電池中國網(wǎng) | IPG：AMB激光器可有效抑制焊接飛濺 助電池可靠性上新臺階
10月28日，威馬汽車發(fā)布《主動召回部分產(chǎn)品的說明》，將主動召回1282輛車，召回原因主要是由于電芯供應(yīng)商在生產(chǎn)過程中混入了雜質(zhì)，導(dǎo)致動力電池產(chǎn)生異常析鋰，極端情況下可能導(dǎo)致電芯短路，引發(fā)動力電池?zé)崾Э夭a(chǎn)生起火風(fēng)險(xiǎn)，存在安全隱患。
有業(yè)內(nèi)人士分析認(rèn)為，電芯內(nèi)的雜質(zhì)一般是在電池生產(chǎn)過程中，如切割、焊接過程中產(chǎn)生的粉塵所致，而粉塵被視為電池安全的三大殺手之一，易導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，引發(fā)熱失控進(jìn)而起火。動力電池生產(chǎn)過程復(fù)雜、工序繁多，普通切割、焊接粉塵較多，影響了電芯的可靠性。為提升電芯生產(chǎn)制造的可靠性、一致性和良品率，近年來電池企業(yè)傾向于采用光纖激光技術(shù)，以提高焊接精度、效率，減少粉塵和飛濺物。
據(jù)了解，光纖激光技術(shù)目前主要應(yīng)用于動力電池生產(chǎn)過程中的電芯、極柱、軟連接、注液孔、防爆閥、模組、極耳等激光焊接；極耳、極片的切割和清洗、鉆孔、雕刻等環(huán)節(jié)。
圖為IPG(北京)光纖激光技術(shù)有限公司應(yīng)用部經(jīng)理張婧
“相較常規(guī)激光器，AMB光束模式可調(diào)激光器最大的優(yōu)勢在于可以有效抑制飛濺產(chǎn)生，提升焊接質(zhì)量及良率，特別是在電池行業(yè)應(yīng)用較多的鋁、銅材料上效果非常明顯。”日前，IPG(北京)光纖激光技術(shù)有限公司應(yīng)用部經(jīng)理張婧博士在接受電池中國網(wǎng)采訪時(shí)表示，以AMB用于方形電芯密封焊為例，目前行業(yè)內(nèi)高速頂焊速度200 mm/s，其中中心功率1450W、環(huán)形功率約為2000W；AMB焊接速度提升50%,可達(dá)300 mm/s，中心功率可達(dá)1800W，環(huán)形功率可達(dá)2500W，“焊接過程中近零飛濺，表面無氣孔且熔深均一、熔深一致性高、焊縫外觀平滑美觀，良品率大幅提高。”
據(jù)電池中國網(wǎng)了解，自中國發(fā)展動力鋰電池產(chǎn)業(yè)伊始，IPG就開始在華布局動力電池光纖激光技術(shù)及產(chǎn)品的研發(fā)。目前，IPG和世界上一些主要的電池制造企業(yè)都有合作，目前IPG產(chǎn)品已用至電池生產(chǎn)的多個(gè)環(huán)節(jié)，從極片切割、清洗，電芯、模組、PACK焊接，殼體清洗等都有涉及。
從應(yīng)用產(chǎn)品的類別上，IPG研發(fā)量產(chǎn)的YLPN納秒脈沖系列激光器用于極片切割、清洗，YLR及YLS系列連續(xù)激光器用于各焊接制程已經(jīng)非常成熟；新產(chǎn)品AMB光束模式可調(diào)激光器及LDD激光焊接過程監(jiān)測系統(tǒng)已成為一些關(guān)鍵焊接制造的重要手段。
事實(shí)上，成立于1990年的IPG，從成立至今一直專注于光纖激光器的研發(fā)與制造，是全球高功率光纖激光器的領(lǐng)導(dǎo)者，從成立至今也積累了強(qiáng)有力的競爭優(yōu)勢。
