Lands-/region- och språkval
TRUMPF applikation svetsning av busbar för battericell

Utmaningen: En kostnadseffektiv samt processäker tillverkning av högpresterande litiumjonbatterier för elektromobiliteten.

Vid elbilstillverkningen används idag uteslutande elektrolytbaserade litiumjonbatterier. Alternativa sammansättningar som fastkroppsbatterier eller andra kemiska komponenter har hittills inte uppnått nödvändig industriell mognad.

Produktionen av litiumjonbatterier är en mycket krävande och känslig process, som medför mycket höga material- och energikostnader. Därför måste tillverkningsprocessen ske mycket effektivt med stora partier och minsta möjliga kasserade detaljer. Batteribranschens högsta mål är att uppnå en hög gravimetrisk energitäthet (Wh/kg) och därmed högt miltal, vilket direkt återspeglas av elbilens räckvidd. Dessutom gäller det att utveckla och tillverka battericeller som uppfyller bilindustrins höga krav gällande säkerhet, prestanda och livslängd. Lasern som verktyg erbjuder oöverträffade fördelar när det gäller processäkerhet och effektivitet.

Be om rådgivning

Olika celltyper, samma användning

Inom elektromobilitet används tre typer och format av litiumjonbatterier. Funktionsprincipen är i stort sett samma för alla typer. Den stora skillnaden ligger i konstruktionen, kraven och de använda materialen.

Puch-cell

Pouchcellen har fördelen att dess geometri i princip kan väljas fritt och att dess storlek är skalerbar. Även den så kallade "kaffepåse"-cellen är relativt enkel att tillverka jämfört med andra celltyper, men är betydligt mer krävande på modulnivå. Den för närvarande näst vanligaste cellkonstruktionen inom fordonstillverkning utmärker sig genom en god temperaturavledning och enkel energihantering. Detta möjliggörs av den fria placeringen av cellavledaren och elektrodstaplingen (anod på katod, åtskilda av en separator).

TRUMPF applikation för bilindustrin prismatisk battericell
Prismatisk cell

Den prismatiska cellen består för det mesta av staplade anod- och katodpaket, den så kallade cellstapeln. Genom det stadiga metalliska formatet på höljet erhålls framför allt utrymmesbesparande fördelar vid paketering av cellerna till en modul. Tillverkningen av prismatiska cellhöljen är visserligen mer krävande men erbjuder hög säkerhet och energitäthet på modulnivå. Den prismatiska cellen utmärker sig genom en näst intill perfekt kombination av energitäthet, säkerhet och lång livslängd. För närvarande är det det vanligaste cellformatet i elbilar.

TRUMPF applikation för bilindustrin cylindrisk battericell
Cylinderformade celler

Den cylinderformade cellen är en beprövad teknologi inom batteritillverkningen. Inom biltillverkningen används ofta typ 21700. På grund av konstruktionen är denna celltyp begränsad när det gäller maximal laddningsmängd. Vilket gör att det krävs många celler för hög effekt. Cylindriska celler består i motsats till de prismatiska cellerna som oftast staplas eller pouchcellerna av en anod och katod som rullas ihop till en cylinder åtskilda av en separator. På modulnivå resulterar den runda konstruktionen i avsevärda utrymmesförluster.

Var används lasern vid tillverkning av battericeller?

Utvalda nyckeltillämpningar inom processkedjan till exempel prismatiska celler.

Svetsning av busbars

Anslutningen av enskilda celler till moduler eller paket sker genom så kallad busbar-svetsning Som busbar kallas den strömförande skenan. Prismatiska celler eller cellmoduler kan förenas med varandra med material av samma typ (Al/Al eller Cu/Cu), men även blandade föreningar (t.ex. Al/Cu). Det är alltså viktigt att förbindelserna är mekaniskt fasta eftersom de utsätts för vibrationer och värme i fordonet. Samtidigt måste en permanent elektrisk anslutning med lågt motstånd säkerställas. Under svetsprocesserna är det viktigt att det bildas så lite stänk som möjligt. Likaså spelar reproducerbarhet, minimal värmetillförsel, samt definierade insvetsdjup en viktig roll.

Skärning av batterifolier

Skärning av batterifolier används inom två områden. För det första "slitting"; kontinuerlig längsskärning resp. delning av huvudspolen (en- eller tvåsidigt belagd elektrodfolie). Denna skärs till flera delspolar (delar). Under den här processen befinner sig lasern i en fast position; folien löper kontinuerligt genom laserstrålen rulle efter rulle.

