شرح مفصل لتقنية اللحام بالليزر لبطاريات ذات غلاف من الألومنيوم

تتميز بطاريات الليثيوم ذات الغلاف الألومنيومي المربع بالعديد من المزايا، مثل بساطة التركيب، ومقاومة الصدمات الجيدة، وكثافة الطاقة العالية، وسعة الخلية الكبيرة. لطالما شكلت هذه البطاريات الاتجاه الرئيسي لتصنيع وتطوير بطاريات الليثيوم محلياً، حيث تستحوذ على أكثر من 40% من السوق.

يظهر في الشكل هيكل بطارية الليثيوم ذات الغلاف الألومنيومي المربع، والذي يتكون من قلب البطارية (صفائح الأقطاب الموجبة والسالبة، والفاصل)، والإلكتروليت، والغلاف، والغطاء العلوي، ومكونات أخرى.

هيكل بطارية الليثيوم ذو الغلاف المربع المصنوع من الألومنيوم

أثناء عملية تصنيع وتجميع بطاريات الليثيوم ذات الغلاف الألومنيومي المربع، يتم تصنيع عدد كبير مناللحام بالليزرتتطلب هذه العملية عدة خطوات، مثل: لحام الوصلات المرنة بين خلايا البطارية وألواح الغطاء، ولحام مانع التسرب لألواح الغطاء، ولحام مسامير منع التسرب، وما إلى ذلك. يُعدّ اللحام بالليزر الطريقة الرئيسية للحام بطاريات الطاقة المنشورية، وذلك بفضل كثافته العالية للطاقة، واستقراره الجيد، ودقة لحامه العالية، وسهولة دمجه في الأنظمة، والعديد من المزايا الأخرى.اللحام بالليزرلا غنى عنه في عملية إنتاج بطاريات الليثيوم ذات الغلاف الألومنيومي المنشوري. دور.

منصة الجلفانومتر الأوتوماتيكية رباعية المحاور من مافنماكينة لحام الألياف الليزرية

يُعدّ خط اللحام في غطاء مانع التسرب العلوي أطول خط لحام في بطارية ذات غلاف ألومنيوم مربع، كما أنه يستغرق أطول وقت للحام. شهدت صناعة بطاريات الليثيوم نموًا سريعًا في السنوات الأخيرة، وتطورت معها تقنية اللحام بالليزر لمانع التسرب العلوي ومعداتها. وبناءً على اختلاف سرعة اللحام وأداء المعدات، نقسم معدات وعمليات اللحام بالليزر للغطاء العلوي إلى ثلاث مراحل: المرحلة الأولى (2015-2017) بسرعة لحام أقل من 100 مم/ث، والمرحلة الثانية (2017-2018) بسرعة 100-200 مم/ث، والمرحلة الثالثة (2019 وما بعدها) بسرعة 200-300 مم/ث. فيما يلي عرض لتطور هذه التقنية عبر هذه المراحل:

1. عصر 1.0 لتكنولوجيا اللحام بالليزر للأغطية العلوية

سرعة اللحام<100 مم/ثانية

بين عامي 2015 و2017، شهدت صناعة مركبات الطاقة الجديدة المحلية نموًا متسارعًا مدفوعًا بالسياسات، وبدأ قطاع بطاريات الطاقة بالتوسع. ومع ذلك، لا يزال تراكم التكنولوجيا واحتياطيات المواهب لدى الشركات المحلية محدودًا نسبيًا. كما أن عمليات تصنيع البطاريات وتقنيات المعدات ذات الصلة لا تزال في مراحلها الأولى، ومستوى أتمتة المعدات منخفض نسبيًا، ولم يبدأ مصنّعو المعدات إلا مؤخرًا في إيلاء اهتمامهم لتصنيع بطاريات الطاقة وزيادة استثماراتهم في البحث والتطوير. في هذه المرحلة، تتراوح متطلبات كفاءة الإنتاج لمعدات لحام البطاريات المربعة بالليزر عادةً بين 6 و10 أجزاء في المليون. ويستخدم حل المعدات عادةً ليزرًا ليفيًّا بقدرة 1 كيلوواط لإصدار شعاع من خلال جهاز عادي.رأس لحام الليزر(كما هو موضح في الصورة)، ويتم تشغيل رأس اللحام بواسطة محرك منصة مؤازر أو محرك خطي. سرعة الحركة واللحام تتراوح بين 50 و100 مم/ثانية.

