Ličio jonų akumuliatorių suvirinimo metodų ir procesų įvadas

Protingas suvirinimo metodų ir procesų pasirinkimas galios ličio baterijų gamybos procese turės tiesioginės įtakos akumuliatoriaus kainai, kokybei, saugai ir nuoseklumui. Toliau sutvarkykime turinį apie galios ličio baterijų suvirinimą.

1. Lazerinio suvirinimo principai

Suvirinant lazeriu, naudojamas puikus lazerio spindulių kryptingumas ir didelis galios tankis. Per optinę sistemą lazerio spindulys sufokusuojamas į labai mažą plotą, suvirintoje jungtyje per labai trumpą laiką suformuojant labai koncentruotą šilumos šaltinio plotą, taip išlydant suvirintą objektą ir suformuojant vientisą litavimo jungtį bei suvirinimo siūlę.

2. Lazerinio suvirinimo tipas

Šilumos laidumo suvirinimas ir giluminis suvirinimas

Šilumos laidumo suvirinimas lazeriu formuojamas, kai lazerio galios tankis yra 105-106w/cm2, o giluminis suvirinimas lazeriu, kai lazerio galios tankis yra 105-106w/cm2

Skvarbinis suvirinimas ir siūlių suvirinimas

Įsiskverbimo suvirinimas, sujungimo detalės nereikalauja perforavimo, o apdorojimas yra gana paprastas. Prasiskverbiamajam suvirinimui reikalingas didelio galingumo lazerinio suvirinimo aparatas. Suvirinimo įsiskverbimo gylis yra mažesnis nei siūlių suvirinimo, o jo patikimumas yra gana prastas.

Palyginti su skvarbiu suvirinimu, siūlių suvirinimui reikia tik mažesnės galios lazerinio suvirinimo aparato. Siūlės suvirinimo įsiskverbimo gylis yra didesnis nei įsiskverbimo suvirinimo, o jo patikimumas yra gana geras. Tačiau jungiamoji dalis turi būti perforuota, todėl apdorojimas yra gana sunkus.

Impulsinio lazerinio suvirinimo pavyzdžiai

Nepertraukiamas mėginių suvirinimas lazeriu

Suvirindami galios ličio baterijas, suvirinimo technikos specialistai parinks tinkamus lazerio ir suvirinimo proceso parametrus, atsižvelgdami į kliento baterijos medžiagą, formą, storį, tempimo reikalavimus ir kt., įskaitant suvirinimo greitį, bangos formą, didžiausią vertę ir suvirinimo kampą. suvirinimo galvutė, kad būtų nustatyti pagrįsti suvirinimo proceso parametrai, siekiant užtikrinti, kad galutinis suvirinimo efektas atitiktų galios ličio akumuliatoriaus gamintojo reikalavimus.

Koncentruota energija, didelis suvirinimo efektyvumas, didelis apdorojimo tikslumas ir didelis suvirinimo gylio ir pločio santykis. Lazerio spindulį lengva sufokusuoti, išlygiuoti ir valdyti optiniais instrumentais. Jis gali būti dedamas tinkamu atstumu nuo ruošinio ir gali būti nukreipiamas tarp įtaisų ar kliūčių aplink ruošinį. Kiti suvirinimo būdai negali būti visiškai panaudoti dėl pirmiau minėtų erdvinių apribojimų.

Mažas šilumos įvedimas, maža šilumos paveikta zona ir nedidelis liekamasis įtempis bei ruošinio deformacija; Suvirinimo energiją galima tiksliai valdyti, suvirinimo efektas yra stabilus, o suvirinimo išvaizda yra gera;

Bekontaktis suvirinimas, šviesolaidinis perdavimas, geras prieinamumas ir aukštas automatizavimo lygis. Suvirinant ploną arba ploną vielą, nekyla problemų, susijusių su perpylimu, kaip suvirinant lankiniu būdu. Akumuliatoriaus elementai, naudojami ličio baterijoms maitinti, dėl savo lengvumo principo dažniausiai yra pagaminti iš lengvesnės aliuminio medžiagos ir plonesni. Paprastai korpusas, dangtis ir dugnas turi būti mažesni nei 10 mm, o pagrindinių gamintojų pagrindinės medžiagos storis šiuo metu yra apie 0,8 mm.