這種優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：一是IPG產(chǎn)品線豐富，在各個(gè)領(lǐng)域均有對應(yīng)的產(chǎn)品方案。在原有主打產(chǎn)品持續(xù)助力動力電池制造外，IPG也不斷有新產(chǎn)品推出，來匹配客戶更高的質(zhì)量及效率要求；二是除產(chǎn)品本身優(yōu)勢外，IPG在全球都有強(qiáng)大的技術(shù)與工藝團(tuán)隊(duì)支持，“IPG可以為客戶提供從工藝可行性驗(yàn)證、工藝開發(fā)、現(xiàn)場調(diào)試等全方位的支持，選擇了IPG，就相當(dāng)于同時(shí)選擇了整個(gè)IPG技術(shù)團(tuán)隊(duì)的服務(wù)支持。”
這種技術(shù)優(yōu)勢也使得IPG在動力電池領(lǐng)域有著非常強(qiáng)勁的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)協(xié)作能力。如IPG針對不同封裝形式的電池均有合適的激光方案選配。以軟包電池為例，軟包電池極耳焊接，多為零點(diǎn)幾毫米薄金屬片疊焊而成，且很多情況下會涉及鋁/銅異種材料的焊接。這就要求對熱輸入嚴(yán)格控制，熱輸入過大，焊接變形大，且會產(chǎn)生大量的金屬間化合物脆性相，使接頭強(qiáng)度下降嚴(yán)重。如何在控制熱輸入的同時(shí)保證一定的搭接界面面積是得到優(yōu)質(zhì)焊縫的核心。采用IPG的1000-2000W單模激光器，芯徑14um，可以得到小的熔池、高的功率密度，同時(shí)結(jié)合擺動焊接，可以充分滿足焊接效果及效率要求。
同時(shí)在產(chǎn)品迭代更新上，其研發(fā)優(yōu)勢也很好契合了動力電池技術(shù)的快速迭代更新。“過去，100W脈沖激光器曾經(jīng)是極片切割的主打設(shè)備，但隨著產(chǎn)線升級及效率不斷提升的需求，我們持續(xù)推進(jìn)200W、300W甚至500W更高功率等級激光器的應(yīng)用，讓切割速度從30、45、60不斷提升，直至120m/min這樣的切割速度。”張婧在接受采訪時(shí)進(jìn)一步補(bǔ)充道，另外在焊接制程中，過去公司主打的是YLS系列常規(guī)的連續(xù)激光器，現(xiàn)在他們推出的新產(chǎn)品AMB激光器，瞄準(zhǔn)了飛濺這個(gè)痛點(diǎn)問題，可以有效抑制飛濺產(chǎn)生，提升焊接質(zhì)量。
近年來，中國新能源汽車、動力電池產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，對于光纖激光器的需求和服務(wù)要求快速增加，據(jù)張婧介紹，為助力中國動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，IPG一直在加強(qiáng)中國市場的投入，“IPG在全球有24個(gè)應(yīng)用中心，中國區(qū)就占到了4個(gè)，也可以看出IPG對中國市場非常重視，投入了很多技術(shù)研發(fā)和服務(wù)在此。”
為降低成本、提升檢測效率和可靠性，IPG還研發(fā)出LDD激光焊接全過程監(jiān)測系統(tǒng)，“LDD最核心的優(yōu)勢是可以實(shí)時(shí)檢測出焊縫熔深，且是整條焊縫各個(gè)點(diǎn)的熔深；同時(shí)還可以兼顧表面質(zhì)量、熔寬等的檢測。”張婧表示，傳統(tǒng)方法主要是金相切片方式，屬于破壞性檢測，帶來人工及成本的浪費(fèi)，且是焊后檢測，不具備實(shí)時(shí)性；而且切片只反映出切片位置處的熔深，較為隨機(jī)，難以對整條焊縫各點(diǎn)熔深進(jìn)行測試。“在提升電池焊接可控性及安全性上，LDD相比傳統(tǒng)的檢測方法，有更高的精度及可靠性。”
值得一提的是，IPG的光纖激光器在動力電池生產(chǎn)過程中的焊接、清洗、切割等方面表現(xiàn)優(yōu)異，目前在主流的電池制造及生產(chǎn)企業(yè)中有著很高的占有率及認(rèn)可度。
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