การประยุกต์ใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์ในสนามแบตเตอรี่ลิเธียม

การประยุกต์ใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์ในสนามแบตเตอรี่ลิเธียม

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ (เช่น โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊ก PDA กล้องดิจิตอลและกล้องวิดีโอดิจิทัล ฯลฯ) เนื่องจากพลังงานจำเพาะสูง อายุการใช้งานยาวนาน การคายประจุเองน้อย และไม่มีผลกระทบต่อหน่วยความจำ และไม่มีมลพิษ เช่นเดียวกับการขนส่ง (รถสายตรวจ จักรยานไฟฟ้า ยานพาหนะไฟฟ้า ฯลฯ) ได้กลายเป็นอุตสาหกรรมที่มีเทคโนโลยีสูงซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยสาขาพลังงานในประเทศของฉัน

 

แบตเตอรี่กำลังหมายถึงแบตเตอรี่ที่ใช้ในยานพาหนะไฟฟ้า เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ความจุขนาดเล็ก (เช่น แบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือ แบตเตอรี่คอมพิวเตอร์แล็ปท็อป ฯลฯ) มีความจุและกำลังไฟฟ้าเอาท์พุตมากกว่า และสามารถใช้ในอุปกรณ์จ่ายไฟสำหรับขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้าและแอปพลิเคชันจ่ายไฟมือถือขนาดใหญ่ ของแบตเตอรี่สำรอง แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหรือชุดแบตเตอรี่มีกระบวนการผลิตมากมาย โดยมีหลายกระบวนการ เช่น การเชื่อมซีลวาล์วป้องกันการระเบิด การเชื่อมแท็บ การเชื่อมแบบอ่อน การเชื่อมจุดหมวกกันน็อค การเชื่อมการซีลกล่องแบตเตอรี่ โมดูล และ PACK การเชื่อม การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการที่ดีที่สุด วัสดุที่ใช้เชื่อมแบตเตอรี่กำลังหลักได้แก่ ทองแดงบริสุทธิ์ อลูมิเนียม อลูมิเนียมอัลลอยด์ สแตนเลส เป็นต้น

 

 

1. การเชื่อมวาล์วป้องกันการระเบิดของแบตเตอรี่
วาล์วป้องกันการระเบิดของแบตเตอรี่เป็นตัววาล์วที่มีผนังบางบนแผ่นปิดผนึกแบตเตอรี่ เมื่อความดันภายในของแบตเตอรี่เกินค่าที่ระบุ ตัววาล์วป้องกันการระเบิดจะแตกออกเพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ระเบิด วาล์วนิรภัยมีโครงสร้างอันชาญฉลาด และกระบวนการนี้ต้องใช้กระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่เข้มงวดอย่างยิ่ง ก่อนที่จะใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่อง การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบพัลส์ถูกนำมาใช้ในการเชื่อมวาล์วป้องกันการระเบิดของแบตเตอรี่ การเชื่อมปิดผนึกอย่างต่อเนื่องทำได้โดยการทับซ้อนกันและครอบคลุมข้อต่อบัดกรี อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการเชื่อมต่ำ และประสิทธิภาพการซีลค่อนข้างต่ำ การเชื่อมด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่องสามารถบรรลุการเชื่อมด้วยความเร็วสูงและมีคุณภาพสูง และรับประกันความเสถียรในการเชื่อม ประสิทธิภาพการเชื่อม และผลผลิต

 

2. การเชื่อมแท็บแบตเตอรี่
แท็บมักจะแบ่งออกเป็นสามวัสดุ อิเล็กโทรดขั้วบวกของแบตเตอรี่ใช้วัสดุอะลูมิเนียม (Al) และอิเล็กโทรดขั้วลบใช้วัสดุนิกเกิล (Ni) หรือวัสดุนิกเกิลชุบทองแดง (Ni-Cu) ในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่สำรอง ขั้นตอนหนึ่งคือการเชื่อมแถบและขั้วแบตเตอรี่เข้าด้วยกัน ในการผลิตแบตเตอรี่สำรองจะต้องเชื่อมกับวาล์วนิรภัยอะลูมิเนียมอีกตัวหนึ่ง การเชื่อมไม่เพียงแต่จะต้องรับประกันการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ระหว่างแถบกับเสาเท่านั้น แต่ยังต้องการให้การเชื่อมเรียบเนียนและสวยงามอีกด้วย