Sunkumai suvirinimo lazeriu procese

Šiuo metu aliuminio lydinio baterijų korpusai sudaro daugiau nei 90% visos galios ličio baterijos. Jo suvirinimo sudėtingumas yra ypač didelis aliuminio lydinio atspindys lazeriui, didelis dujų porų jautrumas suvirinimo proceso metu ir neišvengiamas kai kurių problemų ir defektų atsiradimas suvirinimo metu, tarp kurių svarbiausi yra dujų poros, karšti įtrūkimai, ir sprogimas.

Aliuminio lydinio suvirinimo lazeriu metu yra du svarbūs porų tipai, kurie gali atsirasti: vandenilio poros ir poros, atsirandančios dėl burbuliukų sprogimo. Dėl greito suvirinimo lazeriu aušinimo greičio vandenilio porų problema yra rimtesnė, taip pat yra papildomo tipo skylės, kurias sukelia mažų skylių griuvimas lazerinio suvirinimo metu.

Karšto įtrūkimo problema. Aliuminio lydinys yra tipiškas eutektinio tipo lydinys, kuris suvirinimo metu gali karštai įtrūkti, įskaitant suvirinimo kristalizacijos įtrūkimus ir HAZ suskystinimo įtrūkimus. Dėl komponentų segregacijos suvirinimo zonoje atsiranda eutektinė segregacija ir grūdelių ribos tirpimas. Esant įtempimo sąlygoms, grūdelių ribose susidaro suskystinimo įtrūkimai, dėl kurių sumažėja suvirintos jungties efektyvumas.

Sprogimo (taip pat žinomo kaip purslų) problema. Yra daug veiksnių, galinčių sukelti sprogimą, pavyzdžiui, medžiagos švara, pačios medžiagos grynumas ir pačios medžiagos savybės. Lemiamas panaudojimas yra lazerio stabilumas. Paviršiaus išsikišimai, poros ir vidiniai burbuliukai ant apvalkalo. Pagrindinė priežastis yra ta, kad pluošto šerdies skersmuo yra per mažas arba lazerio energija nustatyta per didelė. Nėra taip, kad kai kurie lazerinės įrangos tiekėjai teigia, kad kuo geresnė pluošto kokybė, tuo geresnis suvirinimo efektas. Gera sijos kokybė tinka suvirinimui su didesniu įsiskverbimo gyliu. Tinkamų proceso parametrų paieška yra raktas į problemų sprendimą.

Kiti sunkumai

Minkšto paketo poliaus ausies suvirinimui reikalingi aukšti suvirinimo įtaiso reikalavimai, o stulpo ausis turi būti tvirtai prispausta, kad būtų užtikrintas suvirinimo tarpas. Jis gali greitai suvirinti sudėtingas trajektorijas, tokias kaip S formos ir spiralės formos, padidindamas suvirinimo siūlės jungties plotą ir sustiprindamas suvirinimo stiprumą.

Cilindrinių akumuliatoriaus elementų suvirinimas yra svarbus teigiamo elektrodo suvirinimui. Dėl plono neigiamo elektrodo apvalkalo jį itin lengva pervirinti. Šiuo metu kai kurie gamintojai naudoja suvirinimo be neigiamo elektrodo procesą, o teigiamo elektrodo – lazerinį suvirinimą.

Suvirinant kvadratinius akumuliatorių derinius, polius arba jungiamoji detalė yra užteršti ir stori. Suvirinant jungiamąją detalę, suyra teršalai, dėl kurių lengvai gali susidaryti suvirinimo sprogimo vietos ir atsirasti skylių; Akumuliatoriai su plonais poliais ir plastikiniais arba keraminiais konstrukciniais elementais yra linkę suvirinti. Kai stulpas yra mažas, suvirinimas taip pat gali lengvai nukrypti ir padaryti plastikinius pažeidimus, sudarydamas sprogius taškus. Nenaudokite daugiasluoksnių jungčių, nes tarp sluoksnių yra porų, todėl sunku tvirtai lituoti.

Svarbiausias kvadratinių baterijų suvirinimo procesas yra korpuso dangtelio įpakavimas, kuris pagal skirtingas pozicijas skirstomas į viršutinio ir apatinio dangtelio suvirinimą. Kai kurie baterijų gamintojai baterijų korpusams gaminti naudoja gilaus tempimo technologiją dėl nedidelio jų gaminamų baterijų tūrio, o tam tereikia suvirinti viršutinį dangtelį.

