왜 레이저 용접이 파워 배터리 제조에서 필수 옵션이 되었습니까?

오늘날 빠르게 발전하는 신에너지 자동차 산업에서는 파워 배터리의 안전성, 주행 거리, 일관성이 전체 자동차의 핵심 경쟁력을 직접적으로 결정합니다. 미크론-수준의 정밀 제어, 높은-효율 처리 기능 및 낮은 열 충격이라는 고유한 이점을 갖춘 레이저 용접 기술은 쉘 밀봉에서 전극 연결, 모듈 통합에서 안전 부품 용접에 이르기까지 전원 배터리 제조에서 없어서는 안 될 "황금 공정"이 되었습니다. 레이저 용접 기술은 전체 배터리 생산 공정을 거치면서 모든 전원 배터리의 안정성과 신뢰성을 조용히 보호합니다.

레이저 용접은 단순한 '고온 융합'이 아니라, 고강도-에너지-밀도 레이저 빔을 정밀하게 집속하여 재료를 빠르게 녹이고 강력한 접합을 이루는 고급 공정입니다. 전력 배터리 제조 분야에서 탁월한 성과를 거두는 데에는 세 가지 핵심 이점이 있습니다.

1. 초박형 재료 요구사항에 대한 정밀한-적응

전원 배터리 케이스 및 커버는 대부분 0.6-0.8mm 알루미늄 합금 시트(90% 이상 차지)를 사용하며 기존 아크 용접은 쉽게 변형, 관통 또는 잔류 응력을 유발합니다. 집중적이고 제어 가능한 에너지를 사용하여 레이저 스폿을 미크론 수준으로 압축할 수 있으므로 내부 구조를 손상시키지 않고 초박형 재료를 밀봉 용접할 수 있습니다. 용접 이음매는 깊이- 대 너비 비율이 높고 일관성이 뛰어납니다.

2. 반사율이 높은 재료의 용접 과제 극복

배터리 전극과 연결 플레이트에는 구리, 알루미늄(구리는 레이저 반사율이 90% 이상, 알루미늄은 92%에 달함)과 같은 반사율이 높은 재료가 포함되는 경우가 많아 일반적인 용접 기술로는 효과적인 융합이 어렵습니다. 레이저 용접은 파형 최적화 및 각도 조정을 통해 구리-알루미늄 및 알루미늄-니켈과 같은 이종 금속을 안정적으로 연결할 수 있으며 전기 도금된 니켈을 구리에 용접할 수도 있어 배터리 전류 경로의 재료 요구 사항과 완벽하게 일치합니다.

3. 자동화 및 비접촉- 이점

비{0}}접착 모드는 배터리 모듈의 복잡한 3차원 구조를 유연하게 처리할 수 있어 S-자형 및 나선형 형상과 같은 복잡한 궤적 용접이 가능합니다. 자동화 수율은 기존 공정에 비해 30% 이상 향상됩니다. 동시에 용접 공정에는 물리적 접촉이 포함되지 않으므로 정밀 부품의 기계적 손상을 방지하고 대규모-대량 생산 요구 사항을 충족합니다.

레이저 용접의 핵심 원리는 레이저 에너지, 초점 위치 및 용접 속도와 같은 매개변수를 제어하여 다양한 용접 요구 사항에 적응하는 것입니다. 공정 특성에 따라 주로 다음과 같은 범주로 나뉩니다.

1. 에너지 전달 방식에 따른 열전도 용접 vs. 심용입 용접

• 열전도 용접: 레이저 에너지는 재료 표면에만 작용하여 열전도를 통해 표면층을 녹이고 응고시킵니다. 얇은 재료의 용접에 적합합니다(보통<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• 심용입 용접: 고{0}}고출력 레이저 초점이 즉시 "열쇠 구멍"을 형성하여 열이 재료에 빠르게 침투할 수 있게 합니다. 이는 빠른 용접 속도와 작은 열 영향 영역을 제공하므로 여러 층의 재료를 동시에 용접할 수 있습니다. 전원 배터리 케이스 밀봉 및 모듈 연결과 같은 응용 분야에 대한 주류 선택입니다. 둘 사이의 핵심 차이점은 레이저 출력 밀도에 있습니다. 출력 밀도가 임계값에 도달하면 용접 모드가 열전도 용접에서 심용입 용접으로 변경됩니다. 특정 임계값은 재료 유형에 따라 조정되어야 합니다.

