقة عمليات ربط المواد المعقدة. يستخدم اللحام بالليزر في المقام الأول في المجالات التالية:

 

لحام علامات التبويب وعلامات التبويب الخلية؛

اللحام المسبق-للخلايا في العلب وإغلاقها؛

لحام الغطاء العلوي للوحة غطاء بطارية الطاقة وختم الصمام المضاد للانفجار-؛

لحام الموصلات والمكونات الهيكلية في مراحل وحدة البطارية والحزمة.

 

تشتمل هذه اللحامات على مكونات هيكلية رئيسية مثل لوحة غطاء الألومنيوم للبطاريات، والغطاء العلوي لبطارية الليثيوم، واللوحة ثنائية القطب ثنائية المعدن من النحاس والألومنيوم. تضع هذه اللحامات متطلبات عالية للغاية على اللحام بالليزر للتحكم الحراري وكثافة الطاقة والدقة.

 

 

عادة ما تكون علب وأغطية بطاريات الطاقة مصنوعة من سبائك الألومنيوم (مثل Al3003). وتتمثل وظيفتها الأساسية في تغليف الإلكتروليت وتوفير الدعم الهيكلي لألواح الإلكترود.

يحدد أداء اللحام بشكل مباشر إحكام إغلاق البطارية وقوة الضغط وثباتها على المدى الطويل-.

 

في تصنيع البطاريات المنشورية، تشمل الهياكل الشائعة ما يلي:

غطاء بطارية الليثيوم المنشورية

مظلة بطارية الليثيوم المنشورية

ملحق بطارية الليثيوم المنشورية

 

تنقسم عمليات اللحام بشكل عام إلى لحام جانبي ولحام علوي:

اللحام الجانبي:يمنع بشكل فعال دخول الرذاذ إلى خلية البطارية، ولكنه يتطلب نظافة عالية لسطح المادة واستقرار الليزر.

اللحام العلوي:كفاءة إنتاج عالية وسهولة التكامل الآلي، ولكنها تتطلب رقابة صارمة على مدخلات الحرارة وتشكل حوض اللحام لتجنب تلوث الخلايا.

 

أدى تطبيق الليزر الهجين الأزرق أو الأخضر الجديد إلى تحسين معدل امتصاص لحام سبائك الألومنيوم بشكل كبير، مما يقلل بشكل فعال من المسامية والاختراق غير الكامل، ويزيد من إنتاجية اللحام لأغطية بطاريات الألومنيوم وأغطية صناديق بطاريات الألومنيوم إلى أكثر من 95%.
 

 

 

 

1. اللحام الطرفي

تتكون أطراف بطارية الطاقة عادةً من الألومنيوم الموجب والنحاس السالب، ويعملان كجسر حاسم لتوصيل التيار. يجب أن تلبي عملية اللحام في نفس الوقت متطلبات التوصيل والقوة العالية.

من خلال الجمع بين تقنية ختم التلامس الكهربائي واللحام الدقيق بالليزر، يمكن تحقيق قوة شد نهائية أكبر من أو تساوي 500 ميجاباسكال، مما يمنع "ثقوب الانفجار" التي تسببها المسام أو الشوائب.

 

2. الانفجار - لحام الصمامات

الصمام المضاد للانفجار- عبارة عن هيكل رقيق-مثبت على لوحة غطاء البطارية ويعمل بمثابة صمام تخفيف الضغط. عندما يتجاوز ضغط البطارية الداخلي المستوى الآمن، ينفجر الصمام لمنع حدوث انفجار.

 

يتطلب اللحام بالليزر لحامًا محكم الغلق تمامًا على لوح ألومنيوم بسمك 8 مم، مع الحفاظ على ضغط التمزق بين 0.4 و0.7 ميجا باسكال. تضع هذه العملية متطلبات عالية للغاية على التحكم في الطاقة، والمناطق-المتأثرة بالحرارة، واتساق اللحام.

 

 

تعد المحولات والموصلات المرنة مكونات رئيسية تربط خلايا البطارية والأغطية والمحطات الطرفية. يضمن اللحام بالليزر مسار موصل ذو مقاومة منخفضة- وتلوثًا خاليًا من التناثر-، خاصة في المكونات عالية التوصيل مثل أجزاء ختم النحاس مع نقاط اتصال فضية مثبتة أو أجزاء ختم النحاس المثبتة بالفضة.

 

في التجميع على مستوى الوحدة-، تتطلب الهياكل المركبة مثل أجزاء ختم النحاس مع نقاط اتصال فضية مثبتة ومكونات نحاسية مضغوطة لحام اختراق ليزر عالي الطاقة- لضمان رابطة مستقرة بين موصلات النحاس والألومنيوم السميكة 2 مم- وتلبية متطلبات حمل التيار العالي لمستوى العبوة.

 

 

لقد أتاح الابتكار المستمر في تكنولوجيا اللحام بالليزر تحقيق قفزة نوعية في تصنيع بطاريات الطاقة من حيث السلامة والموثوقية وكثافة الطاقة.

بدءًا من الغطاء العلوي لخلايا البطارية المنشورية، وألواح غطاء بطارية أيون الليثيوم-، وحتى ألواح غطاء البطارية وهياكل ألواح غطاء سبائك الألومنيوم المرتبطة بها، أصبح اللحام بالليزر عملية تصنيع بالغة الأهمية لضمان اتساق المنتج والأداء العالي.

 

في المستقبل، مع الاختراقات المستمرة في اللحام الذكي والمعدات المنتجة محليًا، فإن تصنيع أغلفة وأغطية وأطراف بطاريات الطاقة سوف يتقدم نحو الدقة العالية والموثوقية العالية والصداقة البيئية، مما يوفر قوة دافعة أقوى لصناعة مركبات الطاقة الجديدة.