การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์สำหรับการผลิตแบตเตอรี่กำลังสูง

การผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นกระบวนการแบบ “ม้วนต่อม้วน” ไม่ว่าจะเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต แบตเตอรี่โซเดียมไอออน หรือแบตเตอรี่ไตรภาค ก็ต้องผ่านกระบวนการผลิตตั้งแต่ฟิล์มบางไปจนถึงแบตเตอรี่แต่ละก้อน และจากนั้นจึงเป็นระบบแบตเตอรี่ กระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถแบ่งออกได้เป็นสามขั้นตอนหลักๆ คือ การผลิตแผ่นอิเล็กโทรด การสังเคราะห์เซลล์ และการบรรจุทางเคมี

ในกระบวนการผลิตหลักทั้งสามนี้ มีกระบวนการสำคัญหลายอย่างที่จะส่งผลโดยตรงต่อความจุในการเก็บพลังงาน ความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ดังนั้น ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ที่ผลิตด้วยกระบวนการผลิตที่แตกต่างกันจึงแตกต่างกันอย่างมาก ในส่วนนี้...การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ปัจจุบันสามารถเข้าร่วมในกระบวนการเตรียมการได้มากกว่าสิบกระบวนการ ซึ่งสามารถปรับปรุงอัตราคุณภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมได้อย่างมาก

เนื่องจากความต้องการแบตเตอรี่พลังงานเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความต้องการจึงเพิ่มขึ้นตามไปด้วยการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์อุปกรณ์ก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ต่อไปเราจะมุ่งเน้นไปที่กระบวนการใช้งานและข้อได้เปรียบเชิงเปรียบเทียบบางประการ

1. การทำความสะอาดแผ่นฟอยล์ทองแดงและอลูมิเนียมด้วยเลเซอร์ก่อนการเคลือบชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็ก

ขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่ลิเธียมทำขึ้นโดยการเคลือบขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่ลิเธียมลงบนแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียมและแผ่นฟอยล์ทองแดง หากมีอนุภาค เศษฝุ่น และสิ่งเจือปนอื่นๆ ปะปนอยู่ในกระบวนการเคลือบ จะทำให้เกิดการลัดวงจรขนาดเล็กภายในแบตเตอรี่ และในกรณีร้ายแรง แบตเตอรี่อาจเกิดไฟไหม้และระเบิดได้

ดังนั้น จึงจำเป็นต้องทำความสะอาดแผ่นฟอยล์ก่อนการเคลือบ เพื่อให้ได้พื้นผิวที่สะอาดหมดจด ปราศจากออกไซด์

โดยทั่วไปแล้ว ชิ้นส่วนขั้วแบตเตอรี่ที่มีอยู่จะถูกทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก โดยใช้สารละลายเอทานอลเป็นสารทำความสะอาดก่อนการเคลือบผิว วิธีการนี้มีข้อบกพร่องดังต่อไปนี้:

1. ในการทำความสะอาดชิ้นส่วนฟอยล์โลหะด้วยคลื่นอัลตราโซนิค โดยเฉพาะชิ้นงานโลหะผสมอะลูมิเนียม ความถี่ เวลาในการทำความสะอาด และกำลังไฟ มีผลต่อปรากฏการณ์โพรงอากาศ (cavitation) ของคลื่นอัลตราโซนิค ซึ่งสามารถกัดกร่อนฟอยล์อะลูมิเนียมได้ง่าย ทำให้เกิดรูพรุนขนาดเล็ก ยิ่งระยะเวลาในการทำความสะอาดนานเท่าใด รูพรุนก็จะยิ่งใหญ่ขึ้นเท่านั้น

โดยทั่วไปแล้วฟอยล์ที่ใช้สำหรับชิ้นส่วนขั้วแบตเตอรี่ลิเธียมจะเป็นฟอยล์แบบเส้นเดียวที่มีความหนา 10 ไมโครเมตร ซึ่งมีแนวโน้มที่จะฉีกขาดเป็นรูได้ง่ายกว่าเนื่องจากปัญหาในกระบวนการทำความสะอาด

2. การใช้สารละลายเอทานอลเป็นสารทำความสะอาดไม่เพียงแต่จะทำให้ชิ้นส่วนอื่นๆ ของแบตเตอรี่ลิเธียมเสียหายได้ง่ายเท่านั้น แต่ยังเสี่ยงต่อปรากฏการณ์ “การเปราะตัวจากไฮโดรเจน” ซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติทางกลของแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียมอีกด้วย

3. แม้ว่าประสิทธิภาพในการทำความสะอาดจะด้อยกว่าการทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบเปียกแบบดั้งเดิม แต่ความสะอาดก็ยังไม่ดีเท่าการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ บางครั้งอาจยังมีสิ่งปนเปื้อนหลงเหลืออยู่บนพื้นผิว ซึ่งจะทำให้สารเคลือบหลุดลอกจากฟอยล์หรือเกิดรูหดตัวได้

การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์เป็นการทำความสะอาดแบบแห้งโดยไม่ใช้วัสดุสิ้นเปลือง ทำให้แทบไม่มีข้อบกพร่องในแง่ของความสะอาดและความสามารถในการดูดซับน้ำของพื้นผิวฟอยล์อลูมิเนียม ซึ่งช่วยให้การเคลือบและการปรับสภาพพื้นผิวของชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็กมีประสิทธิภาพสูงสุด

