เหตุใดการเชื่อมด้วยเลเซอร์จึงกลายเป็นทางเลือกที่ขาดไม่ได้ในการผลิตแบตเตอรี่พลังงาน

ในอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่ที่พัฒนาอย่างรวดเร็วในปัจจุบัน ความปลอดภัย ระยะการใช้งาน และความสม่ำเสมอของแบตเตอรี่จ่ายไฟจะกำหนดความสามารถในการแข่งขันหลักของรถยนต์ทั้งคันโดยตรง เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ซึ่งมีข้อดีเฉพาะตัวในการควบคุมความแม่นยำระดับไมครอน- ความสามารถในการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพสูง- และผลกระทบจากความร้อนต่ำ ได้กลายเป็น "กระบวนการทอง" ที่ขาดไม่ได้ในการผลิตแบตเตอรี่กำลัง ตั้งแต่การปิดผนึกเปลือกไปจนถึงการเชื่อมต่ออิเล็กโทรด ตั้งแต่การรวมโมดูลไปจนถึงการเชื่อมส่วนประกอบด้านความปลอดภัย กระบวนการนี้จะดำเนินไปตลอดกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ทั้งหมด โดยปกป้องความเสถียรและความน่าเชื่อถือของแบตเตอรี่ทุกก้อนอย่างเงียบๆ

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ไม่ใช่แค่ "ฟิวชั่นที่อุณหภูมิสูง-" แต่เป็นกระบวนการขั้นสูงที่ทำให้วัสดุหลอมละลายอย่างรวดเร็วและเชื่อมต่ออย่างแน่นหนาผ่านการโฟกัสที่แม่นยำของลำแสงเลเซอร์-พลังงาน-ความหนาแน่นสูง ความโดดเด่นในการผลิตแบตเตอรี่พลังงานเกิดจากข้อดีหลัก 3 ประการ:

1. การปรับที่แม่นยำให้เข้ากับความต้องการวัสดุที่บางเป็นพิเศษ-

เคสและฝาครอบแบตเตอรี่จ่ายไฟส่วนใหญ่ใช้แผ่นโลหะผสมอลูมิเนียม 0.6-0.8 มม. (คิดเป็นมากกว่า 90%) และการเชื่อมอาร์กแบบเดิมๆ ทำให้เกิดการเสียรูป การเจาะทะลุ หรือความเค้นตกค้างได้ง่าย สปอตเลเซอร์สามารถบีบอัดได้ถึงระดับไมครอนด้วยพลังงานที่เข้มข้นและควบคุมได้ ช่วยให้สามารถเชื่อมปิดผนึกวัสดุที่บางเป็นพิเศษ-ได้โดยไม่ทำลายโครงสร้างภายใน ตะเข็บเชื่อมมีอัตราส่วนความลึก-ต่อความกว้างสูงและความสม่ำเสมอที่ดีเยี่ยม

2. เอาชนะความท้าทายในการเชื่อมวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูง

อิเล็กโทรดแบตเตอรี่และแผ่นเชื่อมต่อมักเกี่ยวข้องกับวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูง เช่น ทองแดงและอะลูมิเนียม (ทองแดงมีการสะท้อนแสงด้วยเลเซอร์มากกว่า 90% และอะลูมิเนียมสูงถึง 92%) ทำให้การหลอมละลายที่มีประสิทธิภาพทำได้ยากด้วยเทคนิคการเชื่อมแบบธรรมดา การเชื่อมด้วยเลเซอร์ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพรูปคลื่นและการปรับมุม ทำให้สามารถเชื่อมต่อโลหะที่ไม่เหมือนกัน เช่น ทองแดง-อลูมิเนียมและอะลูมิเนียม- นิกเกิลได้อย่างน่าเชื่อถือ และยังสามารถเชื่อมนิกเกิลที่ชุบด้วยไฟฟ้ากับทองแดงได้ ซึ่งตรงกับความต้องการวัสดุของเส้นทางกระแสไฟของแบตเตอรี่อย่างสมบูรณ์แบบ