Det andra användningsområdet är konturskärning av belagd elektrodfolie. Härmed skärs elektroder (anoder/katoder) från spolen i den form och det antal som behövs. I kombination med en skanneroptik och rörliga axlar eller andra lasrar för förstorning av skanningsfältet skär lasern elektrodfolien i önskad form. Hastigheten är vid konturskärning mer än 1 m/s. Folietjockleken (folie och beläggning på båda sidorna med aktivt material) rör sig mellan 100 och 250 µm. För båda användningsområdena uppfyller TRUMPF laser batteritillverkarens höga krav när det gäller skärhastighet, värmeinfluerad zon, gradbildning samt partikel- eller stänkbildning.

Torkning av batterifolier

Efter beläggningsprocessen måste det aktiva materialet på elektrodfolien torkas. Industriella VCSEL-värmesystem klarar den här uppgiften eftersom laserkällor baserade på VCEL-arrays mycket snabbt och definierat kan värma upp stora ytor med riktad våglängdsselektiv infraröd strålning. Genom att reducera torkningssträckan reduceras platsbehovet för torkningsugnarna avsevärt, dessutom leder lösningen till att processhastigheten ökar samtidigt som kostnader och energi minskar.

Svetsning av batterifolier

Elektrodfolier är mycket tunna koppar- och aluminiumfolier (6–14 µm tjock) som används som bärfolie för det aktiva materialet som anod och katod. Folierna svetsas samman som stapel eller rulle på respektive kontaktytor (30–60 lager) till en anod respektive en katod. Med vår laser garanteras åtkomst från en sida till arbetsstycket. Detta innebär att man tillförlitligt och med minimal stänkbildning kan svetsa samman en stapel med mer än 60 folier.

Can-cap-svetsning

TRUMPF laser försluter det prismatiska batterihöljet (Can) med elektrodpaketet. Dessa består som regel av ett djupdraget batterihölje (0,6 – 0,8 mm väggtjocklek) med ett lock (Cap) på 1,0–1,8 mm medietjocklek – utan porer, sprickor eller oönskade fogförhöjningar. Svetsprocessen med axelstyrd fast optik med svetshastighet på 10–12 m/min är av senaste tekniska standard. TRUMPF teknologin BrightLine Weld säkerställer i princip stänkfri svetsning och högsta processtabilitet. I kombination med en PFO skanneroptik och sensorteknik är det även möjligt med en högdynamisk lösning med svetshastigheter på mer än 25 m/min.

Modulhölje

Batterimoduler består av flera sammansvetsade battericeller till en effektenhet i ett modulhölje. Modulhöljet uppfyller, beroende av använt cellformat, en något annorlunda funktion. Som regel används aluminiumlegeringar och delvis även rostfritt stål, vilket har en medelhög till hög draghållfasthet. Vår Highpower IR laser svetsar dessa utan sprickor och förvridningar med högsta hållfasthet.

Rengöring och strukturering med laser

För battericeller och -moduler finns det många olika användningsområden för rengöring och strukturering med laser. Detta börjar på elektrodnivå, där det aktiva materialet delvis tas av eller struktureras och slutar vid cell- eller modulhöljen för batterier, där ytorna ruggas för bättre vidhäftning eller isolerande lack, syrafläckar och oxidskikt tas bort. Här används hela vår kraftportfölj med kort och ultrakort pulslaser.

Lasermarkering av komponenter

TRUMPF märklaser textar på de känsliga battericellerna och deras höljen, exakt och helt beröringsfritt. Till exempel kan alla komponenter märkas med black marking med mycket hög kontrast, god läslighet och högsta korrosionsbeständighet. Denna långa hållbarhet är även en förutsättning för den lagstadgade spårbarheten och dokumentationen av komponenterna.

Flera svetstillämpningar i battericellen
  • Svetsa soft connector
  • Svetsa tätningsstift
  • Svetsa sprängplatta
  • Svetsa terminal
  • Svetsa flikar på pouchceller
  • Försvetsning (häftning) av CanCaps
  • Svetsning av laddtillståndssensorer
  • Svetsning av Cu-Al-förbindelser

E-Mobility Consulting – tillsammans klarar vi utmaningarna med e-mobility

Vill du veta hur vi på ett optimalt sätt kan stödja er tillverkning på vägen mot elektromobilitet? Dra nytta av vår omfattande kompetens som teknologileverantör för OEM, TIER, celltillverkare och integratorer. Dessutom är vi partner i flera offentliga och privata forskningsinitiativ där vi utvecklar nya teknologiska lösningar för batteritillverkning.

TRUMPF som er partner

Oavsett om det gäller laser med grön våglängd för svetsning av Cu-material, stråformning (BrightLine Weld) för stänk- och porfri svetsning av aluminium och koppar eller speciella sensortekniker för kvalitetssäkring och processövervakning – TRUMPF erbjuder oräkneliga, innovativa lösningar för tillverkning av battericeller. På så sätt kan ni dra nytta av våra teknologipaket med ett stort urval av laserkällor, optiker, sensortekniker och applikationsexpertis.