استخدام ليزر بقوة 1 كيلو واط للحام الغطاء العلوي لقلب البطارية

فياللحام بالليزرفي هذه العملية، وبسبب سرعة اللحام المنخفضة نسبيًا ووقت الدورة الحرارية الطويل نسبيًا للحام، يكون لدى حوض اللحام المنصهر وقت كافٍ للتدفق والتصلب، ويمكن للغاز الواقي أن يغطي حوض اللحام المنصهر بشكل أفضل، مما يسهل الحصول على سطح أملس وكامل، ولحامات ذات اتساق جيد، كما هو موضح أدناه.

تشكيل اللحام للحام منخفض السرعة للغطاء العلوي

أما فيما يتعلق بالمعدات، فعلى الرغم من أن كفاءة الإنتاج ليست عالية، إلا أن هيكل المعدات بسيط نسبياً، والاستقرار جيد، وتكلفة المعدات منخفضة، مما يلبي احتياجات تطوير الصناعة في هذه المرحلة ويضع الأساس للتطور التكنولوجي اللاحق.

على الرغم من أن لحام أغطية التغليف العلوي في عصره الأول يتميز ببساطة المعدات، وانخفاض التكلفة، والاستقرار الجيد، إلا أن قيوده المتأصلة واضحة للغاية. فمن ناحية المعدات، لا تستطيع قدرة محرك التشغيل تلبية الطلب المتزايد على زيادة السرعة؛ ومن ناحية التقنية، فإن مجرد زيادة سرعة اللحام وطاقة الليزر لزيادة السرعة سيؤدي إلى عدم استقرار عملية اللحام وانخفاض الإنتاجية: فزيادة السرعة تُقصر زمن دورة اللحام الحرارية، وتزيد من شدة انصهار المعدن، وتزيد من تناثر المعدن، وتقل قدرة المعدن على التكيف مع الشوائب، وتزيد من احتمالية تشكل ثقوب التناثر. في الوقت نفسه، يقل زمن تصلب حوض المعدن المنصهر، مما يؤدي إلى خشونة سطح اللحام وانخفاض تجانسه. عندما تكون بقعة الليزر صغيرة، لا تكون كمية الحرارة المُدخلة كبيرة ويمكن تقليل التناثر، ولكن نسبة العمق إلى العرض في اللحام تكون كبيرة وعرض اللحام غير كافٍ؛ وعندما تكون بقعة الليزر كبيرة، يلزم إدخال طاقة ليزر أكبر لزيادة عرض اللحام. كبير الحجم، ولكنه في الوقت نفسه سيؤدي إلى زيادة تناثر اللحام وضعف جودة تشكيل سطح اللحام. في ظل المستوى التقني الحالي، فإن أي زيادة في السرعة تعني التضحية بالإنتاجية مقابل الكفاءة، وقد أصبحت متطلبات تحديث المعدات وتقنيات العمليات من متطلبات الصناعة.

