الوضع الحالي وآفاق التطوير لتقنية اللحام بالليزر لبطاريات الطاقة

على خلفية التطور السريع لصناعة مركبات الطاقة الجديدة، تحدد بطاريات الطاقة، باعتبارها وحدة الطاقة الأساسية لنظام السيارة بأكمله، بشكل مباشر مستوى أداء السيارة الإجمالي من خلال سلامتها وموثوقيتها واتساقها. بدءًا من الخلايا الفردية إلى الوحدات ثم إلى مجموعة البطارية بأكملها، تعد جودة اللحام أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على عمر البطارية وأداء السلامة والإنتاجية في عمليات التصنيع على نطاق واسع-. من بين طرق اللحام المختلفة، أصبح اللحام بالليزر، نظرًا لكثافة الطاقة العالية والدقة العالية وقدرات الأتمتة العالية، عملية رئيسية لا غنى عنها في تصنيع بطاريات الطاقة.

 

 

لتلبية احتياجات تطوير الطاقة خفيفة الوزن وعالية الكثافة-في مركبات الطاقة الجديدة، يتم استخدام مواد سبائك الألومنيوم بشكل شائع في المكونات الهيكلية لبطاريات الطاقة. تستخدم المكونات مثل أغلفة الخلايا، والأغطية، وقضبان التوصيل عادةً سلسلة 1- من سبائك الألومنيوم أو سلسلة 3، والتي تتمتع بموصلية جيدة، ومقاومة للتآكل، وقابلية للتشكيل. في بعض المناطق التي تتطلب موصلية عالية، يتم استخدام مواد مركبة من النحاس أو الألومنيوم والنحاس.

 

ومع ذلك، فإن سبائك الألومنيوم نفسها لديها تفاعل كيميائي عالي، وموصلية حرارية عالية، ومعامل تمدد خطي عالي، ويشكل سطحها بسهولة طبقة أكسيد كثيفة، مما يجعلها شديدة التعرض للعيوب مثل المسامية، والتناثر، والانفجارات، والشقوق الساخنة أثناء اللحام. علاوة على ذلك، في وصلات المواد المتباينة من الألومنيوم-والنحاس، قد تتشكل مركبات بين معدنية هشة، مما يقلل من قوة الوصلة. تضع خصائص المواد هذه متطلبات عالية للغاية على التحكم في الطاقة، مما يشكل الاستقرار والاتساق في عملية اللحام.

 

 

يتضمن تصنيع بطاريات الطاقة عادةً ثلاث مراحل رئيسية: الخلية، والوحدة النمطية، والحزمة. يوفر الغلاف الخارجي لحزمة البطارية في المقام الأول الدعم الهيكلي والحماية، عادةً باستخدام مقاطع سبائك الألومنيوم الأكثر سمكًا، ويتم لحامها بشكل أساسي باستخدام اللحام القوسي أو اللحام بالتحريك الاحتكاكي.

 

في المقابل، فإن المكونات الداخلية للخلايا والوحدات صغيرة الحجم، ولها هياكل دقيقة، وتتطلب مسافات لحام ضيقة، مما يجعل من الصعب على طرق اللحام التقليدية تحقيق التوازن بين جودة اللحام وسرعة الإنتاج. أصبح اللحام بالليزر، بكثافة الطاقة العالية، وإمكانية الوصول الجيدة، وخصائص المعالجة غير التلامسية-، العملية المفضلة لأغلفة خلايا البطارية، والأغطية، والصمامات المقاومة للانفجار-، وأشرطة التوصيل، والمكونات الأخرى. يتم استخدامه على نطاق واسع في هياكل البطاريات المنشورية ذات الغلاف الألومنيوم-، مثل ألواح غطاء بطارية الطاقة، وألواح غطاء بطارية أيون الليثيوم-، وحافظات بطارية الليثيوم المصنوعة من الألومنيوم.

 

 

تُستخدم أغلفة وأغطية البطارية بشكل أساسي لإغلاق المنحل بالكهرباء وتوفير دعم هيكلي مستقر للأقطاب الكهربائية الداخلية. تحدد جودة اللحام بشكل مباشر أداء ختم البطارية ومقاومة الضغط. تشمل المواد الشائعة سبائك الألومنيوم Al3003، بسماكة تتراوح عادة من 0.3 إلى 0.5 ملم. غالبًا ما تستخدم هذه المنطقة عمليات اللحام بالليزر المركب أو الليزر الحلقي.

 

في الإنتاج الفعلي، تكون هذه اللحامات عرضة للعيوب مثل الاختراق غير الكامل والمسامية والانهيار والترشيش. من خلال التحكم العقلاني في مدخلات الحرارة، وسرعة اللحام، وتوزيع طاقة الليزر، يمكن تثبيت عمق الاختراق بشكل فعال، وتلبية متطلبات مقاومة الضغط. مع التقدم التكنولوجي، أصبح تعديل شكل موجة النبض واللحام بالليزر المستمر عالي السرعة-من الحلول السائدة تدريجيًا، مما أدى إلى تحسين كفاءة الإنتاج بشكل كبير مع تعزيز توحيد اللحام.

