Dans la production et l'assemblage des batteries—qu'il s'agisse de batteries lithium-ion cylindriques, de batteries de puissance prismatiques ou de batteries de stockage d'énergie souples—le soudage est un processus essentiel qui affecte directement la sécurité, la densité énergétique et la durée de vie des batteries. Le soudage des batteries nécessite une connexion précise des languettes, des barres omnibus et des composants du boîtier tout en minimisant les dommages aux cellules de batterie sensibles à la chaleur. Parmi les différents équipements de soudage, les machines de soudage laser sont apparues comme la solution optimale pour la fabrication de batteries en raison de leurs avantages techniques uniques, surpassant les machines de soudage par points, les machines de soudage par ultrasons et autres dispositifs traditionnels. Cet article se concentre sur le scénario de soudage des batteries pour analyser les principaux avantages comparatifs des machines de soudage laser.
Le soudage des batteries a des exigences strictes en matière de contrôle de la température, de précision de soudage et de résistance des joints. Les équipements de soudage traditionnels ont souvent du mal à répondre à ces exigences, ce qui entraîne des risques potentiels en matière de qualité :
- Machines de soudage par points: S'appuient sur le chauffage par résistance pour former des joints de soudure, mais l'apport de chaleur est difficile à contrôler. Une température excessive peut endommager les diaphragmes et les électrolytes de la batterie, entraînant des risques pour la sécurité tels que les courts-circuits. La grande taille des joints de soudure affecte la densité de disposition des blocs-batteries, réduisant la densité énergétique. De plus, l'usure des électrodes lors d'une utilisation à long terme entraîne une qualité incohérente des joints de soudure, augmentant le taux de reprise des blocs-batteries.
- Machines de soudage par ultrasons: Conviennent au soudage de matériaux minces tels que les languettes de batteries souples, mais leur résistance au soudage est limitée. Elles ne peuvent pas gérer les barres omnibus épaisses ou le soudage des boîtiers dans les blocs-batteries de puissance. De plus, le soudage par ultrasons est sensible à la propreté de la surface du matériau—toute couche d'huile ou d'oxyde peut provoquer un soudage virtuel, difficile à détecter lors des inspections ultérieures et pouvant entraîner une défaillance de la batterie pendant l'utilisation.
- Machines de soudage à l'arc sous argon: Génèrent une large zone affectée par la chaleur pendant le soudage, entraînant une déformation évidente des boîtiers et des languettes de la batterie. La faible vitesse de soudage les rend impropres à la production de masse de blocs-batteries. De plus, le rayonnement de l'arc et les projections pendant le soudage peuvent contaminer les composants de la batterie, affectant les performances globales.
Ces limitations rendent les équipements de soudage traditionnels de plus en plus inadéquats dans le contexte de la fabrication de batteries de haute précision et à haut rendement.
Les machines de soudage laser utilisent des faisceaux laser à haute énergie focalisés pour obtenir un chauffage localisé et rapide des composants de la batterie. Par rapport aux équipements traditionnels, elles offrent des avantages ciblés pour le soudage des batteries :
Les cellules de batterie sont très sensibles à la température—une chaleur excessive peut provoquer la décomposition de l'électrolyte ou la fusion du diaphragme. Les machines de soudage laser fournissent une énergie concentrée, avec une zone affectée par la chaleur aussi petite que 0,1–0,3 mm, beaucoup plus étroite que la zone de 2–5 mm des machines de soudage par points. Cela minimise les dommages thermiques aux cellules de la batterie tout en assurant une connexion stable des languettes et des barres omnibus. Par exemple, dans le soudage des blocs-batteries cylindriques 18650/21700, le soudage laser peut cibler avec précision la connexion bande de nickel-pôle de la batterie sans affecter la structure interne de la cellule, réduisant ainsi le risque d'emballement thermique.
Les blocs-batteries modernes recherchent une densité énergétique élevée, nécessitant une disposition compacte des cellules et des composants. Le point focalisé des machines de soudage laser peut être ajusté à 0,05–0,2 mm, permettant un soudage précis des micro-languettes et des barres omnibus étroites. Par rapport aux joints de soudure au millimètre des machines de soudage par points, le soudage laser réduit l'espace occupé par les connexions, permettant d'agencer plus de cellules dans le même volume. Cet avantage est particulièrement important dans les batteries d'appareils électroniques portables et les blocs-batteries de puissance des véhicules à énergie nouvelle, améliorant directement les performances d'endurance du produit.
