Выбор страны/региона и языка
Применение решений TRUMPF: сварка шины для аккумуляторов

Задача — экономичное и надежное производство высокопроизводительных литий-ионных батарей для электромобилей

При производстве электромобилей почти всегда используются литий-ионные батареи на основе электролитов. Другие комбинации, например твердотельные аккумуляторные батареи или другие химические компоненты, не получили необходимый допуск к промышленному производству.

Производство литий-ионных батарей — очень трудоемкий процесс, требующий большой точности и сопряженный с большими затратами на материалы и энергию. Поэтому процесс изготовления должен быть максимально эффективен при производстве больших партий, а количество отходов должно быть минимальным. Первейшая цель производства аккумуляторных батарей — достичь высокой плотности энергии (Вт·ч/кг) и, следовательно, большого запаса хода электромобиля. Кроме того, необходимо разрабатывать и собирать элементы аккумуляторной батареи, соответствующие строгим требованиям автомобильной промышленности к безопасности, производительности и сроку службы. По части надежности технологического процесса, точности и производительности лазер не имеет равных.

Запросить консультацию

Разные типы элементов питания, одинаковые технологии

В электромобилях применяются три типа, или формата, литий-ионных батарей. Принцип работы всех трех типов аналогичен. Основные различия заключаются в конструкции, требованиях и используемых материалах.

Как именно лазер используется при производстве элементов аккумуляторной батареи?

Избранные ключевые области применения в рамках технологического цикла на примере призматического элемента питания

Сварка шин

Соединение отдельных элементов в модули или блоки осуществляется путем сварки шины. Имеется в виду токоведущая шина. Призматические элементы батарей и модули элементов питания можно соединять с гомогенными материалами (Al/Al или Cu/Cu) или с комбинациями материалов (например, Al/Cu). Соединения должны быть механически прочными, потому что в автомобиле подвергаются воздействию вибрации и высокой температуры. Одновременно необходимо обеспечить электрическое соединение с минимальным сопротивлением. К тому же в процессе сварки должно образовываться как можно меньше брызг. Важную роль играют воспроизводимость, минимальное тепловое воздействие и определенная глубина проварки.

К изделию
Резка фольги для аккумуляторов

Существуют два способа применения при резке фольги для аккумуляторов. Первый — продольная резка основного рулона (электродная фольга с односторонним или двухсторонним покрытием). Он разделяется на несколько секций (частей). Лазер находится в неподвижном положении; фольга движется непрерывно с ролика на ролик, переходя через луч лазера.

Второй способ применения — обрезка контуров электродной фольги с покрытием. При этом из рулона нарезаются электроды (аноды/катоды) необходимой формы в необходимом количестве. Лазер разрезает электродную фольгу на необходимые формы с помощью сканирующей оптики и подвижных осей или дополнительных лазеров для увеличения сканируемой области. Скорость движения фольги при обрезке контуров составляет свыше 1 м/с. Толщина фольги (фольга и покрытие из активного материала с обеих сторон) варьируется в пределах 100–250 мкм. В обоих вариантах лазеры TRUMPF выполняют строгие требования производителей аккумуляторных батарей к скорости резания, зоне термического влияния, образованию заусенцев, взвешенных частиц и брызг.

К изделию
Сушка фольги для аккумуляторов

После нанесения порошка активный материал на электродной фольге должен просохнуть. Эту работу могут выполнять промышленные системы нагрева VCSEL, так как источники излучения на базе массивов вертикально-излучающих лазеров (VCSEL) в состоянии нагревать большие поверхности с помощью направленного инфракрасного излучения с селекцией по длинам волн. За счет уменьшения участка, на котором происходит сушка, требуется меньше площади для размещения сушильных шкафов. Данное решение также увеличивает скорость процесса и сокращает расходы и энергозатраты.

К изделию
Сварка фольги для аккумуляторов

Электродная фольга — это очень тонкая медная или алюминиевая фольга (толщиной 6–14 мкм), используемая в качестве подложки для активного материала, из которого изготавливаются аноды и катоды. Фольга подается в форме стопки или рулона и сваривается на поверхностях контакта (30–60 слоев), образуя анод или катод. С помощью наших лазеров обеспечивается односторонний доступ к заготовке. Благодаря этому можно надежно и с минимальным количеством брызг сваривать стопки из более чем 60 слоев фольги.

Сварка корпуса с крышкой

С помощью лазеров TRUMPF можно приваривать к призматическому корпусу аккумулятора (обычно глубокотянутый, с толщиной стенок 0,6–0,8 мм), оснащенному пакетом электродов, крышку толщиной 1,0–1,8 мм. Непроницаемость для среды, отсутствие пор, трещин и выпуклостей на шве гарантированы. Самые современные технологии подразумевают процесс сварки с фиксированным оптическим устройством, управляемым по осям. Скорость сварки 10–12 м/мин. Технология TRUMPF BrightLine Weld обеспечивает сварку без брызг и с максимальной стабильностью процесса. При оснащении сканирующей оптикой с ПФУ и системой сенсорных датчиков возможно решение со скоростью сварки, превышающей 25 м/мин.