2. 용접형태별 : 관통용접 vs 심용접

• 관통 용접: 연결 부분에는 펀칭이 필요하지 않아 가공이 간단하지만, 고출력 레이저가 필요하므로 관통 깊이가 낮고 신뢰성이 상대적으로 약합니다.

• 심 용접: 연결 부분에는 미리 예약된 간격이-필요합니다. 레이저 에너지는 간극을 통해 융합을 이루므로 저전력 장비만 필요하므로 침투 깊이가 더 크고 신뢰성이 더 강하지만 처리 기술이 더 복잡합니다.

3. 레이저 출력 모드별: 펄스 용접과 연속 용접

• 펄스 용접: 레이저는 에너지를 펄스로 출력하여 순간적으로 에너지를 집중하므로 알루미늄 합금과 같이 다공성 및 균열이 발생하기 쉬운 재료를 용접하는 데 적합합니다. 피크파, 이중-파형 등의 파형을 선택하면 결함을 줄일 수 있습니다. 예를 들어 이중-피크파의 점진적인 감소 부분은 용융 풀의 냉각 시간을 연장하여 기공 생성을 효과적으로 억제할 수 있습니다.

• 연속 용접: 레이저는 지속적으로 에너지를 출력하여 안정적인 가열 공정을 구현하고, 스패터 없이 매끄러운 용접 표면을 구현하며, 균열이나 함몰이 없습니다. 특히 알루미늄 합금 용접에 적합합니다. 그러나 공작물 조립에는 매우 높은 정밀도가 필요합니다(작은 스폿 크기, 편차가 필요함).<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

파워 배터리의 다양한 구성 요소에 대한 용접 요구 사항은 매우 다양하며 레이저 용접 프로세스는 특정 응용 시나리오에 따라 맞춤화되어야 합니다.

1. 방폭-밸브 용접

방폭-밸브는 배터리가 과열될 때 압력을 완화하는 채널입니다. 0.4-0.7MPa의 파열 압력을 견디려면 직경 8mm의 알루미늄 시트에 밀봉 용접이 필요합니다. 펄스 용접 대신 연속 레이저 용접을 사용하면 용접 밀봉 무결성이 50% 향상되어 전해액 누출 위험이 완전히 제거되고 배터리 안전을 위한 1차 방어선이 제공됩니다.

2. 하우징 및 커버 플레이트 밀봉

배터리의 "외부 쉘 보호"로서 하우징과 커버 플레이트의 용접은 기밀성에 직접적인 영향을 미칩니다. 두 가지 주요 프로세스가 있습니다.
• 측면 용접: 용접 스패터는 배터리 셀 내부로 들어갈 가능성이 낮지만 매우 높은 재료 청결도와 레이저 안정성이 요구됩니다.
• 탑웰딩 : 대량생산 효율이 높고 장비 통합이 간단하지만 스패터 오염에 대한 엄격한 관리가 필요합니다.

3. 단자용접

양극(알루미늄) 및 음극(구리) 단자는 500 MPa 이상의 인장 강도를 견뎌야 하며 "블로홀" 결함이 없어야 합니다. 터미널 결합 표면(직경 약 6mm)은 잔여 오일과 불순물이 발생하기 쉽기 때문에 실제 생산에는 결함 없는 용접과 안정적인 전류 전도를 보장하기 위해 "사전-용접 플라즈마 세척 + 전력 구배 제어"가 필요합니다.

4. 커넥터 용접

커넥터는 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하는 역할을 하며 구리, 알루미늄과 같은 이종 재료를 용접하는 경우가 많습니다. 이는 부서지기 쉬운 금속간 화합물을 쉽게 생성하여 전도성을 감소시킬 수 있습니다. 레이저-초음파 복합 공정을 통해 이러한 화합물의 형성을 억제하여 용접 조인트의 기계적 강도와 전도성을 향상시킬 수 있습니다.

