[ Ophir ] 雷射在電動汽車電池中的應用

文章來源:https://www.ophiropt.com/laser--measurement/knowledge-center/article/14700
作者:Efi Rotem, R&D and Engineering Director Newport Instruments (Ophir, Oriel, New Focus, ILX)

宏惠光電是 MKS Ophir 代理商

#雷射 #電動汽車 #汽車電池

電動汽車無處不在。電動汽車的電源是其鋰離子電池組。電池組最重要的參數之一是單位重量的充電容量，單位為 kWh/kg。這意味著電池和汽車製造商希望放入盡可能多的“電池單元”（存儲電荷的基本鋰離子單元），並擺脫任何其他東西，例如將多個電池放在一起的金屬部件“模塊”，或一個電池組中的幾個模塊，或整個電池組（即進入 C2V 或“電池到車輛”）。

跟雷射有什麼關係？
擺脫模塊化方法（電池、模塊、電池組）意味著幾乎不可能維修或修理電動汽車的電池，因此電池的可靠性、安全性和結構完整性必須非常高。這就是雷射工藝發揮作用的地方。

在電池組的製造過程中有幾個過程可以使用雷射來提高可靠性和產量。讓我們看幾個例子：

• 在單元級進行切割、清潔和焊接。
   

電池芯由三層薄箔製成，陽極箔（通常為鋁）、隔膜（聚丙烯或聚乙烯）和陰極箔（通常為銅）。陽極箔和陰極箔塗有活性材料、導電劑和粘合劑的混合物。將箔片纏繞在一起製成電池，正極和負極金屬片連接到陽極和陰極，然後將液體電解質倒入電池中。

現代鋰離子電池工廠採用卷對卷工藝，即處理長卷的箔片以進行塗層、乾燥和切割，然後將箔片裝入單個電池中。

高功率（100's W）納秒脈衝紅外和紫外雷射器通常用於切割箔片、清潔並將極耳焊接到陽極和陰極。與其他工藝相比，這些雷射工藝具有很大的優勢，因為它們可以產生更光滑的邊緣和表面，從而降低鋰枝晶形成的風險，這是鋰離子電池故障的常見原因。

• 焊接電池包框架和電源線束
   

電池框架固定電池、模塊、冷卻劑管路和電源線束。在 C2V 概念中，這可以是車輛底盤的一部分。雷射焊接可以產生堅固可靠的接頭。傳統上，使用波長為 1 微米的千瓦級光纖雷射器。雖然該波長被鋁和鋼有效吸收，但不會被用於電源連接的銅吸收。最近，綠色（515-535nm，倍頻光纖雷射器）和藍色（450nm直接二極管雷射器）高功率雷射器登場，以提高銅焊接的吞吐量。不同金屬的良好焊接總是具有挑戰性。解決這個問題的一種新方法是控制雷射光斑的形狀，例如使用兩個不同大小和功率的光斑。

除了目前雷射在電池製造中的應用，目前還有一些應用正在研究中。讓我們考慮一些：

• 無極耳鋰離子電池（特斯拉於 2020 年獲得專利）。通過移除標籤使用更大的電池，允許更短的電子路徑長度。導致更大的能量容量，更多的功率輸出和更遠的範圍。
• 全固態電池。用固體電解質（通常是陶瓷）代替液體電解質。固體還充當隔膜（從電池結構中去除隔膜）。大概是更安全的結構，因為它不再因洩漏或溫度變化而膨脹。可以導致更高的能量容量。
• 使用高功率超快雷射器對電極材料進行納米結構化和紋理化。使不同的電極結構（3D、孔、網格、線等）具有改進的電化學性能、降低循環過程中的機械張力並延長使用壽命。
   

總之，雷射應用提供了優於其他方法的卓越可靠性和吞吐量，並且還支持新技術。雷射工藝的成功利用需要精確控制雷射束參數，例如雷射功率和光束輪廓。Ophir Photonics 提供用於測量雷射束參數並確保出色性能的儀器和系統。https://www.ophiropt.com/laser--measurement/雷射測量。