如何擊破刀片電池激光焊接“困局”？

電芯長(zhǎng)薄化正在成為動(dòng)力電池形態(tài)演化的主流共識(shí)。

近期，蜂巢能源L600短刀片磷酸鐵鋰電芯在金壇工廠量產(chǎn)下線的消息引發(fā)行業(yè)關(guān)注。新電芯長(zhǎng)度600mm，單體循環(huán)次數(shù)超過4000次，采用疊片LFP+CTP技術(shù)方案，可幫助A0級(jí)以上車型實(shí)現(xiàn)500km以上續(xù)航里程。

長(zhǎng)薄電芯的優(yōu)勢(shì)在于，散熱性明顯提高，且本身可以作為結(jié)構(gòu)件，疊加無模組技術(shù)，可以使安全性更好、體積能量更高、成本更低。

行業(yè)發(fā)展的明顯趨勢(shì)是，當(dāng)電池技術(shù)在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)形成“最優(yōu)解”，以此為特征的新品類市場(chǎng)將得到快速跟進(jìn)。當(dāng)刀片電池成為行業(yè)新品類，電芯長(zhǎng)薄化隨之也成為行業(yè)新趨勢(shì)。

當(dāng)前，包括蜂巢能源、比亞迪、LG能源在內(nèi)的國內(nèi)外電池企業(yè)都在重點(diǎn)布局長(zhǎng)薄電芯，長(zhǎng)薄電芯大規(guī)模應(yīng)用序幕由此拉開。

值得注意的是，由于工藝、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化革新，長(zhǎng)薄電芯在規(guī)?；a(chǎn)過程中需要?jiǎng)?chuàng)新裝備與創(chuàng)新工藝的技術(shù)支撐。

反而言之，哪家裝備企業(yè)先突破長(zhǎng)薄電芯規(guī)?；圃煨袠I(yè)痛點(diǎn)，其將能夠搶占先機(jī)，率先享受市場(chǎng)紅利。

高工鋰電獲悉，作為動(dòng)力電池智能制造標(biāo)桿企業(yè)之一，利元亨已率先量產(chǎn)長(zhǎng)電芯裝配線及PACK線，獲得頭部動(dòng)力電池供應(yīng)商的認(rèn)可。其中，針對(duì)長(zhǎng)薄電芯激光焊接關(guān)鍵技術(shù)的突破，成為長(zhǎng)電芯裝配環(huán)節(jié)的一大亮點(diǎn)。

01、頭部企業(yè)競(jìng)備長(zhǎng)薄電芯

長(zhǎng)薄電芯的設(shè)計(jì)原理，是基于電芯尺寸越大，活性物質(zhì)占比越高，系統(tǒng)集成效率也更高，以此提高系統(tǒng)能量密度，降低系統(tǒng)成本。

在不改變材料體系前提下，長(zhǎng)薄電芯設(shè)計(jì)可解決現(xiàn)有電動(dòng)汽車安全、續(xù)航里程焦慮兩大難題，這也是終端車企市場(chǎng)投票的核心邏輯。

高工鋰電注意到，頭部電池企業(yè)在長(zhǎng)薄電芯領(lǐng)域已經(jīng)開大馬力。最先行動(dòng)的比亞迪，其刀片電池已經(jīng)規(guī)?；慨a(chǎn)，除了滿足自身的供應(yīng)外，其刀片電池已向一汽紅旗導(dǎo)出。

產(chǎn)能布局上，比亞迪刀片電池在建及規(guī)劃的基地包括重慶、長(zhǎng)沙、貴陽、蚌埠、南昌、湖北、吉林等。

蜂巢能源也后來居上，搭配L600短刀片磷酸鐵鋰電芯的長(zhǎng)城歐拉，也于今年6月成功進(jìn)入推薦目錄。

目前，蜂巢能源L600短刀片電芯進(jìn)入量產(chǎn)階段，基于該電芯的矩陣電池包也將進(jìn)入量產(chǎn)倒計(jì)時(shí)。

LG新能源基于MEB 590模組設(shè)計(jì)的軟包電芯尺寸，長(zhǎng)度一般至少在550mm，寬度100mm，高度10mm左右。該電芯設(shè)計(jì)同樣是長(zhǎng)薄化原理，目前在終端車企中已有實(shí)質(zhì)性應(yīng)用。

02、長(zhǎng)薄電芯激光焊接之難

無疑，長(zhǎng)薄電芯已成為未來電池形態(tài)發(fā)展趨勢(shì)之一。但從規(guī)模化生產(chǎn)制造的角度來看，長(zhǎng)薄電芯面臨的最大問題是良率的控制和大規(guī)模制造的效率問題。

在此過程中，激光焊接設(shè)備技術(shù)的突破革新尤為關(guān)鍵。

一方面，由于電芯呈長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)，殼體封口一般需要兩端封口，兩端殼口的平行度不高，但由于單體電池容量更高，對(duì)封口焊縫的性能及自動(dòng)化封口焊接設(shè)備提出了更高的要求。

另一方面，在長(zhǎng)薄電芯生產(chǎn)過程中，矩形鋁殼拐角部分因激光焊接速度與激光能量關(guān)系的變化，會(huì)導(dǎo)致拐角處焊穿、熔融堆積等情況，造成電池的質(zhì)量難以控制。

