Với sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ lưu trữ năng lượng mới,sản xuất pin lithium-ionChất lượng quyết định trực tiếp mật độ năng lượng, tuổi thọ chu kỳ và độ an toàn của pin. Trong số các quy trình kết nối linh kiện pin,hàn siêu âm Nó đã trở thành giải pháp cốt lõi cho việc liên kết các chân và cụm điện cực, nhờ vào đặc tính không gây hư hại do nhiệt, độ bền liên kết cao và khả năng kiểm soát quy trình ổn định.
1. Giới thiệu
Trong xe năng lượng mới và hệ thống lưu trữ năng lượng, nhu cầu về pin lithium-ion hiệu suất cao đã đặt ra yêu cầu cao hơn về độ tin cậy và tính nhất quán của các kết nối linh kiện bên trong. Các phương pháp hàn truyền thống như hàn điện trở và hàn laser gặp phải các vấn đề như nhiệt lượng đầu vào quá mức, làm hỏng màng ngăn, làm chảy các chân tiếp xúc hoặc làm tăng điện trở bên trong mối hàn, hạn chế hiệu suất của pin.
Hàn siêu âm đạt được liên kết trạng thái rắn thông qua rung động cơ học tần số cao, tránh các nguồn nhiệt bên ngoài và giải quyết vấn đề hư hỏng do nhiệt đối với các linh kiện nhạy cảm. Thiết bị hàn siêu âm tiên tiến tích hợp khả năng điều khiển chính xác và cấu trúc hiệu suất cao, thích ứng với các vật liệu và cấu trúc pin khác nhau. Bài báo này nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật và hiệu quả ứng dụng của phương pháp này nhằm hỗ trợ tối ưu hóa sản xuất pin.
2. Các đặc điểm kỹ thuật cốt lõi của thiết bị hàn siêu âm
2.1 Hệ thống điều khiển chính xác
Thiết bị sử dụng mạch điều khiển tích hợp dựa trên vi xử lý để giám sát và điều chỉnh quá trình hàn theo thời gian thực. Chức năng theo dõi tần số tự động của nó sẽ tự động bù đắp các sai lệch do thay đổi nhiệt độ hoặc hao mòn của các linh kiện, giữ tần số rung trong phạm vi tối ưu, đảm bảo truyền tải năng lượng ổn định và tránh lãng phí hoặc quá nhiệt.
Trong việc điều chỉnh thông số, máy hỗ trợ cài đặt linh hoạt thời gian tải trước, thời gian hàn, công suất đầu ra và thời gian giữ áp suất. Giao diện người dùng thân thiện, với mã chống nhiễu, ngăn ngừa lỗi thông số do nhiễu điện từ, đảm bảo tính ổn định của quy trình trong môi trường công nghiệp.
2.2 Cấu trúc cơ khí có độ ổn định cao
Các bộ phận dẫn hướng có độ chính xác cao đảm bảo chuyển động tuyến tính ổn định trong quá trình tạo áp lực đầu hàn và truyền rung động, giảm thiểu sai lệch vị trí do rung động cơ học, đảm bảo lực hàn đồng đều và tránh biến dạng mấu hàn do tập trung ứng suất.
Đầu hàn, được làm từ hợp kim có độ cứng cao và gia công bằng phương pháp mài chính xác cao, có hoa văn bề mặt giúp tăng ma sát để truyền tải năng lượng hiệu quả và mang lại khả năng chống mài mòn tuyệt vời, duy trì chất lượng hàn ổn định trong sản xuất hàng loạt lâu dài.
2.3 Cấu hình linh kiện hiệu năng cao
Các thành phần cốt lõi đảm bảo độ tin cậy tổng thể. Hệ thống chuyển đổi năng lượng sử dụng các chip gốm chất lượng cao với hiệu suất chuyển đổi điện âm cao, giảm thiểu tổn thất năng lượng khi chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng rung động cơ học. Các bộ phận hỗ trợ kết cấu như thanh nhôm được làm từ vật liệu có độ bền cao, tránh bị biến dạng dưới tác động rung động tần số cao trong thời gian dài.
Hệ thống điều khiển được trang bị bộ vi xử lý đơn chip hiệu năng cao, xử lý tín hiệu cảm biến đa kênh (áp suất, tần số, thời gian) trong thời gian thực để điều khiển hàn vòng kín, đảm bảo mỗi chu kỳ tuân theo các thông số đã đặt và cải thiện độ đồng nhất của mối hàn.
