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如何击破刀片电池激光焊接“困局”?

电芯长薄化正在成为动力电池形态演化的主流共识。

近期,蜂巢能源L600短刀片磷酸铁锂电芯在金坛工厂量产下线的消息引发行业关注。新电芯长度600mm,单体循环次数超过4000次,采用叠片LFP+CTP技术方案,可帮助A0级以上车型实现500km以上续航里程。

长薄电芯的优势在于,散热性明显提高,且本身可以作为结构件,叠加无模组技术,可以使安全性更好、体积能量更高、成本更低。

行业发展的明显趋势是,当电池技术在某个时间段内形成“最优解”,以此为特征的新品类市场将得到快速跟进。当刀片电池成为行业新品类,电芯长薄化随之也成为行业新趋势。

当前,包括蜂巢能源、比亚迪、LG能源在内的国内外电池企业都在重点布局长薄电芯,长薄电芯大规模应用序幕由此拉开。

值得注意的是,由于工艺、结构的优化革新,长薄电芯在规模化生产过程中需要创新装备与创新工艺的技术支撑。

反而言之,哪家装备企业先突破长薄电芯规模化制造行业痛点,其将能够抢占先机,率先享受市场红利。

高工锂电获悉,作为动力电池智能制造标杆企业之一,利元亨已率先量产长电芯装配线及PACK线,获得头部动力电池供应商的认可。其中,针对长薄电芯激光焊接关键技术的突破,成为长电芯装配环节的一大亮点。

头部企业竞备长薄电芯

长薄电芯的设计原理,是基于电芯尺寸越大,活性物质占比越高,系统集成效率也更高,以此提高系统能量密度,降低系统成本。

在不改变材料体系前提下,长薄电芯设计可解决现有电动汽车安全、续航里程焦虑两大难题,这也是终端车企市场投票的核心逻辑。

高工锂电注意到,头部电池企业在长薄电芯领域已经开大马力。最先行动的比亚迪,其刀片电池已经规模化量产,除了满足自身的供应外,其刀片电池已向一汽红旗导出。

产能布局上,比亚迪刀片电池在建及规划的基地包括重庆、长沙、贵阳、蚌埠、南昌、湖北、吉林等。

蜂巢能源也后来居上,搭配L600短刀片磷酸铁锂电芯的长城。

欧拉(参数|图片),也于今年6月成功进入推荐目录。

目前,蜂巢能源L600短刀片电芯进入量产阶段,基于该电芯的矩阵电池包也将进入量产倒计时。

LG新能源基于MEB 590模组设计的软包电芯尺寸,长度一般至少在550mm,宽度100mm,高度10mm左右。该电芯设计同样是长薄化原理,目前在终端车企中已有实质性应用。

长薄电芯激光焊接之难

无疑,长薄电芯已成为未来电池形态发展趋势之一。但从规模化生产制造的角度来看,长薄电芯面临的最大问题是良率的控制和大规模制造的效率问题。

在此过程中,激光焊接设备技术的突破革新尤为关键。

一方面,由于电芯呈长条结构,壳体封口一般需要两端封口,两端壳口的平行度不高,但由于单体电池容量更高,对封口焊缝的性能及自动化封口焊接设备提出了更高的要求。

另一方面,在长薄电芯生产过程中,矩形铝壳拐角部分因激光焊接速度与激光能量关系的变化,会导致拐角处焊穿、熔融堆积等情况,造成电池的质量难以控制。

此外,在激光焊接过程中,热熔池的形成及变化非常关键。如果熔池中有杂物或异物,会导致熔池形成炸裂,形成气孔和断焊。最终影响产品的有效熔深、熔宽等关键焊接指标。

围绕长薄电芯激光焊接的关键技术进行突破,利元亨已成功量产长电芯激光焊接机,并获得头部动力电池供应商的认可。

经广东省机械工程学会科技成果鉴定,利元亨长电芯激光焊接系统关键技术处于国际先进水平。

利元亨激光焊接4大黑科技

利元亨长电芯激光焊接技术由焊接机械结构技术、激光一体化控制技术和激光焊接视觉技术组成,由此也形成了利元亨长电芯激光焊接机的4大黑科技。

1、焊接机械结构技术突破

利元亨针对长电芯封口技术进行深度开发,通过采用不同的封口焊接机构以及多轴高速高精度控制系统,支持激光焊接工艺库快速换型,实现两端稳定封口焊接。

为满足市场多种技术应用需求,利元亨可提供卧式侧焊、立式侧焊、顶盖旋转焊接、顶盖双边同时焊接等多种焊接结构,满足客户定制化需求。

2、激光一体化控制方案突破

利元亨长电芯激光焊接控制系统采用激光一体化控制方案,涵盖PSO控制、视觉控制、逻辑控制、MES交互控制、高速运动控制等,通过工业级总线连接各个功能器件进行实时控制。

通过TCP/IP通讯与生产服务器进行数据交互,实现工厂级远程运维、数据交互、视觉图像上传等需求。

针对长电芯的激光PSO控制和高速运动控制,利元亨采用深度开发的数控系统平台作为核心控制单元,实现了控制方案自主化、国产化。

3、PSO激光控制技术突破

在长电芯锂电池生产过程中,矩形铝壳拐角部分因激光焊接速度与激光能量关系的变化而导致拐角处焊穿、熔融堆积等情况,造成电池的质量难以控制。

利元亨针对锂电池激光焊接工艺技术瓶颈,对激光焊接铝合金的焊接拐角缺陷产生进行机理分析,并综合考虑机构刚性、结构重心、高速动态稳定性及精度等因素,采用PSO(位置同步输出)激光能量控制技术,可在焊接速度变化处、直线焊接段和弧角焊接段,实现激光能量均匀作用在待焊接物体上的自适应控制,完成高速稳定的激光焊接,使整体焊缝均匀一致,解决焊接过程中因拐角速度不均匀造成焊接质量不稳定的行业难题。

利元亨PSO激光控制技术,将行业稳定运行的锂电池顶盖封口焊接速度从200mm/s提升到250mm/s以上,效率提升25%,产品良率达到99.5%以上。

值得一提的是,利元亨PSO激光控制技术搭配环形光斑激光器和双波长激光器方案已成功进入锂电池生产头部企业。

4、激光焊接视觉技术突破

在保障交付产品零缺陷的同时,将生产良率由98%提升到99.5%以上。

综合来看,凭借深厚技术底蕴及创新技术商业化落地能力,利元亨整线制造方案已在长电芯领域拔得头筹。随着电芯长薄化趋势演进,利元亨在长电芯制造领域建立的领先优势,也将转化为其又一市场竞争力。

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