เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิคสำหรับการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน: ข้อดีทางเทคนิคและการประยุกต์ใช้งานจริง

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานรูปแบบใหม่การผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคุณภาพเป็นตัวกำหนดโดยตรงถึงความหนาแน่นของพลังงาน อายุการใช้งาน และความปลอดภัย ในบรรดากระบวนการเชื่อมต่อส่วนประกอบของแบตเตอรี่นั้นการเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิค ได้กลายเป็นโซลูชันหลักสำหรับการยึดติดชิ้นส่วนแท็บและอิเล็กโทรด เนื่องจากไม่เกิดความเสียหายจากความร้อน มีความแข็งแรงในการยึดติดสูง และสามารถควบคุมกระบวนการได้อย่างเสถียร

1. บทนำ

ในรถยนต์พลังงานใหม่และระบบจัดเก็บพลังงาน ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประสิทธิภาพสูงได้เพิ่มข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับความน่าเชื่อถือและความสม่ำเสมอของการเชื่อมต่อส่วนประกอบภายใน วิธีการเชื่อมแบบดั้งเดิม เช่น การเชื่อมด้วยความต้านทานและการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ประสบปัญหา เช่น ความร้อนสูงเกินไป ซึ่งทำให้ไดอะแฟรมเสียหาย แถบโลหะละลาย หรือเพิ่มความต้านทานภายในของข้อต่อ ซึ่งจำกัดประสิทธิภาพของแบตเตอรี่

การเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิคเป็นการเชื่อมแบบโซลิดสเตทโดยใช้การสั่นสะเทือนเชิงกลความถี่สูง หลีกเลี่ยงแหล่งความร้อนภายนอก และแก้ปัญหาความเสียหายจากความร้อนต่อชิ้นส่วนที่ไวต่อความร้อน อุปกรณ์เชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิคขั้นสูงผสานรวมการควบคุมที่แม่นยำและโครงสร้างประสิทธิภาพสูง ปรับให้เข้ากับวัสดุและโครงสร้างแบตเตอรี่ที่แตกต่างกัน บทความนี้สำรวจคุณลักษณะทางเทคนิคและผลการประยุกต์ใช้เพื่อสนับสนุนการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตแบตเตอรี่

2. คุณลักษณะทางเทคนิคหลักของอุปกรณ์เชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิค

2.1 ระบบควบคุมความแม่นยำ

อุปกรณ์นี้ใช้วงจรควบคุมแบบบูรณาการที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์สำหรับการตรวจสอบและปรับการเชื่อมแบบเรียลไทม์ ฟังก์ชันการติดตามความถี่อัตโนมัติจะชดเชยความเบี่ยงเบนที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือการสึกหรอของชิ้นส่วนอย่างไดนามิก รักษาความถี่การสั่นสะเทือนให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม ทำให้มั่นใจได้ถึงการส่งพลังงานที่เสถียรและหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองหรือความร้อนสูงเกินไป

ในการปรับพารามิเตอร์ เครื่องรองรับการตั้งค่าที่ยืดหยุ่นสำหรับเวลาโหลดล่วงหน้า เวลาเชื่อม กำลังเอาต์พุต และเวลาคงแรงดัน อินเทอร์เฟซผู้ใช้ที่เป็นมิตร พร้อมการเข้ารหัสป้องกันการรบกวน ช่วยป้องกันข้อผิดพลาดของพารามิเตอร์จากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้มั่นใจถึงเสถียรภาพของกระบวนการในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม

2.2 โครงสร้างเชิงกลที่มีความเสถียรสูง

ชิ้นส่วนรางนำทางที่มีความแม่นยำสูงช่วยให้การเคลื่อนที่เชิงเส้นมีเสถียรภาพในระหว่างการใช้แรงกดของหัวเชื่อมและการส่งผ่านการสั่นสะเทือน ลดการเบี่ยงเบนของตำแหน่งจากการสั่นสะเทือนทางกล ทำให้มั่นใจได้ว่าแรงเชื่อมมีความสม่ำเสมอ และป้องกันการเสียรูปของแผ่นยึดเนื่องจากความเข้มข้นของความเค้น

