การเลือกวิธีการและกระบวนการเชื่อมที่เหมาะสมระหว่างกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมจะส่งผลโดยตรงต่อต้นทุน คุณภาพ ความปลอดภัย และความสม่ำเสมอของแบตเตอรี่
1. หลักการเชื่อมด้วยเลเซอร์
เครื่องเชื่อมไฟเบอร์เลเซอร์ใช้ทิศทางที่ยอดเยี่ยมของลำแสงเลเซอร์และความหนาแน่นของพลังงานสูงในการทำงาน ลำแสงเลเซอร์ถูกโฟกัสไปที่พื้นที่เล็กๆ ผ่านระบบออปติคัล ซึ่งก่อให้เกิดแหล่งความร้อนที่มีความเข้มข้นสูงอย่างรวดเร็วในบริเวณที่มีรอยเชื่อม พื้นที่เพื่อให้วัตถุที่จะเชื่อมละลายและเกิดจุดเชื่อมและรอยเชื่อมที่แข็งแรง
เครื่องเชื่อมไฟเบอร์เลเซอร์
2. ประเภทการเชื่อมด้วยเลเซอร์
การเชื่อมการนำความร้อนและการเชื่อมแบบเจาะลึก
ความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์คือ 105~106w/㎝² เพื่อสร้างการเชื่อมด้วยการนำความร้อนด้วยเลเซอร์ และความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์คือ 105~106w/㎝² เพื่อสร้างการเชื่อมด้วยเลเซอร์เจาะลึก
การเจาะและการเชื่อมตะเข็บ
การเชื่อมแบบเจาะ: ไม่จำเป็นต้องเจาะชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อและการประมวลผลค่อนข้างง่าย การเชื่อมแบบเจาะทะลุต้องใช้เครื่องเชื่อมเลเซอร์ที่ทรงพลังกว่า ความลึกในการเจาะของการเชื่อมแบบเจาะต่ำกว่าการเชื่อมตะเข็บ และความน่าเชื่อถือค่อนข้างต่ำ
เมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อมแบบเจาะทะลุ การเชื่อมตะเข็บต้องใช้เครื่องเชื่อมเลเซอร์ที่มีกำลังน้อยกว่า ความลึกในการเจาะของการเชื่อมตะเข็บนั้นสูงกว่าการเชื่อมแบบเจาะและความน่าเชื่อถือค่อนข้างดี อย่างไรก็ตาม จะต้องเจาะชิ้นส่วนเชื่อมต่อซึ่งดำเนินการค่อนข้างยาก
การเชื่อมแบบพัลส์และการเชื่อมแบบต่อเนื่อง
1) การเชื่อมโหมดพัลส์
ควรเลือกรูปคลื่นการเชื่อมที่เหมาะสมระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์ รูปคลื่นพัลส์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ คลื่นสี่เหลี่ยม คลื่นพีค คลื่นดับเบิลพีค ฯลฯ ค่าการสะท้อนแสงของพื้นผิวโลหะผสมอะลูมิเนียมต่อแสงสูงเกินไป เมื่อลำแสงเลเซอร์ความเข้มสูงกระทบพื้นผิววัสดุ พื้นผิวโลหะจะสูญเสียพลังงานเลเซอร์ 60%-98% เนื่องจากการสะท้อน และการสะท้อนแสงจะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิพื้นผิว โดยทั่วไป วิธีที่ดีที่สุดคือเลือกคลื่นปลายแหลมและปลายแหลมคู่เมื่อทำการเชื่อมอลูมิเนียมอัลลอยด์ ความกว้างพัลส์ของส่วนที่ช้าลงด้านหลังรูปคลื่นการเชื่อมประเภทนี้จะยาวกว่าซึ่งสามารถลดการเกิดรูขุมขนและรอยแตกได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ตัวอย่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์พัลส์
เนื่องจากอลูมิเนียมอัลลอยด์มีการสะท้อนแสงสูงต่อเลเซอร์ เพื่อป้องกันไม่ให้ลำแสงเลเซอร์ตกกระทบในแนวตั้ง และทำให้เกิดการสะท้อนในแนวตั้ง และสร้างความเสียหายให้กับกระจกโฟกัสด้วยเลเซอร์ หัวเชื่อมมักจะเบี่ยงเบนไปที่มุมหนึ่งในระหว่างกระบวนการเชื่อม เส้นผ่านศูนย์กลางของข้อต่อบัดกรีและเส้นผ่านศูนย์กลางของพื้นผิวข้อต่อที่มีประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของมุมเอียงของเลเซอร์ เมื่อมุมเอียงของเลเซอร์อยู่ที่ 40 องศา จะได้ข้อต่อบัดกรีที่ใหญ่ที่สุดและพื้นผิวข้อต่อที่มีประสิทธิภาพ การเจาะจุดเชื่อมและการเจาะที่มีประสิทธิภาพลดลงตามมุมเอียงของเลเซอร์ เมื่อค่ามากกว่า 60 การเจาะทะลุที่มีประสิทธิผลจะลดลงเหลือศูนย์ ดังนั้นโดยการเอียงรอยเชื่อมไปยังมุมที่กำหนด ความลึกและความกว้างของการเจาะเชื่อมจึงสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างเหมาะสม
