แบตเตอรี่ลิเธียมเปลือกอลูมิเนียมสี่เหลี่ยมมีข้อดีหลายประการ เช่น โครงสร้างที่เรียบง่าย ทนต่อแรงกระแทกได้ดี ความหนาแน่นของพลังงานสูง และความจุเซลล์ขนาดใหญ่ พวกเขาเป็นทิศทางหลักในการผลิตและพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมในประเทศมาโดยตลอดซึ่งคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 40% ของตลาด
โครงสร้างของแบตเตอรี่ลิเธียมเปลือกอลูมิเนียมสี่เหลี่ยมดังแสดงในรูป ซึ่งประกอบด้วยแกนแบตเตอรี่ (แผ่นอิเล็กโทรดบวกและลบ ตัวแยก) อิเล็กโทรไลต์ เปลือก ฝาครอบด้านบน และส่วนประกอบอื่น ๆ
โครงสร้างแบตเตอรี่ลิเธียมเปลือกอลูมิเนียมทรงสี่เหลี่ยม
ในระหว่างกระบวนการผลิตและประกอบแบตเตอรี่ลิเธียมเปลือกอลูมิเนียมทรงสี่เหลี่ยมจำนวนมากการเชื่อมด้วยเลเซอร์จำเป็นต้องมีกระบวนการ เช่น การเชื่อมการเชื่อมต่อแบบอ่อนของเซลล์แบตเตอรี่และแผ่นปิด การเชื่อมการปิดผนึกแผ่นฝาครอบ การเชื่อมตะปูปิดผนึก ฯลฯ การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นวิธีการเชื่อมหลักสำหรับแบตเตอรี่พลังงานแบบแท่งปริซึม เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานสูง ความเสถียรของพลังงานที่ดี ความแม่นยำในการเชื่อมสูง การบูรณาการอย่างเป็นระบบที่ง่ายดาย และข้อดีอื่นๆ อีกมากมายการเชื่อมด้วยเลเซอร์ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมเปลือกอลูมิเนียมทรงแท่งปริซึม บทบาท.
Maven แพลตฟอร์มกัลวาโนมิเตอร์อัตโนมัติ 4 แกนเครื่องเชื่อมไฟเบอร์เลเซอร์
รอยเชื่อมของซีลฝาครอบด้านบนเป็นรอยเชื่อมที่ยาวที่สุดในแบตเตอรี่เปลือกอลูมิเนียมทรงสี่เหลี่ยม และยังเป็นรอยเชื่อมที่ใช้เวลาเชื่อมนานที่สุดอีกด้วย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว และเทคโนโลยีกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ปิดผนึกฝาครอบด้านบนและเทคโนโลยีอุปกรณ์ก็มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วเช่นกัน ขึ้นอยู่กับความเร็วในการเชื่อมและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน เราแบ่งอุปกรณ์และกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ฝาครอบด้านบนออกเป็นสามยุคโดยประมาณ คือยุค 1.0 (2015-2017) ที่มีความเร็วในการเชื่อม <100 มม./วินาที, ยุค 2.0 (2017-2018) ที่ 100-200 มม./วินาที และยุค 3.0 (2019-) ที่ 200-300 มม./วินาที ต่อไปนี้จะแนะนำการพัฒนาเทคโนโลยีตามเส้นทางแห่งกาลเวลา:
1. ยุค 1.0 ของเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบฝาบน
ความเร็วในการเชื่อม100 มม./วินาที
ตั้งแต่ปี 2558 ถึง 2560 รถยนต์พลังงานใหม่ในประเทศเริ่มขยายตัวโดยได้รับแรงหนุนจากนโยบาย และอุตสาหกรรมแบตเตอรี่พลังงานเริ่มขยายตัว อย่างไรก็ตาม การสะสมเทคโนโลยีและความสามารถสำรองขององค์กรในประเทศยังค่อนข้างน้อย กระบวนการผลิตแบตเตอรี่และเทคโนโลยีอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นและระดับของระบบอัตโนมัติของอุปกรณ์ ค่อนข้างต่ำ ผู้ผลิตอุปกรณ์เพิ่งเริ่มให้ความสนใจกับการผลิตแบตเตอรี่พลังงานและเพิ่มการลงทุนในการวิจัยและพัฒนา ในขั้นตอนนี้ ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพการผลิตของอุตสาหกรรมสำหรับอุปกรณ์ปิดผนึกด้วยเลเซอร์แบตเตอรี่สี่เหลี่ยมมักจะอยู่ที่ 6-10PPM โซลูชันอุปกรณ์มักจะใช้ไฟเบอร์เลเซอร์ขนาด 1kw เพื่อเปล่งแสงผ่านเลเซอร์ธรรมดาหัวเชื่อมเลเซอร์(ตามภาพ) และหัวเชื่อมถูกขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวแพลตฟอร์มมอเตอร์หรือมอเตอร์เชิงเส้น การเคลื่อนที่และการเชื่อม ความเร็วในการเชื่อม 50-100 มม./วินาที
ใช้เลเซอร์ 1kw เพื่อเชื่อมฝาครอบด้านบนของแกนแบตเตอรี่
ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์กระบวนการเนื่องจากความเร็วในการเชื่อมค่อนข้างต่ำและรอบเวลาความร้อนที่ค่อนข้างยาวของการเชื่อม สระหลอมเหลวจึงมีเวลาเพียงพอในการไหลและแข็งตัว และก๊าซป้องกันสามารถครอบคลุมสระหลอมเหลวได้ดีขึ้น ทำให้ง่ายต่อการรับเรียบและ เต็มพื้นผิว เชื่อมได้สม่ำเสมอดี ดังรูปด้านล่าง
การขึ้นรูปตะเข็บเชื่อมสำหรับการเชื่อมฝาครอบด้านบนด้วยความเร็วต่ำ
ในแง่ของอุปกรณ์ แม้ว่าประสิทธิภาพการผลิตจะไม่สูง แต่โครงสร้างอุปกรณ์ค่อนข้างง่าย มีเสถียรภาพดี และราคาอุปกรณ์ต่ำ ซึ่งตอบสนองความต้องการของการพัฒนาอุตสาหกรรมในขั้นตอนนี้ได้เป็นอย่างดี และวางรากฐานสำหรับเทคโนโลยีที่ตามมา การพัฒนา.
