Bien que de nombreuses personnes aient encore certaines inquiétudes quant à l'autonomie et à la sécurité des véhicules électriques, le développement de véhicules à énergies nouvelles est un choix inévitable pour que la Chine devienne une puissance automobile et une décision stratégique pour résoudre le problème climatique et défendre le concept de développement vert. Avec la promotion ferme au niveau politique, certains des problèmes actuels des véhicules électriques seront finalement surmontés, et ce n'est qu'une question de temps avant que les véhicules à énergie nouvelle ne remplacent les véhicules à carburant.
Les véhicules à énergie nouvelle sont déjà une nouvelle force imparable sur le marché. Les données de 2023 du ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information au début de 2023 ont montré que les véhicules à énergies nouvelles de la Chine ont continué de croître de manière explosive en 2022, restant les premiers au monde pendant huit années consécutives, et le taux de pénétration du marché a atteint un nouveau record.
Les données de l'Association chinoise des constructeurs automobiles montrent qu'en mai 2023, la production et les ventes de véhicules à énergie nouvelle en Chine étaient de 713,000 et 717,000 unités, en hausse de 11,4 % et 12,6 % en glissement annuel, et en hausse 53 % et 60,2 % en glissement annuel, respectivement, avec une part de marché de 30,1 %.
Cumulativement, de janvier à mai 2023, la production et les ventes cumulées de véhicules à énergies nouvelles en Chine ont atteint respectivement 3,005 millions et 2,94 millions d'unités, avec une croissance cumulée de 45,1 % et 46,8 % respectivement, et une part de marché de 27,7 %.
Récemment, le 20 millionième véhicule à énergie nouvelle produit en Chine est sorti de chaîne à Guangzhou ! La Chine devrait devenir le premier pays au monde à franchir l'ère des ventes annuelles de véhicules à énergies nouvelles atteignant 10 millions d'unités.
La croissance continue de la production et des ventes a rendu le marché national de la fabrication de véhicules électriques plus chaud que jamais. La technologie laser est indispensable dans de nombreux aspects, de la fabrication de batteries au lithium à la fabrication de carrosseries et de pièces de véhicules. La croissance continue et rapide du marché incrémental apporte d'énormes opportunités commerciales qui parlent d'elles-mêmes. Avec les opportunités commerciales intéressantes, il n'est pas surprenant que les constructeurs affluent vers le marché des véhicules à énergies nouvelles.
L'application du laser dans la fabrication de batteries de puissance
La batterie de puissance est la source d'alimentation des véhicules électriques, actuellement dominée par les batteries au lithium. L'industrie chinoise des batteries électriques continue de dominer le monde, 70 % des batteries électriques sont fabriquées en Chine.
Le processus de production des batteries au lithium peut être principalement divisé en trois parties : la fabrication des pôles, la fabrication des cellules et l'assemblage des batteries. Dans le processus de fabrication des batteries au lithium et des blocs-batteries, un grand nombre de processus de découpe au laser, de soudage et de retrait/nettoyage sont nécessaires.
(1) Découpe laser
La technologie de découpe au laser peut être appliquée aux pré-processus tels que la découpe et le formage des cosses, la découpe des pôles et la découpe du diaphragme dans le processus de fabrication des batteries au lithium.
Par exemple, la découpe des cosses nécessite des bords lisses et sans bavures, sans bords roulés et sans risque d'endommager le séparateur de batterie ; De plus, à mesure que l'énergie spécifique des batteries au lithium devient de plus en plus élevée, la résistance à l'intérieur de la batterie devient de plus en plus petite et les cosses de batterie au lithium évoluent d'une cosse unique à plusieurs cosses et de plusieurs cosses à cosses complètes. Les exigences de processus exigeantes font que les lasers ultrarapides se démarquent. Ils peuvent couper plusieurs matériaux et différentes épaisseurs de cosses polaires, et le traitement à froid permet d'obtenir des résultats de coupe de haute qualité.
Pour ces coupes de feuilles métalliques, des lasers pulsés infrarouges peuvent être utilisés, ou des produits verts et ultraviolets peuvent être utilisés si des coupes de meilleure qualité sont requises. Du point de vue de la largeur d'impulsion, les applications industrielles actuelles sont principalement les lasers nanosecondes et picosecondes, dont les produits picosecondes occupent progressivement le courant dominant ; tandis que les lasers femtosecondes sont également utilisés, mais en termes de stabilité pour s'adapter au fonctionnement continu des chaînes de production industrielles, des efforts supplémentaires sont nécessaires.
Le diaphragme dans les batteries au lithium, principalement en polyéthylène (PE), en polypropylène (PP) avec d'excellentes propriétés mécaniques, une stabilité chimique et un diaphragme en polyoléfine relativement peu coûteux. Découpant ce type de matériau, le laser UV est le plus adapté.
Avec des longueurs d'onde de plus en plus courtes et des largeurs d'impulsions de lumière verte plus courtes, la puissance de la source de lumière ultraviolette, la stabilité et d'autres aspects de la performance continuent de s'améliorer, le laser permettra une découpe plus efficace et de meilleure qualité de ces produits de film dans des batteries au lithium.
(2) Soudage au laser
Le soudage est le processus le plus important utilisé dans la production de batteries au lithium et de batteries.
