01 परिचय
वैश्विक ऑटोमोटिव उद्योग के विद्युतीकरण की ओर बदलाव के बीच, नई ऊर्जा वाहनों के मुख्य ऊर्जा स्रोत के रूप में पावर बैटरी, उनके प्रदर्शन, सुरक्षा और लागत के माध्यम से इलेक्ट्रिक वाहनों की बाजार प्रतिस्पर्धात्मकता निर्धारित करती है। पावर बैटरियों का निर्माण एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें सामग्री विज्ञान, इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री और सटीक इंजीनियरिंग सहित अंतःविषय ज्ञान शामिल है। इस पूरी प्रक्रिया में उच्च गुणवत्ता वाली कनेक्शन तकनीक एक महत्वपूर्ण कड़ी है। पारंपरिक जुड़ने के तरीके, जैसे प्रतिरोध वेल्डिंग और अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग, बड़े पैमाने पर, पावर बैटरियों के स्वचालित उत्पादन और तांबे और एल्यूमीनियम जैसी उच्च तापीय चालकता सामग्री को संभालने के दौरान बड़े पैमाने पर थर्मल प्रभाव, खराब स्थिरता और संकीर्ण प्रक्रिया पैरामीटर विंडो जैसी सीमाएं दिखाते हैं। लेजर वेल्डिंग तकनीक, अपने उच्च ऊर्जा घनत्व, नियंत्रणीय ताप इनपुट, गैर-संपर्क प्रकृति और स्वचालन में आसानी के साथ, सटीकता, दक्षता और विश्वसनीयता के लिए पावर बैटरी निर्माण की कठोर आवश्यकताओं को पूरा करती है, और सेल उत्पादन से लेकर बैटरी पैक असेंबली तक पूरे वर्कफ़्लो में एक मुख्य प्रक्रिया बन गई है। इस पेपर का उद्देश्य पावर बैटरी के विभिन्न विनिर्माण चरणों में लेजर वेल्डिंग तकनीक के विशिष्ट अनुप्रयोगों को चित्रित करना और पावर बैटरी उद्योग के विकास को बढ़ावा देने में इसकी महत्वपूर्ण भूमिका का सारांश देना है।
02 बैटरी सेल विनिर्माण चरण में अनुप्रयोग
बैटरी सेल पावर बैटरी की मूलभूत इकाई है, और इसकी विनिर्माण परिशुद्धता और सीलिंग बैटरी सुरक्षा और प्रदर्शन की आवश्यक गारंटी है। लेजर वेल्डिंग का उपयोग मुख्य रूप से बैटरी कोशिकाओं के सटीक कनेक्शन और अंतिम सीलिंग के लिए किया जाता है। सबसे पहले, बैटरी सेल के अंदर विद्युत कनेक्शन के लिए, टैब को वेल्ड करने के लिए लेजर वेल्डिंग का उपयोग किया जाता है। वाइंडिंग या स्टैकिंग प्रक्रिया पूरी होने के बाद, सकारात्मक (एल्यूमीनियम फ़ॉइल) और नकारात्मक (कॉपर फ़ॉइल) इलेक्ट्रोड के टैब को मजबूती से वेल्ड करना आवश्यक है, जिसमें वर्तमान कलेक्टरों के साथ दर्जनों या सैकड़ों परतें शामिल हो सकती हैं, और बाहरी टर्मिनलों या कनेक्टिंग टुकड़ों के साथ एक विश्वसनीय विद्युत मार्ग बनाते हैं, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। लेजर वेल्डिंग इन पतली सामग्रियों को बेहद कम पल्स अवधि के साथ तुरंत फ्यूज कर सकती है, जिससे कम प्रतिरोध और उच्च शक्ति वाले वेल्ड पॉइंट बन सकते हैं। इसका लाभ न्यूनतम ताप प्रभावित क्षेत्र में है, जो प्रभावी रूप से पड़ोसी विभाजकों और सक्रिय सामग्रियों को ताप क्षति से बचाता है, जिससे बैटरी सेल के इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन को संरक्षित किया जाता है।
दूसरे, बैटरी कोशिकाओं के अंतिम पैकेजिंग चरण में, वायुरोधी सीलिंग प्राप्त करने के लिए लेजर वेल्डिंग प्रभावी तरीकों में से एक है। साथ ही, वर्गाकार एल्यूमीनियम शेल बैटरी और बेलनाकार स्टील शेल बैटरी दोनों में शीर्ष कवर और आवरण को जोड़ने के लिए लेजर वेल्डिंग का उपयोग किया जाता है। लेजर शक्ति, गति और फोकल स्थिति को सटीक रूप से नियंत्रित करके, आवरण पर एक सतत, चिकनी और घनी वेल्ड सीम बनाई जा सकती है, जो इलेक्ट्रोलाइट रिसाव और बाहरी नमी के प्रवेश को प्रभावी ढंग से रोकती है, जिससे पूरे जीवनकाल में बैटरी सेल की रासायनिक स्थिरता सुनिश्चित होती है। थैली कोशिकाओं के लिए, लेज़र वेल्डिंग का उपयोग शीर्ष सील और साइड सील प्रक्रियाओं में किया जाता है, कनेक्टिंग और सुरक्षात्मक संक्रमण टुकड़ों (आमतौर पर निकल - चढ़ाया हुआ तांबा या एल्यूमीनियम) में उभरे हुए टैब को वेल्डिंग किया जाता है। इसकी गैर-संपर्क प्रकृति पैकेजिंग दक्षता और एल्यूमीनियम प्लास्टिक फिल्म पैकेजिंग सामग्री को शून्य क्षति सुनिश्चित करती है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है।