2. عصر الغلاف العلوي 2.0اللحام بالليزرتكنولوجيا

سرعة اللحام 200 مم/ثانية

في عام 2016، بلغت القدرة المركبة لبطاريات الطاقة في السيارات الصينية حوالي 30.8 جيجاواط/ساعة، وفي عام 2017 بلغت حوالي 36 جيجاواط/ساعة، وفي عام 2018 شهدت طفرة هائلة، حيث وصلت القدرة المركبة إلى 57 جيجاواط/ساعة، بزيادة سنوية قدرها 57%. كما أنتجت الصين ما يقرب من مليون سيارة ركاب تعمل بالطاقة الجديدة، بزيادة سنوية قدرها 80.7%. ويعود هذا الارتفاع الكبير في القدرة المركبة إلى زيادة الطاقة الإنتاجية لبطاريات الليثيوم. تمثل بطاريات سيارات الركاب التي تعمل بالطاقة الجديدة أكثر من 50% من القدرة المركبة، مما يعني أن متطلبات الصناعة لأداء البطاريات وجودتها ستصبح أكثر صرامة، كما أن التحسينات المصاحبة في تكنولوجيا معدات التصنيع وتكنولوجيا العمليات قد دخلت حقبة جديدة: فلكي يتم تلبية متطلبات الطاقة الإنتاجية لخط إنتاج واحد، يجب زيادة الطاقة الإنتاجية لمعدات لحام الليزر للغطاء العلوي إلى 15-20 جزءًا في المليون، واللحام بالليزريجب أن تصل السرعة إلى 150-200 مم/ث. لذلك، فيما يتعلق بمحركات القيادة، قام العديد من مصنعي المعدات بتحديث منصة المحرك الخطي بحيث تلبي آلية حركتها متطلبات أداء الحركة للحام بسرعة منتظمة تبلغ 200 مم/ث على مسار مستطيل؛ ومع ذلك، فإن كيفية ضمان جودة اللحام في ظل اللحام عالي السرعة تتطلب مزيدًا من التطورات في العملية، وقد أجرت الشركات في هذا المجال العديد من الاستكشافات والدراسات: بالمقارنة مع حقبة 1.0، فإن المشكلة التي تواجه اللحام عالي السرعة في حقبة 2.0 هي: استخدام ليزرات الألياف العادية لإخراج مصدر ضوء نقطي واحد من خلال رؤوس اللحام العادية، مما يجعل الاختيار صعبًا لتلبية متطلبات 200 مم/ث.

في الحل التقني الأصلي، لا يمكن التحكم في تأثير تشكيل اللحام إلا من خلال خيارات التكوين، وضبط حجم البقعة، وتعديل المعايير الأساسية مثل طاقة الليزر: عند استخدام تكوين ببقعة أصغر، ستكون فتحة اللحام صغيرة، وسيكون شكل حوض اللحام غير مستقر، وسيصبح اللحام غير مستقر. كما سيكون عرض اللحام المندمج صغيرًا نسبيًا؛ عند استخدام تكوين ببقعة ضوئية أكبر، ستزداد فتحة اللحام، ولكن ستزداد طاقة اللحام بشكل كبير، وستزداد معدلات تناثر اللحام وثقوب الانفجار بشكل كبير أيضًا.

نظرياً، إذا كنت ترغب في ضمان تأثير تشكيل اللحام عالي السرعةاللحام بالليزربالنسبة للغطاء العلوي، يجب عليك استيفاء المتطلبات التالية:

① يكون لخط اللحام عرض كافٍ ونسبة عمق خط اللحام إلى عرضه مناسبة، مما يتطلب أن يكون نطاق تأثير الحرارة لمصدر الضوء كبيرًا بما فيه الكفاية وأن تكون طاقة خط اللحام ضمن نطاق معقول؛

② اللحام ناعم، الأمر الذي يتطلب أن يكون وقت الدورة الحرارية للحام طويلاً بما يكفي أثناء عملية اللحام بحيث يكون للحوض المنصهر سيولة كافية، ويتصلب اللحام ليصبح لحامًا معدنيًا ناعمًا تحت حماية الغاز الواقي؛

