ไม่ว่าจะเป็นเซลล์ปริซึมหรือเซลล์ทรงกระบอก การเชื่อมเป็นหนึ่งในกระบวนการที่สำคัญในการผลิตแบตเตอรี่ ในสายการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม ส่วนการผลิตของกระบวนการเชื่อมจะกระจุกตัวอยู่ที่ส่วนการประกอบเซลล์และส่วนสายการบรรจุ ดูรูปด้านล่าง:
คำอธิบายรายละเอียดกระบวนการเชื่อมแบบย่อ
1.การเชื่อมระบายอากาศเพื่อความปลอดภัย
ช่องระบายอากาศนิรภัยหรือที่เรียกอีกอย่างว่าวาล์วระบายความดันเป็นตัววาล์วที่มีผนังบางบนฝาครอบด้านบนของแบตเตอรี่ เมื่อความดันภายในของแบตเตอรี่เกินค่าที่กำหนด ช่องระบายอากาศนิรภัยจะแตกและปล่อยความดันเพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ระเบิด ช่องระบายอากาศนิรภัยมีโครงสร้างที่ชาญฉลาด โดยปกติจะใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์เพื่อยึดแผ่นโลหะอลูมิเนียมสองแผ่นที่มีรูปร่างเฉพาะ เมื่อความดันภายในของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นถึงค่าที่กำหนด แผ่นอลูมิเนียมจะแตกออกจากตำแหน่งร่องที่ออกแบบไว้เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ขยายตัวและระเบิดเพิ่มเติม ดังนั้นกระบวนการนี้จึงมีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากเกี่ยวกับเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ จำเป็นต้องปิดผนึกรอยเชื่อมและควบคุมปริมาณความร้อนอย่างเคร่งครัดเพื่อให้แน่ใจว่าค่าความดันความเสียหายของรอยเชื่อมมีเสถียรภาพภายในช่วงที่กำหนด (โดยทั่วไปคือ 0.4~0.7MPa) ขนาดใหญ่เกินไปหรือเล็กเกินไปจะมีผลอย่างมากต่อความปลอดภัยของแบตเตอรี่
2. การเชื่อมขั้วต่อ
ขั้วบนแผ่นปิดแบตเตอรี่แบ่งออกเป็นขั้วบวกและขั้วลบ หน้าที่ของขั้วยังแบ่งออกเป็นการเชื่อมต่อภายในและภายนอก การเชื่อมต่อภายในคือการเชื่อมแท็บแบตเตอรี่เข้ากับขั้ว การเชื่อมต่อภายนอกคือการเชื่อมขั้วแบตเตอรี่ผ่านแถบเชื่อมต่อเพื่อสร้างวงจรอนุกรมและขนานเพื่อสร้างชุดแบตเตอรี่
ขั้วแบตเตอรี่โดยทั่วไปใช้อลูมิเนียมสำหรับขั้วบวกและทองแดงสำหรับขั้วลบ และโดยปกติจะใช้โครงสร้างหมุดย้ำ หลังจากหมุดย้ำเสร็จสิ้น จะทำการเชื่อม ซึ่งโดยปกติแล้วจะเป็นวงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 มม. เมื่อทำการเชื่อม ตราบใดที่แรงดึงและคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของข้อกำหนดการออกแบบเป็นไปตามที่กำหนด เลเซอร์ไฟเบอร์หรือเลเซอร์เชื่อมไฮบริดที่มีคุณภาพลำแสงที่ดีและการกระจายพลังงานที่สม่ำเสมอจะเป็นที่ต้องการ ใช้เลเซอร์ไฟเบอร์หรือเลเซอร์เชื่อมไฮบริดสำหรับการเชื่อม เลเซอร์สามารถบรรลุความเสถียรของการเชื่อมโครงสร้างอลูมิเนียม-อลูมิเนียมและการเชื่อมโครงสร้างทองแดง-ทองแดงของขั้วต่อไฟฟ้า ลดการกระเด็น และปรับปรุงผลผลิตการเชื่อม
3. การเชื่อมขยายแท็บ
แผ่นขยายแท็บเป็นส่วนประกอบสำคัญที่เชื่อมต่อฝาครอบแบตเตอรี่และเจลลี่โรลของแบตเตอรี่ นอกจากนี้ยังต้องคำนึงถึงความต้องการกระแสเกิน ความแข็งแกร่ง และการกระจายของแบตเตอรี่ที่ต่ำ ดังนั้น ในระหว่างกระบวนการเชื่อมด้วยฝาครอบ จำเป็นต้องมีความกว้างของการเชื่อมที่เพียงพอ และจำเป็นต้องแน่ใจว่าไม่มีอนุภาคตกลงบนเจลลี่โรลของแบตเตอรี่เพื่อหลีกเลี่ยงไฟฟ้าลัดวงจรของแบตเตอรี่ ทองแดงซึ่งเป็นวัสดุของอิเล็กโทรดลบเป็นวัสดุสะท้อนแสงสูงที่มีอัตราการดูดซับต่ำและต้องการความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นในระหว่างการเชื่อม