3.ขั้วแบตเตอรี่แบบจุดเชื่อม
วัสดุที่ใช้ทำแถบขั้วแบตเตอรี่ได้แก่ แถบอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ แถบนิกเกิล แถบคอมโพสิตอะลูมิเนียม-นิกเกิล และแถบทองแดงจำนวนเล็กน้อย การเชื่อมแถบขั้วแบตเตอรี่โดยทั่วไปจะใช้เครื่องเชื่อมแบบพัลส์ ด้วยการเกิดขึ้นของเลเซอร์ QCW กึ่งต่อเนื่องของ IPG จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเชื่อมแถบขั้วแบตเตอรี่ ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากมีคุณภาพลำแสงที่ดี จุดเชื่อมจึงมีขนาดเล็กมาก ซึ่งมีข้อได้เปรียบเฉพาะตัวในการจัดการกับการเชื่อมแถบอะลูมิเนียมที่มีการสะท้อนแสงสูง แถบทองแดง และแถบขั้วแบตเตอรี่แถบแคบ (ความกว้างของแถบขั้วแบตเตอรี่ต่ำกว่า 1.5 มม.)

 

4. การปิดผนึกและการเชื่อมเปลือกแบตเตอรี่พลังงานและแผ่นปิด
วัสดุเปลือกของแบตเตอรี่กำลังประกอบด้วยอลูมิเนียมอัลลอยด์และสแตนเลส ในหมู่พวกเขา โลหะผสมอลูมิเนียมถูกใช้มากที่สุด มักจะเป็นโลหะผสมอลูมิเนียม 3003 และบางส่วนใช้อลูมิเนียมบริสุทธิ์ สแตนเลสเป็นวัสดุที่สามารถเชื่อมด้วยเลเซอร์ได้ดีที่สุด โดยเฉพาะสแตนเลส 304 ไม่ว่าจะใช้พัลส์หรือเลเซอร์ต่อเนื่อง ก็สามารถได้รอยเชื่อมที่มีลักษณะและประสิทธิภาพที่ดี

 

ประสิทธิภาพการเชื่อมด้วยเลเซอร์ของอลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียมจะแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับวิธีการเชื่อมที่ใช้ ยกเว้นอลูมิเนียมบริสุทธิ์และอลูมิเนียมอัลลอยด์ 3 ซีรีส์ ก็ไม่มีปัญหากับการเชื่อมแบบพัลส์หรือการเชื่อมต่อเนื่อง สำหรับอะลูมิเนียมอัลลอยด์ซีรีส์อื่นๆ การเชื่อมด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่องเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดในการลดความไวต่อการแตกร้าว ในเวลาเดียวกัน ให้เลือกเลเซอร์ที่มีกำลังไฟที่เหมาะสมตามความหนาของกล่องแบตเตอรี่ โดยทั่วไป เมื่อความหนาของเคสน้อยกว่า 1 มม. คุณสามารถพิจารณาใช้เลเซอร์โหมดเดียวภายใน 1000W หากความหนามากกว่า 1 มม. คุณต้องใช้เลเซอร์โหมดเดียวหรือหลายโหมดที่มีกำลังมากกว่า 1,000W

 

แบตเตอรี่ลิเธียมความจุต่ำมักใช้เปลือกอลูมิเนียมที่ค่อนข้างบาง (ความหนาประมาณ 0.25 มม.) และบางรุ่นเช่น 18650 จะใช้เปลือกเหล็ก เนื่องจากความหนาของเคส โดยทั่วไปจะใช้เลเซอร์กำลังต่ำในการเชื่อมแบตเตอรี่ประเภทนี้ การใช้เลเซอร์ต่อเนื่องในการเชื่อมแบตเตอรี่ลิเธียมแบบเปลือกบางสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ 5 ถึง 10 เท่า และรูปลักษณ์และการปิดผนึกจะดีกว่า ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะค่อยๆ แทนที่เลเซอร์พัลซ์ในสาขาแอปพลิเคชันนี้

 