3. Điều chỉnh thông số cho phù hợp với vật liệu pin lithium-ion
3.1 Điều chỉnh thông số hàn cho các loại tai nối khác nhau
Thiết bị này thích ứng tốt với nhiều loại tấm hàn khác nhau. Đối với các tấm hàn cực âm (5-10 lớp lá nhôm 20μm + tấm nhôm nguyên chất 0,1mm), việc điều chỉnh thời gian hàn (0,05-2s) và công suất đầu ra giúp đạt được mối hàn chắc chắn. Các dạng điển hình bao gồm hàn ba điểm 3×4mm (chiều dài 25mm) hoặc hàn tuyến tính 3×25mm, với độ bền bóc tách cao và không bị nứt.
Đối với các tấm cực dương (5-10 lớp lá đồng 10μm + tấm niken nguyên chất 0,1mm), dựa trên tính dẫn nhiệt và độ cứng cao của đồng, việc điều chỉnh công suất và áp suất giúp tránh hiện tượng hàn ảo hoặc hàn quá mức, đảm bảo điện trở trong thấp và độ dẫn điện ổn định.
3.2 Hàn vật liệu composite và tấm che
Nó đáp ứng nhu cầu của vật liệu composite và tấm che. Trong hàn đai composite Al-Ni với tấm che/đáy vỏ bằng nhôm, nó hoàn thành hai nhóm mối hàn 3×3mm (chiều dài 10mm) hoặc 3×4mm (chiều dài 14mm), và bố trí linh hoạt các điểm hàn (6 hoặc 9 điểm mỗi nhóm) để đảm bảo độ kín và ổn định.
Đối với các dải nhôm 0,1mm và tấm phủ nhôm 1-3mm, thời gian hàn ngắn và công suất vừa phải cho phép hàn một điểm 3×3mm/3×4mm hoặc hàn hai điểm 3×3mm (chiều dài 8mm), không làm chảy hoặc biến dạng tấm phủ và đảm bảo độ kín khí tốt.
4. Ưu điểm về hiệu suất và chất lượng hàn thực tế
4.1 Chất lượng hàn tuyệt vời
Trên thực tế, thiết bị đảm bảo chất lượng hàn tốt với các mối hàn chắc chắn, không có mối hàn ảo/thiếu, và không có bụi rung, tránh được hiện tượng đoản mạch bên trong. Nhiệt độ vùng hàn thấp hơn điểm nóng chảy của màng ngăn/vật liệu cách điện, ngăn ngừa cháy hoặc biến dạng. Các thông số hợp lý ngăn ngừa nứt vỡ chân/điện cực, đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc bên trong.
4.2 Khả năng thích ứng với sản xuất hàng loạt
Trong quá trình sản xuất hàng loạt lâu dài, đầu hàn có khả năng chống mài mòn cao và các linh kiện đáng tin cậy duy trì chất lượng ổn định. Chức năng chống nhiễu và bộ nhớ thông số của hệ thống điều khiển cho phép chuyển đổi chế độ nhanh chóng, giảm thời gian điều chỉnh. Hệ thống chuyển đổi năng lượng hiệu quả cao giúp giảm tiêu thụ điện năng, và các linh kiện dạng mô-đun giúp đơn giản hóa việc bảo trì. Hệ thống hậu mãi hoàn chỉnh (bảo hành, hỗ trợ trọn đời) đảm bảo tính liên tục của sản xuất.
5. Kết luận
Hàn siêu âm là chìa khóa để cải thiện chất lượng và hiệu suất của pin. Thiết bị này, với khả năng điều khiển chính xác, cấu trúc ổn định và các linh kiện hiệu suất cao, thích ứng với nhiều vật liệu và cấu trúc khác nhau, giải quyết các nút thắt cổ chai của phương pháp hàn truyền thống bằng các mối hàn chắc chắn, không gây hư hại do nhiệt và không tạo bụi.
Trong tương lai, với các loại pin có mật độ năng lượng cao (ví dụ: pin thể rắn), nhu cầu về độ chính xác, khả năng tương thích vật liệu và điều khiển thông minh sẽ tăng lên. Việc tối ưu hóa sẽ tập trung vào cải thiện độ ổn định tần số, mở rộng phạm vi vật liệu và tích hợp giám sát thông minh để hỗ trợ sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp pin lithium-ion.
