01 Pendahuluan
Di tengah peralihan industri otomotif global ke arah elektrifikasi, baterai listrik, sebagai sumber energi inti kendaraan energi baru, menentukan daya saing pasar kendaraan listrik melalui kinerja, keselamatan, dan biaya. Pembuatan baterai listrik adalah proses kompleks yang melibatkan pengetahuan interdisipliner termasuk ilmu material, elektrokimia, dan teknik presisi. Teknologi koneksi-berkualitas tinggi merupakan tautan penting dalam proses ini. Metode penyambungan tradisional, seperti pengelasan resistansi dan pengelasan ultrasonik, semakin menunjukkan keterbatasan-seperti efek termal yang besar, konsistensi yang buruk, dan jendela parameter proses yang sempit-ketika menghadapi produksi baterai daya otomatis berskala besar dan menangani bahan dengan konduktivitas termal tinggi seperti tembaga dan aluminium. Teknologi pengelasan laser, dengan kepadatan energinya yang tinggi, masukan panas yang dapat dikontrol, sifat non-kontak, dan kemudahan otomatisasi, memenuhi persyaratan ketat manufaktur baterai daya untuk presisi, efisiensi, dan keandalan, dan telah menjadi proses inti di seluruh alur kerja mulai dari produksi sel hingga perakitan paket baterai. Makalah ini bertujuan untuk mengilustrasikan aplikasi spesifik teknologi pengelasan laser pada berbagai tahap produksi baterai listrik dan untuk merangkum peran pentingnya dalam mendorong perkembangan industri baterai listrik.
02 Aplikasi pada Tahap Pembuatan Sel Baterai
Sel baterai adalah unit fundamental dari baterai daya, dan presisi pembuatan serta penyegelannya merupakan jaminan penting atas keamanan dan kinerja baterai. Pengelasan laser terutama digunakan untuk sambungan presisi dan penyegelan akhir sel baterai. Pertama, untuk sambungan listrik di dalam sel baterai, pengelasan laser digunakan untuk mengelas tab. Setelah proses penggulungan atau penumpukan selesai, tab elektroda positif (aluminium foil) dan negatif (tembaga foil) harus dilas dengan kuat, yang mungkin terdiri dari lusinan atau bahkan ratusan lapisan, bersama dengan pengumpul arus, dan membentuk jalur listrik yang andal dengan terminal eksternal atau bagian penghubung, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Pengelasan laser dapat secara instan menggabungkan bahan tipis ini dengan durasi pulsa yang sangat pendek, membentuk titik las dengan resistansi rendah dan kekuatan tinggi. Keuntungannya terletak pada zona yang terkena dampak panas minimal-, secara efektif menghindari kerusakan panas pada pemisah dan bahan aktif di sekitarnya, sehingga menjaga kinerja elektrokimia sel baterai.
Kedua, pada tahap pengemasan akhir sel baterai, pengelasan laser adalah salah satu metode efektif untuk mencapai penyegelan kedap udara. Pada saat yang sama, pengelasan laser digunakan untuk menyambung penutup atas dan casing pada baterai cangkang aluminium persegi dan baterai cangkang baja silinder. Dengan mengontrol daya, kecepatan, dan posisi fokus laser secara tepat, lapisan las yang kontinu, halus, dan padat dapat terbentuk pada casing, yang secara efektif mencegah kebocoran elektrolit dan masuknya kelembapan eksternal, memastikan stabilitas kimia sel baterai sepanjang masa pakainya. Untuk sel kantong, pengelasan laser digunakan dalam proses segel atas dan segel samping, mengelas tab yang menonjol ke bagian penghubung dan transisi pelindung (biasanya tembaga atau aluminium berlapis nikel). Sifatnya yang non-kontak memastikan efisiensi pengemasan dan tidak adanya kerusakan pada bahan kemasan film plastik aluminium-, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
03 Penerapan pada tahap perakitan modul baterai dan paket baterai melibatkan pengintegrasian sel individual ke dalam modul dan paket baterai, yang memerlukan sambungan listrik dan pengikat struktural dalam jumlah besar. Ini adalah tahap di mana pengelasan laser paling terkonsentrasi dan menantang secara teknis. Dalam hal sambungan listrik, aplikasi intinya adalah pengelasan seri dan paralel antar sel. Dengan menghubungkan busbar (biasanya batang aluminium atau tembaga) ke terminal sel, sistem sirkuit listrik seluruh baterai dibangun.
Kesulitan dalam proses ini terletak pada: 1) tantangan karakteristik material-tembaga dan aluminium memiliki reflektifitas yang tinggi terhadap laser inframerah yang umum digunakan dan konduktivitas termal yang tinggi, sehingga membuat pengelasan menjadi sulit; 2) menyambung material yang berbeda, seperti sambungan antara busbar tembaga dan terminal aluminium, yang rentan membentuk senyawa intermetalik rapuh (IMC) yang memengaruhi keandalan sambungan dalam jangka panjang. Untuk mengatasi tantangan ini, industri telah mengembangkan proses canggih seperti pengelasan laser berosilasi, pengelasan hibrid (misalnya, laser-busur), dan penggunaan laser dengan panjang gelombang baru seperti laser hijau atau biru. Teknologi ini secara efektif menekan cacat seperti percikan dan porositas serta mengontrol ketebalan lapisan IMC dengan memperluas kumpulan lelehan, meningkatkan pengadukan, dan meningkatkan penyerapan energi, sehingga mencapai sambungan listrik. Dalam hal sambungan struktural, pengelasan laser juga memainkan peran penting. Misalnya, dapat digunakan untuk komponen struktural seperti pelat samping modul dan pelat ujung yang mengamankan sel, serta untuk menyambung casing dan penutup baterai. Dibandingkan dengan sambungan sekrup atau paku keling tradisional, pengelasan laser dapat mencapai tingkat integrasi dan kekuatan struktural yang lebih tinggi, yang membantu meningkatkan ketahanan baterai terhadap getaran dan benturan. Selain itu, pengelasan kecil pada sirkuit akuisisi sensor tegangan dan suhu pada sistem pengelolaan baterai semakin banyak dilakukan menggunakan pengelasan laser untuk memastikan stabilitas jangka panjang dan keandalan akuisisi sinyal.
04 RingkasanTeknologi pengelasan laser, dengan presisi, kecepatan, dan keandalannya yang tinggi, telah diintegrasikan ke dalam setiap langkah pembuatan baterai daya. Dari pengelasan tab sel skala mikro hingga sambungan struktur paket baterai skala makro, mulai dari kemasan kedap udara yang menjamin keamanan sel hingga sambungan listrik-resistansi rendah yang menentukan kinerja baterai, pengelasan laser memainkan peran inti yang tak tergantikan. Ini tidak hanya secara efektif memecahkan tantangan pemrosesan-untuk-bahan las seperti tembaga dan aluminium, memenuhi persyaratan efisiensi dan konsistensi produksi otomatis-skala besar, namun juga memaksimalkan perlindungan kinerja elektrokimia baterai melalui kontrol panas pengelasan yang tepat. Pematangan dan pengembangan teknologi pengelasan laser telah menjadi mesin teknologi utama yang mendorong peningkatan kepadatan energi baterai, pengurangan biaya produksi, dan peningkatan kinerja keselamatan, memberikan landasan manufaktur yang kokoh bagi perkembangan pesat industri kendaraan energi baru global.
