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激光焊接动力电池行业应用--工艺革新势在必行

  动力电池即为工具提供动力来源的电源,多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。动力电池作为主要电源蓄电池广泛应用于工业、生活等方方面面。近期,随着新能源汽车产销火爆,中国已然成为全球市场,一时之间,关于动力电池上下游产业链的发展广受媒体关注。

  动力电池是新能源汽车的核心零部件,直接决定整车性能,其生产流程可分为前端、中端和后端设备,设备的精度和自动化水平将直接影响到电池的效率和一致性。2020年动力锂电池的总需求量将达37GWh,是2014年的十倍以上,动力电池扩产将直接拉动设备需求。而作为链接上游原料和下游产品的中游设备,激光焊接工艺开始进入人们视野,但其工艺应用的神秘性,至今还蒙上一层神秘面纱。得益于身在激光行业内,笔者今日摸着行业发展的脉搏点准六大穴位,借机拨开面纱,揭秘激光焊接在动力电池行业的应用。

  穴位1:全融合

  对于动力电池生产企业简而言之,激光焊接是一个将正负极材料、隔膜和电解液等原材料化零为整的融合制造过程,是整个动力电池生产流程中的关键工艺。将所有原材料焊接成电池电芯、PACK模组,可直接用于传统消费电子、电子工具、电动自行车、储能电站及新能源汽车领域。

  另一方面,激光焊接在动力电池中的地位也可以从焊接设备的成本价值上体现出来。以电池原料为对比,原料在成本中占比是持续性的且以吨为单位购入;激光焊接设备基本是一次性到位,不同工艺或类型的焊接设备价值数额在数十万位至数百万位人民币,在电池厂投入中占比5-15%,在电池组pack厂投入占比10-40%不等。

  穴位2:全对比

  电池制造过程涉及的焊接技术十分广泛,如超声波焊、电阻焊和激光焊接等。焊接方法与工艺的合理选用,直接影响电池的生产成本、质量的可靠性与使用的安全性。激光焊接作为电池生产一项非常重要的工艺环节,对电池的一致性,稳定性和安全性有很大的影响,动力电池激光焊接部位多,工艺难度大,对焊接工艺要求更高。通过高效精密的激光焊接可以大大提高汽车动力电池安全性、可靠性和使用寿命,必将为今后的汽车动力技术的发展提供重要保障。

  对比发现,激光焊接优势在于焊材损耗小、被焊接工件变形小、设备性能稳定易操作,焊接质量及自动化程度高。其工艺上的优势是其它焊接方式无法比拟的。

  穴位3:全工艺

  动力电池的电芯按其外型可分方形、圆柱、软包、18650等不同类型,在所有形状电池中,激光焊接工艺应用最全面的为圆柱电池焊接,在此以圆柱动力电池工艺流程为例,激光焊接的工序应用如下图所示:

  经历上述激光焊接工序后,继续一步将单体电芯多个组装,就形成应用于电动自行车、电动汽车上的PACK电池组,如国际领跑的特斯拉就应用了7000多块松下NCR 18650 3100mah电池合成的PACK电池组,以此来满足高续航能力。

  穴位4:更高效

  市场上应用于动力电池的激光设备从外观上看虽是“乱花渐欲迷人眼”,但最终达成的殊途同归的作用。以工艺的复杂程度和设备占用空间上区分,激光焊接设备基本可以分为三种类型:中试设备、全自动工作站和全自动流水线。

  中试设备,基本为单机半自动操作台,应用于初期中试产品的测试和小批量生产。


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