٣- يتميز خط اللحام بتجانس جيد وقلة المسام والثقوب. يتطلب ذلك أن يعمل الليزر بثبات على قطعة العمل أثناء عملية اللحام، وأن يتم توليد بلازما شعاعية عالية الطاقة باستمرار وتؤثر على داخل حوض المعدن المنصهر. ينتج عن تفاعل البلازما "ثقبًا رئيسيًا" في حوض المعدن المنصهر. يجب أن يكون هذا الثقب كبيرًا ومستقرًا بما يكفي لمنع قذف بخار المعدن والبلازما المتولدة وتناثر قطرات المعدن، كما يمنع انهيار حوض المعدن المنصهر حول الثقب الرئيسي وانبعاث الغازات. حتى في حال احتراق أجسام غريبة أثناء عملية اللحام وانبعاث غازات بشكل انفجاري، فإن الثقب الرئيسي الأكبر حجمًا يُسهّل إطلاق الغازات المتفجرة ويقلل من تناثر المعدن وتكوّن الثقوب.

استجابةً للنقاط المذكورة أعلاه، قامت شركات تصنيع البطاريات وشركات تصنيع المعدات في الصناعة بمحاولات وممارسات مختلفة: تم تطوير تصنيع بطاريات الليثيوم في اليابان لعقود، وقد أخذت تقنيات التصنيع ذات الصلة زمام المبادرة.

في عام 2004، عندما لم تكن تقنية ليزر الألياف قد تم تطبيقها تجاريًا على نطاق واسع، استخدمت باناسونيك ليزرات أشباه الموصلات LD وليزر YAG المضخ بواسطة مصباح نبضي للحصول على خرج مختلط (يظهر المخطط في الشكل أدناه).

مخطط توضيحي لتقنية اللحام الهجين متعدد الليزر وبنية رأس اللحام

بقعة الضوء ذات الكثافة العالية للطاقة المتولدة بواسطة النبضاتليزر YAGتُستخدم بقعة صغيرة لتسليط الضوء على قطعة العمل لتوليد ثقوب اللحام والحصول على اختراق كافٍ. في الوقت نفسه، يُستخدم ليزر أشباه الموصلات LD لتوفير ليزر مستمر CW لتسخين قطعة العمل مسبقًا ولحامها. توفر بركة اللحام المنصهرة أثناء عملية اللحام طاقة أكبر للحصول على ثقوب لحام أكبر، وزيادة عرض خط اللحام، وإطالة زمن إغلاق ثقوب اللحام، مما يساعد على خروج الغاز من بركة اللحام المنصهرة ويقلل من مسامية خط اللحام، كما هو موضح أدناه.

مخطط تخطيطي للنموذج الهجيناللحام بالليزر

بتطبيق هذه التقنية،ليزر YAGويمكن استخدام ليزرات الليزر الثنائي (LD) التي لا تتجاوز قدرتها بضع مئات من الواط للحام أغلفة بطاريات الليثيوم الرقيقة بسرعة عالية تصل إلى 80 مم/ثانية. ويظهر تأثير اللحام كما هو موضح في الشكل.

مورفولوجيا اللحام في ظل معايير عملية مختلفة

مع تطور وانتشار ليزرات الألياف، حلت ليزرات الألياف تدريجياً محل ليزرات YAG النبضية في معالجة المعادن بالليزر نظراً لمزاياها العديدة مثل جودة الشعاع الجيدة، وكفاءة التحويل الكهروضوئي العالية، والعمر الطويل، وسهولة الصيانة، والطاقة العالية.

لذا، تطورت تركيبة الليزر في حل اللحام الهجين المذكور أعلاه إلى ليزر ألياف + ليزر أشباه موصلات ثنائي، ويتم إخراج الليزر بشكل محوري عبر رأس معالجة خاص (يظهر رأس اللحام في الشكل 7). وخلال عملية اللحام، تبقى آلية عمل الليزر كما هي.

وصلة لحام ليزرية مركبة

في هذه الخطة، النبضليزر YAGتم استبدال الليزر التقليدي بليزر ألياف يتميز بجودة شعاع أفضل، وقدرة أعلى، وإخراج مستمر، مما يزيد بشكل كبير من سرعة اللحام ويحقق جودة لحام أفضل (كما هو موضح في الشكل 8). ولذلك، يحظى هذا الحل بإقبال بعض العملاء. ويُستخدم حاليًا في إنتاج لحام أغطية بطاريات الطاقة، حيث تصل سرعة اللحام إلى 200 مم/ث.

