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激光技术在电池生产过程中的应用

2013-09-14 00:02
汉水狂客
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  ——电动汽车是目前比较热的话题,它较传统汽车有着多方面的优势,尤其以噪音小和“碳排放”减少最为显著。但是,电动汽车由于现有工艺的某些技术问题,在生产过程中面临着很多瓶颈。作为动力源的电芯、电池模组是电动汽车的核心部件,它们的生产过程就存在很多的技术障碍。特别是在“量产化”的框架下,传统生产过程有着很大的瓶颈,比如说,生产设备的自动化程度,加工设备的稳定性,新工艺、新材料的特殊要求等。本文将探讨电芯、模组的生产和组装过程中的一个重要环节——激光焊接

  电芯生产过程中的激光应用

  电池的发展历史已经有数十年甚至更久,但是新型、高能储电池的出现时间并不长,目前国内主流厂家都在研发和生产以磷酸铁锂为介质的铝壳电池。虽然外形、材料等在国内尚没有一个国标的尺寸,但是电芯的外壳多以铝材为主,其中主流厂家使用的铝材以1000系和3000系较多。使用铝材的一个主要原因是铝材相对较轻且成本比较低廉,适合于大众消费者接受,但是铝材在热加工领域却是属于比较“顽皮”的分子,也正因为如此,铝曾经被称为“贵族”金属。如今提炼和锻造已经不存在任何技术障碍,但是铝材的切割、焊接却依旧是技术难点。究其原因,主要是因为铝表面易形成一层氧化层,该氧化层与母材的物理性质相差甚远,会在做切割和焊接工艺时带来较多的技术问题。当然,铝材由于其合金的特性,在激光加工时也会造成很多复杂问题,比如说6000系的铝材由于含有镁、硅等元素,在进行激光加工时,不仅飞溅会非常剧烈,焊接表面也极其粗糙,还经常性在焊痕处留下裂纹,最终往往被很多工艺舍弃。

  动力电池的电芯主流目前分三种类型,分别是方型铝壳、圆型铝壳以及被冠以“咖啡包”美名的软包电芯(见图1)。目前,在国内公路上行驶的一些电动小车内,这三种电池都有应用:比亚迪E6和K9电动车使用的是方型电池;以杭州万向为电芯供应商的一些电动车厂家使用其软包电池;上汽系某些电动车车型则使用曾经名噪一时的美国A123公司的圆型电芯。在此,就这三种不同电芯分别讨论与之相关的激光应用。

  方型电池的焊接工艺最重要的工序是壳盖的封装,根据位置的不同分为顶盖(见图2)和底盖(见图3)的焊接。有些锂电池厂家由于生产的电池体积不大,采用了“拉深(Deep Drawn)”工艺制造电池壳,因此只需进行顶盖的焊接。用于动力电池的电芯由于遵循“轻便”的原则,所以除了采用较“轻”的铝材质外,还需要做得更“薄”,一般壳、盖、底基本都要求达到1.0毫米以下,主流厂家目前基本材料厚度均在0.8mm左右。

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