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Células e módulos de bateria | TRUMPF
TRUMPF Applikation Busbarschweißen Batteriezelle

O desafio: uma produção econômica e confiável de baterias de íon-lítio de alto desempenho para eletromobilidade

Atualmente, as baterias de íon-lítio baseadas em eletrólitos são usadas quase exclusivamente na construção de carros elétricos. Composições alternativas como baterias de estado sólido ou outros componentes químicos ainda não atingiram a maturidade industrial necessária.

A produção de baterias de íon-lítio é um processo muito complexo e sensível que traz consigo custos de material e energia muito elevados. Por isso, o processo de fabricação deve ser muito eficiente, com grande quantidade de itens e com o menor número de refugo possível. O principal objetivo da indústria de baterias é atingir uma alta densidade de energia gravimétrica (Wh/kg) e, portanto, uma alta quilometragem (autonomia), que se reflete diretamente na autonomia dos carros elétricos. Além disso, é importante desenvolver e construir células de bateria que atendam aos elevados requisitos da indústria automotiva em termos de segurança, desempenho e vida útil.  O laser como ferramenta oferece vantagens inigualáveis ​​em termos de confiabilidade, precisão e desempenho do processo.

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Diferentes tipos de células, as mesmas aplicações

Três tipos ou formatos de baterias de íon-lítio são usados ​​na eletromobilidade. O princípio de operação de todos os tipos é essencialmente o mesmo. As principais diferenças residem na construção, nos requisitos e nos materiais utilizados.

Onde o laser é usado na fabricação de células de bateria?

Aplicativos fundamentais selecionados dentro da cadeia de processos usando o exemplo da célula prismática

Soldagem de barramentos

A conexão de células individuais para formar módulos ou pacotes é feita através do método conhecido como soldagem de barramento. Um trilho condutor de corrente é conhecido como barramento. Células prismáticas ou módulos de células podem ser conectados com materiais do mesmo tipo (Al/Al ou Cu/Cu), mas também conexões mistas (por exemplo, Al/Cu). É importante que as conexões sejam mecanicamente resistentes, pois ficam expostas a vibrações e ao calor do veículo. Ao mesmo tempo, deve ser garantida permanentemente uma conexão elétrica com a menor resistência. Além disso, devem ocorrer o mínimo possível de respingos durante o processo de soldagem. Reprodutibilidade, entrada mínima de calor e profundidades de soldagem definidas também desempenham um papel importante.

Corte de folhas de bateria

Existem duas áreas de aplicação para o corte de folhas de bateria. Por um lado, o "slitting" (corte);  o corte longitudinal contínuo  ou a repartição da bobina mãe (folha do eletrodo revestida em um ou ambos os lados). Este é cortado em várias sub-bobinas (peças). O laser está em uma posição fixa; a folha corre continuamente de rolo a rolo através do feixe de laser.

A segunda área de aplicação é o corte de contorno da folha de eletrodo revestida. Aqui, os eletrodos (ânodos/cátodos) são cortados da bobina na forma e número necessários.  Em combinação com uma óptica de scanner e eixos móveis ou outros lasers para ampliar o campo de varredura,  o laser corta a folha do eletrodo no formato desejado. A velocidade de corte do contorno é superior a 1m/s. A espessura da folha (folha e revestimento em ambos os lados com material ativo) é de 100 e 250 µm. Em ambas as aplicações, os lasers TRUMPF atendem aos altos requisitos dos fabricantes de baterias em termos de velocidade de corte, zona afetada pelo calor, formação de rebarbas e formação de partículas ou respingos.

Soldagem de folhas de bateria

As folhas de eletrodo são folhas de cobre e alumínio muito finas (6-14 µm de espessura) que servem como folhas de transporte para o material ativo, como ânodo e cátodo. As folhas são soldadas como uma pilha ou como um rolo nas respectivas superfícies de contato (30-60 camadas) para formar  um ânodo e um cátodo. O acesso unilateral à peça de trabalho é garantido com nossos lasers. Pilhas com mais de 60 folhas podem ser soldadas de forma confiável e com o mínimo de respingos.

Soldagem can-cap

Os lasers da TRUMPF fecham o invólucro da bateria prismática (lata) equipado com o pacote de eletrodos, que geralmente consiste em um invólucro de bateria profunda (espessura de parede de  0,6-0,8 mm), com a tampa do invólucro (tampa) 1,0-1,8 mm vedada ao meio, sem poros, rachaduras ou saliências indesejadas nas costuras. A tecnologia de ponta é o processo de soldagem com uma óptica fixa guiada por eixo com velocidades de soldagem de 10-12m/min. A tecnologia TRUMPF BrightLineWeld garante soldagem com poucos respingos e com a estabilidade máxima do processo. Em conexão com sensores e uma óptica de scanner PFO, também é possível uma solução altamente dinâmica com velocidades de soldagem de mais de 25m/min.