مظهر لحام الغطاء العلوي بواسطة اللحام الهجين بالليزر

على الرغم من أن حل اللحام بالليزر ثنائي الطول الموجي يحل مشكلة استقرار اللحام عالي السرعة ويلبي متطلبات جودة اللحام عالي السرعة لأغطية خلايا البطارية العلوية، إلا أنه لا تزال هناك بعض المشاكل المتعلقة بهذا الحل من منظور المعدات والعملية.

أولاً وقبل كل شيء، فإن مكونات الأجهزة لهذا الحل معقدة نسبياً، وتتطلب استخدام نوعين مختلفين من الليزر ووصلات لحام ليزر خاصة ثنائية الطول الموجي، مما يزيد من تكاليف الاستثمار في المعدات، ويزيد من صعوبة صيانة المعدات، ويزيد من نقاط فشل المعدات المحتملة؛

ثانيًا، الطول الموجي المزدوجاللحام بالليزرتتكون الوصلة المستخدمة من عدة مجموعات من العدسات (انظر الشكل 4). يكون فقد الطاقة فيها أكبر من وصلات اللحام العادية، ويتطلب الأمر ضبط موضع العدسة لضمان الإخراج المحوري لليزر ثنائي الطول الموجي. ومع التركيز على مستوى بؤري ثابت، قد يصبح موضع العدسة غير ثابت مع التشغيل عالي السرعة لفترات طويلة، مما يؤدي إلى تغييرات في المسار البصري ويؤثر على جودة اللحام، الأمر الذي يستدعي إعادة ضبطها يدويًا.

ثالثًا، أثناء اللحام، يكون انعكاس الليزر شديدًا، مما قد يُلحق الضرر بالمعدات والمكونات بسهولة. خاصةً عند إصلاح المنتجات المعيبة، حيث يعكس سطح اللحام الأملس كمية كبيرة من ضوء الليزر، مما قد يتسبب بسهولة في إطلاق إنذار الليزر، وبالتالي يلزم تعديل معايير المعالجة لإجراء الإصلاح.

لحل المشكلات المذكورة أعلاه، علينا إيجاد طريقة أخرى للاستكشاف. في عامي 2017-2018، درسنا التأرجح عالي التردداللحام بالليزرتم تطوير تقنية غطاء البطارية العلوي وتعميم استخدامها في الإنتاج. يُعدّ اللحام المتأرجح عالي التردد بشعاع الليزر (المشار إليه فيما يلي باللحام المتأرجح) عملية لحام أخرى عالية السرعة تبلغ سرعتها 200 مم/ثانية.

بالمقارنة مع حل اللحام بالليزر الهجين، فإن الجزء المادي من هذا الحل لا يتطلب سوى ليزر ألياف عادي مقترن برأس لحام ليزر متذبذب.

رأس لحام متذبذب

يحتوي رأس اللحام على عدسة عاكسة تعمل بمحرك، ويمكن برمجتها للتحكم في حركة الليزر وفقًا لنوع المسار المصمم (عادةً دائري، أو على شكل حرف S، أو على شكل الرقم 8، إلخ)، وسعة الحركة وترددها. تُتيح معايير الحركة المختلفة الحصول على مقطع عرضي للحام بأشكال وأحجام متنوعة.

اللحامات التي تم الحصول عليها في ظل مسارات تأرجح مختلفة

يتم تحريك رأس اللحام المتأرجح عالي التردد بواسطة محرك خطي للحام على طول الفجوة بين قطع العمل. ويتم اختيار نوع مسار التأرجح وسعته المناسبين وفقًا لسمك جدار غلاف الخلية. أثناء اللحام، يشكل شعاع الليزر الثابت مقطعًا عرضيًا للحام على شكل حرف V فقط. ومع ذلك، عند تحريكه بواسطة رأس اللحام المتأرجح، تتأرجح بقعة الشعاع بسرعة عالية على مستوى البؤرة، مما يشكل ثقبًا رئيسيًا للحام ديناميكيًا ودوارًا، والذي يمكن من خلاله الحصول على نسبة مناسبة بين عمق اللحام وعرضه.