แม้ว่าการเชื่อมปิดผนึกฝาครอบด้านบนในยุค 1.0 จะมีข้อดีคือโซลูชันอุปกรณ์ที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และเสถียรภาพที่ดี แต่ข้อจำกัดโดยธรรมชาติของมันก็ชัดเจนเช่นกัน ในแง่ของอุปกรณ์ ความสามารถในการขับเคลื่อนมอเตอร์ไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการเพิ่มความเร็วได้อีก ในแง่ของเทคโนโลยี เพียงแค่เพิ่มความเร็วในการเชื่อมและกำลังเลเซอร์เอาท์พุทเพื่อเร่งความเร็วต่อไปจะทำให้เกิดความไม่แน่นอนในกระบวนการเชื่อมและผลผลิตลดลง: ความเร็วที่เพิ่มขึ้นจะทำให้รอบเวลาความร้อนในการเชื่อมสั้นลง และโลหะ กระบวนการหลอมจะมีความเข้มข้นมากขึ้น การกระเด็นเพิ่มขึ้น การปรับตัวต่อสิ่งสกปรกจะแย่ลง และหลุมกระเด็นมีแนวโน้มที่จะก่อตัวมากขึ้น ในเวลาเดียวกัน ระยะเวลาการแข็งตัวของสระหลอมเหลวจะลดลง ซึ่งจะทำให้พื้นผิวการเชื่อมมีความหยาบและความสม่ำเสมอลดลง เมื่อจุดเลเซอร์มีขนาดเล็ก ปริมาณความร้อนไม่มากและสามารถลดการกระเด็นได้ แต่อัตราส่วนความลึกต่อความกว้างของรอยเชื่อมมีขนาดใหญ่และความกว้างของรอยเชื่อมไม่เพียงพอ เมื่อจุดเลเซอร์มีขนาดใหญ่ จำเป็นต้องป้อนกำลังเลเซอร์ที่มากขึ้นเพื่อเพิ่มความกว้างของการเชื่อม มีขนาดใหญ่ แต่ในขณะเดียวกันก็จะทำให้การเชื่อมกระเด็นเพิ่มขึ้นและคุณภาพการขึ้นรูปพื้นผิวที่ไม่ดีของการเชื่อม ภายใต้ระดับเทคนิคในขั้นตอนนี้ การเร่งความเร็วเพิ่มเติมหมายความว่าจะต้องแลกเปลี่ยนผลผลิตเพื่อประสิทธิภาพ และข้อกำหนดในการอัพเกรดสำหรับอุปกรณ์และเทคโนโลยีกระบวนการกลายเป็นความต้องการของอุตสาหกรรม
2.ยุค 2.0 ฝาบนการเชื่อมด้วยเลเซอร์เทคโนโลยี
ความเร็วในการเชื่อม 200 มม./วินาที
ในปี 2559 กำลังการผลิตติดตั้งแบตเตอรี่รถยนต์ในจีนอยู่ที่ประมาณ 30.8GWh ในปี 2560 อยู่ที่ประมาณ 36GWh และในปี 2561 กำลังการผลิตติดตั้งเพิ่มขึ้นถึง 57GWh เพิ่มขึ้น 57% เมื่อเทียบเป็นรายปี รถยนต์โดยสารพลังงานใหม่ยังผลิตได้เกือบหนึ่งล้านคัน เพิ่มขึ้น 80.7% เมื่อเทียบเป็นรายปี เบื้องหลังการระเบิดของกำลังการผลิตติดตั้งคือการเปิดตัวกำลังการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม แบตเตอรี่รถยนต์โดยสารพลังงานใหม่คิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 50% ของกำลังการผลิตติดตั้ง ซึ่งหมายความว่าข้อกำหนดของอุตสาหกรรมในด้านประสิทธิภาพและคุณภาพของแบตเตอรี่จะเข้มงวดมากขึ้นเรื่อยๆ และการปรับปรุงเทคโนโลยีอุปกรณ์การผลิตและเทคโนโลยีกระบวนการที่ตามมาก็เข้าสู่ยุคใหม่เช่นกัน : เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดกำลังการผลิตแบบบรรทัดเดียว กำลังการผลิตของอุปกรณ์เชื่อมเลเซอร์ฝาครอบด้านบนจะต้องเพิ่มขึ้นเป็น 15-20PPM และการเชื่อมด้วยเลเซอร์ความเร็วต้องถึง 150-200 มม./วินาที ดังนั้นในแง่ของมอเตอร์ขับเคลื่อน ผู้ผลิตอุปกรณ์ต่างๆ จึงมีการอัพเกรดแพลตฟอร์มมอเตอร์เชิงเส้นเพื่อให้กลไกการเคลื่อนที่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพการเคลื่อนที่สำหรับการเชื่อมด้วยความเร็วสม่ำเสมอของวิถีสี่เหลี่ยม 200 มม. / วินาที; อย่างไรก็ตาม วิธีการรับประกันคุณภาพการเชื่อมภายใต้การเชื่อมด้วยความเร็วสูงนั้นจำเป็นต้องมีการพัฒนากระบวนการเพิ่มเติม และบริษัทต่างๆ ในอุตสาหกรรมก็ได้ทำการสำรวจและศึกษามาหลายครั้ง เมื่อเทียบกับยุค 1.0 ปัญหาที่ต้องเผชิญกับการเชื่อมด้วยความเร็วสูงในยุค 2.0 คือ การใช้ ไฟเบอร์เลเซอร์ธรรมดาที่ส่งออกแหล่งกำเนิดแสงจุดเดียวผ่านหัวเชื่อมธรรมดา การเลือกจึงเป็นเรื่องยากที่จะตอบสนองความต้องการ 200 มม./วินาที