4.การเชื่อมปิดผนึกกระป๋อง
วัสดุของปลอกหุ้มแบตเตอรี่ไฟฟ้าได้แก่ อะลูมิเนียมอัลลอยและสแตนเลส โดยส่วนใหญ่ใช้อะลูมิเนียมอัลลอย และมีอลูมิเนียมบริสุทธิ์เพียงเล็กน้อย สแตนเลสเป็นวัสดุที่มีความสามารถในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ได้ดีที่สุด โดยเฉพาะสแตนเลส 304 ไม่ว่าจะใช้เลเซอร์แบบพัลส์หรือแบบต่อเนื่อง ก็สามารถเชื่อมได้สวยงามและมีประสิทธิภาพ การใช้เลเซอร์ต่อเนื่องในการเชื่อมแบตเตอรี่ลิเธียมเปลือกบางสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ 5 ถึง 10 เท่า และรูปลักษณ์และคุณสมบัติการปิดผนึกก็ดีขึ้น ปัจจุบัน เพื่อให้เชื่อมได้เร็วขึ้นและมีรูปลักษณ์ที่สม่ำเสมอมากขึ้น บริษัทส่วนใหญ่จึงเริ่มใช้การเชื่อมแบบไฮบริดและจุดแสงวงแหวนเพื่อแทนที่การเชื่อมด้วยไฟเบอร์เดี่ยวความเร็วต่ำแบบเดิม ในปัจจุบัน ความเร็วในการเชื่อมของสายการผลิตจำนวนมากของบริษัทส่วนใหญ่ได้ถึง 200 มม. / วินาที สำหรับสายการผลิตใยแก้วนำแสงความเร็วต่ำของผู้ผลิตบางราย เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของลูกปัดเชื่อม ความเร็วการผลิตจำนวนมากโดยทั่วไปคือ 70 มม. / วินาที
5. การเชื่อมตะปูปิดผนึก
ตะปูปิดผนึก (ฝาปิดรูเติม) มีหลายรูปแบบ และรูปร่างของตะปูมักจะเป็นฝากลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 มม. และความหนาประมาณ 0.9 มม. ข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการเชื่อมคือค่าทนแรงดันต้องถึง 1.1MPa และไม่ต้องมีรูพรุน รอยแตกร้าว หรือจุดระเบิด ในฐานะกระบวนการสุดท้ายของการเชื่อมเซลล์แบตเตอรี่ ผลผลิตของการเชื่อมตะปูปิดผนึกมีความสำคัญเป็นพิเศษ เนื่องจากมีอิเล็กโทรไลต์ตกค้างระหว่างการเชื่อมตะปูปิดผนึก จึงอาจเกิดข้อบกพร่อง เช่น จุดระเบิดและรูพรุน วิธีสำคัญในการปราบปรามข้อบกพร่องเหล่านี้คือการลดปริมาณความร้อน การใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถปรับปรุงเสถียรภาพและความเข้ากันได้อย่างมาก จึงปรับปรุงอัตราผลผลิตได้อย่างมาก
6. แพ็คเชื่อมบัสบาร์
โมดูลแบตเตอรี่สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นการรวมกันของเซลล์ลิเธียมไอออนที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมและขนานโดยมีการติดตั้งอุปกรณ์ตรวจสอบและจัดการแบตเตอรี่ตัวเดียว การออกแบบโครงสร้างของโมดูลแบตเตอรี่มักจะกำหนดประสิทธิภาพและความปลอดภัยของชุดแบตเตอรี่ โครงสร้างจะต้องรองรับ แก้ไข และปกป้องเซลล์แบตเตอรี่ ในเวลาเดียวกัน วิธีการตอบสนองความต้องการกระแสเกิน ความสม่ำเสมอของกระแส วิธีควบคุมอุณหภูมิของเซลล์ และสามารถตัดไฟได้หรือไม่ในกรณีที่มีความผิดปกติร้ายแรงเพื่อหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาลูกโซ่ ฯลฯ จะเป็นเกณฑ์ในการตัดสินคุณภาพของโมดูลแบตเตอรี่ เนื่องจากการเชื่อมด้วยเลเซอร์ระหว่างทองแดงและอลูมิเนียมมีแนวโน้มที่จะสร้างสารประกอบเปราะบางที่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการการใช้งานได้ จึงมักใช้การเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง นอกจากนี้ ทองแดงและทองแดง อลูมิเนียมและอลูมิเนียมโดยทั่วไปจะเชื่อมด้วยเลเซอร์ ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากทองแดงและอลูมิเนียมนำความร้อนได้เร็วมากและมีการสะท้อนแสงเลเซอร์สูงมาก และความหนาของแผ่นขยายแท็บค่อนข้างใหญ่ จึงจำเป็นต้องใช้เลเซอร์ที่มีกำลังสูงกว่าจึงจะเชื่อมได้