5. โมดูลพลังงานแบตเตอรี่และการเชื่อมแพ็ค
การเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานระหว่างแบตเตอรี่กำลังโดยทั่วไปจะเสร็จสิ้นโดยการเชื่อมชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ก้อนเดียว วัสดุของอิเล็กโทรดขั้วบวกและขั้วลบจะแตกต่างกัน โดยทั่วไปคือทองแดงและอะลูมิเนียม เนื่องจากทองแดงและอะลูมิเนียมจะเกิดสารประกอบเปราะหลังการเชื่อมด้วยเลเซอร์ จึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการใช้งานได้ นอกเหนือจากการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก ทองแดงและทองแดง โดยทั่วไปแล้วอลูมิเนียมและอลูมิเนียมจะถูกเชื่อมด้วยเลเซอร์ ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากทั้งทองแดงและอลูมิเนียมนำความร้อนได้เร็วมากและมีแสงเลเซอร์สะท้อนแสงสูงมาก และความหนาของชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อค่อนข้างใหญ่ ต้องใช้เลเซอร์กำลังสูงกว่าจึงจะเชื่อมได้

 

 

ลักษณะของแบตเตอรี่ลิเธียมเชื่อมด้วยเลเซอร์
ตั้งแต่การผลิตเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไปจนถึงการประกอบชุดแบตเตอรี่ การเชื่อมถือเป็นกระบวนการผลิตที่สำคัญมาก ค่าการนำไฟฟ้า ความแข็งแรง ความหนาแน่นของอากาศ ความล้าของโลหะ และความต้านทานการกัดกร่อนของแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นมาตรฐานการประเมินคุณภาพการเชื่อมของแบตเตอรี่โดยทั่วไป . การเลือกวิธีการเชื่อมและกระบวนการเชื่อมจะส่งผลโดยตรงต่อต้นทุน คุณภาพ ความปลอดภัย และความสม่ำเสมอของแบตเตอรี่ การเชื่อมด้วยเลเซอร์กลายเป็นโซลูชั่นยอดนิยมสำหรับงานเชื่อมหลายประเภท เนื่องจากมีข้อดี เช่น การเชื่อมที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ เทคโนโลยีที่มีความแม่นยำ และการปกป้องสิ่งแวดล้อม

 

ข้อดีของการเชื่อมด้วยเลเซอร์
1.	การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการผลิตแบบผสมผสานที่จะแยกวัตถุดิบ เช่น วัสดุอิเล็กโทรดขั้วบวกและขั้วลบ ตัวแยก และอิเล็กโทรไลต์ออกเป็นชิ้นส่วนทั้งหมด วัตถุดิบทั้งหมดถูกเชื่อมเข้ากับเซลล์แบตเตอรี่หรือโมดูล PACK ซึ่งสามารถนำมาใช้โดยตรงในด้านยานยนต์
2.	วัตถุดิบแบตเตอรี่ธรรมดามีสัดส่วนต้นทุนเพิ่มขึ้นและมีการซื้อในปริมาณมากเป็นตัน โดยทั่วไปแล้วอุปกรณ์การเชื่อมด้วยเลเซอร์จะช่วยประหยัดต้นทุนโดยการซื้อวัตถุดิบในครั้งเดียว
3.	การเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถปรับปรุงความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่พลังงานรถยนต์ได้อย่างมาก ด้วยคุณภาพการเชื่อมและระบบอัตโนมัติในระดับสูง: การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีความหนาแน่นของพลังงานสูง การเสียรูปในการเชื่อมเล็กน้อย และโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเล็กน้อย ซึ่งสามารถปรับปรุงความแม่นยำของชิ้นส่วนได้อย่างมีประสิทธิภาพ รอยเชื่อมมีความเรียบ ปราศจากสิ่งเจือปน สม่ำเสมอและมีความหนาแน่น และไม่จำเป็นต้องทำการเจียรเพิ่มเติม การเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำ ด้วยจุดไฟโฟกัสขนาดเล็กและการวางตำแหน่งที่แม่นยำสูง ง่ายต่อการรับรู้ถึงระบบอัตโนมัติด้วยแขนหุ่นยนต์ ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่มั่นคงและการดำเนินงานที่ง่ายดาย ปรับปรุงประสิทธิภาพการเชื่อม ลดชั่วโมงการทำงาน และลดต้นทุน เมื่อเชื่อมด้วยเลเซอร์แผ่นบางหรือลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางบาง จะไม่เสี่ยงต่อการหลอมละลายเท่ากับการเชื่อมอาร์ก