ในโซลูชันทางเทคนิคดั้งเดิม เอฟเฟกต์การขึ้นรูปการเชื่อมสามารถควบคุมได้โดยการกำหนดค่าตัวเลือก การปรับขนาดจุด และการปรับพารามิเตอร์พื้นฐาน เช่น กำลังเลเซอร์: เมื่อใช้การกำหนดค่าที่มีจุดที่เล็กกว่า รูกุญแจของสระการเชื่อมจะมีขนาดเล็ก รูปร่างสระจะไม่เสถียรและการเชื่อมจะไม่เสถียร ความกว้างของตะเข็บฟิวชั่นก็ค่อนข้างเล็กเช่นกัน เมื่อใช้การกำหนดค่าที่มีจุดไฟที่ใหญ่ขึ้น รูกุญแจจะเพิ่มขึ้น แต่พลังการเชื่อมจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และอัตราการกระเด็นและรูระเบิดจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก
ตามทฤษฎีแล้ว หากคุณต้องการให้ผลการเชื่อมขึ้นรูปด้วยความเร็วสูงการเชื่อมด้วยเลเซอร์ของฝาครอบด้านบน คุณต้องมีคุณสมบัติตามข้อกำหนดต่อไปนี้:
1 ตะเข็บเชื่อมมีความกว้างเพียงพอและอัตราส่วนความลึกต่อความกว้างของตะเข็บเชื่อมมีความเหมาะสม ซึ่งกำหนดให้ช่วงการกระทำความร้อนของแหล่งกำเนิดแสงมีขนาดใหญ่เพียงพอ และพลังงานของเส้นเชื่อมอยู่ภายในช่วงที่เหมาะสม
2. การเชื่อมเรียบซึ่งต้องใช้เวลารอบความร้อนของการเชื่อมนานพอในระหว่างกระบวนการเชื่อมเพื่อให้สระหลอมเหลวมีความลื่นไหลเพียงพอ และการเชื่อมจะแข็งตัวเป็นการเชื่อมโลหะเรียบภายใต้การป้องกันของก๊าซป้องกัน
3 รอยเชื่อมมีความสม่ำเสมอที่ดี และมีรูพรุนและรูน้อย โดยในระหว่างกระบวนการเชื่อม เลเซอร์จะทำงานอย่างเสถียรบนชิ้นงาน และลำแสงพลาสมาพลังงานสูงจะถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องและทำงานที่ด้านในของสระหลอมเหลว บ่อหลอมเหลวจะสร้าง "กุญแจ" ภายใต้แรงปฏิกิริยาพลาสมา “รู” รูกุญแจมีขนาดใหญ่เพียงพอและมั่นคงเพียงพอ ดังนั้นไอของโลหะและพลาสมาที่สร้างขึ้นจึงไม่สามารถดีดออกและนำหยดโลหะออกมาได้ง่าย ก่อตัวเป็นกระเด็น และแอ่งหลอมเหลวรอบรูกุญแจนั้นไม่ยุบง่ายและเกี่ยวข้องกับก๊าซ . แม้ว่าวัตถุแปลกปลอมจะถูกเผาในระหว่างกระบวนการเชื่อมและก๊าซถูกปล่อยออกมาอย่างระเบิด รูกุญแจที่ใหญ่ขึ้นจะเอื้อต่อการปล่อยก๊าซที่ระเบิดได้ดีกว่า และลดการกระเด็นของโลหะและรูที่ก่อตัว
เพื่อตอบสนองต่อประเด็นข้างต้น บริษัทผู้ผลิตแบตเตอรี่และบริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ในอุตสาหกรรมได้ใช้ความพยายามและแนวทางปฏิบัติหลายประการ: การผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมได้รับการพัฒนาในญี่ปุ่นมานานหลายทศวรรษ และเทคโนโลยีการผลิตที่เกี่ยวข้องได้เป็นผู้นำ
ในปี 2004 เมื่อเทคโนโลยีไฟเบอร์เลเซอร์ยังไม่ถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์อย่างกว้างขวาง Panasonic ใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ LD และเลเซอร์ YAG ที่สูบด้วยหลอดพัลส์สำหรับเอาต์พุตแบบผสม (รูปแบบดังแสดงในรูปด้านล่าง)
แผนภาพแสดงเทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดหลายเลเซอร์และโครงสร้างหัวเชื่อม
จุดไฟความหนาแน่นกำลังสูงที่สร้างโดยพัลส์YAG เลเซอร์โดยมีจุดเล็กๆ มากระทำกับชิ้นงานเพื่อสร้างรูเชื่อมเพื่อให้ได้การเจาะทะลุของการเชื่อมที่เพียงพอ ในเวลาเดียวกัน เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ LD ถูกใช้เพื่อจัดหาเลเซอร์ต่อเนื่อง CW เพื่ออุ่นและเชื่อมชิ้นงาน สระหลอมเหลวในระหว่างกระบวนการเชื่อมให้พลังงานมากขึ้นเพื่อให้ได้รูเชื่อมที่ใหญ่ขึ้น เพิ่มความกว้างของรอยเชื่อม และขยายเวลาการปิดรูเชื่อม ช่วยให้ก๊าซในสระหลอมเหลวหลุดออกไปและลดความพรุนของการเชื่อม ตะเข็บดังที่แสดงด้านล่าง
แผนผังของไฮบริดการเชื่อมด้วยเลเซอร์
การใช้เทคโนโลยีนี้เลเซอร์ YAGและเลเซอร์ LD ที่มีกำลังเพียงไม่กี่ร้อยวัตต์สามารถใช้เชื่อมกล่องแบตเตอรี่ลิเธียมบางๆ ด้วยความเร็วสูง 80 มม./วินาที ผลการเชื่อมดังแสดงในรูป
สัณฐานวิทยาของการเชื่อมภายใต้พารามิเตอร์กระบวนการต่างๆ
ด้วยการพัฒนาและการเพิ่มขึ้นของไฟเบอร์เลเซอร์ ไฟเบอร์เลเซอร์ได้ค่อยๆ เข้ามาแทนที่เลเซอร์ YAG แบบพัลซ์ในการประมวลผลโลหะด้วยเลเซอร์ เนื่องจากมีข้อดีหลายประการ เช่น คุณภาพลำแสงที่ดี ประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริคสูง อายุการใช้งานยาวนาน การบำรุงรักษาง่าย และกำลังสูง
ดังนั้น การผสมผสานเลเซอร์ในโซลูชันการเชื่อมด้วยเลเซอร์ไฮบริดด้านบนจึงได้พัฒนาเป็นไฟเบอร์เลเซอร์ + เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ LD และเลเซอร์ยังส่งออกแบบโคแอกเซียลผ่านหัวประมวลผลพิเศษ (หัวเชื่อมแสดงในรูปที่ 7) ในระหว่างกระบวนการเชื่อม กลไกการทำงานของเลเซอร์จะเหมือนกัน
ข้อต่อเชื่อมเลเซอร์คอมโพสิต
ในแผนนี้แบบพัลส์YAG เลเซอร์ถูกแทนที่ด้วยไฟเบอร์เลเซอร์ที่มีคุณภาพลำแสงที่ดีกว่า กำลังมากกว่า และเอาต์พุตต่อเนื่อง ซึ่งเพิ่มความเร็วในการเชื่อมอย่างมากและได้คุณภาพการเชื่อมที่ดีขึ้น (ผลการเชื่อมแสดงในรูปที่ 8) แผนนี้ด้วย ดังนั้นจึงได้รับการสนับสนุนจากลูกค้าบางราย ปัจจุบัน โซลูชันนี้ถูกนำมาใช้ในการผลิตการเชื่อมปิดผนึกฝาครอบด้านบนของแบตเตอรี่พลังงาน และสามารถเข้าถึงความเร็วการเชื่อมที่ 200 มม./วินาที
ลักษณะของการเชื่อมฝาครอบด้านบนโดยการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบไฮบริด
แม้ว่าโซลูชันการเชื่อมด้วยเลเซอร์ความยาวคลื่นคู่จะแก้ปัญหาความเสถียรในการเชื่อมของการเชื่อมด้วยความเร็วสูง และตรงตามข้อกำหนดด้านคุณภาพการเชื่อมของการเชื่อมด้วยความเร็วสูงของฝาครอบด้านบนของเซลล์แบตเตอรี่ แต่โซลูชันนี้ยังคงมีปัญหาอยู่บ้างจากมุมมองของอุปกรณ์และกระบวนการ
ประการแรก ส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ของโซลูชันนี้ค่อนข้างซับซ้อน โดยต้องใช้เลเซอร์สองประเภทที่แตกต่างกันและข้อต่อการเชื่อมด้วยเลเซอร์ความยาวคลื่นคู่พิเศษ ซึ่งเพิ่มต้นทุนการลงทุนอุปกรณ์ เพิ่มความยากลำบากในการบำรุงรักษาอุปกรณ์ และเพิ่มความล้มเหลวของอุปกรณ์ที่อาจเกิดขึ้น คะแนน;