Carcaças dos módulos

Os módulos de bateria consistem em várias células de bateria interconectadas, formando uma unidade de energia em uma carcaça do módulo. A carcaça do módulo cumpre uma função ligeiramente diferente dependendo do formato da célula utilizada.  Em regra, ligas de alumínio e às vezes aços inoxidáveis são aqui empregados, apresentado resistência à tração de média a alta. Nossos lasers IR de alta potência soldam esses produtos sem rachaduras e sem distorção com resistência máxima.

Limpeza e estruturação com laser

No caso de células ou módulos de bateria, existem inúmeras aplicações para limpeza e estruturação com laser. Isso começa no nível do eletrodo, onde o material ativo é parcialmente removido ou estruturado, e termina com a célula ou carcaça do módulo das baterias, onde as superfícies são rugosas para melhor adesão; ou verniz isolante, manchas de ácido e camadas de oxidação são removidas. Aqui, todo o nosso portfólio de serviços de lasers de pulso curto e ultracurto é empregado.

Marcação a laser de componentes

Os lasers de marcação TRUMPF marcam as células sensíveis da bateria e suas carcaças com precisão e sem contato. Por exemplo, a marcação preta pode ser usada para marcar todos os componentes com alto contraste e boa legibilidade com o mais alto nível de resistência à corrosão. Essa longevidade também é um pré-requisito para a rastreabilidade e documentação legalmente exigidas dos componentes.

Outras aplicações de soldagem na célula de bateria
  • Soldagem de soft connector
  • Soldagem de seal pin
  • Soldagem de placa de ruptura
  • Soldagem de terminais
  • Soldagem tab de células Pouch
  • Pré-soldagem (aderência) de CanCaps
  • Soldagem de sensores de estado de carga
  • Soldagem de conexões Cu-Al
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A TRUMPF como sua parceira

Sejam lasers com comprimento de onda verde para soldagem de materiais de cobre, formação de feixe (BrightLine Weld) para soldagem sem respingos e poros de alumínio e cobre ou sensores especiais para garantia de qualidade e monitoramento de processo, a TRUMPF oferece inúmeras soluções inovadoras de produção para a fabricação de células de bateria. Você se beneficia de nossos pacotes de tecnologia com uma grande seleção de fontes de feixe de laser, sistema ópticos, sensores e know-how sobre aplicações.

Portfólio de produtos para produção de baterias

A tecnologia TRUMPF BrighLine Weld é a chave para a soldagem a laser sem respingos de barramentos, conectores macios, tampas de lata ou carcaças de módulo com lasers infravermelhos de alta potência. Além disso, nossos lasers TruDisk com comprimentos de onda verde são perfeitamente adequados para materiais altamente reflexivos, como o cobre - até 2kW contínuo ou pulsado até 400 W de potência média. Profundidades de soldagem definidas e constantes podem ser realizadas e garantem processos repetíveis. Com a soldagem por condução térmica, você também se beneficia da entrada mínima de calor na peça de trabalho. Nossos sistemas de sensores (VisionLine, OCT e monitoramento de profundidade de soldagem) foram desenvolvidos especialmente para uma produção automatizada e altamente produtiva. Você pode sempre contar com documentação e rastreabilidade completas.

Sistemas produtivos e poderosos para nossos clientes

Com várias saídas de laser por laser, nosso TruDisk Laser Design permite a utilização ideal do laser em operação de tempo compartilhado e de redundância. Além disso, você se beneficia de uma potência de laser constante sobre a peça de trabalho graças ao nosso controle de potência do laser.

TRUMPF como garantia de inovação

Nós nos vemos como seu consultor de aplicação e facilitador para novas possibilidades de fabricação. Você se beneficia de nosso profundo conhecimento da indústria e de nossas décadas de experiência como pioneiros na tecnologia laser.

Posicionada globalmente, atuante localmente

Beneficie-se dos conselhos de nossos especialistas e de nossa rede global de serviços. Independentemente de você precisar de serviço ou desenvolvimento de aplicativo, estamos onde você estiver. Por exemplo, os especialistas e algoritmos do Condition Monitoring Service da TRUMPF monitoram seus lasers para manutenção preditiva, especialmente para linhas de produção grandes e sensíveis.

O TRUMPF Laser Application Center em Ditzingen

TRUMPF laser application centre Ditzingen

Muitos casos, uma visita que vale a pena

Com mais de 4.000 m², o centro de aplicação de laser TRUMPF em Ditzingen é um dos maiores centros de aplicação de laser do mundo. Nossos engenheiros de calibração e especialistas da indústria oferecem, com nosso amplo portfólio de diversos sistemas de processamento a laser, suporte no desenvolvimento e na otimização de aplicações com base em seu componente específico.

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