تعمل فتحة اللحام الدوارة على تحريك اللحام. فمن جهة، تُساعد على خروج الغازات وتقليل مسامات اللحام، ولها تأثيرٌ ملحوظ في إصلاح الثقوب الدقيقة في نقطة انفجار اللحام (انظر الشكل 12). ومن جهة أخرى، يتم تسخين معدن اللحام وتبريده بشكلٍ منتظم. وتجعل هذه الدورة سطح اللحام يبدو بنمطٍ منتظمٍ يشبه حراشف السمك.

تشكيل التماس باللحام المتأرجح

قابلية اللحامات للتكيف مع تلوث الطلاء في ظل معايير تأرجح مختلفة

تُلبي النقاط المذكورة أعلاه متطلبات الجودة الأساسية الثلاثة للحام عالي السرعة للغطاء العلوي. ويتميز هذا الحل بمزايا أخرى:

① بما أن معظم طاقة الليزر يتم حقنها في ثقب المفتاح الديناميكي، فإن الليزر المتناثر الخارجي يقل، لذلك لا يلزم سوى طاقة ليزر أصغر، ويكون مدخل حرارة اللحام منخفضًا نسبيًا (أقل بنسبة 30٪ من اللحام المركب)، مما يقلل من فقدان المعدات وفقدان الطاقة؛

② تتميز طريقة اللحام المتأرجح بقدرة عالية على التكيف مع جودة تجميع قطع العمل وتقلل من العيوب الناتجة عن مشاكل مثل خطوات التجميع؛

③تتمتع طريقة اللحام المتأرجح بتأثير إصلاح قوي على ثقوب اللحام، ومعدل نجاح استخدام هذه الطريقة لإصلاح ثقوب لحام قلب البطارية مرتفع للغاية؛

④ النظام بسيط، وتصحيح أخطاء المعدات وصيانتها أمر بسيط.

3. عصر 3.0 من تكنولوجيا اللحام بالليزر للأغطية العلوية

سرعة اللحام 300 مم/ثانية

مع استمرار انخفاض دعم الطاقة الجديدة، باتت سلسلة التوريد الصناعية لصناعة البطاريات بأكملها تقريبًا في وضع تنافسي شديد. وقد دخلت هذه الصناعة مرحلة إعادة هيكلة، حيث ازدادت نسبة الشركات الرائدة ذات الحجم الكبير والمزايا التكنولوجية. ولكن في الوقت نفسه، سيصبح "تحسين الجودة، وخفض التكاليف، وزيادة الكفاءة" هو المحور الرئيسي للعديد من الشركات.

في فترة انخفاض الدعم أو انعدامه، لا يمكننا الحصول على فرصة إضافية للفوز في المنافسة إلا من خلال تحقيق ترقيات متكررة للتكنولوجيا، وتحقيق كفاءة إنتاج أعلى، وخفض تكلفة تصنيع البطارية الواحدة، وتحسين جودة المنتج.

تواصل شركة هانز ليزر استثماراتها في أبحاث تقنية اللحام عالي السرعة لأغطية خلايا البطاريات. فبالإضافة إلى طرق المعالجة المتعددة المذكورة أعلاه، تدرس الشركة أيضاً تقنيات متقدمة مثل تقنية اللحام بالليزر النقطي الحلقي وتقنية اللحام بالليزر الجلفاني لأغطية خلايا البطاريات.