หัวเชื่อมที่ทำจากโลหะผสมความแข็งสูงและผ่านกระบวนการเจียรความแม่นยำสูง มีลวดลายบนพื้นผิวที่ช่วยเพิ่มแรงเสียดทานเพื่อการถ่ายโอนพลังงานที่เพียงพอ และมีความทนทานต่อการสึกหรอดีเยี่ยม รักษาคุณภาพการเชื่อมให้คงที่ในการผลิตจำนวนมากในระยะยาว

2.3 การกำหนดค่าส่วนประกอบประสิทธิภาพสูง

ส่วนประกอบหลักช่วยให้มั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือโดยรวม ระบบแปลงพลังงานใช้ชิปเซรามิกคุณภาพสูงที่มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเสียงสูง ช่วยลดการสูญเสียพลังงานเมื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานการสั่นสะเทือนเชิงกล โครงสร้างรองรับ เช่น แท่งอลูมิเนียม ทำจากวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง ป้องกันการเสียรูปภายใต้การสั่นสะเทือนความถี่สูงในระยะยาว

ระบบควบคุมนี้ติดตั้งไมโครโปรเซสเซอร์แบบชิปเดี่ยวประสิทธิภาพสูง ซึ่งประมวลผลสัญญาณเซ็นเซอร์หลายช่องสัญญาณ (ความดัน ความถี่ เวลา) แบบเรียลไทม์สำหรับการควบคุมการเชื่อมแบบวงปิด ทำให้มั่นใจได้ว่าแต่ละรอบการทำงานเป็นไปตามพารามิเตอร์ที่ตั้งไว้ และช่วยปรับปรุงความสม่ำเสมอของรอยเชื่อม

3. การปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสมกับวัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

3.1 การจับคู่พารามิเตอร์การเชื่อมสำหรับแท็บต่างๆ

อุปกรณ์นี้สามารถปรับใช้กับแผ่นโลหะหลายแบบได้ดี สำหรับแผ่นโลหะขั้วลบ (แผ่นฟอยล์อลูมิเนียม 5-10 ชั้น หนา 20 ไมโครเมตร + แผ่นอลูมิเนียมบริสุทธิ์ หนา 0.1 มิลลิเมตร) การปรับเวลาการเชื่อม (0.05-2 วินาที) และกำลังไฟที่ได้จะทำให้ได้การเชื่อมที่เชื่อถือได้ รูปแบบทั่วไป ได้แก่ การเชื่อมแบบสามจุดขนาด 3×4 มิลลิเมตร (ความยาว 25 มิลลิเมตร) หรือการเชื่อมแบบเส้นตรงขนาด 3×25 มิลลิเมตร ซึ่งมีความแข็งแรงในการลอกสูงและไม่มีรอยแตก

สำหรับแผ่นขั้วบวก (แผ่นฟอยล์ทองแดง 10 ไมโครเมตร 5-10 ชั้น + แผ่นนิกเกิลบริสุทธิ์ 0.1 มิลลิเมตร) ด้วยคุณสมบัติการนำความร้อนและความแข็งสูงของทองแดง การปรับกำลังไฟและแรงดันจะช่วยหลีกเลี่ยงการเชื่อมติดกันมากเกินไปหรือการเชื่อมติดกันไม่สมบูรณ์ ทำให้มั่นใจได้ว่าความต้านทานภายในต่ำและการนำไฟฟ้ามีเสถียรภาพ

3.2 การเชื่อมสำหรับวัสดุคอมโพสิตและแผ่นปิด

เครื่องนี้ตอบโจทย์ความต้องการของวัสดุคอมโพสิตและแผ่นปิด ในการเชื่อมสายพานคอมโพสิตอลูมิเนียม-นิกเกิลกับแผ่นปิด/ฐานเปลือกอลูมิเนียม จะทำการเชื่อมประสานสองกลุ่มขนาด 3×3 มม. (ยาว 10 มม.) หรือ 3×4 มม. (ยาว 14 มม.) และสามารถกำหนดจุดเชื่อมประสานได้อย่างยืดหยุ่น (6 หรือ 9 จุดต่อกลุ่ม) เพื่อให้มั่นใจถึงการปิดผนึกและความเสถียร