3. ข้อดีของระบบอัตโนมัติและ-แบบไม่สัมผัส

โหมดการเชื่อมแบบไม่สัมผัส-สามารถจัดการโครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อน-ของโมดูลแบตเตอรี่ได้อย่างยืดหยุ่น ซึ่งช่วยให้สามารถเชื่อมด้วยวิถีโคจรที่ซับซ้อน เช่น รูปร่าง- และรูปทรงเกลียว อัตราผลตอบแทนของระบบอัตโนมัติได้รับการปรับปรุงมากกว่า 30% เมื่อเทียบกับกระบวนการแบบเดิม ในเวลาเดียวกัน กระบวนการเชื่อมไม่จำเป็นต้องมีการสัมผัสทางกายภาพ หลีกเลี่ยงความเสียหายทางกลต่อส่วนประกอบที่มีความแม่นยำ และตอบสนองความต้องการของ-การผลิตจำนวนมาก

หลักการสำคัญของการเชื่อมด้วยเลเซอร์คือการปรับให้เข้ากับความต้องการในการเชื่อมที่แตกต่างกัน โดยการควบคุมพารามิเตอร์ เช่น พลังงานเลเซอร์ ตำแหน่งโฟกัส และความเร็วในการเชื่อม ตามลักษณะของกระบวนการ ส่วนใหญ่จะแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ดังต่อไปนี้:

1. โดยวิธีการถ่ายเทพลังงาน: การเชื่อมแบบการนำความร้อนกับการเชื่อมแบบเจาะลึก

• การเชื่อมด้วยการนำความร้อน: พลังงานเลเซอร์ทำหน้าที่เฉพาะบนพื้นผิวของวัสดุ ทำให้ชั้นพื้นผิวละลายและแข็งตัวผ่านการนำความร้อน เหมาะสำหรับเชื่อมวัสดุบางๆ (ปกติ.<1mm), with a weld width greater than the depth, resulting in less deformation but limited penetration depth.

• การเชื่อมแบบเจาะลึก: การโฟกัสด้วยเลเซอร์กำลังสูง-จะก่อให้เกิด "รูกุญแจ" ทันที ซึ่งช่วยให้ความร้อนทะลุเข้าไปในวัสดุได้อย่างรวดเร็ว ให้ความเร็วในการเชื่อมที่รวดเร็วและโซนรับความร้อน-เล็กน้อย ทำให้สามารถเชื่อมวัสดุหลายชั้นได้พร้อมกัน เป็นตัวเลือกหลักสำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น การปิดผนึกปลอกแบตเตอรี่สำหรับจ่ายไฟ และการเชื่อมต่อโมดูล ความแตกต่างหลักระหว่างทั้งสองอยู่ที่ความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์ เมื่อความหนาแน่นของพลังงานถึงค่าวิกฤต โหมดการเชื่อมจะเปลี่ยนจากการเชื่อมแบบนำความร้อนไปเป็นการเชื่อมแบบเจาะลึก จำเป็นต้องปรับค่าวิกฤตเฉพาะตามประเภทวัสดุ

2. โดยรูปแบบการเชื่อม: การเชื่อมแบบเจาะทะลุกับการเชื่อมแบบตะเข็บ

• การเชื่อมแบบเจาะ: ชิ้นส่วนเชื่อมต่อไม่จำเป็นต้องเจาะ ทำให้การประมวลผลเป็นเรื่องง่าย แต่ต้องใช้เลเซอร์กำลังสูง- ส่งผลให้ความลึกของการเจาะลดลงและความน่าเชื่อถือค่อนข้างลดลง

• การเชื่อมตะเข็บ: ชิ้นส่วนเชื่อมต่อต้องมีช่องว่างที่สงวนไว้ล่วงหน้า- พลังงานเลเซอร์ทำให้เกิดการหลอมเหลวผ่านช่องว่าง โดยต้องใช้อุปกรณ์พลังงานต่ำ-เท่านั้น ส่งผลให้มีการเจาะลึกสูงและเชื่อถือได้มากขึ้น แต่เทคโนโลยีการประมวลผลมีความซับซ้อนมากขึ้น

