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パワーバッテリーのレーザ加工

2023年3月7日

前書き

新エネルギー車の急速な発展に伴い、パワーバッテリーの需要が急速に高まっています。電気バッテリーセルの形状は、円筒形、ソフトパック、正方形のセルに分かれています。シェルの材質は主にアルミニウムとステンレス鋼で作られており、そのうち長方形とアルミニウムが主な材質です。


　　図1. 電池セル


動作原理と応用
1. ポールイヤーのレーザカット

バッテリーの素材には4種類あります:
　　1) ニッケル水素バッテリー
　　2) 燃料電池
　　3) 鉛蓄電池
　　4) リチウム電子バッテリー
リチウム電池の製造は「ロールツーロール」プロセスです。リン酸鉄リチウム、ナトリウムイオン、三元電池のいずれであっても、薄膜から個々の電池までのプロセスを経て、電池システムに組み込む必要があります。リチウム電池の製造プロセスには、電極の製造、電池セルの組み立て、パッケージングが含まれます。
リチウム電池は主に正極、負極、隔膜、電解質、電池ケースで構成されています。レーザを使用して正極と負極を切断して形成します。


　

　　　　　　　図2. ポールのイヤーカット　　　　　　　　　　　図3. ポールのイヤーカットと成形


使用レーザ 1064nm MOPA 250W
ビームエクスパンダー 1.5x または 2x
スキャナーの絞り 14mm
スキャナレンズ F120 と F160
スキャン領域 50 x 50 mm

　表1. 図面仕様


型名 波長 FL スキャン領域 アパーチャ WD スポット径
TSL-1064-70-163Q-D14 1064 nm 163 mm 70 x 70 mm 14 mm 224 mm 22.3 - 22.6 um
TSL-1064-60-160Q-D14 1064 nm 163 mm 60 x 60 mm 14 mm 164 mm 22.6 - 23.4 um
TSL-1064-52-120Q-D14 1064 nm 120 mm 52 x 52 mm 14 mm 166.8 mm 17.3 - 19.6 um
TSL-1064-35-110Q-D14 1064 nm 110 mm 35 x 35 mm 14 mm 145 mm 15.3 - 16.0 um

　表2. レーザ切断用スキャンレンズ パワーバッテリーのポールイヤー


2. 箔のレーザ洗浄

リチウム電池の正極と負極は、アルミニウム箔と銅箔でコーティングして作られています。完全に清潔で酸化物のない表面を得るには、コーティング前に箔を洗浄する必要があります。


型名 波長 EFL スキャン領域 アパーチャ WD スポット径
TSL-1064-85-167Q-D20 1064 nm 167 mm 85 × 85 mm 20 mm 226.3 mm 16.0 - 36.0 μm
SL-1064-215-340Q-D15 1064 nm 340 mm 215 × 215 mm 15 mm 204.8 mm 43.8 - 49.7 μm
SL-1064-175-254Q-D10 1064 nm 254 mm 175 × 175 mm 10 mm 304.0 mm 51.6 - 55.3 μm
SL-1064-170-255Q-D20 1064 nm 255 mm 170 × 170 mm 20 mm 319.4 mm 29.4 - 50.8 μm

　表3. パワーバッテリーのレーザクリーニング用スキャンレンズ


3. パワーバッテリーのレーザ溶接

　図 4. スキャン溶接システム


パワーバッテリーのレーザ溶接プロセスには、溶接、リーク検出、短絡検出、コーディングとマーキングが含まれます。バッテリーの材質、厚さ、形状に応じて、さまざまなパルスレーザが溶接に使用されます。 スキャン溶接システムは、コリメーター、スキャナー、スキャンレンズ、対物レンズ、CCD、ダイクロイックミラー、接続プレート、エアナイフなどで構成されています。

コリメーターの型名 波長 EFL NA
COL-1064-D30-F75Q-0.12-WC-V2 1064 nm 75 mm 0.12
COL-1064-D30-F100-0.1-WC-V2 1064 nm 100 mm 0.1
COL-1064-D30-F125-0.1-WC-V2 1064 nm 125 mm 0.1
COL-1064-D46-F150Q-0.1-WC-V2 1064 nm 150 mm 0.1
COL-1064-D40-F120-0.125-WC-HP3 1064 nm 120 mm 0.125
COL-1064-D40-F140-0.11-WC-HP3 1064 nm 140 mm 0.11

　表4. スキャン溶接システム用コリメーター


型名 FL スキャン領域 アパーチャ WD スポット径
SL-1064-120-254Q-D30-WC 254 nm 120 × 120 mm 30 mm 311.6 mm 16.6 - 59.4 um
SL-1064-180-348Q-D30-WC 348 nm 180 × 180 mm 30 mm 483.0 mm 25.4 - 64.4 um
SL-1064-180-400Q-D30-WC 400 nm 180 × 180 mm 30 mm 504.5 mm 25.9 - 27.4 um
SL-1064-250-500Q-D30-WC 500 nm 250 × 250 mm 30 mm 608.5 mm 33.4 - 54.6 um

　表5. スキャンレンズ 2kW - 6kW スキャン溶接システム