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电池/开关电源 |
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车用锂离子电池生产 |
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newmaker |
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高速激光焊接工艺可以为车用电池的生产和组装提供有效的解决方案，帮助生产商降低生产成本，从而推进新能源汽车的商业化发展。
能源危机及环境恶化问题近年来日趋严重，引起了全球性的关注。按目前世界石油消耗速度看，全球石油储藏量大约60年就会消耗殆尽。此外世界石油消耗速度还在逐年增加中。目前全球汽车保有量在不断上升，整个行业约消耗石油总开采量的45%。传统汽车对石油的依赖也是全球气候变暖的最根本原因。降低汽车行业对石油的依赖已经成为人类解决能源危机最快速、最环保和成本最低的方式。
近年来，以电池为基础的电动车和混合动力汽车技术得到了进一步的发展，已经在全球主要汽车市场进行了大规模的商业推广。此类的新能源汽车不仅具有传统汽柴油汽车的动力和性能，还可以提高燃油经济性并降低尾气排放。据波士顿咨询公司（BCG）调查显示，2020年，在全球四大汽车市场（西欧、北美、日本和中国）销售的电动汽车和混合动力汽车数量将达到1400万辆，而这个数字在2008年约仅为48万。
采用电池的新能源汽车有混合动力汽车（HEV）、插入式混合动力车（PHEV）和纯电动车（EV）几种。目前这几种汽车有的已经推入市场，有的还在开发和完善之中。在今天的混合动力车系统中，如丰田普锐斯，电动马达主要用于车辆的启动和低速行进中，而其他大部分行驶时间依然采用汽油发动机提供动力。在这种系统中，电池尺寸较小，提供的动力有限，因此电池驱动模式下行驶里程很短。相比较来说，插入式混合动力车拥有动力强劲的电池组，汽车行程可以达到100多公里，电池可接入电网充电后使用。纯电动汽车完全依靠车载电池，完全实现了零排放。纯电动车的电池也可以接入电网进行充电，或通过车载汽油机进行充电。纯电动车单次充电行驶里程约65公里，可满足大多数城市消费者交通所需。
梅赛德斯-奔驰S400 BlueHYBRID混合动力系统采用了非常
紧凑而高效的高压锂离子电池，首次运用于量产汽车上。
推动混合动力系统发展的一个重要因素是电池技术的提高。目前，混合动力车主要采用镍氢电池，较传统的铅酸电池和镍镉电池容量大。未来插入式混合动力车需要质量更轻、尺寸更小、容量更大的电池，才能满足更长行驶里程的需求。目前，大多数电池开发商认为锂离子电池可以解决目前所面临的问题，因为锂离子电池容量大，输出功率大，比重量是镍氢电池两倍。据市场研究机构Pike Research公司调查显示，锂离子电池市场到2015年将达到80亿美元，今年预计为8.78亿美元。将于2010年年末推向市场的雪佛兰Volt汽车（图）采用一个功率为16千瓦/小时的T型锂离子电池组，由220个电池组成。除了可靠性和安全性，成本也是采用锂离子电池技术的插入式混合动力车可以取得广阔发展的一个重要因素。除了材料方面的成本，批量生产成本也将对电池价格产生重要的影响。
将于2010年年末推向市场的雪佛兰Volt汽车采用一个功率
为16千瓦/小时的T型锂离子电池组，由220个电池组成。
采用激光技术进行批量生产
异种材料连接、密封、局部加工、高精度、质量稳定以及高产量等都是电池生产的关键词。具有创新加工技术的高级激光系统为锂离子电池的批量生产提供了高效低本加工方案。圆柱形电池内部极片为经过涂层处理的金属箔，卷绕起来密封在一个金属罐中，且与外面的电极端子相连。上图显示了目前锂离子电池的另外一种设计方式，电池组采用平行排列，电极叠在一起，还有的电池组采用棱柱形方式排列。
锂离子电池电极的生产和电池及模块的组装涉及切割、连接和密封等生产工艺。可以采用激光技术的工艺有电极切割、内部元件和极片及端子的连接，以及电池外壳的密封。大多数金属元件都是铜或铝制成的，主要因为这两种金属的电性能较好。以前，铜和铝的高反射率给激光焊接带来了一定的挑战，而现在这个问题因高亮度激光的出现得到了很好的解决，此外高亮度激光还可以用于连接同类材料或异类材料。
电池极片切割
锂离子电池极片由活性材料制成，涂覆于铝箔和铜箔的两面，作为电池的集流器。因电池外形（圆柱或平板形）或极片类型（正极或负极）的不同，铜箔或铝箔的厚度从0.01mm（无涂布）到0.2mm（有涂布）不等。模切工艺用于生产平板形电池极片，圆盘刀用于圆柱电池极片的剪切。这两种工艺都需要相对比较昂贵的模具。随着时间的推移，这些模具会因磨损而影响加工的稳定性。尤其值得注意的是，切割边缘出现细微的弯曲或出现微米级的细小金属物都可能使电池出现短路现象。因此，为了保证加工质量，需要经常对设备进行维护，而刀具也要经常更换。
激光工艺已经用于电池极片的切割，在高速切割下与传统机械剪切方式相比质量更高，且更具成本效益。圆盘和光纤激光器可以输出光斑尺寸小但是强度高的光束，可以满足高反射率铜箔和铝箔切割所需。采用单模光纤激光器可以使流程得到优化，并提高切割质量。速度超过10m/min的切割所需的功率较低，大约在50W到200W之间。目前的应用显示非接触性激光切割很有可能替代传统的切割工艺，前者没有刀具的磨损，灵活性更高，而且切割质量稳定。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(8/22/2010) |
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