Kvadratinės galios ličio baterijos šoninio suvirinimo pavyzdys

Kvadratinių baterijų suvirinimo metodai daugiausia skirstomi į šoninį ir viršutinį suvirinimą. Svarbus šoninio suvirinimo privalumas yra tas, kad jis mažiau veikia akumuliatoriaus elemento vidų, o purslai lengvai nepateks į vidinę korpuso dangtelio pusę. Dėl galimų išsikišimų po suvirinimo, kurie gali turėti nedidelę įtaką tolesniam surinkimo procesui, šoninio suvirinimo procesas reikalauja itin didelio lazerio stabilumo ir medžiagos švarumo. Viršutinis suvirinimo procesas dėl suvirinimo ant vieno paviršiaus kelia santykinai žemus suvirinimo įrangos integravimo ir paprastos masinės gamybos reikalavimus. Tačiau yra ir du trūkumai. Pirma, suvirinimo metu į akumuliatoriaus elementą gali patekti nedidelis kiekis purslų, antra, aukšti priekinės korpuso dalies apdorojimo reikalavimai gali sukelti išlaidų problemų.

5. Veiksniai, turintys įtakos suvirinimo kokybei

Lazerinis suvirinimas šiuo metu yra svarbus metodas, labai rekomenduojamas aukščiausios klasės akumuliatorių suvirinimui. Lazerinis suvirinimas yra didelės energijos lazerio apšvitinimas ant ruošinio, dėl kurio smarkiai pakyla darbinė temperatūra, lydosi ir vėl sujungiamas ruošinys, kad susidarytų nuolatinis ryšys. Lazerinis suvirinimas turi gerą šlyties stiprumą ir atsparumą plyšimui. Akumuliatoriaus suvirinimo kokybės vertinimo kriterijai apima laidumą, stiprumą, sandarumą, metalo nuovargį ir atsparumą korozijai.

Yra daug veiksnių, turinčių įtakos lazerinio suvirinimo kokybei. Kai kurie iš jų yra labai nepastovios ir turi didelį nestabilumą. Kaip teisingai nustatyti ir valdyti šiuos parametrus, kad juos būtų galima valdyti atitinkamame diapazone greito ir nepertraukiamo lazerinio suvirinimo proceso metu, siekiant užtikrinti suvirinimo kokybę. Suvirinimo siūlių formavimo patikimumas ir stabilumas yra svarbūs klausimai, susiję su lazerinio suvirinimo technologijos praktiškumu ir industrializacija. Svarbūs veiksniai, turintys įtakos suvirinimo lazeriu kokybei, yra suvirinimo įranga, ruošinio būklė ir proceso parametrai.

1) Suvirinimo įranga

Svarbiausi lazerių kokybės reikalavimai yra pluošto režimas, išėjimo galia ir stabilumas. Spindulio režimas yra svarbus spindulio kokybės rodiklis. Kuo mažesnė pluošto režimo tvarka, tuo geresnis spindulio fokusavimo našumas, tuo mažesnė taškas, tuo didesnis galios tankis esant ta pačiai lazerio galiai ir tuo didesnis suvirinimo siūlės gylis ir plotis. Paprastai reikalingas bazinis režimas (TEM00) arba žemesnės eilės režimas, kitu atveju sunku įvykdyti aukštos kokybės lazerinio suvirinimo reikalavimus. Šiuo metu buitiniai lazeriai vis dar susiduria su tam tikrais sunkumais, susijusiais su pluošto kokybe ir galios stabilumu lazeriu suvirinant. Žvelgiant iš svetimų situacijų, lazerių pluošto kokybė ir išėjimo galios stabilumas jau yra gana aukšti ir netaps lazerinio suvirinimo problema. Svarbiausias veiksnys, turintis įtakos suvirinimo kokybei optinėse sistemose, yra fokusavimo objektyvas, kurio židinio nuotolis paprastai yra nuo 127 mm (5 colių) iki 200 mm (7,9 colio). Mažas židinio nuotolis yra naudingas siekiant sumažinti sufokusuoto pluošto juosmens taško skersmenį, tačiau per mažas suvirinimo proceso metu gali lengvai užsiteršti ir išsitaškyti.

Kuo trumpesnis bangos ilgis, tuo didesnis sugerties greitis; Paprastai gero laidumo medžiagos turi didelį atspindį. YAG lazeriuose sidabro atspindys yra 96%, aliuminio - 92%, vario - 90%, geležies - 60%. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis absorbcijos greitis, rodantis tiesinį ryšį; Paprastai paviršiaus padengimas fosfatu, suodžiu, grafitu ir kt. gali pagerinti absorbcijos greitį.

