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激光在电动汽车电池中的应用

时间:2023-12-15 14:27:09 作者:博纳德 点击:

电动汽车的动力源是其锂离子电池组,电池组最重要的参数之一是单位重量的充电容量(千瓦时/千克)。 这意味着,电池和汽车制造商希望尽可能多地安装 "电池单元"(存储电荷的基本锂离子单元),而去掉其它任何东西,例如将多个电池单元组合成一个 "模块 "的金属部件,或将多个模块组合成一个电池组,或将电池组完全去掉(即 C2V 或 "电池到汽车")。

电动汽车锂离子电池组

一、这与激光有什么关系?

在电池组的制造过程中,有几种工艺可以使用激光来提高可靠性和产量。

摒弃模块化方法(电池、模块、电池组)意味着几乎不可能对电动汽车的电池进行维修或固定,因此电池的可靠性、安全性和结构完整性必须非常高。这就是激光工艺发挥作用的地方。

在电池组的制造过程中,有几道工序可以使用激光来提高可靠性和生产能力。我们来看几个例子

二、电池单元的切割、清洁和焊接

电池由三层薄箔制成,阳极箔(通常为铝)、隔膜箔(聚丙烯或聚乙烯)和阴极箔(通常为铜)。阳极和阴极箔涂有活性材料、导电剂和粘合剂的混合物。将箔片缠绕在一起制成电池,在阳极和阴极上附着正负极金属片,并将液体电解质倒入电池中。

电池

现代锂离子电池工厂采用卷对卷工艺,即在将铝箔包装成单个电池之前,对长卷铝箔进行涂层、干燥和切割处理。

高功率 (100 W) 纳秒脉冲红外和紫外激光器通常用于切割箔片、清洁极片以及将极耳焊接到阳极和阴极上。与其它工艺相比,这些激光工艺具有很大的优势,因为它们可以产生更光滑的边缘和表面,从而降低锂枝晶形成的风险,这是锂离子电池故障的常见原因。

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三、焊接电池组框架和电源线束

电池框架用于固定电池、模块、冷却液管路 和动力线束。在C2V概念中,这可以是汽车底盘的一部分。激光焊接可以产生坚固可靠的接头。传统使用波长为 1 微米的千瓦级光纤激光器。而被铝和钢有效吸收,该波长不被吸收铜,用于电源连接。最近,绿色(515-535nm, 倍频光纤激光器)和蓝光(450nm直接二极管激光器)高功率 激光器首次亮相,以提高铜的吞吐量 焊接。不同金属的良好焊接总是具有挑战性的。一种新方法解决这个问题就是控制激光光斑的形状,比如使用两个不同大小和功率的点。

四、目前正在研究的应用

除了目前激光在电池制造中的应用,还有一些应用正在研究中。让我们来看看其中几种:

1、无片锂离子电池(特斯拉于 2020 年获得专利)。通过去掉标签,使用更大的电池,允许更短的电子路径长度。这将带来更大的能量容量、更强的功率输出和更长的续航时间。

2、全固态电池。用固态电解质(通常是陶瓷)取代液态电解质。固体还可作为隔膜(从电池结构中移除隔膜箔)。由于不会再因泄漏或温度变化而膨胀,因此结构可能更安全。可带来更高的能量容量。

使用高功率超快激光对电极材料进行纳米结构和纹理加工。实现不同的电极结构(三维、孔、网格、线等),提高电化学性能,减少循环过程中的机械张力,延长使用寿命。

总之,与其它方法相比,激光应用具有更高的可靠性和吞吐量,还能实现新技术。要成功利用激光工艺,就必须精确控制激光束参数,如激光功率和光束轮廓。我们可提供测量激光束参数的仪器和系统,以确保出色的性能。https://www.bonadtest.com/images/glnlj.html