Produktportfölj för batteritillverkningen

LTRUMPF-teknologin BrightLine Weld är nyckeln till stänkfri lasersvetsning av busbar, mjuka anslutningar, CanCaps eller modulhöljen med högeffekts IR-lasrar. Dessutom är vår TruDisk laser med grön våglängd förutbestämd för högreflekterande material som exempelvis koppar – upp till 2 kW kontinuerlig drift eller pulsad upp till 400 W medeleffekt. Definierade och konstanta insvetsdjup är möjliga och säkerställer upprepningsbara processer. Vid värmeledningssvetsning kan ni dessutom dra nytta av minimal värmetillförsel till arbetsstycket. Våra sensortekniker VisionLine, OCT och svetsdjupsövervakning har utvecklats speciellt för automatiserad och högproduktiv tillverkning. Ni kan alltså alltid förlita er på en fullständig dokumentation och spårbarhet.

Produktiva och kraftfulla system för våra kunder

Vår TruDisk laser-design möjliggör med flera laserutgångar per laser en optimal toppbelastning av lasern i timesharing- och redundansdrift. Dessutom får ni genom vår lasereffektreglering nytta av en ständigt jämn lasereffekt vid arbetsstycket.

TRUMPF som innovationsgarant

Vi ser oss som er applikationsrådgivare och stödresurs för nya tillverkningsmöjligheter. På så sätt kan ni dra nytta av våra omfattande branschkunskaper och våra decennier av erfarenhet som laserpionjär.

Globalt nominerad, lokalt handlingskraftig

Dra nytta av rådgivning från våra experter och vårt världsomspännande servicenätverk. Oberoende av om du behöver service eller applikationsutveckling så finns vi där för er. Med Condition Monitoring Service-experter och -algoritmer övervakar TRUMPF till exempel er laser för förutseende reparationer speciellt för känsliga och stora produktionslinjer.

TRUMPF Laser Application Center i Ditzingen

TRUMPF Laser Application Center (LAC) i Ditzingen

Många gånger ett lönsamt besök

Med en yta på mer än 4 000 m² är TRUMPF laserapplikationscentrum i Ditzingen ett av världens största lasertillämpningscentrum Våra applikationsspecialister och branschexperter hjälper er med utveckling och optimering av applikationerna med hjälp av era konkreta komponenter – med vår omfattande portfölj av mångfaldiga laserbearbetningssystem.

Whitepaper

Vi har sammanställt tematiskt intressanta vitböcker åt dig

PDF - 316 KB
Lasersvetsning av prismatiska celler med programmerbar fokuseringsoptik
Läs mer i vårt whitepaper om hur batterier kan förslutas gastätt för e-mobilitet ännu snabbare med en programmerbar fokuseringsoptik.
PDF - 237 KB
Lasersvetsning av prismatiska celler med fokuseringsoptik (bearbetningsoptik)
Läs mer i vårt whitepaper om säker tätning av batterier för elektromobilitet med hjälp av lasersvetsning.
PDF - 459 KB
Svetsning av samlingsskena
Inom området elektromobilitet består batteripaket av flera moduler med många enstaka battericeller. Tillverkare förlitar sig alltmer på effektiv och automatiserad lasersvetsning för samlingsskenor för att säkerställa hög kvalitet och tillförlitlighet. TRUMPFs nya laserteknologi möjliggör lågt motstånd och robusta samlingsskenor, vilket förbättrar batteriernas effekt, laddningskapacitet, livslängd och säkerhet, även med krävande materialkombinationer. För mer information, se vårt vitbok.

Detta kan också vara intressant för dig

Trumpf skivlaser TruDisk 2021
TruDisk med grön våglängd

Med TruDisk lasrar med kontinuerlig grön våglängd kan du skapa svetsfogar i koppar med högsta kvalitet, nästan helt stänkfritt och med hög reproducerbarhet. Ta reda på mer om den beprövade TruDisk disklaserteknologin med grönt laserljus, dina fördelar och användningsmöjligheter. 

TRUMPF lasersvetsning option BrightLine Weld
Sprutfri lasersvetsning med strålformningsteknologin BrightLine Weld

Med den patenterade TRUMPF-teknologin BrightLine Weld kan du svetsa material som konstruktionsstål, rostfritt stål eller även koppar och aluminium nästan utan sprut.

Svetsa koppar

Det kontaktfria verktyget laser möjliggör kopparförbindelser med hög hållfasthet, fullständig reproducerbarhet och har hög ledningsförmåga.

Kontakt
Service och kontakt