Analyse des processus de fabrication des batteries de puissance : application et développement de la technologie de soudage laser

Avec le développement rapide des secteurs des véhicules à énergie nouvelle et du stockage d'énergie, les batteries de puissance, en tant que composants essentiels, sont confrontées à des défis importants en termes de précision de fabrication et de qualité de soudage, ayant un impact direct sur la sécurité du système, la durée de vie et la densité énergétique. Avec l'adoption généralisée des technologies de cellules prismatiques, cylindriques et en poche, le soudage au laser, avec son rendement élevé, sa haute précision et son faible impact thermique, est devenu une étape indispensable et critique dans la production de batteries de puissance.

 

 

 

Des cellules aux modules en passant par les packs, chaque processus de fabrication d’un système de batterie de puissance implique des processus complexes d’assemblage de matériaux. Le soudage laser est principalement utilisé dans les domaines suivants :

 

Soudure de languettes et languettes de cellules ;

Pré-soudage des cellules dans les boîtiers et scellement des boîtiers ;

Soudage du couvercle supérieur de la plaque de recouvrement de la batterie de puissance et scellement de la valve antidéflagrante ; - ;

Soudage des connecteurs et des composants structurels dans les étapes du module de batterie et du pack.

 

Ces soudures comprennent des composants structurels clés tels que la plaque de recouvrement en aluminium pour les batteries, le capuchon supérieur de la batterie au lithium et la plaque bipolaire bimétallique en cuivre et en aluminium. Ces soudures imposent des exigences extrêmement élevées au soudage laser en termes de contrôle thermique, de densité énergétique et de précision.

 

 

Les boîtiers et couvercles de batteries électriques sont généralement fabriqués en alliages d'aluminium (tels que l'Al3003). Leur fonction principale est d'encapsuler l'électrolyte et de fournir un support structurel aux plaques d'électrodes.

Les performances d'étanchéité de la soudure déterminent directement l'étanchéité à l'air, la résistance à la compression et la stabilité à long terme-de la batterie.

 

Dans la fabrication de batteries prismatiques, les structures courantes comprennent :

Couvercle de batterie au lithium prismatique

Auvent prismatique de batterie au lithium

Annexe sur la batterie au lithium prismatique

 

Les procédés de soudage sont généralement divisés en soudage latéral et soudage supérieur :

Soudure latérale :Empêche efficacement les projections de pénétrer dans la cellule de la batterie, mais nécessite une propreté élevée de la surface du matériau et une stabilité du laser.

Soudure supérieure :Efficacité de production élevée et facilité d'intégration automatisée, mais nécessite un contrôle strict de l'apport de chaleur et de la morphologie du bain de soudure pour éviter la contamination des cellules.

 

L'application de nouveaux lasers hybrides bleus ou verts a considérablement amélioré le taux d'absorption du soudage des alliages d'aluminium, réduisant efficacement la porosité et la pénétration incomplète, et augmentant le rendement de soudure des couvercles de batterie en aluminium et des couvercles de boîtier de batterie en aluminium à plus de 95 %.
 

 

 

 

1. Soudage des bornes

Les bornes des batteries de puissance sont généralement composées d'aluminium positif et de cuivre négatif, servant de pont critique pour la conduction du courant. Le processus de soudage doit simultanément répondre à des exigences élevées de conductivité et de résistance.

En combinant la technologie d'estampage par contact électrique avec le soudage de précision au laser, une résistance à la traction terminale supérieure ou égale à 500 MPa peut être obtenue, empêchant ainsi les « trous d'explosion » causés par des pores ou des impuretés.

 

2. Soudage de vannes antidéflagrantes-

La valve antidéflagrante-est une structure à paroi mince-située sur le couvercle de la batterie qui agit comme une soupape de surpression. Lorsque la pression interne de la batterie dépasse un niveau sûr, la valve se brise pour éviter une explosion.

 

Le soudage laser nécessite une soudure totalement étanche sur une tôle d'aluminium de 8 mm d'épaisseur, avec une pression de rupture maintenue entre 0,4 et 0,7 MPa. Ce processus impose des exigences extrêmement élevées en matière de contrôle de l'énergie, de zones affectées par la chaleur et de cohérence des soudures.

 

 

Les adaptateurs et les connecteurs flexibles sont des composants clés reliant les cellules, les couvercles et les bornes de la batterie. Le soudage au laser garantit un chemin conducteur à faible -résistance et une contamination sans éclaboussures-, en particulier dans les composants hautement conducteurs tels que les pièces d'estampage en cuivre avec des contacts en argent rivetés ou les pièces d'estampage en cuivre rivetées avec contact en argent.

 

Dans l'assemblage au niveau du module, les structures composites telles que les pièces embouties en cuivre avec des contacts rivetés en argent et les composants en cuivre pressé nécessitent un soudage par pénétration laser à haute puissance pour garantir une liaison stable entre les connecteurs en cuivre et en aluminium de 2 mm d'épaisseur et répondre aux exigences de charge de courant élevée au niveau du pack.

 

 

L'innovation continue dans la technologie de soudage laser a permis un saut qualitatif dans la fabrication de batteries de puissance en termes de sécurité, de fiabilité et de densité énergétique.

Du couvercle supérieur des cellules de batterie prismatiques, aux plaques de recouvrement de batterie lithium-ion, en passant par les plaques de recouvrement de batterie d'alimentation et leurs structures de plaques de recouvrement en alliage d'aluminium associées, le soudage au laser est devenu un processus de fabrication essentiel pour garantir la cohérence et les hautes performances des produits.

 

À l'avenir, grâce aux percées continues dans le domaine du soudage intelligent et des équipements produits dans le pays, la fabrication de boîtiers, de couvercles et de bornes de batteries de puissance progressera davantage vers une haute précision, une haute fiabilité et un respect de l'environnement, fournissant ainsi une force motrice plus forte pour l'industrie des véhicules à énergie nouvelle.