ประการที่สอง ความยาวคลื่นคู่การเชื่อมด้วยเลเซอร์ข้อต่อที่ใช้ประกอบด้วยเลนส์หลายชุด (ดูรูปที่ 4) การสูญเสียพลังงานมีมากกว่าข้อต่อการเชื่อมทั่วไป และจำเป็นต้องปรับตำแหน่งเลนส์ให้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าเอาต์พุตโคแอกเซียลของเลเซอร์ความยาวคลื่นคู่ และเน้นที่ระนาบโฟกัสคงที่ การทำงานด้วยความเร็วสูงในระยะยาว ตำแหน่งของเลนส์อาจหลวม ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเส้นทางแสง และส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อม ต้องมีการปรับใหม่ด้วยตนเอง
ประการที่สาม ในระหว่างการเชื่อม การสะท้อนของเลเซอร์จะรุนแรงและทำให้อุปกรณ์และส่วนประกอบเสียหายได้ง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อซ่อมแซมผลิตภัณฑ์ที่บกพร่อง พื้นผิวการเชื่อมที่เรียบจะสะท้อนแสงเลเซอร์จำนวนมาก ซึ่งอาจทำให้เกิดสัญญาณเตือนด้วยเลเซอร์ได้ง่าย และจำเป็นต้องปรับพารามิเตอร์การประมวลผลสำหรับการซ่อมแซม
เพื่อที่จะแก้ไขปัญหาข้างต้น เราต้องหาทางอื่นในการสำรวจ ในปี 2560-2561 เราได้ศึกษาการแกว่งความถี่สูงการเชื่อมด้วยเลเซอร์เทคโนโลยีของฝาครอบด้านบนของแบตเตอรี่และส่งเสริมให้เป็นแอปพลิเคชันการผลิต การเชื่อมแบบสวิงความถี่สูงด้วยลำแสงเลเซอร์ (ต่อไปนี้จะเรียกว่าการเชื่อมแบบสวิง) เป็นอีกหนึ่งกระบวนการเชื่อมความเร็วสูงในปัจจุบันที่ 200 มม./วินาที
เมื่อเปรียบเทียบกับโซลูชันการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบไฮบริด ส่วนฮาร์ดแวร์ของโซลูชันนี้ต้องใช้ไฟเบอร์เลเซอร์ธรรมดาควบคู่กับหัวเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบสั่นเท่านั้น
หัวเชื่อมโยกเยก
ภายในหัวเชื่อมมีเลนส์สะท้อนแสงที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ ซึ่งสามารถตั้งโปรแกรมให้ควบคุมเลเซอร์ให้แกว่งตามประเภทวิถีที่ออกแบบไว้ (โดยทั่วไปจะเป็นวงกลม รูปตัว S รูป 8 เป็นต้น) แอมพลิจูดและความถี่ของวงสวิง พารามิเตอร์การแกว่งที่แตกต่างกันสามารถทำให้หน้าตัดการเชื่อมมีรูปร่างและขนาดต่างกัน
รอยเชื่อมที่ได้รับภายใต้วิถีการสวิงที่แตกต่างกัน
หัวเชื่อมสวิงความถี่สูงขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เชิงเส้นเพื่อเชื่อมตามช่องว่างระหว่างชิ้นงาน ตามความหนาของผนังของเปลือกเซลล์ จะเลือกประเภทวิถีการสวิงและแอมพลิจูดที่เหมาะสม ในระหว่างการเชื่อม ลำแสงเลเซอร์คงที่จะสร้างเฉพาะหน้าตัดการเชื่อมรูปตัว V เท่านั้น อย่างไรก็ตาม ขับเคลื่อนด้วยหัวเชื่อมแบบสวิง ลำแสงจะแกว่งด้วยความเร็วสูงบนระนาบโฟกัส ทำให้เกิดรูกุญแจเชื่อมแบบไดนามิกและหมุนได้ ซึ่งสามารถรับอัตราส่วนความลึกต่อความกว้างของการเชื่อมที่เหมาะสม
รูกุญแจเชื่อมแบบหมุนจะกวนการเชื่อม ในด้านหนึ่ง ช่วยให้ก๊าซหลบหนีและลดรูเชื่อม และมีผลบางอย่างต่อการซ่อมแซมรูเข็มในจุดระเบิดของรอยเชื่อม (ดูรูปที่ 12) ในทางกลับกัน โลหะเชื่อมจะถูกให้ความร้อนและความเย็นอย่างเป็นระเบียบ การหมุนเวียนทำให้พื้นผิวของรอยเชื่อมปรากฏเป็นลวดลายเกล็ดปลาที่สม่ำเสมอและเป็นระเบียบ
การขึ้นรูปตะเข็บเชื่อมแบบสวิง