2) Ruošinio būklė

Suvirinant lazeriu, reikia apdoroti ruošinio kraštus, taikant aukštą surinkimo tikslumą, griežtą taško ir suvirinimo siūlės išlygiavimą, o pradinis ruošinio surinkimo tikslumas ir taškinis išlygiavimas negali pasikeisti dėl suvirinimo terminės deformacijos suvirinimo proceso metu. Taip yra todėl, kad lazerio taškas yra mažas, o suvirinimo siūlė siaura. Paprastai metalo užpildas nepridedamas. Jei mazgas nėra sandarus ir tarpas yra per didelis, sija gali praeiti pro tarpą ir negali ištirpti pagrindinės medžiagos arba sukelti akivaizdų įpjovimą ar įdubimą. Jei nuokrypis tarp dėmės ir siūlės yra šiek tiek didelis, tai gali sukelti nepilną sulydimą arba nepilną suvirinimą. Todėl tarpas tarp pagrindinės plokštės prijungimo ir surinkimo bei taško išlygiavimo nuokrypio neturi viršyti {{0}},1 mm, o poslinkis neturi viršyti 0,2 mm. Realioje gamyboje kartais lazerinio suvirinimo technologija negali būti naudojama dėl šių reikalavimų neįvykdymo. Norint pasiekti gerų suvirinimo rezultatų, leistinas sujungimo ir persidengimo tarpas turi būti kontroliuojamas 10% plonos plokštės storio.

Norint sėkmingai suvirinti lazeriu, būtinas glaudus suvirinto pagrindo kontaktas. Tam reikia kruopščiai priveržti dalis, kad būtų pasiekti optimalūs rezultatai. Ir tai sunku padaryti ant plonų poliarinių ausų pagrindų, nes jie linkę netinkamai išsilenkti, ypač kai poliarinė ausis yra įdėta į didelius akumuliatoriaus modulius ar komponentus.

3) Suvirinimo parametrai

1) Svarbiausias veiksnys, turintis įtakos lazerinio suvirinimo režimo suvirinimo parametrams ir stabiliam suvirinimo formavimui, yra lazerio taško galios tankis. Jo įtaka suvirinimo režimui ir siūlės formavimosi stabilumui yra tokia: didėjant lazerio taško galios tankiui, jis tampa stabiliu šilumos laidumo suvirinimu, režimu nestabiliu ir stabiliu giluminio įsiskverbimo suvirinimu.

Lazerio taško galios tankis nustatomas pagal lazerio galią ir spindulio židinio padėtį, atsižvelgiant į tam tikrą spindulio režimą ir fokusuojančio veidrodžio židinio nuotolį. Lazerio galios tankis yra tiesiogiai proporcingas lazerio galiai. Židinio padėties įtaka turi optimalią reikšmę; Kai sijos židinys yra tam tikroje padėtyje žemiau ruošinio paviršiaus (1-2 mm diapazone, priklausomai nuo plokštės storio ir parametrų), galima gauti idealiausią suvirinimo siūlę. Nukrypus nuo šios optimalios fokusavimo padėties, padidės ruošinio paviršiaus dėmė, sumažės galios tankis. Tam tikrame diapazone tai sukels suvirinimo proceso formos pasikeitimą.

Suvirinimo greičio įtaka suvirinimo proceso formai ir stabilumui nėra tokia reikšminga kaip lazerio galios ir fokusavimo padėties. Tik esant per dideliam suvirinimo greičiui, dėl mažo šilumos kiekio nesugebėjimas išlaikyti stabilaus giluminio įsiskverbimo suvirinimo proceso. Faktinio suvirinimo metu, atsižvelgiant į suvirinimo siūlės reikalavimus įsiskverbimo gyliui, reikia pasirinkti stabilų giluminį suvirinimą arba stabilų šilumos laidumo suvirinimą, o nestabilaus režimo suvirinimui reikia visiškai užkirsti kelią.

(2) Suvirinimo giluminio įsiskverbimo diapazone suvirinimo parametrų įtaka įsiskverbimo gyliui: esant stabiliam gilaus įsiskverbimo suvirinimo diapazonui, kuo didesnė lazerio galia, tuo didesnis įsiskverbimo gylis, o santykis yra maždaug 0 .7 galia; Kuo didesnis suvirinimo greitis, tuo mažesnis įsiskverbimo gylis. Kai židinys yra optimalioje padėtyje esant tam tikroms lazerio galios ir suvirinimo greičio sąlygoms, atsiranda didžiausias įsiskverbimo gylis. Jei jis nukrypsta nuo šios padėties, įsiskverbimo gylis sumažėja ir netgi tampa nestabilus arba stabilus šilumos laidumo suvirinimas.

