Jan 07,2026
รูปแบบของเซลล์แบตเตอรี่ที่แตกต่างกัน ต้องใช้วิธีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่เฉพาะเจาะจง โดยสำหรับเซลล์แบบกระบอกสูบ (cylindrical cells) จะต้องมีการปิดผนึกแบบวงกลมอย่างรวดเร็ว โดยไม่สร้างความร้อนมากเกินไป เพื่อให้ภาชนะยังคงสมบูรณ์และปิดผนึกได้อย่างเหมาะสม ส่วนเซลล์แบบปริซึม (prismatic cells) มีความท้าทายอีกแบบหนึ่ง เนื่องจากต้องการการเชื่อมตะเข็บที่แม่นยำบนพื้นผิวเรียบ เพื่อรักษาความเสถียรทางมิติ และป้องกันปัญหาการบิดงอ ส่วนเซลล์แบบซอง (pouch cells) ที่ทำจากชั้นฟอยล์อลูมิเนียมและพลาสติกหลายชั้นนั้นค่อนข้างซับซ้อนเป็นพิเศษ เพราะต้องใช้พลังงานความร้อนต่ำมากในระหว่างการเชื่อม เพื่อป้องกันไม่ให้แผ่นฟอยล์แยกชั้นหรือซีลเสียหาย นอกจากนี้ เมื่อทำงานกับโลหะต่างชนิดกัน เช่น การเชื่อมแท็บทองแดงกับอลูมิเนียม จะเกิดปัญหาใหญ่ เนื่องจากความสามารถในการนำความร้อนของแต่ละโลหะแตกต่างกันอย่างมาก ทองแดงนำความร้อนได้ดีกว่าอลูมิเนียมประมาณ 70% ซึ่งนำไปสู่ปัญหาต่าง ๆ เช่น หลอมเหลวไม่สม่ำเสมอ การเกิดสะเก็ดโลหะ (spatter) และคุณภาพการประสานที่ต่ำ ตามรายงานการวิจัยที่เผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสาร Material Science Journal การปรับแต่งค่าพารามิเตอร์ของเลเซอร์สามารถลดการเกิดสะเก็ดโลหะลงได้ประมาณ 60% สำหรับการเชื่อมระหว่างทองแดงกับอลูมิเนียมนี้ หมายความว่าอุปกรณ์การผลิตจะต้องมีคุณสมบัติ เช่น ตัวยึดที่ปรับได้ การติดตามตำแหน่งตะเข็บแบบเรียลไทม์ และลำแสงที่สั่นสะเทือน (oscillating beams) หากผู้ผลิตต้องการจัดการกับรูปแบบแบตเตอรี่ที่หลากหลายเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การบรรลุความสม่ำเสมอของรอยเชื่อมมากกว่า 99.5% จำเป็นต้องสร้างดุลยภาพระหว่างอัตราการผลิตกับการประกันคุณภาพในตัว เครื่องเชื่อมเลเซอร์รุ่นใหม่รวมระบบกล้องความละเอียดสูงและขั้นตอนการตรวจสอบอัตโนมัติ—สามารถตรวจจับข้อบกพร่องระดับไมครอนได้มากกว่า 200 ครั้งต่อนาที การตรวจสอบแบบเรียลไทม์จะติดตามตัวแปรสำคัญสามประการ:
ระบบที่ดีที่สุดสามารถจัดการได้ประมาณ 15 เซลล์ต่อวินาทีในระหว่างการเชื่อม พร้อมรักษาระดับความแม่นยำของตำแหน่งให้ต่ำกว่า 0.1 มม. สิ่งนี้ช่วยให้สามารถทำงานแบบพัลส์แบบซิงโครไนซ์ระหว่าง 1 ถึง 5 มิลลิวินาทีเมื่อใช้งานร่วมกับระบบจัดการวัสดุแบบหุ่นยนต์ ซึ่งช่วยลดเวลาที่ใช้ไปกับกิจกรรมอื่นๆ นอกเหนือจากการเชื่อมจริง เมื่อรอยเชื่อมมีปัญหา จะก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายในการแก้ไขงานใหม่และทำให้วัสดุสูญเสียไป ข้อมูลจากอุตสาหกรรมระบุว่าสายการผลิตแต่ละสายสูญเสียเงินประมาณ 740,000 ดอลลาร์สหรัฐทุกปีเนื่องจากปัญหาการเชื่อมที่ไม่ได้รับการตรวจพบแต่เนิ่นๆ ตามรายงานของ Ponemon ปี 2023 การดำเนินงานที่มุ่งเน้นผลผลิตสูงจะมองว่าการให้ข้อมูลตอบกลับแบบเรียลไทม์ไม่ใช่เพียงแค่รายการหนึ่งที่ต้องตรวจสอบผ่าน แต่เป็นส่วนประกอบสำคัญของระบบควบคุมกระบวนการโดยรวม