ความสามารถในการปรับตัวของรอยเชื่อมเพื่อทาสีการปนเปื้อนภายใต้พารามิเตอร์การสวิงที่แตกต่างกัน
ประเด็นข้างต้นเป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพพื้นฐานสามประการสำหรับการเชื่อมด้วยความเร็วสูงของฝาครอบด้านบน โซลูชันนี้มีข้อดีอื่น ๆ :
1 เนื่องจากพลังงานเลเซอร์ส่วนใหญ่ถูกฉีดเข้าไปในรูกุญแจแบบไดนามิก เลเซอร์ที่กระจัดกระจายภายนอกจึงลดลง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้พลังงานเลเซอร์เพียงเล็กน้อยเท่านั้น และความร้อนในการเชื่อมค่อนข้างต่ำ (น้อยกว่าการเชื่อมแบบคอมโพสิต 30%) ซึ่งช่วยลดอุปกรณ์ การสูญเสียและการสูญเสียพลังงาน
2 วิธีการเชื่อมแบบสวิงมีความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับคุณภาพการประกอบชิ้นงานได้สูง และลดข้อบกพร่องที่เกิดจากปัญหาต่างๆ เช่น ขั้นตอนการประกอบ
3 วิธีการเชื่อมแบบสวิงมีผลในการซ่อมแซมรูเชื่อมอย่างมาก และอัตราผลตอบแทนของการใช้วิธีการนี้ในการซ่อมแซมรูเชื่อมแกนแบตเตอรี่นั้นสูงมาก
④ระบบนั้นเรียบง่าย และการดีบักและบำรุงรักษาอุปกรณ์ก็ทำได้ง่าย
3. ยุค 3.0 ของเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบฝาบน
ความเร็วในการเชื่อม 300 มม./วินาที
เนื่องจากเงินอุดหนุนด้านพลังงานใหม่ยังคงลดลงอย่างต่อเนื่อง ห่วงโซ่อุตสาหกรรมเกือบทั้งหมดของอุตสาหกรรมการผลิตแบตเตอรี่จึงตกอยู่ในทะเลแดง อุตสาหกรรมยังได้เข้าสู่ช่วงการสับเปลี่ยน และสัดส่วนของบริษัทชั้นนำที่มีขนาดและความได้เปรียบทางเทคโนโลยีก็เพิ่มขึ้นอีก แต่ในขณะเดียวกัน “การปรับปรุงคุณภาพ ลดต้นทุน และเพิ่มประสิทธิภาพ” จะกลายเป็นประเด็นหลักของหลายบริษัท
ในช่วงที่มีการอุดหนุนต่ำหรือไม่มีเลย เพียงแค่บรรลุการอัพเกรดเทคโนโลยีซ้ำ ๆ การบรรลุประสิทธิภาพการผลิตที่สูงขึ้น การลดต้นทุนการผลิตของแบตเตอรี่เพียงก้อนเดียว และการปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์เท่านั้นที่เรามีโอกาสพิเศษในการชนะในการแข่งขัน
Han's Laser ยังคงลงทุนในการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการเชื่อมความเร็วสูงสำหรับฝาครอบเซลล์แบตเตอรี่ด้านบน นอกเหนือจากวิธีกระบวนการต่างๆ ที่แนะนำข้างต้นแล้ว ยังศึกษาเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์จุดวงแหวนและเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์กัลวาโนมิเตอร์สำหรับฝาครอบด้านบนของเซลล์แบตเตอรี่
เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตให้ดียิ่งขึ้น ลองสำรวจเทคโนโลยีการเชื่อมแบบฝาด้านบนที่ความเร็ว 300 มม./วินาที และสูงกว่า Han's Laser ศึกษาการปิดผนึกการเชื่อมด้วยเลเซอร์กัลวาโนมิเตอร์แบบสแกนในปี 2017-2018 โดยทำลายปัญหาทางเทคนิคของการป้องกันก๊าซที่ยากลำบากของชิ้นงานระหว่างการเชื่อมกัลวาโนมิเตอร์และเอฟเฟกต์การขึ้นรูปพื้นผิวการเชื่อมที่ไม่ดี และบรรลุผลสำเร็จที่ 400-500 มม./วินาทีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ของฝาครอบเซลล์ด้านบน การเชื่อมใช้เวลาเพียง 1 วินาทีสำหรับแบตเตอรี่ 26148
