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    超声波焊接锂电应用市场分析

    2018-6-29 23:18:06      点击:

        超声波焊接在锂电池领域的应用

      锂离子电池由于具有比能量高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应和无污染等优点,广泛应用于各种电子设备(如移动电话、笔记本电脑、PDA、数码相机及数码摄像机等)以及交通工具(巡逻车、电动自行车、电动汽车等)上,成为我国能源领域重点支持的高新技术产业。

      动力电池指应用于电动车的电池,是相对于小容量电池(如手机、笔记本电脑电池等)而言的,具有较大的容量和输出功率,可用于电动车辆驱动电源及大型移动电源应用领域的二次电池。锂离子电池或电池组的制作工序非常多,而其中有多道工序,如防爆阀密封焊接、极耳焊接、软连接焊接、安全帽点焊、电池壳体密封焊接、模组及PACK焊接都以超声波焊接为最佳工艺。动力电池用于焊接的材质主要有纯铜、铝及铝合金、不锈钢等。

      1、电池防爆阀焊接

      电池的防爆阀是电池封口板上的薄壁阀体, 当电池内部压力超过规定值时, 防爆阀阀体破裂, 避免电池爆裂。安全阀结构巧妙,这道工序对超声波焊接工艺要求极为严格。没有采用连续超声波焊接之前,电池防爆阀的焊接都是采用电阻点焊机焊接,通过焊点与焊点的重叠和覆盖来实现连续密封焊接,但焊接效率较低,且密封性相对较差。采用连续超声波焊接可以实现高速高质量的焊接,焊接稳定性、焊接效率以及良品率都能够得到保障。

      2、电池极耳焊接

      极耳通常分为三种材料,电池的正极使用铝(Al)材料,负极使用镍(Ni)材料或铜镀镍(Ni-Cu)材料。在动力电池的制造过程中,其中的一个环节是将电池极耳与极柱焊接到一起。在二次电池的制作中需要将其与另外一铝制的安全阀焊接在一起。焊接不仅要保证极耳与极柱之间的可靠连接,而且要求焊缝平滑美观。

      3、电池极带点焊

      电池极带使用的材质包括纯铝带、镍带、铝镍复合带以及少量的铜带等。电池极带的焊接一般使用脉冲焊接机,随着IPG公司QCW准连续激光器的出现,其在电池极带焊接上也得到了广泛的应用,同时由于其光束质量好、焊斑能够做到很小,其在应对高反射率的铝带、铜带以及窄带电池极带(极带宽度在1.5mm以下)的焊接有着独特的优势。

      4、动力电池壳体与盖板封口焊接

      动力电池的壳体材料有铝合金和不锈钢,其中采用铝合金的最多,一般为3003铝合金,也有少数采用纯铝。不锈钢是超声波焊接性最好的材质,尤其304不锈钢。

      铝及铝合金的超声波焊焊接性能根据采用焊接方式的不同而略有差异。除了纯铝和3系铝合金采用脉冲焊接和连续焊接都没有问题,其他系列铝合金最优选择超声波焊接方式,以减小裂纹敏感性。同时,根据动力电池壳体厚度选择合适功率,一般壳体厚度1mm以下时,可考虑采用3000W以内超声波金属焊接机,厚度在1mm以上需使用4000W以上超声波金属焊接机。

      小容量锂电池常采用比较薄的铝壳(厚度在0.25mm左右),也有18650之类的采用钢壳。由于壳体厚度的关系,此类电池的焊接一般采用较低功率的超声波金属焊接机即可。

      5、动力电池模组及pack焊接

      动力电池之间的串并联一般通过连接片与单体电池的焊接来完成,正负极材质不同,一般有铜和铝2种材质,由于铜和铝之间采用激光焊接后形成脆性化合物,无法满足使用要求,通常采用超声波焊接。

      超声波焊接锂电池的特点

      从锂电池电芯的制造到电池PACK成组,焊接都是一道很重要的制造工序,锂电池的导电性、强度、气密性、金属疲劳和耐腐蚀性,是典型的电池焊接质量评价标准。焊接方法和焊接工艺的选用,将直接影响电池的成本、质量、安全以及电池的一致性。超声波焊接凭借焊接安全可靠、工艺精密、环保等优势,成为了很多焊接任务的首选方案。

      1、锂电池产业发展情况

      经过十多年的发展,中国锂电池行业已经建立了包含锂矿采选、材料供应、电芯及PACK、电池回收等各个环节的完整产业链。锂电池行业在下游市场需求推动下,产量规模保持高速增长,从2012年的17.2 Gwh增长到2017年的88.7 Gwh,5年时间内,产量增长了4倍。

      电动交通工具(最主要是新能源汽车)、3C数码、储能行业是锂电池产业发展的三大推动力。2016年,新能源汽车以30.8 GWh的需求量超过3C数码,成为锂电池最大消费市场,到2017年动力电池产量增长至44.5GWh。储能电池发展潜力巨大,但由于技术、政策等原因仍处于市场导入阶段,相对于动力电池相对滞后。未来随着技术逐渐成熟,储能市场也将成为拉动锂电池消费的另一极。

      2、新能源汽车及动力电池产业发展情况

      随着全球能源危机和环境污染问题日益突出,产业节能化、环保化发展被高度重视,新能源汽车出现爆发式增长。产量由2012年1.26万辆增长至2017年的79.4万辆,年复合增长率高达99.4%。2017年产销分别为79.4万辆和77.7万辆,同比分别增长53.6%和53.3%,产销量同比增速分别提高了2.1和0.3个百分点。2017年新能源汽车市场占比2.7%,比上年提高了0.9个百分点。中国已超过美国成为全球范围内第一大新能源汽车市场,连续三年产销量居世界第一。

      动力电池作为新能源汽车核心零部件,其发展紧随新能源汽车整体市场趋势,动力电池市场也呈现爆发式发展趋势,资本的大量涌入带动了力电池产量的大幅提升。

      2017年中国汽车用动力电池产量达到44.5Gwh,同比增长45%。OFweek预计,未来四年,动力电池需求量将保持着40%以上的年复合增长速度,到2020年,中国新能源汽车动力电池需求量将突破120Gwh。