3. โดยโหมดเลเซอร์เอาท์พุต: การเชื่อมแบบพัลส์กับการเชื่อมแบบต่อเนื่อง

• การเชื่อมแบบพัลส์: เลเซอร์จะปล่อยพลังงานเป็นพัลส์ โดยจะรวมพลังงานทันที ทำให้เหมาะสำหรับการเชื่อมวัสดุที่มีแนวโน้มที่จะมีรูพรุนและแตกร้าว เช่น อลูมิเนียมอัลลอยด์ โดยการเลือกรูปคลื่น เช่น คลื่นยอดและคลื่นยอดสองเท่า- ข้อบกพร่องสามารถลดลงได้ ตัวอย่างเช่น ส่วนการลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปของคลื่นยอดสองเท่า-สามารถขยายเวลาการทำความเย็นของสระหลอมเหลว ซึ่งยับยั้งการสร้างรูขุมขนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

• การเชื่อมอย่างต่อเนื่อง: เลเซอร์จะปล่อยพลังงานออกมาอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้กระบวนการทำความร้อนมีความเสถียร พื้นผิวการเชื่อมเรียบไม่มีสะเก็ด และไม่มีรอยแตกร้าวหรือรอยยุบ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมโลหะผสมอลูมิเนียม อย่างไรก็ตาม การประกอบชิ้นงานต้องใช้ความแม่นยำสูงมาก (ขนาดจุดเล็ก ต้องมีการเบี่ยงเบน<0.1mm) to avoid incomplete fusion problems.

ข้อกำหนดในการเชื่อมสำหรับส่วนประกอบต่างๆ ของแบตเตอรี่กำลังนั้นแตกต่างกันอย่างมาก และกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์จำเป็นต้องได้รับการปรับแต่งตามสถานการณ์การใช้งานเฉพาะ:

1. การระเบิด-การเชื่อมวาล์วกันระเบิด

วาล์วป้องกันการระเบิด-คือช่องระบายแรงดันเมื่อแบตเตอรี่ร้อนเกินไป ต้องมีการเชื่อมแบบปิดผนึกบนแผ่นอะลูมิเนียมเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 มม. เพื่อให้สามารถทนต่อแรงดันระเบิดที่ 0.4-0.7 MPa การใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่องแทนการเชื่อมแบบพัลส์จะช่วยเพิ่มความสมบูรณ์ของรอยเชื่อมได้ถึง 50% ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ได้อย่างสมบูรณ์ และถือเป็นแนวป้องกันแรกสำหรับความปลอดภัยของแบตเตอรี่

2. การปิดผนึกตัวเรือนและแผ่นปิด

เนื่องจากเป็น "การป้องกันเปลือกนอก" ของแบตเตอรี่ การเชื่อมตัวเรือนและแผ่นปิดจึงส่งผลโดยตรงต่อความรั่วซึมของอากาศ มีสองกระบวนการหลัก:
• การเชื่อมด้านข้าง: รอยเชื่อมมีโอกาสน้อยที่จะเข้าไปในเซลล์แบตเตอรี่ แต่ต้องใช้ความสะอาดของวัสดุที่สูงมากและความเสถียรของเลเซอร์
• การเชื่อมด้านบน: ประสิทธิภาพการผลิตจำนวนมากและการผสานรวมอุปกรณ์ที่เรียบง่าย แต่ต้องมีการควบคุมการปนเปื้อนอย่างเข้มงวด