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากประสิทธิภาพสูง จึงเป็นเรื่องยากมากที่จะพัฒนาอุปกรณ์สนับสนุนที่ตรงกับประสิทธิภาพ และราคาอุปกรณ์ก็สูง ดังนั้นจึงไม่มีการพัฒนาแอปพลิเคชันเชิงพาณิชย์เพิ่มเติมสำหรับโซลูชันนี้
ด้วยการพัฒนาต่อยอดของไฟเบอร์เลเซอร์เทคโนโลยีได้เปิดตัวเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงใหม่ที่สามารถส่งสัญญาณแสงรูปวงแหวนได้โดยตรง เลเซอร์ประเภทนี้สามารถส่งสัญญาณเลเซอร์จุดวงแหวนจุดผ่านใยแก้วนำแสงหลายชั้นพิเศษ และสามารถปรับรูปร่างของจุดและการกระจายพลังงานได้ ดังแสดงในรูป
รอยเชื่อมที่ได้รับภายใต้วิถีการสวิงที่แตกต่างกัน
ด้วยการปรับ การกระจายความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์สามารถทำเป็นรูปทรงสปอต-โดนัท-โทฟัทได้ เลเซอร์ประเภทนี้มีชื่อว่า Corona ดังแสดงในรูป
ลำแสงเลเซอร์แบบปรับได้ (ตามลำดับ: ไฟตรงกลาง, ไฟส่วนกลาง + ไฟวงแหวน, ไฟวงแหวน, ไฟวงแหวนสองดวง)
ในปี 2018 มีการทดสอบการประยุกต์ใช้เลเซอร์หลายตัวประเภทนี้ในการเชื่อมฝาครอบด้านบนของเซลล์แบตเตอรี่เปลือกอะลูมิเนียม และโดยใช้เลเซอร์ Corona จึงมีการเปิดตัวการวิจัยเกี่ยวกับโซลูชันเทคโนโลยีกระบวนการ 3.0 สำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ของฝาครอบด้านบนของเซลล์แบตเตอรี่ เมื่อเลเซอร์ Corona ทำเอาต์พุตในโหมดวงแหวนจุด คุณลักษณะการกระจายความหนาแน่นของพลังงานของลำแสงเอาต์พุตจะคล้ายกับเอาต์พุตคอมโพสิตของเซมิคอนดักเตอร์ + ไฟเบอร์เลเซอร์
ในระหว่างกระบวนการเชื่อม ไฟจุดศูนย์กลางที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงจะสร้างรูกุญแจสำหรับการเชื่อมแบบเจาะลึกเพื่อให้ได้การเจาะทะลุของการเชื่อมที่เพียงพอ (คล้ายกับเอาท์พุตของไฟเบอร์เลเซอร์ในสารละลายการเชื่อมแบบไฮบริด) และไฟวงแหวนให้ความร้อนที่มากขึ้น ขยายรูกุญแจ ลดผลกระทบของไอโลหะและพลาสมาบนโลหะเหลวที่ขอบรูกุญแจ ลดการกระเด็นของโลหะ และเพิ่มเวลาวงจรความร้อนของการเชื่อม ช่วยให้ก๊าซในสระหลอมเหลวหลบหนีออกไปได้ เวลานานขึ้น ปรับปรุงเสถียรภาพของกระบวนการเชื่อมความเร็วสูง (คล้ายกับผลลัพธ์ของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ในโซลูชันการเชื่อมแบบไฮบริด)
ในการทดสอบ เราเชื่อมแบตเตอรี่เปลือกผนังบาง และพบว่าขนาดการเชื่อมมีความสม่ำเสมอดี และความสามารถของกระบวนการ CPK ก็ดี ดังแสดงในรูปที่ 18
ลักษณะการเชื่อมฝาครอบแบตเตอรี่ด้านบนที่มีความหนาของผนัง 0.8 มม. (ความเร็วในการเชื่อม 300 มม./วินาที)
ในแง่ของฮาร์ดแวร์ ซึ่งแตกต่างจากโซลูชันการเชื่อมแบบไฮบริด โซลูชันนี้เรียบง่ายและไม่ต้องใช้เลเซอร์สองตัวหรือหัวเชื่อมแบบไฮบริดพิเศษ ต้องการเพียงหัวเชื่อมเลเซอร์กำลังสูงธรรมดาทั่วไปเท่านั้น (เนื่องจากใยแก้วนำแสงเพียงเส้นเดียวส่งสัญญาณเลเซอร์ความยาวคลื่นเดียว โครงสร้างเลนส์จึงเรียบง่าย ไม่จำเป็นต้องปรับ และการสูญเสียพลังงานต่ำ) ทำให้ง่ายต่อการแก้ไขจุดบกพร่องและบำรุงรักษา และความเสถียรของอุปกรณ์ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก
นอกเหนือจากระบบที่เรียบง่ายของโซลูชันฮาร์ดแวร์และตอบสนองข้อกำหนดกระบวนการเชื่อมความเร็วสูงของฝาครอบด้านบนของเซลล์แบตเตอรี่แล้ว โซลูชันนี้ยังมีข้อดีอื่นๆ ในการใช้งานตามกระบวนการอีกด้วย
