การเชื่อมด้วยเลเซอร์: อุปสรรคในกระบวนการสูงเทคโนโลยีแบตเตอรี่ใหม่ๆ เช่น กระบอกสูบขนาดใหญ่ดึงปริมาตรการเชื่อมขึ้นสู่ขาขึ้น
เทคโนโลยีเลเซอร์ใช้ในการตัดทําความสะอาดเชื่อมและเข้ารหัสแบตเตอรี่ลิเธียมเนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงความยืดหยุ่นความน่าเชื่อถือและความเสถียรการสูญเสียวัสดุเชื่อมต่ําระบบอัตโนมัติและความปลอดภัยสูง ด้วยแรงหนุนจากการสนับสนุนนโยบายระดับชาติและการเร่งส่งเสริมและการประยุกต์ใช้รถยนต์พลังงานใหม่ ทําให้ความต้องการแบตเตอรี่พลังงานยานยนต์ในประเทศจีนเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในส่วนประกอบหลักสามประการของแบตเตอรี่รถยนต์พลังงานใหม่มอเตอร์การควบคุมไฟฟ้าส่วนประกอบหลักพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียมในค่าใช้จ่ายของยานพาหนะคิดเป็นสัดส่วนที่สูง แต่ยังกําหนดช่วงของรถโดยตรง การผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมประกอบด้วยชุดของกระบวนการซึ่งแบ่งออกเป็นสามส่วนหลัก: การผลิตขั้วไฟฟ้าการผลิตเซลล์และการประกอบแบตเตอรี่ คุณภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นตัวกําหนดประสิทธิภาพของรถยนต์พลังงานใหม่โดยตรงดังนั้นจึงต้องการความแม่นยําสูงสุดในกระบวนการผลิต เทคโนโลยีเลเซอร์เป็นเครื่องมือการผลิตขั้นสูง "เบา" ถูกนํามาใช้ในกระบวนการตัดทําความสะอาดเชื่อมและการเข้ารหัสของส่วนประกอบแบตเตอรี่ลิเธียมเนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงและแม่นยําความยืดหยุ่นความน่าเชื่อถือและความเสถียรการสูญเสียวัสดุเชื่อมระบบอัตโนมัติและความปลอดภัยต่ํา
2. การเชื่อมด้วยเลเซอร์: อุปสรรคในกระบวนการสูงเทคโนโลยีแบตเตอรี่ใหม่เช่นกระบอกสูบขนาดใหญ่ดึงปริมาณการเชื่อมไปที่คว่ํา
2.1 หลักการ: เพื่อรับประกันความปลอดภัยของแบตเตอรี่คุณภาพการเชื่อมขึ้นอยู่กับการควบคุมพลังงานเลเซอร์และพารามิเตอร์กระบวนการ
การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีข้อดีหลายประการเช่นการหลอมลึกความเร็วสูงและการบิดเบือนต่ําซึ่งสามารถปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่พลังงานได้อย่างมาก ในฐานะที่เป็นเทคโนโลยีการเชื่อมที่ทันสมัยการเชื่อมด้วยเลเซอร์มีข้อดีของการหลอมเหลวลึกความเร็วสูงการเปลี่ยนรูปต่ําความต้องการต่ําสําหรับสภาพแวดล้อมการเชื่อมความหนาแน่นของพลังงานสูงไม่ได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กไม่ จํากัด เฉพาะวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าไม่จําเป็นต้องมีสภาพการทํางานของสูญญากาศและไม่ก่อให้เกิดรังสีเอกซ์ในระหว่างกระบวนการเชื่อมเป็นต้น มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการผลิตที่มีความแม่นยําสูงโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมรถยนต์พลังงานและแบตเตอรี่พลังงานใหม่ ชิ้นส่วนเชื่อมแบตเตอรี่พลังงานมีมากมายยากและต้องการความแม่นยําสูง ผู้ผลิตแบตเตอรี่พลังงานยังมีความต้องการสูงสําหรับระบบอัตโนมัติความปลอดภัยความแม่นยําและประสิทธิภาพการประมวลผลของอุปกรณ์การผลิตแบตเตอรี่ ข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ของเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถปรับปรุงความปลอดภัยความน่าเชื่อถือและความสม่ําเสมอของแบตเตอรี่ลดต้นทุนและยืดอายุการใช้งานได้อย่างมากทําให้เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสําหรับผู้ผลิตแบตเตอรี่พลังงาน