Les blocs-batteries sont soumis aux vibrations, aux chocs et aux changements de température pendant l'utilisation, nécessitant des joints de soudure avec une résistance à la traction et une résistance à la corrosion élevées. Le soudage laser forme des cordons de soudure denses et sans défauts avec une résistance au cisaillement supérieure de 30–50 % à celle du soudage par ultrasons et de 20–30 % à celle du soudage par points. Pour le soudage des boîtiers de batteries prismatiques, le soudage laser permet une étanchéité parfaite, empêchant les fuites d'électrolyte et améliorant la durée de vie de la batterie. En revanche, les joints de soudure discrets du soudage par points sont sujets à la concentration des contraintes et à la défaillance par fatigue lors d'une utilisation à long terme.
La fabrication de batteries implique divers matériaux tels que le cuivre, l'aluminium, le nickel et leurs alliages. Les équipements traditionnels ont du mal avec le soudage de matériaux différents—par exemple, le soudage par points des languettes en cuivre-aluminium entraîne souvent des composés intermétalliques fragiles et une faible conductivité. Le soudage laser ajuste des paramètres tels que la densité énergétique et la vitesse de soudage pour contrôler le rapport de fusion des matériaux différents, formant des joints de haute qualité avec une faible résistance de contact. Il gère également les barres omnibus épaisses (2–5 mm) et les languettes minces (0,1–0,3 mm) tout aussi bien, s'adaptant aux différents besoins de soudage des blocs-batteries, de la connexion des languettes à l'étanchéité des boîtiers.
La fabrication de batteries est hautement automatisée et produite en masse, ce qui exige que les équipements de soudage suivent le rythme des chaînes de production. Les machines de soudage laser atteignent une vitesse de soudage de 1–3 m/min, 2–3 fois plus rapide que les machines de soudage par points. Lorsqu'elles sont combinées à des robots à six axes ou à des systèmes de mouvement à portique, elles peuvent réaliser des milliers de joints de soudure dans un seul bloc-batterie avec une qualité constante, évitant ainsi les erreurs humaines lors du fonctionnement manuel. Par exemple, dans les chaînes de production de blocs-batteries de véhicules à énergie nouvelle, les postes de soudage laser atteignent un temps de cycle de 30–60 secondes par bloc, répondant à la demande de plus de 10 000 unités de production quotidienne—une efficacité que les équipements de soudage traditionnels ne peuvent pas égaler.
La sécurité des batteries est réglementée par des normes industrielles strictes, exigeant une qualité de soudage traçable et constante. Les machines de soudage laser sont équipées de systèmes de contrôle numérique qui enregistrent les paramètres de soudage (puissance, vitesse, taille du point) en temps réel, permettant une traçabilité complète du processus de chaque bloc-batterie. Contrairement aux machines de soudage par points avec des problèmes d'usure des électrodes, le soudage laser n'a pas d'usure des consommables, assurant une qualité constante des joints de soudure d'un lot à l'autre. Cette stabilité aide les entreprises à obtenir des certifications internationales telles que IEC et UL, améliorant ainsi la compétitivité des produits sur le marché.
Les machines de soudage laser sont devenues l'équipement standard dans les principaux maillons de la fabrication de batteries :
- Dans l'électronique grand public, le soudage laser est utilisé pour le soudage des micro-languettes des batteries de smartphones et d'ordinateurs portables, garantissant une taille compacte et une connexion fiable.
- Dans les véhicules à énergie nouvelle, les blocs-batteries de puissance (tels que les modules de batterie au lithium ternaire et au phosphate de fer lithié) adoptent le soudage laser pour la connexion des barres omnibus et l'étanchéité des boîtiers, améliorant ainsi la sécurité et l'endurance de la batterie.
- Dans les batteries de stockage d'énergie, le soudage laser gère le soudage de modules de batterie de grande taille, résistant à la charge et à la décharge à courant élevé à long terme sans défaillance des joints.
Dans les scénarios de soudage de batteries, les machines de soudage laser surpassent les équipements traditionnels tels que le soudage par points et le soudage par ultrasons en matière de contrôle de la température, de précision, de résistance des joints, d'adaptabilité des matériaux, de rendement et de stabilité de la qualité. Ces avantages répondent directement aux exigences essentielles de la fabrication de batteries—sécurité, haute densité énergétique et fiabilité—faisant du soudage laser une technologie indispensable pour le développement de l'industrie des batteries à énergie nouvelle. À mesure que la technologie des batteries progresse vers une densité énergétique plus élevée et des tailles plus petites, les machines de soudage laser continueront d'itérer, apportant des solutions plus efficaces et plus précises à la fabrication de batteries.
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