リチウムイオン電池用精密レーザー切断・溶接システム

レーザー技術の登場以前、電池業界では伝統的な機械による加工が行なわれてきました。伝統的な機械加工と比較して、レーザー加工には多くの利点があり、リチウムイオン電池メーカーに徐々に認められるようになりました。金属箔のスリット、金属箔の切断、絶縁フィルムの切断に使用できます。また、タブ、電池コアケース、シーリングネイル、ソフト接続、防爆、バルブ、電池モジュールの溶接にも使用できます。

リチウム電池は、1990年の登場以来、エネルギー密度が高く、電圧が高く、環境保護性があり、寿命が長く、充電が速いなどの理由で、3Cデジタル、電動工具などの業界で好まれてきました。特に、新エネルギー自動車産業への貢献は顕著です。近年、新エネルギー車が急増しています。従来の燃料車と比較して、新エネルギー車はリチウム電池を動力源として使用しています。新エネルギー車の動力源を提供するリチウムイオン電池産業として、市場の潜在力は非常に大きいです。

リチウムイオン電池（Li-ion Battery）

リチウムイオン電池は、リチウムイオン電池とも呼ばれ、主に正極と負極の間のリチウムイオンの移動を利用して動作する二次電池（充電式電池）の一種です。新しいタイプのクリーンエネルギーとして、リチウム電池は新エネルギー車両に電力を供給するだけでなく、電気鉄道、電動自転車、ゴルフカーなど、さまざまな製品に電力を供給することができます。

この記事では、パワーバッテリー製造におけるレーザー技術について説明し、リチウムイオンバッテリー製造でレーザー切断システムとレーザー溶接システムが使用される理由を説明します。

レーザー切断システム

リチウムイオン電池の製造は、3 つのプロセスステップによって密接に結びついています。一般的に、リチウム電池の製造には、ポールピースの製造、電池セルの製造、電池の組み立ての 3 つの部分が含まれます。これらのつの主要プロセスの中で、レーザー切断は重要なプロセスのつです。

リチウムイオン電池の加工工程では、切断機の高精度、制御性、品質が求められます。使用過程で、ダイカッターは必然的に摩耗し、ほこりが落ちてバリが発生し、電池の過熱、ショート、爆発などの危険な問題を引き起こす可能性があります。危険を回避するには、レーザー切断機を使用する方が適しています。

従来の機械切断機と比較して、レーザー切断システムには、工具の摩耗がなく、切断形状が柔軟で、エッジ品質管理が可能で、精度が高く、運用コストが低いなどの利点があり、製造コストの削減、生産効率の向上、新製品のダイカットサイクルの大幅な短縮につながります。

リチウム電池は新エネルギー車の中核部品として、車全体の性能を直接決定します。新エネルギー車市場が徐々に拡大するにつれて、レーザーカッター機は将来大きな市場潜在力を持つことになります。

レーザー溶接システム

新エネルギー車の中核部品である動力電池の品質は、車両の性能を直接左右します。リチウムイオン電池製造設備は、一般的にフロントエンド設備、ミッドエンド設備、バックエンド設備の3種類に分かれており、設備の精度と自動化レベルは、製品の生産効率と一貫性に直接影響します。従来の溶接方法に代わるものとして、レーザー溶接機はリチウムイオン電池製造設備で広く使用されています。

レーザー溶接機は、動力電池生産ラインの重要な部分です。原理は、高エネルギー密度のレーザービームを熱源として使用する効率的で精密な溶接方法です。従来の溶接と比較して、レーザー溶接は、浸透が深く、速度が速く、変形が小さく、溶接環境に対する要件が低く、電力密度が高く、磁場の影響を受けず、導電性材料に制限されず、真空が不要など、多くの利点があります。特に新エネルギー車や動力電池業界では、ハイエンドの精密製造分野で広く使用されています。

リチウムイオン電池セルの製造から電池パックの組み立てまで、溶接は非常に重要な製造プロセスです。リチウム電池の導電性、強度、気密性、金属疲労、耐腐食性は、典型的な電池溶接品質評価基準です。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、一貫性に直接影響します。次に、 STYLECNC リチウム電池分野におけるレーザー溶接システムのさまざまな用途について学ぶことができます。

