Не так давно відбувся якісний прорив у процесі катодного різання, який так довго мучив галузь.
Процеси укладання та намотування:
В останні роки, коли новий енергетичний ринок став гарячим, встановлена потужністьживлення батарейзростає з кожним роком, а їх концепція дизайну та технологія обробки постійно вдосконалюються, серед яких дискусія щодо процесу намотування та процесу ламінування електричних елементів ніколи не припинялася. В даний час основним напрямком на ринку є більш ефективне, дешеве та більш зріле застосування процесу намотування, але цей процес важко контролювати теплову ізоляцію між елементами, що може легко призвести до локального перегріву елементів і ризик розповсюдження термічної втечі.
Навпаки, процес ламінування може краще використовувати переваги великогоелементи живлення, його безпека, щільність енергії, контроль процесу є більш вигідними, ніж намотування. Крім того, процес ламінування може краще контролювати вихід клітини, у користувачів нового асортименту енергетичних транспортних засобів все більш висока тенденція, переваги процесу ламінування з високою щільністю енергії є більш перспективними. В даний час голова виробників силових акумуляторів займається дослідженням і виробництвом процесу ламінованого листа.
Для потенційних власників автомобілів з новою енергією тривога щодо пробігу, безсумнівно, є одним із ключових факторів, що впливають на вибір транспортного засобу.Особливо в містах, де зарядні пристрої недосконалі, існує гостра потреба в електромобілях великого радіусу дії. Наразі офіційний запас ходу чисто електричних автомобілів на новій енергії зазвичай становить 300-500 км, причому реальний запас ходу часто знижується від офіційного залежно від клімату та дорожніх умов. Здатність збільшити реальний діапазон тісно пов’язана з щільністю енергії елемента живлення, тому процес ламінування є більш конкурентоспроможним.
Однак складність процесу ламінування та численні технічні труднощі, які необхідно вирішити, певною мірою обмежили популярність цього процесу. Однією з ключових труднощів є те, що задирки та пил, які утворюються під час висікання та ламінування, можуть легко спричинити коротке замикання в акумуляторі, що становить величезну загрозу безпеці. Крім того, матеріал катода є найдорожчою частиною елемента (катоди LiFePO4 складають 40%-50% вартості елемента, а потрійні літієві катоди складають навіть вищу вартість), тому якщо ефективний і стабільний катод метод обробки неможливо знайти, це призведе до великих втрат для виробників батарей і обмежить подальший розвиток процесу ламінування.
Апаратне висічення статус-кво - високі витратні матеріали та низька стеля
В даний час у процесі висікання перед процесом ламінування на ринку зазвичай використовують апаратне штампування для вирізання полюсного наконечника з використанням надзвичайно малого проміжку між пуансоном і нижньою матрицею інструменту. Цей механічний процес має довгу історію розвитку та є відносно зрілим у своєму застосуванні, але напруги, викликані механічним прикусом, часто залишають оброблений матеріал з деякими небажаними характеристиками, такими як згорнуті кути та задирки.
Щоб уникнути задирок, апаратне штампування має знайти найбільш відповідний бічний тиск і перекриття інструменту відповідно до природи та товщини електрода, а також після кількох раундів випробувань перед початком пакетної обробки. Більше того, штампування апаратного штампу може спричинити знос інструменту та прилипання матеріалу після довгих годин роботи, що призведе до нестабільності процесу, що призведе до низької якості відрізу, що зрештою може призвести до зниження ресурсу батареї та навіть до загрози безпеці. Виробники силових батарей часто міняють ножі кожні 3-5 днів, щоб уникнути прихованих проблем. Хоча термін служби інструменту, оголошений виробником, може складати 7-10 днів або може нарізати 1 мільйон штук, але фабрика акумуляторів, щоб уникнути партій бракованих виробів (погані потрібно здавати на металобрухт партіями), часто міняє ніж заздалегідь, і це призведе до величезних витрат на витратні матеріали.
Крім того, як згадувалося вище, щоб покращити діапазон транспортних засобів, фабрики з виробництва акумуляторів наполегливо працюють над підвищенням щільності енергії акумуляторів. Згідно з галузевими джерелами, щоб покращити щільність енергії окремої клітини, за існуючої хімічної системи, хімічні засоби для покращення щільності енергії окремої клітини в основному торкнулися стелі, лише через щільність ущільнення та товщину полюс двох статей. Збільшення щільності ущільнення та товщини стовпа, безсумнівно, більше зашкодить інструменту, що означає, що час на заміну інструменту знову скоротиться.
