파워배터리용 레이저 용접 기술 현황 및 발전 전망

신에너지 자동차 산업의 급속한 발전을 배경으로, 전체 자동차 시스템의 핵심 에너지 단위인 파워 배터리는 안전성, 신뢰성, 일관성을 통해 전반적인 자동차 성능 수준을 직접적으로 결정합니다. 개별 셀부터 모듈, 그리고 전체 배터리 팩에 이르기까지 용접 품질은 대규모 제조에서 배터리 수명, 안전 성능 및 수율에 영향을 미치는 핵심 요소 중 하나입니다.- 다양한 용접 방법 중 레이저 용접은 높은 에너지 밀도, 높은 정밀도, 높은 자동화 능력으로 인해 파워 배터리 제조에 있어서 없어서는 안 될 핵심 공정이 되었습니다.

 

 

신에너지 차량의 경량화 및 고에너지 밀도 개발 요구를 충족하기 위해{0}}알루미늄 합금 소재는 일반적으로 전원 배터리 구조 부품에 사용됩니다. 셀 케이싱, 커버, 부스바 등의 구성 요소는 일반적으로 우수한 전도성, 내식성 및 성형성을 지닌 1-시리즈 또는 3시리즈 알루미늄 합금을 사용합니다. 높은 전도성이 요구되는 일부 분야에서는 구리 또는 알루미늄-구리 복합 재료가 사용됩니다.

 

그러나 알루미늄 합금 자체는 화학반응성이 높고 열전도도가 높으며 선팽창계수가 높고 표면이 치밀한 산화막을 형성하기 쉽기 때문에 용접 시 다공성, 스패터, 파열, 열간균열 등의 결함이 발생하기 쉽습니다. 또한, 알루미늄-구리 이종재 접합 시 부서지기 쉬운 금속간 화합물이 형성되어 접합 강도가 저하될 수 있습니다. 이러한 재료 특성은 에너지 제어, 성형 안정성 및 용접 공정의 일관성에 대한 요구 사항이 매우 높습니다.

 

 

전원 배터리 제조에는 일반적으로 셀, 모듈, 팩의 세 가지 주요 단계가 포함됩니다. 배터리 팩의 외부 케이스는 주로 두꺼운 알루미늄 합금 프로파일을 사용하여 구조적 지지 및 보호 기능을 제공하며 용접은 주로 아크 용접 또는 마찰 교반 용접을 사용하여 수행됩니다.

 

이에 반해 셀과 모듈의 내부 부품은 크기가 작고, 구조가 정밀하며, 용접 간격이 촘촘해야 하므로 기존 용접 방법으로는 용접 품질과 생산 속도의 균형을 맞추기가 어렵습니다. 높은 전력 밀도, 우수한 접근성 및 비{1}}처리 특성을 갖춘 레이저 용접은 배터리 셀 케이싱, 커버, 방폭 밸브, 버스바 및 기타 구성 요소에 선호되는 공정이 되었습니다. 이는 전원 배터리 커버 플레이트, 리튬{5}}이온 배터리 커버 플레이트 및 리튬 배터리 알루미늄 케이스와 같은 알루미늄-케이스 각형 배터리 구조에 널리 사용됩니다.

 

 

배터리 케이스와 커버는 주로 전해질을 밀봉하고 내부 전극에 안정적인 구조적 지지를 제공하는 데 사용됩니다. 용접 품질은 배터리의 밀봉 성능과 내압성을 직접적으로 결정합니다. 일반적인 재료에는 Al3003 알루미늄 합금이 포함되며 일반적으로 두께는 0.3~0.5mm입니다. 이 분야에서는 복합 레이저 또는 링 레이저 용접 공정을 사용하는 경우가 많습니다.

 

실제 생산에서 이러한 용접은 불완전한 침투, 다공성, 붕괴 및 스패터와 같은 결함이 발생하기 쉽습니다. 열 입력, 용접 속도 및 레이저 에너지 분포를 합리적으로 제어함으로써 침투 깊이를 효과적으로 안정화하고 내압 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 기술 발전으로 펄스 파형 변조와 연속 고속-레이저 용접이 점차 주류 솔루션이 되었으며, 용접 균일성을 향상시키면서 생산 효율성을 크게 향상시켰습니다.

 

용접의 내부 품질을 더욱 향상시키기 위해 검류계 스캐닝 용접 및 레이저 발진 기술이 배터리 케이스 용접에 도입되었습니다. 용융 풀의 동적 교반은 기포 탈출을 가속화하고 입자 구조를 개선하여 용접 접합부의 기계적 특성과 밀봉 신뢰성을 향상시킵니다. 이러한 공정은 각형 셀 알루미늄 쉘 및 알루미늄 배터리 커버와 같은 구조 부품 제조에 널리 사용됩니다.

 

 

방폭-밸브는 전원 배터리 안전 시스템의 중요한 구성요소입니다. 배터리 내부 압력이 비정상적으로 상승하면 제어된 파열로 가스가 방출되어 열 폭주 및 폭발을 방지합니다. 방폭-밸브는 일반적으로 두께가 0.08~0.1mm에 불과한 순수 알루미늄 시트로 만들어지며 용접 열 입력에 매우 민감합니다.

 

레이저 용접 중에 출력 밀도가 지나치게 높으면 쉽게 과열되어 방폭 밸브가 천공될 수 있으며, 용융 풀에서 격렬한 가스가 빠져나가면 기공 결함이 발생할 수 있습니다. 레이저 파형 설계를 최적화하고 용접 초기 단계에서 짧은 기간의 피크 값을 도입하여 재료 흡수를 개선하고 이후 단계에서 에너지 출력을 점진적으로 줄임으로써 용접 무결성을 보장하면서 번스루를 효과적으로 방지할 수 있습니다.-

 

또한, 용접 전 청소를 강화하여 잔류 유분과 습기를 줄이고 합리적인 용접 순서를 통해 조립 간격을 제어하는 ​​것은 기공 결함을 줄이기 위한 중요한 수단입니다. 이러한 공정 최적화 조치는 각형 배터리 셀용 리튬 배터리 상단 캡 및 상단 덮개와 같은 구조에 성공적으로 적용되었습니다.

 

 

새로운 에너지 차량 및 에너지 저장 시장이 급속히 확장됨에 따라 전원 배터리에 대한 높은{0}}일관성과 높은 신뢰성의-용접 프로세스에 대한 수요가 계속해서 증가하고 있습니다. 레이저 용접 기술의 향후 개발 방향은 주로 다음 측면에 중점을 둡니다.

 

첫째, 더 얇고 복잡한 구조의 용접 요구를 충족시키기 위해 더 높은 전력 밀도와 더 정확한 에너지 제어 기능을 갖춘 레이저 소스를 적용합니다. 둘째, 용접 공정의 온라인 모니터링 및 폐쇄{0}}루프 제어로 용융 풀 상태를 실시간으로 감지하여 용접 안정성을 향상합니다.- 셋째, 새로운 배터리 구조와 구리 및 알루미늄 바이메탈 양극판과 같은 복합 재료 부품의 개발 요구를 충족하기 위해 알루미늄 및 구리와 같은 이종 재료를 접합하기 위한 프로세스 최적화입니다.

 

한편, 신에너지 자동차에 각형 배터리 구조가 지속적으로 널리 채택됨에 따라 알루미늄 합금 각형 배터리 케이스, 배터리 알루미늄 하우징 및 충전용 알루미늄 쉘과 같은 구성 요소에 대한 레이저 용접 프로세스의 표준화 및 대규모 적용이 업계 기술 발전의 중요한 방향이 될 것입니다.{0}}

 

 

레이저 용접 기술은 파워 배터리 제조의 전체 프로세스에 깊이 통합되어 높은 안전성, 높은 일관성 및 고효율 생산을 달성하는 데 중요한 지원을 제공합니다. 재료 시스템, 구조 설계 및 제조 속도의 지속적인 발전으로 인해 레이저 용접은 계속해서 다음 분야에서 핵심 역할을 담당할 것입니다.알루미늄-케이스 전원 배터리미래 신에너지 산업에서 더욱 폭넓은 활용 가능성을 보여줄 것입니다.