องค์ประกอบหลักหลักที่กําหนดคุณภาพของการเชื่อมด้วยเลเซอร์คือการควบคุมพลังงานเลเซอร์และเทคโนโลยีกระบวนการเชื่อม การควบคุมพลังงานเลเซอร์: (1)เนื่องจากวัสดุที่จะเชื่อมมีอัตราการดูดซับที่แตกต่างกันสําหรับความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสงเลเซอร์ (ซึ่งอาจแตกต่างจาก 5% ถึง 50%) การเลือกแหล่งเลเซอร์สามารถสร้างความแตกต่างได้ทั้งหมด เพื่อที่จะส่งลําแสงเลเซอร์เชื่อมที่สม่ําเสมอและมีเสถียรภาพไปยังส่วนที่เชื่อมกําลังขับเลเซอร์จะต้องมีความสม่ําเสมอหรือควบคุมได้อย่างแม่นยํา พลังงานที่ต่ําเกินไปจะนําไปสู่การหลอมละลายของการเชื่อมไม่เพียงพอและส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อมพลังงานที่สูงเกินไปหรือความผันผวนขึ้นและลงจะนําไปสู่ความกระเด็นความพรุนและผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์อื่น ๆ ดังนั้นการควบคุมแหล่งเลเซอร์จึงกลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่สําคัญที่สุดสําหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์
(2)ผลการเชื่อมด้วยเลเซอร์มีความซับซ้อน, ที่เกี่ยวข้องกับหลายสิบปัจจัยเช่นความยาวคลื่นเลเซอร์, ความหนาแน่นของพลังงาน, เวลาเชื่อม, มุมหัวเชื่อม, ระยะโฟกัส, อัตราการดูดซับเลเซอร์และความสะอาดของรอยเชื่อม, ความหนาและการนําความร้อนของรอยเชื่อม, ชนิดและการไหลของก๊าซป้องกัน. ดังนั้นเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์จึงเป็นหนึ่งในปัจจัยสําคัญที่มีผลต่อคุณภาพของการเชื่อมซึ่งกําหนดให้ช่างเทคนิคกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ต้องสํารวจบทสรุปอย่างต่อเนื่องการสะสมการทดลองเป็นเวลานานเท่านั้นที่จะได้รับผลการเชื่อมที่ดี
ตามหลักการทํางานการเชื่อมสามารถแบ่งออกเป็นห้าประเภทขึ้นอยู่กับความต้องการของการประยุกต์ใช้วิธีการเชื่อมที่แตกต่างกันจะถูกเลือกเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ขึ้นอยู่กับหลักการทํางานการเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถแบ่งออกเป็นห้าประเภท: การเชื่อมการนําความร้อนการเชื่อมฟิวชั่นลึกการเชื่อมคอมโพสิตการประสานเลเซอร์และการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ขึ้นอยู่กับลูกค้าและการใช้งานการประมวลผลวิธีการเชื่อมที่เหมาะสมจะถูกเลือกเพื่อให้ได้ผลการเชื่อมที่ดีที่สุด
2.2 สถานะการใช้งาน: การผลิตหลักการเชื่อม PACK มูลค่าประมาณ 10-30 ล้าน / GWh
การเชื่อมด้วยเลเซอร์ใช้ในการผลิตเซลล์พลังงานในกระบวนการผลิตเซลล์และในกระบวนการแพ็คแบตเตอรี่ ในการผลิตเซลล์พลังงานส่วนหลักที่ใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์ ได้แก่ (1)กระบวนการกลาง: การเชื่อมสลัก (รวมถึงการเชื่อมล่วงหน้า), การเชื่อมเฉพาะจุดของแถบเสา, การเชื่อมแกนล่วงหน้าเข้ากับเปลือก, การเชื่อมแบบปิดผนึกของฝาครอบด้านบนของเปลือกนอก, การเชื่อมปิดผนึกของพอร์ตฉีดของเหลว ฯลฯ (2)หลังกระบวนการ: รวมถึงการเชื่อมชิ้นส่วนเชื่อมต่อในโมดูลแบตเตอรี่ PACK และการเชื่อมวาล์วป้องกันการระเบิดบนฝาครอบด้านหลังโมดูล ฯลฯ ปริมาณค่าก่อนการเชื่อมอยู่ที่ประมาณ 10-30 ล้านหยวน / GWh อุปกรณ์เชื่อมด้วยเลเซอร์ในผู้ผลิตแบตเตอรี่พลังงานจะลงทุนประมาณ 5-15% ตามการลงทุนอุปกรณ์ GWh แบบแบตเตอรี่พลังงานเดียวประมาณ 200 ล้านหยวนอุปกรณ์เชื่อมเลเซอร์แบตเตอรี่พลังงานปัจจุบันลงทุน GWh เดียวใน 10 ล้านหยวนถึง 30 ล้านหยวน
2.3 อุปสงค์: โรงงานเซมิคอนดักเตอร์ขยายตัวรายจ่ายลงทุนท่ามกลาง "การขาดแคลนหลัก" ทั่วโลก ความเฟื่องฟูของอุปกรณ์ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