バッテリー防爆バルブ溶接

バッテリーの防爆弁は、バッテリーの密封板上にある薄肉の弁体です。バッテリーの内部圧力が規定値を超えると、防爆弁の弁体が破裂してバッテリーの破裂を防ぎます。安全弁は巧妙な構造をしており、このプロセスはレーザー溶接プロセスに対して非常に厳しい要件を持っています。連続レーザー溶接以前は、バッテリーの防爆弁はパルスレーザー溶接で溶接され、溶接点と溶接点の重なりと覆いによって連続密封溶接が実現されていましたが、溶接効率が低く、密封性能が比較的劣っていました。連続レーザー溶接は、高速で高品質の溶接を実現でき、溶接の安定性、溶接効率、歩留まりが保証されます。

バッテリータブ溶接

タブは通常3つの材料に分けられます。電池の正極にはアルミニウム（Al）材料が使用され、負極にはニッケル（Ni）材料または銅メッキニッケル（Ni-Cu）材料が使用されます。動力電池の製造プロセスでは、バッテリータブと極を溶接するステップがXNUMXつあります。二次電池の製造では、別のアルミニウム安全弁と溶接する必要があります。溶接では、タブと極の信頼性の高い接続を確保するだけでなく、滑らかで美しい溶接シームも必要です。

バッテリー電極ストリップスポット溶接

バッテリー電極ストリップに使用される材料には、純アルミニウムストリップ、ニッケルストリップ、アルミニウムニッケル複合ストリップ、および少量の銅ストリップが含まれます。バッテリー電極ストリップの溶接には、通常、パルス溶接機が使用されます。IPGのQCW準連続レーザーの登場により、バッテリー電極ストリップの溶接にも広く使用されるようになりました。同時に、ビーム品質が優れているため、溶接スポットを小さくすることができます。、高反射率のアルミニウムストリップ、銅ストリップ、狭帯域バッテリーポールストリップ（ポールストリップ幅が1未満）の溶接を処理する際に独自の利点があります。5mm).

パワーバッテリーシェルとカバープレートは密封され溶接されています

動力電池のシェル材料はアルミニウム合金とステンレス鋼で、そのうちアルミニウム合金が最も多く使用され、一般的には3003アルミニウム合金ですが、純アルミニウムを使用するものもあります。ステンレス鋼はレーザー溶接性に優れた材料です。パルスレーザーでも連続レーザーでも、外観と性能に優れた溶接部が得られます。連続レーザーを使用して薄殻リチウム電池を溶接すると、効率が5〜10倍向上し、外観効果と密閉性能が向上します。そのため、この応用分野ではパルスレーザーが徐々に置き換えられる傾向があります。

パワーバッテリーモジュールとPACK溶接

動力電池の直列および並列接続は、通常、接続片と単一電池を溶接することによって完了します。正極と負極の材料は異なります。一般的に、銅とアルミニウムの2種類の材料があります。銅とアルミニウムはレーザーで溶接されるため、脆い化合物を形成する可能性があります。アプリケーションの要件を満たすために、通常は超音波溶接が使用され、銅と銅、アルミニウムとアルミニウムの場合は通常レーザー溶接が使用されます。同時に、銅とアルミニウムは熱伝導が非常に速く、レーザーに対する反射率が非常に高く、接続片の厚さが比較的大きいため、溶接を実現するにはより高出力のレーザーを使用する必要があります。

これは、レーザー溶接が多くの溶接方法の中で最前線に立っていることを示しています。第一に、レーザー溶接はエネルギー密度が高く、溶接変形が小さく、熱影響部が小さいため、部品の精度を効果的に向上できます。溶接継ぎ目は滑らかで不純物がなく、均一で緻密で、追加の研磨作業は必要ありません。第二に、レーザー溶接は光を正確に制御して焦点を合わせることができます。点が小さく、位置決めが高精度で、機械アームで自動化しやすく、溶接効率が向上し、工数が減り、コストが削減されます。さらに、薄板や細径ワイヤのレーザー溶接は、アーク溶接ほどリフローの影響を受けません。また、幅広い材料と溶接できるため、異材料間の溶接を実現できます。

トレンド

現在、新エネルギー産業の急速な発展により、リチウムイオン電池産業とリチウムイオン電池設備製造産業が同時に成長し、レーザー切断機、レーザー溶接機、レーザー彫刻機がリチウムイオン電池市場に大規模に応用される土壌が整いました。新エネルギー市場の継続的な発展、品質要求の段階的な改善、レーザー技術の継続的な改善により、将来的にはより多くのレーザー切断機とレーザー溶接機がリチウムイオン電池市場に応用され、より多くのレーザー機械メーカーがリチウムイオン電池産業から利益を得ることができると予測されます。

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参考文献

2025-02-12 6 Min Read

リチウムイオン電池製造における高精度レーザー切断・溶接システム