5. 4680 대형 원통형 배터리 풀탭 용접

4680 대형 원통형 배터리의 풀탭 구조로 용접 면적이 5배 늘어나지만, 탭을 접으면 정렬 불량 및 합선이 쉽게 발생할 수 있다. 빔 쉐이핑 기술(예: 환형 빔 스폿)을 사용하면 멀티-탭 동시 용접이 가능하여 열 입력을 40% 줄이고 배터리 내부 구조의 손상을 방지하면서 연결 신뢰성을 보장합니다.

6. PACK 모듈 용접

구리/알루미늄 연결 탭의 두께가 2mm에 도달하면 관통 용접에 6kW 이상의 고출력 광섬유 레이저가 필요합니다. 단일 GWh 생산 능력을 위한 용접 장비 투자는 약 1000만~3000만 위안으로 이는 모듈 통합 단계의 핵심 장비 투자 중 하나이며 모듈의 연결 안정성과 방열 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다.

ACEY-LWM 검류계- 기반 갠트리섬유 레이저 용접기고성능 광섬유 레이저 소스와 당사의 독자적인 설계를 통합하여 탁월한 강성과 작동 안정성을 제공합니다. 반응성이 뛰어난 서보 모터로 구동되는 정밀-가이드 레일 메커니즘은 정확한 고속 성능을 보장합니다.- 이 장비는 각형 및 소프트{5}}팩 리튬 배터리 모듈 조립 애플리케이션용으로 특별히 설계되었습니다.

파워 배터리가 더 높은 에너지 밀도와 더 긴 수명을 향해 발전함에 따라 레이저 용접 기술도 지속적으로 반복되고 있습니다.

1. 지능형 모니터링 및 폐쇄{1}}루프 제어

앞으로는 '용접 공정의 실시간 시각화' 시스템이-보편화될 것입니다. 고속-카메라, 스펙트럼 분석 및 기타 기술을 통해 기공, 불완전 융합 및 균열과 같은 결함이 온라인으로 감지되고 용접 매개변수가 자동으로 조정되어 "감지 - 피드백 - 최적화"라는 완전한 폐쇄 루프 프로세스를 달성하여 수율과 일관성을 더욱 향상시킵니다.

2. 고체-배터리 용접에 대한 적응

황화물 고체-전해질은 열에 민감하며-기존 레이저 용접의 열 효과로 인해 성능이 저하될 수 있습니다. 극초단 펄스 피코초 레이저(열-영향부 < 10μm)가 연구의 초점이 되어 전해질 안정성 보호를 극대화하면서 정밀한 연결이 가능해졌습니다.

3. 다중-프로세스 통합 및 혁신

레이저-초음파 용접, 레이저-아크 용접 등 복합용접 공정을 더욱 활성화할 예정입니다. 이러한 프로세스는 레이저 용접의 정밀한 이점을 활용하는 동시에 다른 프로세스를 사용하여 단일 기술의 단점을 보완하여 더 이종 재료와 복잡한 구조의 용접 요구 사항에 적응합니다.

전원 배터리의 레이저 용접은 "로컬 프로세스"처럼 보일 수 있지만 실제로는 전반적인 배터리 안전성, 범위 및 비용에 영향을 미칩니다. 정밀한 용접은 전해질 누출 위험을 줄일 수 있습니다. 효율적인 용접은 대량 생산 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 혁신적인 솔루션은 더 높은 에너지 밀도의 배터리 구조에 적응할 수 있습니다. 오늘날 점점 더 경쟁이 치열해지는 신에너지 자동차 산업에서는 프로세스 세부 사항의 차이가 제품의 핵심 경쟁력을 결정하는 경우가 많습니다. 레이저 용접 기술의 지속적인 반복은 전력 배터리 제조 수준의 향상을 나타낼 뿐만 아니라 신에너지 산업의 고품질 개발 추구를 반영합니다.-

미래에는 지능형, 국부화 및 복합 기술의 지속적인 혁신을 통해 레이저 용접이 전력 배터리 업계에 계속 힘을 실어 신에너지 자동차의 안전하고 장거리 운전 경험을 위한 강력한 기술 지원을 제공할 것입니다.{0}}