สำหรับการเชื่อมแผ่นอลูมิเนียมหนา 0.1 มม. และแผ่นปิดอลูมิเนียมหนา 1-3 มม. การเชื่อมด้วยเวลาสั้นและกำลังไฟปานกลางช่วยให้สามารถเชื่อมแบบจุดเดียวขนาด 3×3 มม./3×4 มม. หรือการเชื่อมแบบสองจุดขนาด 3×3 มม. (ความยาว 8 มม.) ได้ โดยที่แผ่นปิดไม่ละลายหรือเสียรูป และยังคงความแน่นหนาของอากาศได้ดี

4. ข้อดีด้านประสิทธิภาพและคุณภาพการเชื่อมในทางปฏิบัติ

4.1 คุณภาพการเชื่อมที่ดีเยี่ยม

ในทางปฏิบัติ อุปกรณ์นี้รับประกันคุณภาพการเชื่อมที่ดี ด้วยรอยเชื่อมที่แข็งแรง ไม่มีรอยเชื่อมไม่สมบูรณ์ และไม่มีฝุ่นจากการสั่นสะเทือน ซึ่งจะช่วยป้องกันการลัดวงจรภายใน อุณหภูมิบริเวณการเชื่อมต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของวัสดุไดอะแฟรม/ฉนวน จึงป้องกันการไหม้หรือการเสียรูป พารามิเตอร์ที่เหมาะสมช่วยป้องกันการแตกร้าวของแผ่นโลหะ/อิเล็กโทรด ทำให้มั่นใจได้ถึงความสมบูรณ์ของโครงสร้างภายใน

4.2 ความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับการผลิตจำนวนมาก

ภายใต้กระบวนการผลิตจำนวนมากในระยะยาว หัวเชื่อมที่มีความทนทานต่อการสึกหรอสูงและชิ้นส่วนที่เชื่อถือได้ช่วยรักษาคุณภาพให้คงที่ ระบบควบคุมมีฟังก์ชันป้องกันการรบกวนและหน่วยความจำพารามิเตอร์ ช่วยให้สลับโหมดได้อย่างรวดเร็ว ลดเวลาในการปรับแต่ง ระบบแปลงพลังงานประสิทธิภาพสูงช่วยลดการใช้พลังงาน และชิ้นส่วนแบบโมดูลาร์ช่วยให้การบำรุงรักษาง่ายขึ้น ระบบบริการหลังการขายที่ครบวงจร (การรับประกัน การสนับสนุนตลอดอายุการใช้งาน) รับประกันความต่อเนื่องในการผลิต

5. บทสรุป

การเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิคเป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ อุปกรณ์นี้มีการควบคุมที่แม่นยำ โครงสร้างที่มั่นคง และส่วนประกอบประสิทธิภาพสูง สามารถปรับให้เข้ากับวัสดุและโครงสร้างที่แตกต่างกันได้ แก้ปัญหาข้อจำกัดของการเชื่อมแบบดั้งเดิมด้วยรอยเชื่อมที่แข็งแรง ไม่มีรอยเสียหายจากความร้อน และไม่มีผงฟุ้งกระจาย

ในอนาคต ด้วยแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง (เช่น แบตเตอรี่โซลิดสเตท) ความต้องการด้านความแม่นยำ ความเข้ากันได้ของวัสดุ และการควบคุมอัจฉริยะจะเพิ่มสูงขึ้น การเพิ่มประสิทธิภาพจะมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงเสถียรภาพความถี่ การขยายขอบเขตของวัสดุ และการบูรณาการการตรวจสอบอัจฉริยะ เพื่อสนับสนุนการพัฒนาอย่างยั่งยืนของอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน