Не так давно произошел качественный прорыв в процессе катодной резки, который так долго мучил отрасль.
Процессы укладки и намотки:
В последние годы, когда новый энергетический рынок стал горячим, установленная мощностьсиловые батареиувеличивается из года в год, а их концепция конструкции и технология обработки постоянно совершенствуются, среди которых никогда не прекращались дискуссии о процессе намотки и процессе ламинирования электрических элементов. В настоящее время основным направлением на рынке является более эффективное, более дешевое и более зрелое применение процесса намотки, но в этом процессе трудно контролировать тепловую изоляцию между элементами, что может легко привести к локальному перегреву элементов и риск термического неконтролируемого распространения.
Напротив, процесс ламинирования может лучше использовать преимущества большихэлементы батареи, его безопасность, энергоемкость, управление технологическим процессом более выгодны, чем намотка. Кроме того, процесс ламинирования может лучше контролировать выход клеток, у пользователей новых энергетических транспортных средств наблюдается все более высокая тенденция, преимущества процесса ламинирования с высокой плотностью энергии более перспективны. В настоящее время главой производителей аккумуляторов являются исследования и производство процесса ламинированного листа.
Для потенциальных владельцев транспортных средств на новых источниках энергии беспокойство по поводу пробега, несомненно, является одним из ключевых факторов, влияющих на выбор транспортного средства.Особенно в городах, где зарядные устройства не идеальны, существует острая потребность в электромобилях с большим запасом хода. В настоящее время официальный запас хода электромобилей на новых источниках энергии обычно объявляется на уровне 300–500 км, при этом реальный запас хода часто занижается от официального запаса хода в зависимости от климата и дорожных условий. Возможность увеличения реальной дальности действия тесно связана с плотностью энергии силового элемента, поэтому процесс ламинирования более конкурентоспособен.
Однако сложность процесса ламинирования и множество технических трудностей, которые необходимо решить, в некоторой степени ограничили популярность этого процесса. Одна из ключевых трудностей заключается в том, что заусенцы и пыль, образующиеся в процессе высечки и ламинирования, могут легко вызвать короткое замыкание в аккумуляторе, что представляет собой огромную угрозу безопасности. Кроме того, материал катода является самой дорогостоящей частью элемента (катоды LiFePO4 составляют 40–50% стоимости элемента, а тройные литиевые катоды составляют еще более высокую стоимость), поэтому, если эффективный и стабильный катод невозможно найти метод обработки, это приведет к большим потерям затрат для производителей аккумуляторов и ограничит дальнейшее развитие процесса ламинирования.
Статус-кво фурнитурной высечки – высокие расходные материалы и низкий потолок
В настоящее время в процессе высечки перед процессом ламинирования на рынке принято использовать аппаратную штамповку для вырезания полюсного наконечника с использованием чрезвычайно малого зазора между пуансоном и нижней матрицей инструмента. Этот механический процесс имеет долгую историю развития и относительно развит в своем применении, но напряжения, вызванные механическим прикусыванием, часто приводят к тому, что обрабатываемый материал приобретает некоторые нежелательные характеристики, такие как смятые углы и заусенцы.
Чтобы избежать заусенцев, при аппаратной штамповке необходимо найти наиболее подходящее боковое давление и перекрытие инструментов в зависимости от характера и толщины электрода, а также после нескольких циклов испытаний перед началом пакетной обработки. Более того, аппаратная штамповка может привести к износу инструмента и прилипанию материала после долгих часов работы, что приводит к нестабильности процесса и, как следствие, к плохому качеству резки, что в конечном итоге может привести к снижению ресурса батареи и даже к угрозе безопасности. Производители аккумуляторов часто меняют ножи каждые 3-5 дней, чтобы избежать скрытых проблем. Хотя срок службы инструмента, заявленный производителем, может составлять 7-10 дней или может резать 1 миллион штук, но завод по производству аккумуляторов, чтобы избежать партий дефектной продукции (плохие изделия необходимо сдавать в утиль партиями), часто меняет нож заранее, а это принесет огромные затраты на расходники.
Кроме того, как уже упоминалось выше, для увеличения запаса хода транспортных средств заводы по производству аккумуляторов усердно работают над повышением плотности энергии аккумуляторов. Согласно отраслевым источникам, чтобы улучшить плотность энергии одной ячейки, в рамках существующей химической системы химические средства для улучшения плотности энергии одной ячейки в основном касаются потолка, только за счет плотности уплотнения и толщины полюс из двух, чтобы делать статьи. Увеличение плотности уплотнения и толщины опоры, несомненно, еще больше повредит инструмент, а значит, время замены инструмента снова сократится.