กระบอกสูบขนาดใหญ่ 4680 มีความต้องการที่สูงขึ้นสําหรับกระบวนการเลเซอร์และคาดว่าปริมาณการเชื่อมจะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับเซลล์สี่เหลี่ยมจัตุรัสและกระบอกสูบขนาดเล็ก เซลล์ 4680 ต้องการกระบวนการเลเซอร์ที่มีความต้องการมากขึ้นและรูปร่างที่ไม่สามารถควบคุมได้ของสลักเป็นกระบวนการที่ยาก แบตเตอรี่ 4680 ใช้กระบวนการดึงเต็มรูปแบบทําลายแม่พิมพ์ของแบตเตอรี่แบบเดิมด้วยหนึ่งดึงบวกและลบหนึ่งอันซึ่งมีแนวโน้มที่จะลัดวงจรและผลิตด้วยสองส่วนที่ปิดซึ่งเป็นอุปสรรคสําคัญต่อการเจาะอิเล็กโทรไลต์และข้อต่อหลายตัวนั้นยากที่จะพับอย่างเรียบร้อยและต้องใช้กระบวนการเลเซอร์ที่สูงขึ้น 4680 การเชื่อมด้วยเลเซอร์ของเซลล์ทรงกระบอกขนาดใหญ่เพิ่มขึ้นในแง่ของกระบวนการเชื่อมและอุปกรณ์เชื่อมที่จําเป็นเมื่อเทียบกับเซลล์สี่เหลี่ยมและเซลล์ทรงกระบอกขนาดเล็กตามลําดับ เมื่อเทียบกับเซลล์สี่เหลี่ยมกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์สําหรับดึงเต็มของกระบอกสูบขนาดใหญ่จะเพิ่มขึ้นจาก 5 เป็น 7 รอบ ในแง่ของเซลล์ทรงกระบอกขนาดเล็กสาย GWh เดียวมีเครื่องเชื่อมเพิ่มเติม 5 เครื่องเมื่อเทียบกับสายเซลล์ 18650 และ 21700 เมื่อรวมกับข้างต้นเราเชื่อว่าความต้องการการเชื่อมด้วยเลเซอร์ของกระบอกสูบขนาดใหญ่ 4680 ถังคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับเซลล์สี่เหลี่ยมจัตุรัสและกระบอกสูบขนาดเล็ก
เทคโนโลยีการเชื่อมโยงการเชื่อมอื่น ๆ : เพื่อแก้ปัญหาการเชื่อมโลหะที่แตกต่างกันเช่นชุดแบตเตอรี่ในการเชื่อมบัสบาร์คาดว่าจะถูกแทนที่ด้วยการเชื่อมด้วยเลเซอร์เราตัดสินว่าเนื่องจากกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ยังคงเลื่อนขึ้นการเจาะด้วยเลเซอร์คาดว่าจะเลื่อนขึ้น ตัวอย่างคือการบัดกรีโลหะที่แตกต่างกันของ Al/Cu ของบัสบาร์ในโมดูลแบ็คเอนด์เซลล์สี่เหลี่ยม/PACKs (1)การดูดซับแสงต่ําของ Al และ Cu และแนวโน้มในการผลิตสารประกอบโลหะเปราะสูงคือปัญหา Al / Cu: การเชื่อมด้วยเลเซอร์ของโลหะที่แตกต่างกัน Al / Cu มีข้อ จํากัด ที่ท้าทายหลายประการเนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุที่แตกต่างกันมากของ Al และ Cu หนึ่งในความท้าทายหลักคือการดูดซับ Al ต่ําที่ความยาวคลื่นเลเซอร์ 1um และแม้กระทั่งการดูดซับ Cu ที่ต่ํากว่า อีกประการหนึ่งคือคุณสมบัติทางโลหะวิทยาของโลหะผสม Al-Cu เช่น สารประกอบโลหะเปราะสูงอาจนําไปสู่การก่อตัวของรอยแตก เฟสอินเตอร์เมทัลลิกที่มีเนื้อหา Cu 50-80% อาจเกิดขึ้น
การเชื่อม Busbar ยังไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาของสารประกอบเปราะ แต่การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นทิศทางที่เป็นไปได้ เนื่องจากการก่อตัวที่ง่ายของสารประกอบเปราะระหว่างทองแดงและอลูมิเนียมหลังจากการเชื่อมด้วยเลเซอร์ซึ่งไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการใช้งานมักจะใช้การเชื่อมอัลตราโซนิกนอกทองแดงและทองแดงอลูมิเนียมและอลูมิเนียมโดยทั่วไปจะใช้ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ในเวลาเดียวกันอัตราการถ่ายเทความร้อนสูงของทั้งทองแดงและอลูมิเนียมการสะท้อนแสงสูงของเลเซอร์และความหนาที่ค่อนข้างใหญ่ของชิ้นส่วนเชื่อมต้องใช้เลเซอร์กําลังสูงเพื่อให้ได้รอยเชื่อม ผ่านพารามิเตอร์และวิธีการทดลองการปรับที่แตกต่างกันเก้าแบบซึ่งเจ็ดตัวมีกําไรที่แตกต่างกันเราเชื่อว่าด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของกระบวนการเลเซอร์ในอนาคตปัญหาของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ Al / Cu ของบัสบาร์คาดว่าจะได้รับการแก้ไขและการเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นทิศทางที่เป็นไปได้มากที่สุด
