电池制造业日益成为21世纪制造业中最大的新挑战。虽然全球电池年生产量已达数百亿件,但传统的电池制造技术在电池效果和成本预算方面,已不能满足飞速增长的电池应用范围。我们大多数人已经非常清楚,电池应用在混合动力汽车、插电式混合动力汽车以及全电动汽车中。除了在汽车行业的应用之外,成本经济、具有高性能的电池在电力和替代能源业应用方面也非常有吸引力。广泛安装的住宅电池存储可提供负载级别的电力需求,以及紧急后备电源。这种分布式能源存储解决方案还可以提高电力生产基地的生产效率,抵消部分需求,用来投资、改善一些大型电网基础设施。 电池通常都包含许多种材料,比如锌、钢、铝、铜、钛、镍等。这些金属可能被制成电极、导线,或仅仅是外壳。他们有可能被或者不被另一种金属或者电池材料覆盖。但是,不管他们由什么组成,基于重量和成本最小化的考虑,它们都应该尽可能地薄。许多新兴的电池设计材料厚度范围在25到250微米之间。焊接这些金属的两个主要的要求包括创造出电流传导路径和/或能够储存电解质,但对于每个电池的设计和应用来说,电池焊接的完整性能规格是独一无二的。导电性、强度、气密性、金属疲劳和耐腐蚀性能是典型的焊接质量评价标准。
电池焊接设计对制造过程的成功起着关键作用。角焊和对焊往往对设计师来说很有吸引力,但搭焊是目前为止最有可能成功的。搭焊相比于其他两种焊接手段,能提供更多灵活性,这主要得益于其无需实现其它焊接手段所要求的精密节点到梁端的对齐。搭焊同时也为最终的整合任务提供了焊接多层电池组件的可能性,这一过程有可能涉及到一种或多种材料类型。 串联电气连接和巴斯(BUSS)连接通常要求连接非同类的金属。正是在这个领域,激光焊接所特有的高速(100至1000毫米/秒)是其他焊接技术所不能匹敌的。高亮度光纤激光器进一步推动了高速焊接,在焊缝处可实现低热输入和高凝固速度。这种高的冷却速度能有效控制发生在混合金属焊接中的凝固缺陷。最容易产生裂纹的焊缝金属组合是铜与铝,这也恰巧是在锂离子电池中最常用的金属组合之一。 有一种公认的、被频繁运用的激光焊接解决方案是基于振镜扫描的激光焊接。这种“远程焊接”技术在广阔的激光焊接世界中并非特别新颖,但在扫描头和激光性能上的改进,正让它越来越受到广泛关注。功率日益增加的高功率光纤激光器发射出几乎完美的光束,现在可以在焊接加工的极限速度内被完全充分利用,而且限制了其他焊接运动系统的加速问题并未对其产生影响。 其他有关高速振镜扫描激光焊接的进步还包括新兴的“飞行光路”焊接技术。在这个案例中,需要达到的广阔的覆盖区域、高焊接速度和非常高的加速度等都能通过精准的同步扫描轴(A, B)和互相垂直的机械运动方向(X, Y)来实现。EWI公司使用了一个标准的Scanlab扫描头和Aerotech公司生产的beta版CNC软件及硬件,开发并证明了这项技术的可行性。 |