Зі збільшенням розміру комірки інструменти, що використовуються для виконання висікання, також повинні бути більшими, але більші інструменти, безсумнівно, зменшать швидкість механічної операції та зменшать ефективність різання. Можна сказати, що три основні фактори довгострокової стабільної якості, тенденція високої щільності енергії та ефективність різання великого розміру визначають верхню межу процесу апаратного висікання, і цей традиційний процес буде важко адаптувати до майбутнього розвитку.
Пікосекундні лазерні рішення для подолання позитивних викликів висікання
Швидкий розвиток лазерної технології показав свій потенціал у промисловій обробці, і галузь 3C зокрема повністю продемонструвала надійність лазерів у точній обробці. Однак раніше робилися спроби використовувати наносекундні лазери для різання полюсів, але цей процес не отримав широкого поширення через велику зону теплового впливу та задирки після обробки наносекундним лазером, що не відповідало потребам виробників батарей. Проте, згідно з дослідженнями автора, компаніями було запропоновано нове рішення і досягнуто певних результатів.
З точки зору технічного принципу, пікосекундний лазер може покладатися на свою надзвичайно високу пікову потужність для миттєвого випаровування матеріалу завдяки надзвичайно вузькій ширині імпульсу. На відміну від термічної обробки за допомогою наносекундних лазерів, пікосекундні лазери – це парова абляція або процеси переформулювання з мінімальними термічними ефектами, без плавлення кульок і акуратними обробними краями, які розривають пастку великих зон теплового впливу та задирок за допомогою наносекундних лазерів.
Процес пікосекундного лазерного висікання вирішив багато проблемних моментів поточного апаратного висікання, дозволивши якісно покращити процес різання позитивного електрода, на який припадає найбільша частка вартості елемента батареї.
1. Якість і врожайність
Апаратна висічка - це використання принципу механічного вирізання, кути різання схильні до дефектів і вимагають повторного налагодження. Механічні різці з часом зношуються, що призводить до появи задирок на полюсних наконечниках, що впливає на вихід усієї партії елементів. У той же час підвищена щільність ущільнення та товщина полюсного наконечника для покращення щільності енергії мономеру також збільшить знос ріжучого ножа. Пікосекундна лазерна обробка високої потужності 300 Вт має стабільну якість і може працювати стабільно протягом тривалого часу, навіть якщо матеріал потовщений, не викликаючи втрати обладнання.
2. Загальна ефективність
З точки зору прямої ефективності виробництва, високопотужна пікосекундна лазерна машина для виробництва позитивних електродів має такий самий рівень продуктивності за годину, як апаратна машина для висікання, але враховуючи, що апаратне обладнання потребує заміни ножів кожні три-п’ять днів , що неминуче призведе до зупинки виробничої лінії та повторного введення в експлуатацію після заміни ножа, кожна заміна ножа означає кілька годин простою. Повністю лазерне високошвидкісне виробництво економить час на зміну інструменту, а загальна ефективність краща.
3. Гнучкість
На заводах з виробництва елементів живлення лінія ламінування часто містить різні типи елементів. Кожна зміна триватиме ще кілька днів для апаратного обладнання для висікання, і враховуючи те, що деякі камери мають вимоги щодо штампування кутів, це додатково подовжить час переходу.
Лазерний процес, з іншого боку, не має клопоту про зміни. Будь то зміна форми чи розміру, лазер може «зробити все». Варто додати, що в процесі різання, якщо продукт 590 замінюється на продукт 960 або навіть 1200, для апаратної висічки потрібен великий ніж, тоді як для лазерного процесу потрібно лише 1-2 додаткові оптичні системи та різання. ефективність не впливає. Можна сказати, що, будь то зміна масового виробництва чи невеликі пробні зразки, переваги гнучкості лазера перевищили верхню межу апаратного висікання, щоб виробники акумуляторів заощадили багато часу .
4. Низька загальна вартість
Незважаючи на те, що апаратне висічення наразі є основним процесом для різання стовпів, а початкова вартість придбання низька, він потребує частого ремонту та заміни матриці, і ці дії з технічного обслуговування призводять до простою виробничої лінії та потребують більше людино-годин. На відміну від цього, пікосекундне лазерне рішення не має інших витратних матеріалів і мінімальні витрати на подальше обслуговування.
У довгостроковій перспективі очікується, що пікосекундне лазерне рішення повністю замінить поточний апаратний процес висікання в області різання позитивним електродом літієвої батареї та стане одним із ключових моментів для просування популярності процесу ламінування, як і " один маленький крок для висікання електрода, один великий крок для процесу ламінування». Звичайно, новий продукт все ще підлягає промисловій перевірці, чи можуть основні виробники акумуляторів визнати позитивне рішення для висікання пікосекундного лазера та чи справді пікосекундний лазер може вирішити проблеми, які виникають у користувачів традиційним процесом, давайте почекаємо і побачимо.
Час публікації: 14 вересня 2022 р