03 बैटरी मॉड्यूल और बैटरी पैक के असेंबली चरण में अनुप्रयोग में व्यक्तिगत कोशिकाओं को मॉड्यूल और बैटरी पैक में एकीकृत करना शामिल है, जिसके लिए बड़ी मात्रा में विद्युत कनेक्शन और संरचनात्मक बन्धन की आवश्यकता होती है। यह वह चरण है जहां लेजर वेल्डिंग सबसे अधिक केंद्रित और तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण है। विद्युत कनेक्शन के संदर्भ में, मुख्य अनुप्रयोग कोशिकाओं के बीच श्रृंखला और समानांतर वेल्डिंग है। बसबार्स (आमतौर पर एल्यूमीनियम या तांबे की छड़ें) को सेल टर्मिनलों से जोड़कर, पूरे बैटरी पैक की विद्युत सर्किट प्रणाली का निर्माण किया जाता है।
इस प्रक्रिया में कठिनाइयाँ इस प्रकार हैं: 1) भौतिक विशेषताओं की चुनौतियाँ {{1}तांबा और एल्यूमीनियम में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले अवरक्त लेजर और उच्च तापीय चालकता के लिए उच्च परावर्तनशीलता होती है, जिससे वेल्डिंग करना मुश्किल हो जाता है; 2) असमान सामग्रियों को जोड़ना, जैसे कि तांबे के बसबारों और एल्यूमीनियम टर्मिनलों के बीच का कनेक्शन, जो भंगुर इंटरमेटेलिक यौगिकों (आईएमसी) बनाने का खतरा है जो कनेक्शन की दीर्घकालिक विश्वसनीयता को प्रभावित करते हैं। इन चुनौतियों का समाधान करने के लिए, उद्योग ने उन्नत प्रक्रियाएं विकसित की हैं जैसे ऑसिलेटिंग लेजर वेल्डिंग, हाइब्रिड वेल्डिंग (उदाहरण के लिए, लेजर -आर्क), और हरे या नीले लेजर जैसे नए तरंग दैर्ध्य लेजर का उपयोग। ये प्रौद्योगिकियां छींटे और सरंध्रता जैसे दोषों को प्रभावी ढंग से दबाती हैं और पिघले हुए पूल का विस्तार करके, सरगर्मी को बढ़ाकर और ऊर्जा अवशोषण को बढ़ाकर आईएमसी परत की मोटाई को नियंत्रित करती हैं, जिससे विद्युत कनेक्शन प्राप्त होता है। संरचनात्मक कनेक्शन के संदर्भ में, लेजर वेल्डिंग भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग संरचनात्मक घटकों जैसे मॉड्यूल साइड प्लेट्स और एंड प्लेट्स के लिए किया जा सकता है जो कोशिकाओं को सुरक्षित करते हैं, साथ ही बैटरी पैक आवरण और कवर को जोड़ने के लिए भी किया जा सकता है। पारंपरिक स्क्रू या कीलक कनेक्शन की तुलना में, लेजर वेल्डिंग एकीकरण और संरचनात्मक ताकत का उच्च स्तर प्राप्त कर सकता है, जो बैटरी पैक के कंपन और प्रभाव के प्रतिरोध को बेहतर बनाने में मदद करता है। इसके अतिरिक्त, बैटरी प्रबंधन प्रणालियों में वोल्टेज और तापमान सेंसर के अधिग्रहण सर्किट में छोटे वेल्ड सिग्नल अधिग्रहण की दीर्घकालिक स्थिरता और विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए लेजर वेल्डिंग का उपयोग करके तेजी से बनाए जा रहे हैं।
04 सारांश लेजर वेल्डिंग तकनीक, अपनी उच्च परिशुद्धता, गति और विश्वसनीयता के साथ, पावर बैटरी निर्माण के हर चरण में एकीकृत की गई है। माइक्रोस्केल सेल टैब वेल्डिंग से लेकर मैक्रोस्केल बैटरी पैक संरचनात्मक कनेक्शन तक, सेल सुरक्षा सुनिश्चित करने वाली एयरटाइट पैकेजिंग से लेकर बैटरी के प्रदर्शन को निर्धारित करने वाले कम प्रतिरोध वाले विद्युत कनेक्शन तक, लेजर वेल्डिंग एक अपूरणीय मुख्य भूमिका निभाता है। यह न केवल तांबे और एल्युमीनियम जैसी कठिन वेल्ड सामग्री के प्रसंस्करण की चुनौतियों को प्रभावी ढंग से हल करता है, बड़े पैमाने पर स्वचालित उत्पादन की दक्षता और स्थिरता आवश्यकताओं को पूरा करता है, बल्कि वेल्डिंग गर्मी के सटीक नियंत्रण के माध्यम से बैटरी के इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन की सुरक्षा को भी अधिकतम करता है। लेजर वेल्डिंग तकनीक की परिपक्वता और विकास पावर बैटरी ऊर्जा घनत्व में वृद्धि, विनिर्माण लागत में कमी और सुरक्षा प्रदर्शन में वृद्धि के लिए एक प्रमुख तकनीकी इंजन बन गया है, जो वैश्विक नई ऊर्जा वाहन उद्योग के तेजी से विकास के लिए एक ठोस विनिर्माण आधार प्रदान करता है।