นอกจากนี้ ในระหว่างการเชื่อม โดยมีรอยเชื่อมเป็นขอบเขต 65% ของแผ่นปิดจุดเชื่อมด้วยเลเซอร์และ 35% ของเปลือกจำเป็นต้องเชื่อม ซึ่งสามารถลดการระเบิดที่เกิดจากปัญหาการปิดฝาครอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ
2) การเชื่อมโหมดต่อเนื่อง
เนื่องจากกระบวนการให้ความร้อนของการเชื่อมด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่องนั้นแตกต่างจากการทำความเย็นและความร้อนอย่างกะทันหันของเครื่องพัลส์ แนวโน้มของรอยแตกร้าวระหว่างการเชื่อมจึงไม่ชัดเจนนัก การเชื่อมด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่องใช้เพื่อปรับปรุงคุณภาพของการเชื่อม พื้นผิวของรอยเชื่อมเรียบและสม่ำเสมอ ไม่กระเด็น ไม่มีข้อบกพร่อง และไม่มีข้อบกพร่องภายในรอยเชื่อม ไม่พบรอยแตกร้าว ในการเชื่อมโลหะผสมอลูมิเนียม ข้อดีของเลเซอร์ต่อเนื่องมีความชัดเจน เมื่อเทียบกับวิธีการเชื่อมแบบดั้งเดิม ประสิทธิภาพการผลิตสูงและไม่จำเป็นต้องเติมลวด เมื่อเทียบกับการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบพัลส์ มันสามารถแก้ไขข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นหลังการเชื่อม เช่น รอยแตก ความพรุน การกระเด็น ฯลฯ ทำให้มั่นใจได้ว่าโลหะผสมอลูมิเนียมมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีหลังการเชื่อม จะไม่มีรอยบุบหลังการเชื่อม และปริมาณการขัดและการขัดหลังการเชื่อมจะลดลง ซึ่งช่วยประหยัดต้นทุนการผลิต อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจุดของเลเซอร์ต่อเนื่องมีขนาดค่อนข้างเล็ก ความแม่นยำในการประกอบชิ้นงานจึงไม่สูง ข้อกำหนดจะสูงกว่า
3. ข้อดีของการเชื่อมด้วยเลเซอร์
เครื่องเชื่อมเลเซอร์ CNC อัตโนมัติพร้อมเครื่องกำเนิดเลเซอร์ไฟเบอร์มีพลังงานเข้มข้น ประสิทธิภาพการเชื่อมสูง ความแม่นยำในการประมวลผลสูง และมีอัตราส่วนความลึกของการเชื่อมต่อความกว้างขนาดใหญ่ ลำแสงเลเซอร์นั้นง่ายต่อการโฟกัส จัดเรียง และนำทางด้วยอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตา สามารถวางในระยะที่เหมาะสมจากชิ้นงานและเปลี่ยนเส้นทางระหว่างฟิกซ์เจอร์หรือสิ่งกีดขวางรอบๆ ไม่สามารถใช้วิธีการเชื่อมแบบอื่นได้เนื่องจากข้อจำกัดด้านพื้นที่ที่กล่าวข้างต้น
อินพุตความร้อนมีขนาดเล็ก โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนมีขนาดเล็ก และความเค้นตกค้างและการเสียรูปของชิ้นงานมีขนาดเล็ก สามารถควบคุมพลังงานการเชื่อมได้อย่างแม่นยำ ผลการเชื่อมมีเสถียรภาพ และลักษณะการเชื่อมก็ดี
การเชื่อมแบบไม่สัมผัส การส่งผ่านใยแก้วนำแสง การเข้าถึงที่ดี และระบบอัตโนมัติในระดับสูง ไม่มีปัญหาการหลอมละลายเหมือนการเชื่อมอาร์กเมื่อเชื่อมวัสดุบางหรือลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางละเอียด เนื่องจากเซลล์ที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมกำลังเป็นไปตามหลักการของการมีน้ำหนักเบา จึงมักทำจากอะลูมิเนียมที่เบากว่าและถูกทำให้บางลง โดยทั่วไปแล้ว เปลือก ฝาครอบ และด้านล่างจะต้องมีขนาดน้อยกว่า 1.0 มม. วัสดุพื้นฐานในปัจจุบันของผู้ผลิตกระแสหลักมีความหนาประมาณ 0.8 มม.
