リチウム電池

リチウム電池

リチウムイオン電池は、高比エネルギー、長サイクル寿命、自己放電が小さい、メモリー効果がない、無公害などの利点から、各種電子機器や自動車などに幅広く使用され、エネルギー分野の発展に焦点を当てたハイテク産業となっている。
パワーバッテリーとは、電気自動車に使用される電池のことです。 小容量の電池に比べ、大容量・高出力を実現しています。 電気自動車の駆動用電源や大型モバイル電源の二次電池に使用することができます。 リチウムイオン電池や電池パックの製造工程は多岐にわたり、防爆弁封止溶接、タブ溶接、ソフト接続溶接、ヘルメットスポット溶接、電池シェル封止溶接、モジュール溶接、PACK溶接など、様々な工程が存在します。 レーザー溶接は最適なプロセスです。 電力用電池の溶接に使用される材料は、主に純銅、アルミニウムおよびアルミニウム合金、ステンレス鋼である。

リチウム電池分野でのレーザー溶接の応用

1.電池防爆弁の溶接

電池の防爆弁は、電池封口板上の薄肉弁体である。 電池の内圧が規定値を超えると、防爆弁体が破裂して電池の破裂を防止します。 安全弁の構造にも工夫があり、この工程ではレーザー溶接の工程に極めて厳しい要求があります。 連続レーザ溶接が採用される以前は,電池防爆弁の溶接はパルスレーザ溶接で行われ,溶接部と溶接部を重ね合わせて覆うことで連続的な封止溶接を行っていたが,溶接効率が低く,封止性能も比較的低いものであった。 連続レーザ溶接は、高速・高品質な溶接を実現し、溶接の安定性、溶接効率、歩留まりを保証することができます。

2.バッテリータブ溶接

タブは通常、3つの素材に分かれています。 電池の正極にはアルミニウム(Al)材、負極にはニッケル(Ni)材やニッケルメッキ銅(Ni-Cu)材が使用されています。 電力用電池の製造工程では、電池のタブと極を溶接することがリンクの一つとなっている。 二次電池の製造では、別のアルミ製安全弁と溶接する必要がある。 溶接はタブとポールを確実に接続するだけでなく、溶接の継ぎ目を滑らかに美しく仕上げることが求められる。

3.電池極のスポット溶接

電池極板の材質は、純アルミ板、ニッケル板、アルミ・ニッケル複合板、少量の銅板などがある。 電池極板の溶接には、一般的にパルス溶接機が使用される。 同時に、その良好なビーム品質と小さな溶接スポットにより、高反射率のアルミストリップ、銅ストリップ、狭帯域のバッテリーポールストリップ(ポールストリップ幅は1.1mm以下)溶接に適していますユニークな利点があります。

4.パワーバッテリーのシェルとカバープレートのシール溶接

動力用電池の外装材はアルミニウム合金とステンレス鋼で、その中でもアルミニウム合金が最も多く、一般的には3003アルミニウム合金、少数ではあるが純アルミニウムが使用されている。 ステンレス鋼はレーザ溶接性に最も優れた材料であり、特に304ステンレス鋼は、パルスレーザでも連続レーザでも、良好な外観と性能の溶接部を得ることができます。
アルミニウムおよびアルミニウム合金のレーザ溶接性能は、使用する溶接方法によって若干の違いがあります。 純アルミニウムと3系アルミニウム合金以外は、パルス溶接と連続溶接で問題ない。 他のシリーズのアルミニウム合金では、クラックの発生を抑えるために連続レーザ溶接が最適です。 同時に、電源電池のケースの厚みに応じて、適切な出力のレーザーを選択します。 一般的に、ケーシングの厚みが1mm以下の場合は1000W以内のシングルモードレーザー、1mmを超える場合は1000W以上のシングルモードまたはマルチモードレーザーを使用することが考えられます。
小容量リチウム電池は、比較的薄いアルミシェル(厚さ0.25mm程度)が使われることが多く、18650などのスチールシェルもある。 このような電池の溶接は、シェルが厚いため、一般的に低出力のレーザーを使用します。 薄型リチウム電池の溶接に連続レーザーを用いることで、効率を5〜10倍に高め、外観や密閉性を向上させることができる。 そのため、この応用分野では、徐々にパルスレーザーに置き換わる傾向がある。

5.パワーバッテリーモジュールとパックの溶着

電源電池の直並列接続は、一般的に接続片と単電池を溶接することで完了します。 正極と負極は異なる材質でできています。 一般的には、銅とアルミの2つの素材があります。 銅とアルミはレーザー溶接で脆性化合物を形成するため、使用条件を満たすために、超音波溶接に加え、銅と銅、アルミとアルミのレーザー溶接が一般的である。 同時に、銅やアルミの熱伝導が速く、レーザーに対する反射率が高いため、接続部分の厚みが比較的大きくなり、溶接を実現するためには、より高い出力のレーザーを使用する必要があるのです。

レーザー溶接型リチウム電池の特徴

リチウム電池のセルの製造から電池パックのグループ化まで、溶接は非常に重要な製造工程です。 リチウム電池の導電性、強度、気密性、金属疲労性、耐食性などは、電池の溶接品質の代表的な評価基準である。 . 溶接方法と溶接プロセスの選択は、電池のコスト、品質、安全性、安定性に直接影響する。 レーザー溶接は、安全で確実な溶接、精密技術、環境保護などの利点から、多くの溶接作業で第一選択肢となっている。