การใช้เลเซอร์ทำความสะอาดแผ่นฟอยล์โลหะไม่เพียงแต่จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการทำความสะอาดและประหยัดทรัพยากรในการทำความสะอาดเท่านั้น แต่ยังช่วยให้สามารถตรวจสอบข้อมูลกระบวนการทำความสะอาดแบบเรียลไทม์และกำหนดผลลัพธ์การทำความสะอาดเชิงปริมาณได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความสม่ำเสมอของการผลิตชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็กเป็นชุดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2. การทำความสะอาดขั้วแบตเตอรี่ด้วยเลเซอร์ก่อนการเชื่อม

แผ่นโลหะที่ต่อจากขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่เป็นจุดสัมผัสระหว่างการชาร์จและการคายประจุ สารปนเปื้อนบนพื้นผิว เช่น จาระบี สารป้องกันการกัดกร่อน และสารประกอบอื่นๆ ในกระบวนการผลิต อาจก่อให้เกิดปัญหา เช่น รอยเชื่อมไม่ดี รอยแตก และรูพรุนในรอยเชื่อม

ความสะอาดของพื้นผิวสัมผัสมีผลอย่างมากต่อความน่าเชื่อถือและความทนทานของการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า

วิธีการทำความสะอาดอิเล็กโทรดที่มีอยู่ส่วนใหญ่ใช้การทำความสะอาดด้วยมือ การทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบเปียก หรือการทำความสะอาดด้วยพลาสมา:

● การทำความสะอาดด้วยมือไม่มีประสิทธิภาพและสิ้นเปลืองค่าใช้จ่าย

● แม้ว่าสายการทำความสะอาดด้วยน้ำแบบเปียกจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ แต่สายดังกล่าวมีความยาวมาก ใช้พื้นที่โรงงานมาก และสารเคมียังอาจก่อให้เกิดความเสียหายต่อชิ้นส่วนอื่นๆ ของแบตเตอรี่ลิเธียมได้ง่าย

● แม้ว่าการทำความสะอาดด้วยพลาสมาจะไม่จำเป็นต้องใช้ของเหลวเป็นตัวกลาง แต่ก็ต้องใช้ก๊าซในกระบวนการเป็นวัสดุสิ้นเปลือง และการแตกตัวเป็นไอออนของก๊าซจะทำให้ขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่ติดกันได้ง่าย เมื่อใช้งานจึงมักจำเป็นต้องพลิกแบตเตอรี่หลายครั้งเพื่อแยกขั้วบวกและขั้วลบออกจากกันเพื่อทำความสะอาด ประสิทธิภาพที่แท้จริงจึงไม่สูงนัก

การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์สามารถกำจัดสิ่งสกปรกและฝุ่นละอองได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นต้น บนหน้าตัดด้านปลายของขั้วแบตเตอรี่ และเตรียมการเชื่อมแบตเตอรี่ไว้ล่วงหน้า

เนื่องจากการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุสิ้นเปลือง เช่น ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ โครงสร้างจึงกะทัดรัด ใช้พื้นที่น้อย และให้ผลการทำความสะอาดที่โดดเด่น ซึ่งสามารถปรับปรุงรอบการผลิตและลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมาก

วิธีนี้สามารถทำให้พื้นผิวการเชื่อมหยาบขึ้นโดยการกำจัดสารอินทรีย์และอนุภาคขนาดเล็กออกไปอย่างหมดจด และช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ในขั้นตอนต่อไป นับเป็นหนึ่งในตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการทำความสะอาดหัวเชื่อม

3. การทำความสะอาดคราบกาวภายนอกระหว่างการประกอบ

เพื่อป้องกันอุบัติเหตุที่อาจเกิดขึ้นกับแบตเตอรี่ลิเธียม โดยทั่วไปแล้วจำเป็นต้องใช้กาวติดเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมเพื่อทำหน้าที่เป็นฉนวน ป้องกันการลัดวงจร ป้องกันวงจร และป้องกันรอยขีดข่วน

เมื่อตรวจสอบฟิล์มนอกของแบตเตอรี่ที่ยังไม่ได้ทำความสะอาดด้วย CCD จะพบรอยย่น ฟองอากาศ รอยขีดข่วน และตำหนิอื่นๆ และมักตรวจพบฟองอากาศที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ≥ 0.3 มม. ซึ่งอาจนำไปสู่การรั่วซึมและการเกิดสนิม ทำให้แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานสั้นลงและอาจก่อให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัยได้

การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์สามารถทำความสะอาดพื้นผิวเซลล์แบตเตอรี่ได้ถึงระดับ Sa3 โดยมีอัตราการกำจัดสิ่งสกปรกมากกว่า 99.9% และไม่ก่อให้เกิดความเครียดต่อพื้นผิวเซลล์ เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการทำความสะอาดอื่นๆ เช่น การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิคหรือการขัดด้วยเครื่องจักรกล วิธีนี้จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าตัวชี้วัดทางกายภาพและเคมี เช่น ความแข็งของพื้นผิวเซลล์แบตเตอรี่จะไม่เปลี่ยนแปลงมากที่สุด และช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้

นอกเหนือจากตัวอย่างที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ยังมีข้อดีทางเลือกที่ยอดเยี่ยมในกระบวนการอื่นๆ อีกมากมาย เช่น การกำจัดสีด้วยวิธีอิเล็กโทรโฟเรซิสบนฝาครอบแบตเตอรี่ และการทำความสะอาดฉลากฟอยล์

หากคุณต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ หรือต้องการซื้อเครื่องทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ที่ดีที่สุดสำหรับคุณ โปรดฝากข้อความไว้ในเว็บไซต์ของเราหรือส่งอีเมลถึงเราโดยตรง!