バッテリーモジュールで相互接合を行う場合、レーザー溶接は従来のワイヤーボンディングよりも高速です。円筒型電池では、バスバーをワイヤーで接合する代わりに直接電池に溶接することもでき、モジュール内の溶接数が半分になります。また、シングルモードファイバーレーザーは、スパッタを最小限に抑え、発熱を減らし、優秀で制御された溶接浸透を実現します。
超音波溶接システムは、用途ごとに専用に設計されたソノトロードを使用して、単純な形状に限定されるのに対し、Laseraxの溶接システムはその場で調整して、さまざまな溶接パターンやサイズを作成することができます。
セルとバスバーを接合する場合、超音波ワイヤーボンディングは通常、溶接1回あたり500～1000 msを要します。レーザー溶接は機械的な動きが少なく、よりスムーズなので非常に高速です。レーザービームを位置決めするために移動する必要があるのは、レーザーヘッドに配置された超高速ミラーだけです。このため、各溶接の位置決め時間が大幅に短縮されます。当社のロボットと組み合わせると、セル間の機械的な移動を含めた平均溶接時間は、1セルあたり100 ms以下に達します。
| セルタイプ | バスバーの厚み | 電池の厚み | 接合タイプ | 接合寸法 | レーザー出力 | 抵抗（µΩ） | せん断テスト（N） | 時間（ms） | 浸透深さ（µm） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 21700円筒型 | 250 µm Al 1100 | 500 µmニッケルメッキ鋼 | 正極 | スパイラル2.4 mm | 450W | 5 | 195 | 40 | 100～150 |
| 21700円筒型 | 250 µm Al 1100 | 300 µmニッケルメッキ鋼 | 負極 | Sシェイプ 3.6 x 0.5 mm | 450W | 5 | 150 | 40 | 100～150 |
| 4680円筒型 | 600 µm Al 1050 | 0.8 mm Al 1100 | 正極 | スパイラル4 mm | 750W | 4 | 650 | 85 | 100～150 |
| 4680円筒型 | 600 µm Al 1050 | 0.8 µmニッケルメッキ鋼 | 負極 | スパイラル4 mm | 750W | 1.2 | 800 | 85 | 100～150 |
| プリズム状 | 2.32 mmアルミニウム | 1.62 mmアルミニウム | 正極 | スパイラル7 x 5 mm | 2000W | 3.5 | 2200 | 283 | 300～500 |
| プリズム状 | 2.32 mmアルミニウム | 1.62 mmニッケルメッキ銅 | 負極 | スパイラル7 x 5 mm | 2000W | 4 | 2500 | 236 | 300～500 |
バスバーレーザー溶接の断面図 - 負極タブ（顕微鏡画像）
バスバーレーザー溶接の断面図 - 負極タブ（顕微鏡画像）
バスバーレーザー溶接の断面図（SEM画像）
レーザー溶接モニタリング（LWM）デバイスを使用すると、レーザー溶接中に接合部の不良をリアルタイムに検出することができます。これにより、バッテリー内のすべての接合部が良好であることが保証され、接合部に不良があった場合はすぐにやり直すことができます。
レーザーに取り付けられた光センサーは、溶接によって反射および放射された放射線を利用して接合部の状態を判断します。これらの装置を利用すると、ギャップや汚染など、さまざまな接合部の不良を検出できます。
溶接速度が速いため、当社の単一レーザー溶接機は10台分の超音波ワイヤーボンディング装置を使用しているように簡単に作業を行うことができます。そのため、生産施設で必要なマシンの数が最小限に抑えられ、次のことが可能になります。
超音波ワイヤーボンディングでは通常、セルあたり4回の溶接が必要であるのに対し、レーザー溶接では2回のみです。これにはメリットがいくつかあります。
セルあたり2箇所の溶接（カスタマイズ可能な溶接パターン）
セルあたり2本のワイヤー（上下）と2つの小さな溶接による超音波ワイヤーボンディング
2022年、円筒型の21700セルモジュールにレーザー溶接を行うプロジェクトで、NorthVoltは、高いスループットのニーズと製品設計の継続的な進化に対応するために、高速で柔軟なマシンを探していました。Laseraxの技術は、ロボットによる動的クランプで高速性と柔軟性を実現しながら、高い溶接品質が維持されるため、当社のニーズにぴったりだと思いました。Laseraxは、初期の溶接プロセス開発から製品設計への適応まで、当社をサポートしてくれました。マシンが納品され、非常に良好なパフォーマンスを発揮している現在、約束を果たしてくれたLaseraxを信頼してよかったと思っています。彼らはサプライヤーであるだけでなく、NorthVoltにとって真のパートナーであり、当社の目標達成に大いに貢献してくれました。
— Karl Fahlström氏 — NorthVolt Systems AB、技術開発担当マネージャー