เมื่อเลือกเครื่องเชื่อมด้วยเลเซอร์ สิ่งสำคัญคือต้องให้ความสามารถของเครื่องสอดคล้องกับการตอบสนองของวัสดุแบตเตอรี่ต่อความร้อนและการเปลี่ยนแปลงทางโลหะ ทองแดงมีค่าการนำความร้อนสูงมากที่ประมาณ 398 W/mK ซึ่งหมายความว่ามันจะสูญเสียความร้อนอย่างรวดเร็ว การระบายความร้อนอย่างฉับพลันนี้ทำให้เกิดปัญหาสะเก็ดกระจายระหว่างการเชื่อม ผู้ปฏิบัติงานจึงต้องระมัดระวังเป็นพิเศษในการตั้งค่าพัลส์ อัลูมิเนียมไม่รุนแรงเท่าเพราะมีค่าการนำความร้อนที่ 235 W/mK แต่เราก็ยังต้องควบคุมปริมาณพลังงานอย่างใกล้ชิดเพื่อป้องกันปัญหาความพรุนและรอยเชื่อมเย็น (cold laps) ในแนวเชื่อม เครื่องรุ่นใหม่ล่าสุดแก้ปัญหาเหล่านี้ด้วยเทคนิคอัจฉริยะ เช่น การปรับรูปร่างพัลส์แบบปรับตัวได้ (adaptive pulse shaping) และการสั่นสะเทือนลำแสง (beam oscillation) ตามรายงานการศึกษาล่าสุดจาก IWS ในปี 2023 วิธีการเหล่านี้ช่วยลดปัญหาสะเก็ดกระจายลงได้เกือบสามในสี่ขณะที่ยังคงรักษาระดับความสม่ำเสมอของรอยเชื่อมในระดับไมครอน แน่นอนว่ารอยเชื่อมที่แข็งแรงมีความสำคัญ แต่สิ่งที่สำคัญไม่แพ้กันคือการตรวจสอบให้มั่นใจว่าข้อต่อรักษาการนำไฟฟ้าได้ดี เพราะในท้ายที่สุดแล้ว ไม่มีใครต้องการให้เกิดความต้านทานสะสมในเส้นทางกระแสไฟฟ้าภายในโมดูลแบตเตอรี่
ความนำความร้อนสูงในทองแดงและอลูมิเนียมทำให้เกิดการเย็นตัวอย่างรวดเร็วและหลุมละลายที่ไม่เสถียร ส่งผลให้เกิดการรวมตัวกันไม่สม่ำเสมอและการกระเด็นของอนุภาค การลดปัญหานี้อย่างมีประสิทธิภาพต้องอาศัยคุณสมบัติสามประการที่ทำงานร่วมกัน:
เทคนิคเหล่านี้ร่วมกันช่วยลดการปนเปื้อนของขั้วไฟฟ้า ลดการเกิดโพรงว่าง และสนับสนุนการนำไฟฟ้าที่มั่นคง—ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความต้านทานระดับเซลล์และการจัดการความร้อนระดับแพ็ก
การเชื่อมทองแดงกับอลูมิเนียมมีความเสี่ยงต่อการเกิดสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก (IMC) ที่เปราะบาง และความไม่สอดคล้องกันของการขยายตัวจากความร้อน (Cu: 17 × 10⁶/K; Al: 23 × 10⁶/K) IMC ที่ไม่ได้รับการควบคุมจะทำให้ความสามารถในการดัดตัวลดลง และเร่งการแตกหักจากความเหนื่อยล้า การลดความเสี่ยงนี้ขึ้นอยู่กับการควบคุมอย่างแม่นยำ:
เครื่องเชื่อมเลเซอร์ขั้นสูงที่ใช้การควบคุมเหล่านี้สามารถเพิ่มความแข็งแรงดึงได้ 15–30% เมื่อเทียบกับวิธีการแบบเดิม (Joining Tech Review 2023) ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่แพ็คและเพิ่มความน่าเชื่อถือในสภาพการใช้งานจริง
การได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำนั้นขึ้นอยู่กับการตรวจสอบสเปกหลักเทียบกับเกณฑ์อุตสาหกรรมจริง ๆ มากกว่าจะดูแค่ตัวเลขบนเอกสาร สิ่งหนึ่งที่สำคัญมากคือระดับพลังงาน โดยเฉพาะเมื่อพูดถึงพีคพาวเวอร์ระหว่าง 1 ถึง 5 กิโลวัตต์ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะกำหนดความลึกของการเจาะเข้าไปในวัสดุ และช่วงการทำงานที่เราจะได้รับ หากพลังงานไม่เพียงพอ จะทำให้รอยต่อที่ได้มีคุณภาพต่ำและใช้งานได้ไม่นาน ในขณะที่พลังงานที่มากเกินไปจะทำให้วัสดุไหม้ทะลุ และก่อปัญหาเช่น การกระเด็นของโลหะ (spatter) และปัญหาโพโรซิตี้ (porosity) ความมั่นคงของพลังงานพัลส์ที่ประมาณ ±3% หรือดีกว่านั้น มีความแตกต่างอย่างมาก เพราะหากมีการผันผวนนอกช่วงนี้ รูช่องแบบคีย์โฮล (keyholes) จะก่อตัวไม่เหมาะสม จนก่อให้เกิดช่องอากาศขนาดเล็กภายใน ช่องว่างจุลภาคเหล่านี้จะเร่งกระบวนการกัดกร่อนตามกาลเวลา สำหรับเซลล์แบตเตอรี่ทรงกระบอกที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ความมั่นคงของพัลส์ที่สม่ำเสมอหมายถึงการสร้างซีลแบบเฮอร์เมติก (hermetic seals) โดยไม่มีช่องว่าง ผู้ผลิตส่วนใหญ่ตั้งเป้าหมายให้มีช่องว่างน้อยกว่า 0.2% ของปริมาตร ตามมาตรฐาน ISO 13919-1 แม้ว่าหลายบริษัทจะกำหนดสเปกภายในที่เข้มงวดยิ่งกว่านั้น เพื่อให้มั่นใจว่าแบตเตอรี่สามารถทนทานต่อสภาพการใช้งานจริงได้
เมื่อทำงานกับเครื่องเชื่อมเลเซอร์ในช่วงกำลังไฟ 1 ถึง 5 กิโลวัตต์ การควบคุมเอาต์พุตอย่างแม่นยำเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งหากต้องจัดการกับวัสดุที่แตกต่างกันอย่างเหมาะสม เครื่องเหล่านี้จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนได้อย่างราบรื่นระหว่างวัสดุบางๆ เช่น ฟอยล์แบบซองขนาด 0.1 มม. ไปจนถึงชิ้นส่วนที่หนากว่า เช่น บัสบาร์แบบปริซึมขนาด 1.2 มม. การจำลองโมเดลความร้อนแสดงให้เห็นว่า กำลังประมาณ 3 กิโลวัตต์ เป็นค่าที่สมดุลที่สุดสำหรับการเชื่อมแท็บทองแดงที่มีความหนา 0.8 มม. ซึ่งให้ความร้อนเพียงพอสำหรับการเจาะทะลุอย่างสมบูรณ์ โดยไม่เกิดสะเก็ดเล็กๆ ที่น่ารำคาญ ซึ่งทุกคนไม่ต้องการ เครื่องจักรที่สามารถรักษาระดับพลังงานของพัลส์ไว้ภายในความแปรปรวนประมาณร้อยละ 0.5 มักจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่ามากเมื่อต้องซ้อนชิ้นส่วนอย่างรวดเร็ว รูปร่างของคีย์โฮล (keyhole) ที่มั่นคงหมายถึงการเกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็กน้อยลดลง ซึ่งมิฉะนั้นอาจทำให้โครงสร้างทั้งหมดอ่อนแอลง และโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเซลล์แบบซอง (pouch cells) การรักษานิ่งเสถียรภาพในระดับนี้จะช่วยลดการรั่วซึมหลังการเชื่อมลงต่ำกว่า 500 ส่วนในล้านส่วน ซึ่งตรงตามมาตรฐาน IATF 16949 ที่เข้มงวด สำหรับการปิดผนึกที่เหมาะสมในแอปพลิเคชันยานยนต์
ผลคูณพารามิเตอร์ลำแสง (BPP) ที่ต่ำกว่า 4 มม.·มิลลิเรเดียน ทำให้ขนาดจุดโฟกัสมีค่าน้อยกว่า 50 ไมครอน ซึ่งมีความสำคัญอย่างมากเมื่อต้องการเชื่อมแผ่นต่อของเซลล์แบบปริซึมขนาดเล็กหรือแผ่นทองแดงบางๆ โดยไม่เกิดความเสียหายจากความร้อนที่ไม่ต้องการ อีกทั้งค่าตัวประกอบ M² ก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน เมื่อค่านี้ต่ำกว่า 1.2 ลำแสงเลเซอร์จะไม่กระจายตัวมาก ทำให้ผู้ผลิตสามารถรักษาระดับความลึกในการโฟกัสและความเข้มข้นของกำลังงานได้ดี แม้ในสายการผลิตที่ยาวถึง 5 เมตร ความแม่นยำทางออปติกในระดับนี้ช่วยควบคุมช่องว่างระหว่างรอยต่อไม่ให้เกิน 10 ไมครอน ซึ่งยังคงต่ำกว่าขีดจำกัด 15 ไมครอน ที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่เหมาะสมระหว่างชิ้นส่วนอลูมิเนียมและทองแดง ข้อมูลจริงแสดงให้เห็นว่าหากค่า BPP เกิน 0.5 มม.·มิลลิเรเดียน โรงงานมักสูญเสียผลผลิตประมาณ 12% ในการดำเนินงานผลิตขนาดใหญ่ ด้วยเหตุนี้คุณภาพลำแสงจึงไม่ใช่เพียงรายการหนึ่งในข้อมูลจำเพาะ แต่เป็นสิ่งพื้นฐานที่จำเป็นต่อความสำเร็จในการผลิตจริงบนพื้นโรงงาน
EN