(3) Apsauginių dujų, kurių svarbi paskirtis yra apsaugoti ruošinį nuo oksidacijos suvirinimo proceso metu, poveikis; Apsaugokite fokusavimo lęšį nuo metalo garų taršos ir skysčio lašelių purslų; Išsklaidyti didelės galios lazerinio suvirinimo generuojamą plazmą; Atvėsinkite ruošinį ir sumažinkite karščio paveiktą zoną.

Apsauginės dujos dažniausiai yra argonas arba helis, o azotas taip pat gali būti naudojamas tiems, kuriems keliami žemi tariamos kokybės reikalavimai. Jų polinkis gaminti plazmą gerokai skiriasi: helio dujos dėl didelio jonizacijos krūvio ir greito šilumos laidumo turi mažesnę tendenciją gaminti plazmą nei argono dujos tomis pačiomis sąlygomis, todėl gaunamas didesnis lydymosi gylis. Tam tikrame diapazone, didėjant apsauginių dujų srautui, didėja polinkis slopinti plazmą, todėl padidėja lydymosi gylis. Tačiau pasiekęs tam tikrą diapazoną jis linkęs stabilizuotis.

(4) Kiekvieno parametro stebėjimo analizė: iš keturių suvirinimo parametrų suvirinimo greitį ir apsauginių dujų srautą lengva stebėti ir išlaikyti stabilumą, o lazerio galia ir fokusavimo padėtis yra parametrai, kurie suvirinimo proceso metu gali svyruoti ir kuriuos sunku stebėti. . Nors lazerio išėjimo galia yra labai stabili ir ją lengva stebėti, lazerio galia, pasiekianti ruošinį, pasikeis dėl kreipimo ir fokusavimo sistemų praradimo. Šis praradimas yra susijęs su optinio ruošinio kokybe, tarnavimo laiku ir paviršiaus užterštumu, todėl jį sunku stebėti ir tampa neaiškiu suvirinimo kokybės veiksniu. Sijos fokusavimo padėtis yra vienas iš suvirinimo parametrų, kuris turi didelę įtaką suvirinimo kokybei ir yra sunkiausiai stebimas bei kontroliuojamas. Šiuo metu gamyboje būtina pasikliauti rankiniu reguliavimu ir pakartotiniais proceso eksperimentais, siekiant nustatyti tinkamą židinio taško padėtį, kad būtų pasiektas norimas įsiskverbimo gylis. Tačiau suvirinimo proceso metu dėl ruošinio deformacijos, terminio lęšio efekto ar daugiamačio erdvinių kreivių suvirinimo židinio padėtis gali pasikeisti ir viršyti leistiną diapazoną.

Atsižvelgiant į pirmiau minėtas dvi situacijas, viena vertus, turi būti naudojami aukštos kokybės ir stabilūs optiniai komponentai, kurie turi būti reguliariai prižiūrimi, kad būtų išvengta taršos ir būtų palaikoma švara; Kita vertus, reikia sukurti lazerinio suvirinimo procesų stebėjimo ir valdymo metodus realiu laiku, siekiant optimizuoti parametrus, stebėti lazerio galios ir fokusavimo padėties pokyčius, pasiekiančius ruošinį, pasiekti uždaro ciklo valdymą, pagerinti patikimumą. ir lazerinio suvirinimo kokybės stabilumas.

Galiausiai reikia pažymėti, kad suvirinimas lazeriu yra lydymosi procesas. Tai reiškia, kad lazerinio suvirinimo proceso metu abu substratai išsilydys. Šis procesas yra greitas, todėl bendras šilumos suvartojimas yra mažas. Tačiau kadangi tai yra lydymosi procesas, suvirinant įvairias medžiagas gali susidaryti trapūs didelio atsparumo intermetaliniai junginiai. Aliuminio vario derinys ypač linkęs sudaryti intermetalinius junginius. Įrodyta, kad šie junginiai turi neigiamą poveikį trumpalaikėms elektrinėms ir ilgalaikėms mechaninėms mikroelektroninių prietaisų sandūrų savybėms. Šių intermetalinių junginių poveikis ilgalaikiam ličio jonų baterijų veikimui vis dar neaiškus.