2023년 1월, 여러 중국 기업들이 전력 및 에너지 저장 배터리 확장 계획을 발표했는데, 투자액은 약 1,000억 위안에 달하고 총 생산 능력은 269GWh에 이를 것으로 예상됩니다. 이는 지난해 상반기 총 생산량(206.4GWh)을 넘어섰고, 지난해 국내 전력 배터리 설치 수요량(294.6GWh)을 거의 충당하는 수준입니다.
| 기업 | 투자 금액(십억 달러) | 생산 능력(GWh) |
| BYD | 10 (추정치) | 35 |
| 이브 배터리 | 20.8 | 80 |
| 간펑리튬 | 15 | 34 |
| BAK 배터리 | 13 | 30 |
| 파라시스 에너지 | 10 | 30 |
| 성홍그룹 | 30.6 | 60 |
| 총 | 99.4 | 269 |
데이터 출처: 중국자동차뉴스, 네트워크 공개 데이터
전력 배터리 생산 과정에서 배터리 외피 용접의 품질 안정성은 배터리 조립 시스템의 일관성과 안전성에 영향을 미칩니다. 전력 배터리 외피 내부에는 주로 유기 전해액과 특수 격막이 있으며, 덮개에는 주로 방폭 밸브, 극성 기둥, 안전 캡, 액상 주입구 등이 있습니다. 외피와 덮개 사이의 밀봉 용접은 매우 까다로우며, 용접 품질은 배터리의 밀폐 정도에 직접적인 영향을 미칩니다. 용접 불량은 배터리 누액, 리튬 석출, 그리고 배터리 외관 불량으로 이어질 수 있습니다.
▲하드쉘 사각형 리튬 배터리 납땜
01 흔히 발생하는 용접 이음매 문제
1. 불량한 외관: 용접 편향, 모래알갱이, 시료 기울어짐
2. 부적절한 강도 및 밀봉: 융합 깊이 부족, 균열, 큰 기포로 인한 배터리 누액
02 용접 이음매 문제에 대한 공정 분석
FTA 결함 분석에 따르면 용접 불량 문제는 주로 외관 불량과 용접 강도 불량으로 요약됩니다. 외관 불량 요인으로는 용접 장비의 CCD 스캔 과정, 보호 가스의 종류 및 유량, 용접 시편의 청결도, 시편의 기계적 맞춤 정확도 및 방식 등이 있습니다. 용접 강도 및 밀봉 요인으로는 원자재의 정밀도, 알루미늄 조성, 공정 변수의 영향 등이 있습니다.
| 분류 | 질문 | 프로세스 원인 분류 | 구체적인 이유 |
|
모습 | 부분 용접 | 용접 경로 식별 및 위치 파악 | CCD 비전 위치 결정 과정은 시료의 특징을 정확하게 식별할 수 없어 용접 궤적의 편차, 시료에 대한 보조 광원의 노출 부족, 사진 위치 결정의 어려움 증가 등의 문제가 발생합니다. |
| 트라코마 공기 구멍 | 재료 자체와 용접 환경 | 알루미늄 쉘 재질 구성, 보호 가스 종류 및 유량 설정 불량, 상부 용접 방식 및 커버와 쉘의 용접 간격 불일치, 측면 용접부 또는 상부 용접부의 청결도 불량 등이 원인일 수 있습니다. | |
| 샘플 불균일성 | 샘플 조립 정확도 | 커버와 쉘 상단 용접 방식의 용접 틈새 불일치, 용접 공정 응력 축적. | |
| 용접 강도 | 배터리 누액 | 샘플 크기 오차 및 용접 매개변수의 영향 | 커버와 쉘의 결합 사이즈가 불안정하고, 공정 매개변수가 정확하게 설정되지 않았습니다. |
03 보호 가스의 역할
레이저 용접 공정에서 보호 가스는 금속 표면의 산화를 방지하고, 렌즈를 보호하며, 플라즈마를 제거하는 역할을 합니다. 보호 가스를 사용할 때는 공기 흐름 방향, 압력, 유량을 제어해야 합니다. 보호 가스가 난류를 형성하면 용접 부위에 기공이 생기거나 용접 이음매가 고르지 않게 되는 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
04 서로 다른 가스 특성
레이저 용접에 사용되는 보호 가스의 종류에는 헬륨, 아르곤, 질소가 있습니다.
헬륨: 이온화 정도가 높아 레이저 빔이 통과할 수 있고, 빔 에너지 전체가 가공물 표면에 도달하여 기공 발생이 적지만 가격이 비쌉니다.
아르곤: 헬륨보다 가격이 저렴하지만 고온 플라즈마 이온화에 취약합니다. 보호 효과는 더 좋지만 레이저 에너지 처리 과정의 일부를 차단하여 레이저 출력을 감소시킵니다. 헬륨을 사용하면 용접 표면이 더 매끄럽습니다.
질소: 저렴한 가격, 낮은 이온화도, 용접 팽창 시 알루미늄 합금의 일부 원소와 반응하여 불안정한 화합물을 생성함으로써 용접 강도에 영향을 미칠 수 있음
05. 다양한 용접 조건의 영향 분석
보호 가스로 질소와 아르곤을 사용하여 용접할 때, 질소를 보호 가스로 사용하면 용접 폭의 균일성이 떨어지지만, 아르곤을 보호 가스로 사용하면 용접 부위가 매끄럽고 비늘 무늬가 고르게 개선되어 질소를 사용한 용접 제품보다 외관이 우수합니다. (아래 그림 참조)
▲보호 가스 종류에 따른 용접 효과 차이 (용접 이음매 폭 균일도 차이)
용접 속도와 보호 가스를 동일하게 사용할 때, 레이저 출력은 용접에 큰 영향을 미칩니다. 실제 출력량이 높을수록 용접 재료가 더 빨리 녹고 기화되어 용융 풀의 유동성이 증가하고, 비늘 무늬 표면이 더욱 균일해지며, 용접 이음매가 더욱 평평해집니다. (아래 그림 참조)
▲출력 차이에 따른 용접 효과 (표면 균일도 차이)
요약
1. 단말부 레이저 밀봉 장비에서 CCD 스캐닝 위치 지정 및 용접 매개변수는 부분 용접 불량 문제에 영향을 미칩니다.
2. 보호 가스의 종류 및 매개변수 설정은 용접부의 균일성을 향상시키고, 용접 부위의 청결도를 확보하며, 불순물 및 이물질의 유입을 줄이고, 기공으로 인한 용접 슬래그 발생을 감소시킬 수 있습니다.
3. 틈새 맞춤에 대한 기계적 맞춤은 간섭 맞춤보다 우수하며, 현장 용접 공정에서 먼저 점 용접을 한 후 연속 용접하는 방식을 사용하면 용접 안정성 문제에서 틈새 맞춤 문제를 상당 부분 해결할 수 있습니다.
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게시 시간: 2023년 3월 3일