ในการทดสอบ เราเชื่อมฝาครอบด้านบนของแบตเตอรี่ด้วยความเร็วสูงที่ 300 มม./วินาที และยังคงให้ผลลัพธ์ที่ดีต่อการเกิดตะเข็บเชื่อม นอกจากนี้ สำหรับเปลือกที่มีความหนาของผนังต่างกัน 0.4, 0.6 และ 0.8 มม. เพียงปรับโหมดเอาต์พุตเลเซอร์ ก็สามารถเชื่อมได้ดี อย่างไรก็ตาม สำหรับโซลูชันการเชื่อมแบบไฮบริดด้วยเลเซอร์ความยาวคลื่นคู่ จำเป็นต้องเปลี่ยนการกำหนดค่าเชิงแสงของหัวเชื่อมหรือเลเซอร์ ซึ่งจะทำให้ต้นทุนอุปกรณ์เพิ่มขึ้นและต้นทุนเวลาในการแก้ไขข้อบกพร่อง
ดังนั้นจุดจุดวงแหวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์โซลูชันไม่เพียงแต่สามารถเชื่อมฝาครอบด้านบนด้วยความเร็วสูงเป็นพิเศษที่ 300 มม./วินาที และปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตของแบตเตอรี่พลังงาน สำหรับบริษัทผู้ผลิตแบตเตอรี่ที่ต้องการเปลี่ยนรุ่นบ่อยครั้ง โซลูชันนี้ยังสามารถปรับปรุงคุณภาพของอุปกรณ์และผลิตภัณฑ์ได้อย่างมาก ความเข้ากันได้ ลดการเปลี่ยนแปลงโมเดลและเวลาในการดีบักให้สั้นลง
ลักษณะการเชื่อมฝาครอบแบตเตอรี่ด้านบนมีความหนาของผนัง 0.4 มม. (ความเร็วในการเชื่อม 300 มม./วินาที)
ลักษณะการเชื่อมฝาครอบแบตเตอรี่ด้านบนที่มีความหนาของผนัง 0.6 มม. (ความเร็วในการเชื่อม 300 มม./วินาที)
การเจาะเชื่อมด้วยเลเซอร์โคโรนาสำหรับการเชื่อมเซลล์ผนังบาง – ความสามารถของกระบวนการ
นอกจากเลเซอร์โคโรนาที่กล่าวถึงข้างต้นแล้ว เลเซอร์ AMB และเลเซอร์ ARM ยังมีคุณลักษณะเอาท์พุตแสงที่คล้ายกัน และสามารถใช้เพื่อแก้ปัญหาต่างๆ เช่น การปรับปรุงการกระเด็นของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ การปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวการเชื่อม และปรับปรุงเสถียรภาพในการเชื่อมด้วยความเร็วสูง
4. สรุป
โซลูชั่นต่างๆ ที่กล่าวมาข้างต้นทั้งหมดใช้ในการผลิตจริงโดยบริษัทผู้ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมในประเทศและต่างประเทศ เนื่องจากเวลาในการผลิตและภูมิหลังทางเทคนิคที่แตกต่างกัน โซลูชันกระบวนการที่แตกต่างกันจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม แต่บริษัทต่างๆ มีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพและคุณภาพที่สูงกว่า มีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง และเร็วๆ นี้บริษัทชั้นนำด้านเทคโนโลยีจะใช้เทคโนโลยีใหม่ๆ เพิ่มมากขึ้น
อุตสาหกรรมแบตเตอรี่พลังงานใหม่ของจีนเริ่มต้นค่อนข้างช้าและได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วโดยได้รับแรงหนุนจากนโยบายระดับชาติ เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องด้วยความพยายามร่วมกันของห่วงโซ่อุตสาหกรรมทั้งหมด และลดช่องว่างระหว่างบริษัทระหว่างประเทศที่โดดเด่นได้อย่างครอบคลุม ในฐานะผู้ผลิตอุปกรณ์แบตเตอรี่ลิเธียมในประเทศ Maven ยังสำรวจข้อได้เปรียบของตนเองอย่างต่อเนื่อง โดยช่วยอัปเกรดอุปกรณ์ชุดแบตเตอรี่ซ้ำๆ และมอบโซลูชันที่ดีกว่าสำหรับการผลิตชุดโมดูลแบตเตอรี่จัดเก็บพลังงานใหม่โดยอัตโนมัติ
เวลาโพสต์: Sep-19-2023