 

لمزيد من تحسين الجودة الداخلية للحام، تم إدخال تقنية اللحام بمسح الجلفانومتر وتقنية التذبذب بالليزر في لحام غلاف البطارية. يعمل التحريك الديناميكي للمسبح المنصهر على تسريع هروب الفقاعات وتحسين بنية الحبوب، وبالتالي تحسين الخواص الميكانيكية وموثوقية الختم لمفاصل اللحام. تُستخدم هذه العمليات على نطاق واسع في تصنيع المكونات الهيكلية مثل أغلفة الألومنيوم للخلايا المنشورية وأغطية البطاريات المصنوعة من الألومنيوم.

 

 

تعتبر الصمامات المقاومة للانفجار-مكونات هامة في أنظمة سلامة بطاريات الطاقة. عندما يزيد الضغط الداخلي للبطارية بشكل غير طبيعي، يؤدي التمزق المتحكم فيه إلى إطلاق الغاز، مما يمنع الهروب الحراري والانفجار. تصنع الصمامات المقاومة للانفجار-عادةً من صفائح الألومنيوم النقي، بسمك 0.08–0.1 مم فقط، وهي حساسة للغاية لمدخلات حرارة اللحام.

 

أثناء اللحام بالليزر، يمكن أن تؤدي كثافة الطاقة العالية جدًا بسهولة إلى ارتفاع درجة الحرارة وثقب الصمام المضاد للانفجار-، بينما يمكن أن يؤدي خروج الغاز العنيف من المجمع المنصهر إلى حدوث عيوب في المسام. من خلال تحسين تصميم شكل موجة الليزر، وتقديم قيمة ذروة قصيرة -للمدة في المرحلة الأولية من اللحام لتحسين امتصاص المواد، وتقليل إنتاج الطاقة تدريجيًا في المراحل اللاحقة، يمكن تجنب الاحتراق-بشكل فعال مع ضمان سلامة اللحام.

 

علاوة على ذلك، يعد تعزيز التنظيف المسبق-لللحام لتقليل الزيت والرطوبة المتبقية، والتحكم في فجوات التجميع من خلال تسلسل لحام معقول، من الوسائل المهمة لتقليل عيوب المسامية. تم تطبيق إجراءات تحسين العملية هذه بنجاح في هياكل مثل الغطاء العلوي لبطارية الليثيوم والغطاء العلوي لخلايا البطارية المنشورية.

 

 

مع التوسع السريع في أسواق مركبات الطاقة الجديدة وتخزين الطاقة، يستمر الطلب على عمليات اللحام عالية -الاتساق والموثوقية العالية-في التزايد لبطاريات الطاقة. يركز اتجاه التطوير المستقبلي لتكنولوجيا اللحام بالليزر بشكل أساسي على الجوانب التالية:

 

أولاً، استخدام مصادر الليزر ذات كثافة طاقة أعلى وتحكم أكثر دقة في الطاقة لتلبية احتياجات اللحام للهياكل الرقيقة والأكثر تعقيدًا؛ ثانيًا، المراقبة عبر الإنترنت والتحكم في الحلقة المغلقة- لعملية اللحام لتحسين ثبات اللحام عن طريق الكشف في الوقت الحقيقي- عن حالة المجمع المنصهر؛ وثالثًا، تحسين العملية لربط مواد مختلفة مثل الألومنيوم والنحاس لتلبية احتياجات التطوير لهياكل البطاريات الجديدة ومكونات المواد المركبة مثل الألواح ثنائية القطب المصنوعة من النحاس والألمنيوم.

 

وفي الوقت نفسه، مع استمرار اعتماد هياكل البطاريات المنشورية على نطاق واسع في مركبات الطاقة الجديدة، فإن توحيد عمليات اللحام بالليزر وتطبيقها على نطاق واسع-لمكونات مثل علب البطاريات المنشورية المصنوعة من سبائك الألومنيوم، وأغطية البطاريات المصنوعة من الألومنيوم، وأغلفة الألومنيوم القابلة لإعادة الشحن، سيصبح اتجاهًا مهمًا للتطور التكنولوجي في الصناعة.

 

 

لقد تم دمج تقنية اللحام بالليزر بشكل عميق في العملية الكاملة لتصنيع بطاريات الطاقة، مما يوفر دعمًا حاسمًا لتحقيق مستوى عالٍ من الأمان والاتساق والإنتاج العالي الكفاءة. مع التطور المستمر لأنظمة المواد والتصميم الهيكلي ووتيرة التصنيع، سيستمر اللحام بالليزر في لعب دور أساسي في مجالبطاريات طاقة ذات غلاف من الألومنيوم-.وسوف تظهر آفاق التطبيق الأوسع في صناعة الطاقة الجديدة في المستقبل.