3. การเชื่อมเทอร์มินัล

ขั้วบวก (อะลูมิเนียม) และขั้วลบ (ทองแดง) จะต้องทนต่อความต้านทานแรงดึงมากกว่าหรือเท่ากับ 500 MPa และต้องไม่มีข้อบกพร่อง "ช่องลม" เนื่องจากพื้นผิวผสมพันธุ์ของขั้วต่อ (เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 6 มม.) มีแนวโน้มที่จะมีน้ำมันและสิ่งสกปรกตกค้าง การผลิตจริงจึงจำเป็นต้องมี "การทำความสะอาดพลาสมาก่อนการเชื่อม + การควบคุมการไล่ระดับพลังงาน" เพื่อให้แน่ใจว่ารอยเชื่อมปราศจากข้อบกพร่อง-และการนำกระแสไฟฟ้าที่เสถียร

4. การเชื่อมขั้วต่อ

ตัวเชื่อมต่อมีหน้าที่ในการเชื่อมต่อเซลล์แบตเตอรี่แบบอนุกรม/ขนาน และมักจะเกี่ยวข้องกับการเชื่อมวัสดุที่ไม่เหมือนกัน เช่น ทองแดงและอะลูมิเนียม ซึ่งสามารถสร้างสารประกอบระหว่างโลหะที่เปราะได้ง่าย ส่งผลให้ค่าการนำไฟฟ้าลดลง ด้วยกระบวนการประกอบอัลตราโซนิกด้วยเลเซอร์- การก่อตัวของสารประกอบเหล่านี้จึงสามารถยับยั้งได้ ช่วยเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลและค่าการนำไฟฟ้าของรอยเชื่อม

5. 4680 การเชื่อมแท็บเต็มแบตเตอรี่ทรงกระบอกขนาดใหญ่

โครงสร้างแท็บเต็มของแบตเตอรี่ทรงกระบอกขนาดใหญ่ 4680 จะเพิ่มพื้นที่การเชื่อม 5 เท่า แต่การพับแท็บอาจทำให้เกิดการวางแนวที่ไม่ตรงและไฟฟ้าลัดวงจรได้ง่าย ด้วยการใช้เทคโนโลยีการสร้างลำแสง (เช่น ลำแสงรูปวงแหวน) จึงสามารถเชื่อมหลาย-แท็บพร้อมกันได้ ซึ่งช่วยลดการป้อนความร้อนลง 40% ทำให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือในการเชื่อมต่อในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงความเสียหายต่อโครงสร้างภายในของแบตเตอรี่

6. การเชื่อมโมดูล PACK

เมื่อความหนาของแถบเชื่อมต่อทองแดง/อลูมิเนียมถึง 2 มม. ต้องใช้เลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูง-ขนาด 6kW ขึ้นไปสำหรับการเชื่อมแบบเจาะทะลุ การลงทุนในอุปกรณ์เชื่อมสำหรับกำลังการผลิตหนึ่ง GWh อยู่ที่ประมาณ 10-30 ล้านหยวน ซึ่งเป็นหนึ่งในการลงทุนอุปกรณ์หลักในขั้นตอนการรวมโมดูล ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความเสถียรในการเชื่อมต่อและประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของโมดูล

แกลวานอมิเตอร์แบบ ACEY-LWM-เครื่องเชื่อมไฟเบอร์เลเซอร์ผสานรวมแหล่งกำเนิดเลเซอร์ไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูง-เข้ากับการออกแบบที่เป็นเอกสิทธิ์ของเรา ซึ่งให้ความแข็งแกร่งเป็นพิเศษและมีเสถียรภาพในการปฏิบัติงาน กลไกรางนำทางที่มีความแม่นยำ-ซึ่งขับเคลื่อนโดยเซอร์โวมอเตอร์ที่ตอบสนอง ช่วยให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพความเร็วสูง-ที่แม่นยำ อุปกรณ์นี้ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมมาโดยเฉพาะสำหรับการประกอบโมดูลแบตเตอรี่ลิเธียมแบบแท่งปริซึมและแบบอ่อน-

เนื่องจากแบตเตอรี่กำลังพัฒนาไปสู่ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ก็ทำซ้ำอย่างต่อเนื่องเช่นกัน:

1. การตรวจสอบอัจฉริยะและการควบคุมลูป-แบบปิด

ในอนาคต ระบบ "การแสดงภาพกระบวนการเชื่อมแบบเรียลไทม์" จะกลายเป็นที่แพร่หลาย ผ่าน-กล้องความเร็วสูง การวิเคราะห์สเปกตรัม และเทคโนโลยีอื่นๆ ข้อบกพร่อง เช่น รูพรุน ฟิวชั่นที่ไม่สมบูรณ์ และรอยแตก จะถูกตรวจพบทางออนไลน์ และพารามิเตอร์การเชื่อมจะถูกปรับโดยอัตโนมัติเพื่อให้ได้-กระบวนการลูปปิดที่สมบูรณ์ของ "การตรวจจับ - ข้อเสนอแนะ - การเพิ่มประสิทธิภาพ" ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิตและความสม่ำเสมอ

2. การปรับตัวให้เข้ากับการเชื่อมแบตเตอรี่โซลิด-

อิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่สถานะ-ของแข็งซัลไฟด์ไวต่อความร้อน- และผลกระทบทางความร้อนจากการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบดั้งเดิมอาจทำให้ประสิทธิภาพลดลง เลเซอร์พิโควินาทีพัลส์แบบสั้นพิเศษ (โซนที่ได้รับผลกระทบความร้อน- < 10μm) ได้กลายเป็นจุดสนใจในการวิจัย ซึ่งช่วยให้สามารถเชื่อมต่อได้อย่างแม่นยำ ในขณะเดียวกันก็เพิ่มการปกป้องความเสถียรของอิเล็กโทรไลต์ให้สูงสุด

3. การบูรณาการหลายกระบวนการและนวัตกรรม

กระบวนการเชื่อมแบบคอมโพสิต เช่น การเชื่อมด้วยเลเซอร์-อัลตราโซนิกและเลเซอร์- จะได้รับการส่งเสริมเพิ่มเติม กระบวนการเหล่านี้ใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบที่มีความแม่นยำของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ในขณะที่ใช้กระบวนการอื่นๆ เพื่อชดเชยข้อบกพร่องของเทคโนโลยีเดียว โดยปรับให้เข้ากับความต้องการการเชื่อมของวัสดุที่แตกต่างกันมากขึ้นและโครงสร้างที่ซับซ้อน

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ของแบตเตอรี่กำลังอาจดูเหมือนเป็น "กระบวนการในท้องถิ่น" แต่จริงๆ แล้วมันจะส่งผลต่อความปลอดภัยโดยรวมของแบตเตอรี่ ระยะการใช้งาน และต้นทุน การเชื่อมที่แม่นยำสามารถลดความเสี่ยงของการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ได้ การเชื่อมที่มีประสิทธิภาพสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตจำนวนมาก และโซลูชันที่เป็นนวัตกรรมสามารถปรับให้เข้ากับโครงสร้างแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงขึ้นได้ ในอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่ที่มีการแข่งขันสูงขึ้นในปัจจุบัน ความแตกต่างในรายละเอียดกระบวนการมักจะกำหนดความสามารถในการแข่งขันหลักของผลิตภัณฑ์ การทำซ้ำอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ไม่เพียงแต่แสดงถึงการปรับปรุงในระดับการผลิตแบตเตอรี่พลังงานเท่านั้น แต่ยังสะท้อนถึงการแสวงหาการพัฒนาคุณภาพสูง-ของอุตสาหกรรมพลังงานใหม่อีกด้วย

ในอนาคต ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีอัจฉริยะ เฉพาะที่ และคอมโพสิต การเชื่อมด้วยเลเซอร์จะยังคงเพิ่มศักยภาพให้กับอุตสาหกรรมแบตเตอรี่พลังงาน โดยให้การสนับสนุนทางเทคโนโลยีที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นสำหรับประสบการณ์การขับขี่ที่ปลอดภัยและระยะไกล-ของยานพาหนะพลังงานใหม่