بهدف تحسين كفاءة الإنتاج، تم استكشاف تقنية لحام الغطاء العلوي بسرعة 300 مم/ثانية وما فوق. وقد أجرت شركة هانز ليزر دراسة حول لحام وختم الليزر باستخدام الجلفانومتر الماسح الضوئي في الفترة 2017-2018، متجاوزةً الصعوبات التقنية المتمثلة في صعوبة توفير الحماية الغازية لقطعة العمل أثناء لحام الجلفانومتر وضعف تأثير تشكيل سطح اللحام، وحققت سرعة تتراوح بين 400 و500 مم/ثانية.اللحام بالليزرغطاء الخلية العلوي. تستغرق عملية اللحام ثانية واحدة فقط لبطارية 26148.

مع ذلك، ونظرًا لكفاءتها العالية، يصعب للغاية تطوير معدات داعمة تضاهيها، كما أن تكلفة هذه المعدات مرتفعة. لذا، لم يتم تطوير أي تطبيقات تجارية أخرى لهذا الحل.

مع استمرار تطورليزر الأليافبفضل التكنولوجيا، تم إطلاق ليزرات ألياف جديدة عالية الطاقة قادرة على إخراج بقع ضوئية حلقية الشكل مباشرة. يمكن لهذا النوع من الليزر إخراج بقع ليزرية نقطية حلقية عبر ألياف بصرية متعددة الطبقات خاصة، ويمكن تعديل شكل البقعة وتوزيع الطاقة، كما هو موضح في الشكل.

اللحامات التي تم الحصول عليها في ظل مسارات تأرجح مختلفة

من خلال التعديل، يمكن جعل توزيع كثافة طاقة الليزر على شكل بقعة حلقية ذات قمة مرتفعة. يُطلق على هذا النوع من الليزر اسم كورونا، كما هو موضح في الشكل.

شعاع ليزر قابل للتعديل (على التوالي: ضوء مركزي، ضوء مركزي + ضوء حلقي، ضوء حلقي، ضوءان حلقيان)

في عام ٢٠١٨، تم اختبار استخدام عدة ليزرات من هذا النوع في لحام أغطية خلايا البطاريات المصنوعة من الألومنيوم، وبناءً على ليزر كورونا، انطلقت الأبحاث حول حلول تقنية المعالجة ٣.٠ للحام أغطية خلايا البطاريات بالليزر. عندما يُخرج ليزر كورونا شعاعه في وضع الحلقة النقطية، تكون خصائص توزيع كثافة الطاقة لشعاعه الخارج مشابهة لخصائص الخرج المركب لليزر شبه الموصل + الألياف.

أثناء عملية اللحام، يشكل ضوء النقطة المركزية ذو الكثافة العالية للطاقة ثقبًا رئيسيًا للحام الاختراق العميق للحصول على اختراق كافٍ للحام (على غرار ناتج ليزر الألياف في حل اللحام الهجين)، ويوفر ضوء الحلقة مدخلات حرارية أكبر، ويوسع الثقب الرئيسي، ويقلل من تأثير بخار المعدن والبلازما على المعدن السائل عند حافة الثقب الرئيسي، ويقلل من تناثر المعدن الناتج، ويزيد من وقت الدورة الحرارية للحام، مما يساعد الغاز في حوض المعدن المنصهر على الهروب لفترة أطول، مما يحسن استقرار عمليات اللحام عالية السرعة (على غرار ناتج ليزر أشباه الموصلات في حلول اللحام الهجينة).

في الاختبار، قمنا بلحام بطاريات ذات جدران رقيقة ووجدنا أن اتساق حجم اللحام كان جيدًا وأن قدرة العملية CPK كانت جيدة، كما هو موضح في الشكل 18.

مظهر لحام الغطاء العلوي للبطارية بسماكة جدار 0.8 مم (سرعة اللحام 300 مم/ثانية)

من الناحية التقنية، وعلى عكس حلول اللحام الهجينة، يتميز هذا الحل بالبساطة ولا يتطلب ليزرين أو رأس لحام هجين خاص. فهو لا يحتاج إلا إلى رأس لحام ليزر عادي عالي الطاقة (حيث أن ليفًا بصريًا واحدًا فقط يُخرج ليزرًا أحادي الطول الموجي، وبنية العدسة بسيطة، ولا تتطلب أي تعديل، وفقد الطاقة منخفض)، مما يسهل عملية الضبط والصيانة، ويُحسّن استقرار الجهاز بشكل كبير.