สามารถให้การเชื่อมที่มีความแข็งแรงสูงสำหรับการผสมวัสดุต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเชื่อมทองแดงและอลูมิเนียม นี่เป็นเทคนิคเดียวในการบัดกรีนิกเกิลที่ชุบด้วยไฟฟ้ากับวัสดุทองแดง
4. ความยากในกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์
ปัจจุบันเปลือกแบตเตอรี่อลูมิเนียมอัลลอยด์มีสัดส่วนมากกว่า 90% ของแบตเตอรี่ลิเธียมทั้งหมด ความยากในการเชื่อมอยู่ที่การสะท้อนแสงของอลูมิเนียมอัลลอยด์กับเลเซอร์ที่สูงมาก และความไวของรูพรุนสูงในระหว่างการเชื่อม ปัญหาและข้อบกพร่องบางอย่างจะเกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ที่สำคัญที่สุดคือรูพรุน รอยแตกที่ร้อน และการระเบิด
รูขุมขนมีแนวโน้มที่จะปรากฏขึ้นในระหว่างกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ของอลูมิเนียมอัลลอยด์ สองประเภทหลักคือรูขุมขนไฮโดรเจนและรูขุมขนที่เกิดจากฟองสบู่แตก เนื่องจากอัตราการเย็นตัวของการเชื่อมด้วยเลเซอร์เร็วเกินไป ปัญหาของรูไฮโดรเจนจึงรุนแรงมากขึ้น และรูประเภทเพิ่มเติมปรากฏขึ้นเนื่องจากการยุบตัวของรูเล็ก ๆ ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์
ปัญหาการแตกร้าวจากความร้อน อลูมิเนียมอัลลอยด์เป็นโลหะผสมยูเทคติกทั่วไป มีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวที่ร้อนระหว่างการเชื่อม รวมถึงรอยแตกร้าวจากการเชื่อมคริสตัลและรอยแตกที่เกิดจากปฏิกิริยาเหลวของ HAZ เนื่องจากการแยกส่วนประกอบในพื้นที่เชื่อม การแยกยูเทคติกและการหลอมละลายของขอบเขตเกรนจะเกิดขึ้น ภายใต้ความเครียด รอยแตกที่ทำให้กลายเป็นของเหลวจะเกิดขึ้นที่ขอบเขตของเกรน ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของข้อต่อเชื่อมลดลง
ปัญหาการระเบิด (หรือที่เรียกว่าสาด) มีหลายปัจจัยที่ทำให้เกิดการระเบิด เช่น ความสะอาดของวัสดุ ความบริสุทธิ์ของวัสดุ ลักษณะของวัสดุเอง เป็นต้น ปัจจัยชี้ขาดคือความเสถียรของเลเซอร์ ผิวเปลือกนูน รูขุมขน และฟองอากาศภายใน สาเหตุหลักคือเส้นผ่านศูนย์กลางแกนไฟเบอร์เล็กเกินไปหรือการตั้งค่าพลังงานเลเซอร์สูงเกินไป ไม่ใช่ว่ายิ่งคุณภาพของลำแสงดีขึ้นเท่าไร ผลการเชื่อมก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ดังที่ซัพพลายเออร์อุปกรณ์เลเซอร์บางรายส่งเสริม คุณภาพลำแสงที่ดีเหมาะสำหรับการเชื่อมแบบซ้อนทับที่มีความลึกในการเจาะที่มากขึ้น การค้นหาพารามิเตอร์กระบวนการที่ถูกต้องเป็นกุญแจสำคัญในการแก้ปัญหา
ปัญหาอื่น ๆ
การเชื่อมแท็บที่อัดแน่นต้องใช้เครื่องมือเชื่อมสูง ต้องกดแท็บให้แน่นเพื่อให้แน่ใจว่ามีช่องว่างในการเชื่อม สามารถเชื่อมด้วยความเร็วสูงในวิถีที่ซับซ้อน เช่น รูปตัว S และรูปทรงเกลียว เพิ่มพื้นที่รอยเชื่อมและเพิ่มความแข็งแรงในการเชื่อม
การเชื่อมแกนแบตเตอรี่ทรงกระบอกส่วนใหญ่จะใช้เพื่อสร้างอิเล็กโทรดบวก เนื่องจากเปลือกของอิเล็กโทรดขั้วลบบาง จึงเชื่อมผ่านได้ง่ายมาก ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตบางรายในปัจจุบันใช้กระบวนการไร้การเชื่อมสำหรับอิเล็กโทรดเชิงลบ ในขณะที่การเชื่อมด้วยเลเซอร์ใช้สำหรับอิเล็กโทรดบวก
เสาหรือชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อมีการปนเปื้อนอย่างหนาเมื่อมีการเชื่อมชุดแบตเตอรี่สี่เหลี่ยม เมื่อเชื่อมชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อกัน สารมลพิษจะสลายตัวและก่อให้เกิดจุดและรูระเบิดจากการเชื่อมได้ง่าย แบตเตอรี่ที่มีขั้วบางและชิ้นส่วนโครงสร้างพลาสติกหรือเซรามิกอยู่ข้างใต้นั้นง่ายต่อการเชื่อม สวมใส่. เมื่อเสามีขนาดเล็กก็เชื่อมได้ง่ายถึงจุดที่พลาสติกไหม้ทำให้เกิดจุดระเบิด อย่าใช้แผ่นเชื่อมต่อหลายชั้น รูระหว่างชั้นทำให้ยากต่อการเชื่อมให้แน่น
กระบวนการที่สำคัญที่สุดในกระบวนการเชื่อมแบตเตอรี่สี่เหลี่ยมคือการบรรจุภัณฑ์ของฝาครอบเปลือกโดยแบ่งออกเป็นการเชื่อมของฝาครอบด้านบนและฝาครอบด้านล่างตามตำแหน่งที่แตกต่างกัน เนื่องจากแบตเตอรี่ที่ผลิตมีขนาดเล็ก ผู้ผลิตบางรายจึงใช้กระบวนการวาดแบบลึกเพื่อผลิตเปลือกแบตเตอรี่ และจำเป็นต้องเชื่อมเฉพาะฝาครอบด้านบนเท่านั้น
5. ปัจจัยที่ส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อม
ปัจจุบันการเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นวิธีการสำคัญที่แนะนำสำหรับการเชื่อมแบตเตอรี่ระดับสูง การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการที่ลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงฉายรังสีชิ้นงาน ทำให้อุณหภูมิในการทำงานสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ชิ้นงานหลอมละลาย และเชื่อมต่อใหม่เพื่อสร้างการเชื่อมต่อแบบถาวร แรงเฉือนและความต้านทานการฉีกขาดของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ค่อนข้างดี ค่าการนำไฟฟ้า ความแข็งแรง ความหนาแน่นของอากาศ ความล้าของโลหะ และความต้านทานการกัดกร่อนของการเชื่อมแบตเตอรี่ถือเป็นการเชื่อมโดยทั่วไป
เกณฑ์การประเมินคุณภาพ
มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อคุณภาพของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ บางส่วนมีความผันผวนอย่างมากและมีความไม่แน่นอนอย่างมาก พารามิเตอร์เหล่านี้จะได้รับการตั้งค่าและควบคุมอย่างถูกต้องภายในช่วงที่เหมาะสมระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงและต่อเนื่องเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพการเชื่อมได้อย่างไร ความน่าเชื่อถือและความเสถียรของการสร้างรอยต่อการเชื่อมเป็นประเด็นสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานจริงและการพัฒนาอุตสาหกรรมของเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อคุณภาพของการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบ่งออกเป็นสามส่วน ได้แก่ อุปกรณ์การเชื่อม สภาพชิ้นงาน และพารามิเตอร์กระบวนการ
Acey New Energy เป็นซัพพลายเออร์มืออาชีพที่เชี่ยวชาญด้านเครื่องประกอบชุดแบตเตอรี่ลิเธียม เช่น เครื่องคัดเกรดความจุของแบตเตอรี่ เครื่องติดกระดาษฉนวนแบตเตอรี่ เครื่องคัดแยกแบตเตอรี่ เครื่องทดสอบ BMS เครื่องเชื่อมจุดแบตเตอรี่ เครื่องเชื่อมเลเซอร์ เครื่องเชื่อมลวดอัลตราโซนิก แบตเตอรี่ เครื่องทดสอบที่ครอบคลุม ประจุแบตเตอรี่ และเครื่องทดสอบอายุการคายประจุ ฯลฯ เรานำเสนอโซลูชั่นแบบครบวงจรสำหรับสายการประกอบแบตเตอรี่ หากคุณสนใจโปรดติดต่อเรา