По мере увеличения размера ячейки инструменты, используемые для высечки, также должны быть увеличены, но более крупные инструменты, несомненно, снизят скорость механической работы и снизят эффективность резки. Можно сказать, что три основных фактора: долгосрочное стабильное качество, тенденция высокой плотности энергии и эффективность резки полюсов большого размера определяют верхний предел процесса аппаратной высечки, и этот традиционный процесс будет трудно адаптировать к будущему. разработка.
Пикосекундные лазерные решения для решения проблем, связанных с высечкой
Быстрое развитие лазерных технологий показало их потенциал в промышленной обработке, и, в частности, индустрия 3C полностью продемонстрировала надежность лазеров при точной обработке. Тем не менее, были предприняты первые попытки использовать наносекундные лазеры для резки полюсов, но этот процесс не получил широкого распространения из-за большой зоны термического влияния и заусенцев после наносекундной лазерной обработки, что не отвечало потребностям производителей аккумуляторов. Однако, согласно исследованию автора, компаниями было предложено новое решение и достигнуты определенные результаты.
С технической точки зрения пикосекундный лазер способен использовать свою чрезвычайно высокую пиковую мощность для мгновенного испарения материала благодаря чрезвычайно узкой ширине импульса. В отличие от термической обработки с помощью наносекундных лазеров, пикосекундные лазеры представляют собой процессы паровой абляции или переформулирования с минимальными тепловыми эффектами, без плавления шариков и аккуратными краями обработки, которые разрушают ловушку больших зон термического воздействия и заусенцев с помощью наносекундных лазеров.
Процесс пикосекундной лазерной высечки решил многие проблемы современной аппаратной высечки, позволив качественно улучшить процесс резки положительного электрода, на который приходится наибольшая часть стоимости аккумуляторного элемента.
1. Качество и доходность
Аппаратная высечка – это использование принципа механической высечки, углы обрезки склонны к дефектам и требуют неоднократной доводки. Механические фрезы со временем изнашиваются, в результате чего на полюсных наконечниках появляются заусенцы, что влияет на выход всей партии ячеек. В то же время повышенная плотность уплотнения и толщина полюсного наконечника для улучшения плотности энергии мономера также увеличивают износ режущего ножа. Пикосекундная лазерная обработка высокой мощности 300 Вт имеет стабильное качество и может работать стабильно. в течение длительного времени, даже если материал загустеет, не вызывая потерь оборудования.
2. Общая эффективность
С точки зрения эффективности прямого производства, мощная пикосекундная лазерная машина для производства положительных электродов мощностью 300 Вт имеет тот же уровень производительности в час, что и машина для производства аппаратной высечки, но с учетом того, что аппаратное оборудование должно менять ножи один раз в три-пять дней. , что неизбежно приведет к остановке производственной линии и повторному вводу ее в эксплуатацию после замены ножа, каждая смена ножа означает несколько часов простоя. Полностью лазерное высокоскоростное производство экономит время на смену инструмента и повышает общую эффективность.
3. Гибкость
На заводах по производству энергетических элементов на линии ламинирования часто используются элементы разных типов. Каждая переналадка оборудования для высечки оборудования займет еще несколько дней, а учитывая, что на некоторых участках есть требования к перфорации углов, это еще больше увеличит время переналадки.
С другой стороны, лазерный процесс не требует хлопот, связанных с перенастройкой. Будь то изменение формы или размера, лазер может «сделать все». Следует добавить, что в процессе резки, если изделие 590 заменить на изделие 960 или даже 1200, то для аппаратной высечки требуется большой нож, тогда как для лазерного процесса требуется всего лишь 1-2 дополнительные оптические системы и резка. эффективность не страдает. Можно сказать, что, будь то изменение массового производства или мелкосерийные пробные образцы, гибкость преимуществ лазера преодолела верхний предел аппаратной высечки, что позволяет производителям аккумуляторов сэкономить много времени. .
4. Низкая общая стоимость.
Хотя процесс аппаратной высечки в настоящее время является основным процессом для резки столбов и первоначальная стоимость покупки невелика, он требует частого ремонта и замены штампов, и эти действия по техническому обслуживанию приводят к простою производственной линии и требуют большего количества человеко-часов. Напротив, пикосекундное лазерное решение не требует других расходных материалов и требует минимальных затрат на последующее обслуживание.
Ожидается, что в долгосрочной перспективе пикосекундное лазерное решение полностью заменит нынешний процесс аппаратной высечки в области резки положительных электродов литиевых батарей и станет одним из ключевых моментов для популяризации процесса ламинирования, как и « один маленький шаг для высечки электродов, один большой шаг для процесса ламинирования». Конечно, новый продукт все еще подлежит промышленной проверке, может ли решение для положительной высечки пикосекундного лазера быть признано крупными производителями аккумуляторов, и может ли пикосекундный лазер действительно решить проблемы, с которыми сталкиваются пользователи традиционным процессом. давайте подождем и посмотрим.
Время публикации: 14 сентября 2022 г.