بالإضافة إلى بساطة نظام حل الأجهزة وتلبية متطلبات عملية اللحام عالية السرعة للغطاء العلوي لخلية البطارية، يتمتع هذا الحل بمزايا أخرى في تطبيقات العمليات.

في الاختبار، قمنا بلحام الغطاء العلوي للبطارية بسرعة عالية بلغت 300 مم/ث، وحققنا نتائج جيدة في تشكيل خط اللحام. علاوة على ذلك، بالنسبة للأغلفة ذات السماكات المختلفة (0.4، 0.6، و0.8 مم)، يكفي تعديل وضع خرج الليزر للحصول على لحام جيد. مع ذلك، تتطلب حلول اللحام الهجين بالليزر ثنائي الطول الموجي تغيير التكوين البصري لرأس اللحام أو الليزر، مما يزيد من تكاليف المعدات ووقت الضبط.

لذلك، فإن نقطة الحلقةاللحام بالليزرلا يقتصر دور هذا الحل على تحقيق لحام فائق السرعة للغطاء العلوي بسرعة 300 مم/ثانية وتحسين كفاءة إنتاج بطاريات الطاقة فحسب، بل يُسهم أيضًا في تحسين جودة المعدات والمنتجات بشكل كبير، وتقليل وقت تغيير النماذج وضبطها، مما يُفيد شركات تصنيع البطاريات التي تحتاج إلى تغييرات متكررة في النماذج.

مظهر لحام الغطاء العلوي للبطارية بسماكة جدار 0.4 مم (سرعة اللحام 300 مم/ثانية)

مظهر لحام الغطاء العلوي للبطارية بسماكة جدار 0.6 مم (سرعة اللحام 300 مم/ثانية)

اختراق اللحام بالليزر كورونا للحام الخلايا ذات الجدران الرقيقة - قدرات العملية

بالإضافة إلى ليزر كورونا المذكور أعلاه، فإن ليزر AMB وليزر ARM لهما خصائص إخراج بصرية مماثلة ويمكن استخدامهما لحل مشاكل مثل تحسين تناثر لحام الليزر، وتحسين جودة سطح اللحام، وتحسين استقرار اللحام عالي السرعة.

4. ملخص

تُستخدم الحلول المختلفة المذكورة أعلاه في الإنتاج الفعلي من قِبل شركات تصنيع بطاريات الليثيوم المحلية والأجنبية. ونظرًا لاختلاف أوقات الإنتاج والخلفيات التقنية، تُستخدم حلول معالجة متنوعة على نطاق واسع في هذا القطاع، إلا أن الشركات لديها متطلبات أعلى فيما يتعلق بالكفاءة والجودة. ويشهد هذا القطاع تحسينًا مستمرًا، وسيتم قريبًا تطبيق المزيد من التقنيات الجديدة من قِبل الشركات الرائدة في مجال التكنولوجيا.

بدأ قطاع بطاريات الطاقة الجديدة في الصين متأخراً نسبياً، ولكنه شهد نمواً سريعاً مدفوعاً بالسياسات الوطنية. وقد واصلت التقنيات ذات الصلة تطورها بفضل الجهود المشتركة لسلسلة التوريد بأكملها، مما ساهم في تقليص الفجوة مع الشركات العالمية الرائدة. وبصفتها شركة محلية لتصنيع معدات بطاريات الليثيوم، تسعى مافن باستمرار إلى استكشاف نقاط قوتها، والمساهمة في تطوير معدات حزم البطاريات بشكل دوري، وتقديم حلول أفضل للإنتاج الآلي لحزم وحدات تخزين الطاقة الجديدة.