リチウムイオン電池の溶接工程は？

角形セルでも円筒形セルでも、溶接は電池製造における重要なプロセスの 1 つです。リチウム電池の生産ラインでは、溶接プロセスの生産セクションは主にセルの組み立てとパックラインのセクションに集中しています。以下の図を参照してください。

溶接工程の詳細を簡単に説明します

1. 安全ベント溶接

圧力リリーフバルブとしても知られる安全ベントは、バッテリーの上部カバーにある薄肉のバルブ本体です。バッテリーの内圧が規定値を超えると、安全弁が破裂して圧力を開放し、バッテリーの破裂を防ぎます。安全ベントは独創的な構造になっています。通常、レーザー溶接を使用して、特定の形状の 2 枚のアルミニウム金属シートを固定します。電池の内圧が一定値まで上昇すると、アルミシートが設計上の溝位置から破断し、電池のさらなる膨張や爆発を防ぎます。したがって、このプロセスにはレーザー溶接技術に対する非常に厳しい要件が求められます。溶接線はシールする必要があり、溶接線の損傷圧力値が一定の範囲（一般的に0.4～0.7MPa）で安定するように入熱が厳密に管理されます。大きすぎても小さすぎても、バッテリーの安全性に大きな影響を与えます。

2. 端子溶接

バッテリーカバープレートの端子はプラス端子とマイナス端子に分かれています。端子の機能も内部接続と外部接続に分かれています。内部接続は、バッテリータブを端子に溶接することです。外部接続では、接続ストリップを介してバッテリー端子を溶接し、直列回路と並列回路を形成してバッテリーパックを形成します。

電池の端子は、正極にアルミニウム、負極に銅が使用されるのが一般的で、リベット止め構造が一般的です。リベット留めが完了したら、通常は直径 8 mm の円の溶接が行われます。溶接の際には、設計要件の張力と導電特性が満たされている限り、良好なビーム品質と均一なエネルギー分布を備えたファイバー レーザーまたはハイブリッド溶接レーザーが推奨されます。溶接にはファイバーレーザーまたはハイブリッド溶接レーザーを使用します。電気端子のアルミニウム-アルミニウム構造溶接および銅-銅構造溶接の安定性を実現し、スパッタを低減し、溶接歩留まりを向上させることができます。

3. タブ延長溶接

タブ延長シートは、バッテリー カバーとバッテリー ゼリー ロールを接続する重要なコンポーネントです。また、バッテリーの過電流、強度、低スパッタの要件も考慮する必要があります。したがって、カバーとの溶接プロセス中に、十分な溶接幅が必要であり、バッテリーの短絡を避けるためにバッテリーゼリーロールに粒子が落ちないようにする必要があります。負極材料としての銅は、吸収率が低い高反射材料であり、溶接中により高いエネルギー密度を必要とします。

4. 缶の封口溶接

動力電池のケース材質にはアルミニウム合金やステンレス鋼などがあります。中でもアルミニウム合金が最も多く使われており、純アルミニウムを使用するものは少数です。ステンレス鋼は、レーザー溶接性に最も優れた材料であり、特に 304 ステンレス鋼です。パルスレーザーでも連続レーザーでも、外観と性能の良い溶接が得られます。連続レーザーを使用して薄殻リチウム電池を溶接すると、効率が 5 ～ 10 倍向上し、外観と密閉性が向上します。現在、より高速な溶接速度とより均一な外観を追求するために、ほとんどの企業は、以前の低速シングルファイバー溶接に代わって、ハイブリッド溶接と環状光スポットを使用し始めています。現在、ほとんどの企業の量産ラインの溶接速度は200mm/sに達しています。一部のメーカーの低速光ファイバー溶接ラインでは、溶接ビードの安定性を確保するために、一般的な量産速度は 70mm/s です。

5. シーリングネイル溶接

シールネイル（穴埋めキャップ）にも様々な形状があり、形状は直径8mm、厚さ0.9mm程度の丸キャップが一般的です。溶接の基本条件は、耐圧力値が1.1MPaに達し、ピンホール、クラック、爆発点がないことです。電池セルの溶接の最終工程であるシールネイル溶接の歩留まりは特に重要です。シールネイルの溶接時に電解液が残留すると、爆発点やピンホールなどの欠陥が発生します。これらの欠陥を抑制するための重要な方法は、入熱を減らすことです。レーザー溶接を使用すると、安定性と互換性が大幅に向上し、歩留まりが大幅に向上します。

6. パックバスバー溶接

バッテリーモジュールは、直列および並列に接続されたリチウムイオンセルの組み合わせとして理解でき、単一のバッテリー監視および管理デバイスが取り付けられています。多くの場合、バッテリー モジュールの構造設計がバッテリー パックの性能と安全性を決定します。その構造はバッテリーセルを支持、固定、保護する必要があります。同時に、過電流要件をどのように満たすか、電流の均一性、セルの温度をどのように制御するか、重大な異常が発生した場合に連鎖反応を避けるために電源を遮断できるかどうかなどが、すべて判断基準となります。バッテリーモジュールの品質。銅とアルミニウムの間のレーザー溶接では、使用要件を満たすことができない脆い化合物が形成される傾向があるため、通常は超音波溶接が使用されます。さらに、銅と銅、アルミニウムとアルミニウムは通常レーザー溶接されます。同時に、銅とアルミニウムは両方とも熱の伝導が非常に速く、レーザーの反射率が非常に高いため、タブ延長シートの厚さが比較的厚いため、溶接を行うには高出力レーザーが必要です。