2022年全球动力电池和储能电池的总出货量达812GWh,同比增长86%。2022年我国锂离子电池产量达750GWh,同比增长超过130%,行业总产值突破1.2万亿元。在2022年全球动力电池装机TOP10阵营中,中国企业依然稳固占据六席,中国在全球电动汽车动力电池市场继续保持领先水平。
目前在新能源电池领域的焊接加工主要包括刀片锂电池焊接、圆柱锂电池焊接、方壳锂电池焊接、软包锂电池焊接和氢燃料电池焊接等。动力电池内部也是一整个复杂的系统,从电芯、电池模组、电池包,历经一道道制造工序,最后组装成一整个动力电池系统。这其中,材料与材料、模组与模组、电池包结构的连接就涉及到高要求的焊接工艺——激光焊接。尽管激光焊接技术在动力电池中已得到了广泛应用,但仍然存在一些亟待攻克的挑战,其中包括:铜焊接存在外观不良、飞溅大、虚焊;铝焊接存在炸孔、飞溅,以及电池制造产能不断提升,现有工艺激光焊接速度需要提升等问题。
当前,全球新能源汽车产业已进入加速发展新阶段,对动力电池技术创新、质量性能等提出更高的要求。接下来,动力电池行业将迈入从“有没有”到“好不好”的新阶段。动力电池产业的前半程,已经可以满足市场的基础需求。动力电池产业的后半程,是引领市场需求,从有到好,与产业一起迈向高质量跃升发展的新阶段。要在动力电池的生产制造中实现高标准制造,无论是锂电工艺本身还是激光应用落地都存在着许多亟需解决的问题:动力电池的质量标准要求高,工艺多样化,新工艺迭代快,电池产品多样化等,都给电池生产带来了诸多挑战。在激光应用落地过程中,一致性、稳定性、效率、精度等要求高也是工艺难点。
以创鑫激光新能源部门接触到的某电芯FTT焊接项目为例,由于工件结构非常复杂,铜箔单层仅有6μ,而层数却共计有93层,焊接中需要把每一层都叠在一起,再焊在电池盖板上。因为其复杂的结构,传统的激光焊接容易产生大飞溅和炸点、尖锐物等异物,并很难做到表面效果一致。异物极易引发刺穿蓝膜的异常,从而导致电池放电过程中高温发热,严重时可能引起电池爆炸,为此需要更先进的激光焊接工艺来完成此高难度的焊接需求。
随着激光技术在工业制造中的应用越来越普及、重要程度越来越高,激光加工设备已不仅仅作为独立运行的工业机器,更是以集成整线、融合先进智能制造、数字化技术作为整体解决方案。因此,随着激光技术不断发展,不断吸收、融合先进的智能制造技术,将有力助推工业制造业向数字化、智能化发展。在动力电池激光焊接应用中,创鑫激光新能源部门也在积极推动其走向数字化、智能化。在接到新的项目需求后,会先制定好可行的激光方案,接着就是在配置内完成可能成百上千次的测试。如在给某头部能源企业做Busbar焊接时,需要完成不同材料厚度、走线方式及密度、速度、功率、保护气、工作光斑大小、离焦量、间隙、熔深极限等测试;针对不同应用场景(如动力电池与储能电池)选用何种激光器,都需要一一完成:提出想法、实验验证的过程。
每一次给客户DOE测试的过程,也是在丰富工艺数据库,后续客户在做相关的激光焊接应用时,可从丰富的数据库中快速匹配到合适方案。随着动力电池市场和产业规模的扩大,以及行业对电池高质量发展的要求,提升激光焊接的效率与工艺水平,推动激光制造向数字化、智能化方向发展将是大势所趋 ,激光技术作为现代先进制造技术也将从传统的“金属硬质刀具”向“激光数字刀具”转型,并成为中国制造换道超车的关键“利器”!