Dans le processus de fabrication des cellules, modules et packs de batteries Li-ion, il existe plus de 20 processus qui nécessitent des soudures pour réaliser des connexions conductrices ou des fonctions d'étanchéité. La grande majorité d'entre eux nécessitent une soudure au laser pour les réaliser.
Dans les batteries à boîtier carré, une soudure au laser est nécessaire pour la coque, les clous d'étanchéité, l'assemblage du couvercle et l'étanchéité ; dans les batteries et modules cylindriques, le soudage au laser est nécessaire pour les cosses polaires, les capuchons et les barres omnibus.
Ce type de soudage, le matériau pour le plus fin à base d'aluminium et de cuivre, pour ce type de soudage anti-matériau élevé, l'utilisation du soudage à la lumière infrarouge sujet aux éclaboussures et à de nombreux autres défauts, par rapport à l'efficacité d'absorption de la lumière verte et bleue est supérieur, la qualité de soudage est également meilleure.
Le taux d'absorption élevé du cuivre dans la bande de lumière bleue rend plus préférable l'utilisation de lasers à lumière bleue pour le soudage. Le laser bleu avec une puissance et une qualité de faisceau croissantes sera un outil puissant pour les applications de soudage de batteries au lithium.
Récemment, de nombreux fabricants nationaux et étrangers ont approfondi le domaine du laser à lumière bleue, et il existe déjà une variété de puissances disponibles telles que 100W, 800W, 1kW et 4kW.
Le processus de soudage est relativement complexe, afin de mieux surveiller la qualité du soudage, de nombreux fabricants ont également développé un programme de surveillance en temps réel pour le soudage au laser, en fonction des informations de retour obtenues sur la qualité du cordon de soudure, les paramètres de soudage peut être ajusté au meilleur état en temps opportun.
(3) Enlèvement/nettoyage du laser
Nettoyage du pôle laser
Dans le processus de fabrication des batteries au lithium, le revêtement dans la zone de la cosse polaire à souder doit être nettoyé avant que la cosse polaire ne soit soudée. Les revêtements à enlever sont du graphite et de l'oxyde de lithium métallique pour exposer les languettes de cuivre ou de feuille d'aluminium.
La clé de cette étape est de retirer uniquement le matériau de revêtement sans endommager la feuille de métal en dessous. Par rapport au raclage mécanique et à d'autres méthodes d'élimination, la solution de nettoyage et d'élimination au laser cause un minimum de dommages à la feuille de cuivre et présente l'avantage d'être efficace, efficiente et écologique, ce qui en fait la solution idéale préférée de l'industrie pour éliminer le revêtement. Pour cette étape du processus, les lasers infrarouges pulsés sont principalement utilisés.
De plus, les lasers à semi-conducteurs sont également utilisés directement dans le processus de séchage des électrodes pour les batteries au lithium.
Applications laser dans la fabrication de véhicules et de composants
L'utilisation de la technologie laser dans la fabrication de véhicules et de composants peut être considérée comme presque omniprésente et a été utilisée pendant des décennies, et n'est relativement pas une application nouvelle. Cependant, la forte demande sur le marché et la poursuite incessante d'une qualité de fabrication supérieure continuent de faire avancer ce marché.
Il existe de nombreux endroits où le soudage au laser est utilisé dans la fabrication de véhicules complets et de composants, notamment : engrenages de transmission, filtres à huile, poussoirs hydrauliques, allumeurs d'airbag, injecteurs de carburant, soupapes de batterie ABS, sièges, phares, capteurs et autres composants ; et des pièces de carrosserie telles que les toits, les portes, les toits de moteur et les hayons, qui sont tous actifs dans le soudage au laser.
Soudage au laser de la carrosserie, la résistance peut être augmentée de plus de 30 %, la sécurité de la voiture est plus élevée ; l'utilisation du soudage au laser de pièces automobiles, peut réduire le volume pour répondre à la miniaturisation des composants, la tendance au développement des véhicules légers.
Prenons l'exemple du moteur d'entraînement à fil plat plus courant actuel, le processus au laser impliqué comprend le soudage de l'acier au silicium du moteur, le décapage et le soudage du fil plat en épingle à cheveux (épingle à cheveux), ainsi que le soudage du bus moteur.
La lumière bleue est l'outil de prédilection pour le soudage du cuivre, et des lasers bleus haute puissance de 1kW et 4kW sont déjà disponibles ; d'autres fabricants ont proposé l'utilisation de lasers bleus avec des lasers infrarouges pour souder du cuivre de différentes épaisseurs afin d'obtenir une meilleure qualité de soudage et d'améliorer l'efficacité.
En plus des applications de soudage, la technologie laser peut également être utilisée pour la découpe d'acier à haute résistance pour la carrosserie, la découpe de matériaux d'airbag, la découpe de matériaux d'intérieur automobile, le marquage de traçabilité de moteurs, de pneus et d'autres pièces, le décapage de fil de cuivre plat et bien d'autres aspects. Il est entendu qu'en Europe, aux États-Unis et dans d'autres pays industriels développés, 60 à 80 % des pièces automobiles sont complétées par un traitement au laser. Avec le développement continu du marché chinois des véhicules à énergie nouvelle, la technologie laser inaugurera un énorme marché potentiel d'applications ; parallèlement à l'avancement des applications, je pense que la technologie laser elle-même et les effets des applications continueront également d'évoluer.