Корпус модуля

Аккумуляторные модули состоят из нескольких соединенных друг с другом элементов аккумуляторной батареи и образуют блок питания в одном корпусе. В зависимости от формата элементов аккумуляторной батареи корпус модуля выполняет различные функции. При изготовлении обычно используются алюминиевые сплавы и нержавеющая сталь, обладающие пределом прочности на растяжение от среднего до высокого. Наши мощные ИК-лазеры надежно сваривают такие корпуса, гарантируя прочность на разрыв и отсутствие перекоса.

Очистка и структурирование с помощью лазера

Лазеры часто используются для очистки и структурирования в производстве элементов и модулей аккумуляторных батарей. Начиная от изготовления электродов, при котором необходимо частично удалять или структурировать активный материал, и заканчивая изготовлением корпуса элемента или модуля аккумуляторной батареи, при котором требуется придать поверхностям шероховатость для лучшего сцепления или снять электроизоляционный лак, убрать пятна от кислоты и оксидный слой. В этих случаях применение находит весь наш ассортимент короткоимпульсных и ультракороткоимпульсных лазеров.

Нанесение надписей на детали лазером

Маркировочные лазеры TRUMPF наносят надписи на чувствительные элементы и корпус аккумуляторной батареи точно и бесконтактно. Например, метод Black Marking позволяет нанести на все компоненты контрастную, хорошо читаемую маркировку, не нарушив устойчивость к коррозии. Долговечность является обязательным условием обеспечения отслеживаемости и документирования деталей, требуемых законом.

Другие способы применения при сварке компонентов элемента аккумуляторной батареи
  • Сварка мягких соединительных элементов
  • Сварка пломбы
  • Сварка предохранительной мембраны
  • Сварка клеммного зажима
  • Сварка плоских выводов пакетных элементов
  • Прихватка крышек аккумулятора
  • Сварка датчиков уровня заряда
  • Сварка соединений Cu — Al

TRUMPF — ваш партнер

Компания TRUMPF предлагает бесчисленные инновационные решения для производства элементов аккумуляторных батарей: лазеры с длиной волны в зеленом диапазоне для сварки меди, устройство формирования луча (BrightLine Weld) для сварки алюминия и меди с минимальным количеством брызг и минимальным порообразованием, специальные системы сенсорных датчиков для обеспечения качества и контроля процессов. Мы предлагаем полные пакеты технологий с большим выбором источников излучения, оптических устройств, систем сенсорных датчиков и вариантов реализации.

Ассортимент продукции для изготовления батарей

Технология TRUMPF BrigthLine Weld — ключ к сварке токоведущих шин, мягких коннекторов, крышек аккумуляторов и корпусов модуля мощными ИК-лазерами с минимальным количеством брызг. Лазеры TruDisk с длиной волны в зеленом диапазоне предназначены для обработки материалов с высоким коэффициентом отражения, например меди: средняя мощность этих лазеров при непрерывном излучении составляет до 2 кВт, при пульсирующем излучении — до 400 Вт. Это позволяет контролировать и поддерживать постоянную глубину проварки, а следовательно, обеспечивает воспроизводимость технологических процессов. Преимущество при теплопроводной сварке заключается в минимальном тепловом воздействии на заготовку. Для автоматизации производства и повышения производительности внедрены системы сенсорных датчиков (VisionLine, OCT и контроль глубины провара). Можете быть уверены, что все операции будут задокументированы и их впоследствии можно будет отследить.

Эффективные и мощные системы для наших клиентов

Лазеры TruDisk имеют несколько выходов, что гарантирует оптимальную загрузку в режиме разделения времени и в режиме избыточности. Благодаря функции регулировки мощность лазера на заготовке остается постоянной.

TRUMPF — гарант инноваций

Мы видим себя консультантом по применению и посредником при внедрении новых производственных возможностей. Нас отличают глубокие знания отрасли и многолетний опыт инноваций в сфере лазерных технологий.

Присутствуем по всему миру, способны действовать на месте

Воспользуйтесь услугами консультирования от наших экспертов и глобальной сети сервисных центров. Мы всегда рядом, что бы вам ни понадобилось — сервисные услуги или разработка технологического процесса. В рамках мониторинга состояния эксперты и алгоритмы TRUMPF контролируют лазеры в целях профилактического технического ухода, что особенно выгодно при эксплуатации крупных производственных линий и чувствительного оборудования.

Центр применения лазерных технологий TRUMPF в Дитцингене

Центр применения лазерных технологий TRUMPF в Дитцингене

Стоит посещения

Центр применения лазеров TRUMPF в Дитцингене занимает площадь свыше 4000 м² и является одним из крупнейших в мире. Специалисты по внедрению и отраслевые эксперты помогут разработать и оптимизировать производственный процесс на примере конкретной заготовки с использованием обширного ассортимента разнообразных систем лазерной обработки.

Это может быть вам интересно

Контакты
Сервисное обслуживание и контакты