此外，在激光焊接過程中，熱熔池的形成及變化非常關(guān)鍵。如果熔池中有雜物或異物，會(huì)導(dǎo)致熔池形成炸裂，形成氣孔和斷焊。最終影響產(chǎn)品的有效熔深、熔寬等關(guān)鍵焊接指標(biāo)。

圍繞長(zhǎng)薄電芯激光焊接的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行突破，利元亨已成功量產(chǎn)長(zhǎng)電芯激光焊接機(jī)，并獲得頭部動(dòng)力電池供應(yīng)商的認(rèn)可。

經(jīng)廣東省機(jī)械工程學(xué)會(huì)科技成果鑒定，利元亨長(zhǎng)電芯激光焊接系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)處于國際先進(jìn)水平。

△  利元亨長(zhǎng)電芯激光焊接機(jī)

03、利元亨激光焊接4大黑科技

利元亨長(zhǎng)電芯激光焊接技術(shù)由焊接機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)、激光一體化控制技術(shù)和激光焊接視覺技術(shù)組成，由此也形成了利元亨長(zhǎng)電芯激光焊接機(jī)的4大黑科技。

1、焊接機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)突破

利元亨針對(duì)長(zhǎng)電芯封口技術(shù)進(jìn)行深度開發(fā)，通過采用不同的封口焊接機(jī)構(gòu)以及多軸高速高精度控制系統(tǒng)，支持激光焊接工藝庫快速換型，實(shí)現(xiàn)兩端穩(wěn)定封口焊接。

為滿足市場(chǎng)多種技術(shù)應(yīng)用需求，利元亨可提供臥式側(cè)焊、立式側(cè)焊、頂蓋旋轉(zhuǎn)焊接、頂蓋雙邊同時(shí)焊接等多種焊接結(jié)構(gòu)，滿足客戶定制化需求。

2、激光一體化控制方案突破

利元亨長(zhǎng)電芯激光焊接控制系統(tǒng)采用激光一體化控制方案，涵蓋PSO控制、視覺控制、邏輯控制、MES交互控制、高速運(yùn)動(dòng)控制等，通過工業(yè)級(jí)總線連接各個(gè)功能器件進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

通過TCP/IP通訊與生產(chǎn)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)工廠級(jí)遠(yuǎn)程運(yùn)維、數(shù)據(jù)交互、視覺圖像上傳等需求。

針對(duì)長(zhǎng)電芯的激光PSO控制和高速運(yùn)動(dòng)控制，利元亨采用深度開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)作為核心控制單元，實(shí)現(xiàn)了控制方案自主化、國產(chǎn)化。

3、PSO激光控制技術(shù)突破

在長(zhǎng)電芯鋰電池生產(chǎn)過程中，矩形鋁殼拐角部分因激光焊接速度與激光能量關(guān)系的變化而導(dǎo)致拐角處焊穿、熔融堆積等情況，造成電池的質(zhì)量難以控制。

利元亨針對(duì)鋰電池激光焊接工藝技術(shù)瓶頸，對(duì)激光焊接鋁合金的焊接拐角缺陷產(chǎn)生進(jìn)行機(jī)理分析，并綜合考慮機(jī)構(gòu)剛性、結(jié)構(gòu)重心、高速動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及精度等因素，采用PSO（位置同步輸出）激光能量控制技術(shù)，可在焊接速度變化處、直線焊接段和弧角焊接段，實(shí)現(xiàn)激光能量均勻作用在待焊接物體上的自適應(yīng)控制，完成高速穩(wěn)定的激光焊接，使整體焊縫均勻一致，解決焊接過程中因拐角速度不均勻造成焊接質(zhì)量不穩(wěn)定的行業(yè)難題。

利元亨PSO激光控制技術(shù)，將行業(yè)穩(wěn)定運(yùn)行的鋰電池頂蓋封口焊接速度從200mm/s提升到250mm/s以上，效率提升25%，產(chǎn)品良率達(dá)到99.5%以上。

值得一提的是，利元亨PSO激光控制技術(shù)搭配環(huán)形光斑激光器和雙波長(zhǎng)激光器方案已成功進(jìn)入鋰電池生產(chǎn)頭部企業(yè)。   

4、激光焊接視覺技術(shù)突破

隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鋰電池激光焊前、焊中的機(jī)器視覺自動(dòng)識(shí)別和補(bǔ)償能有效提前對(duì)產(chǎn)品形貌，焊縫特征，激光焦點(diǎn)，激光狀態(tài)形進(jìn)行前置分析。

利元亨激光一體化控制技術(shù)中包含了機(jī)器視覺識(shí)別，可在激光焊接過程中實(shí)現(xiàn)焊前焦點(diǎn)視覺監(jiān)控、焊接過程監(jiān)測(cè)全覆蓋，分析的數(shù)據(jù)及結(jié)果，直接引導(dǎo)激光焊接進(jìn)行焊接要素自動(dòng)識(shí)別和補(bǔ)償。

在保障交付產(chǎn)品零缺陷的同時(shí)，將生產(chǎn)良率由98%提升到99.5%以上。

綜合來看，憑借深厚技術(shù)底蘊(yùn)及創(chuàng)新技術(shù)商業(yè)化落地能力，利元亨整線制造方案已在長(zhǎng)電芯領(lǐng)域拔得頭籌。隨著電芯長(zhǎng)薄化趨勢(shì)演進(jìn)，利元亨在長(zhǎng)電芯制造領(lǐng)域建立的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，也將轉(zhuǎn)化為其又一市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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