In het snijproces leiden problemen zoals snelle schimmelslijtage, lange schimmelveranderingstijden, slechte flexibiliteit en lage productie -efficiëntie vaak tot onstabiele processen, wat resulteert in inconsistente elektrode -snijkwaliteit en verminderde batterijprestaties. Lasersnijden, vanwege de voordelen van geen trillingsafwijking, hoge precisie, goede stabiliteit en geen behoefte aan schimmelvervanging, is geleidelijk mainstream geworden in de productie van lithiumbatterijen. Het wordt vaak gebruikt in processen zoals het snijden van het tabblad, het snijden van elektrodenplaat en het snijden van separator.
Kenmerken van het snijden van de batterijelektrodeMachine:
1. Overmatig, onvoldoende of ongelijke snijwaten kunnen bramen veroorzaken.
2. Saaie of beschadigde snijranden kunnen bramen produceren.
3. Onjuiste snijomstandigheden, zoals slecht contact tussen het werkstuk en de punch of de dobbelsteen, of onjuiste positioneringshoogte tijdens het trimmen en ponsen, kunnen ook bramen veroorzaken als de werkstukhoogte lager is dan de positioneringshoogte, wat resulteert in een slechte pasvorm tussen de werkstukvorm en de snijrand.
4. De stijging van de schimmeltemperatuur tijdens de werking kan gapveranderingen veroorzaken, wat leidt tot bramen op de gesneden elektrodenbladen.
Kenmerken vanBatterijelektrodeLasersnijmachine:
1. Smalle snijgaten.
2. Kleine warmte-aangetaste zone nabij de snijkant.
3. Minimale lokale vervorming.
4. Vrij snijden zonder contact, schoon, veilig en vervuiling zonder vervuiling.
5. Eenvoudige integratie met geautomatiseerde apparatuur, waardoor procesautomatisering wordt vergemakkelijkt.
6. Geen beperkingen op het snijden van werkstukken; Laservalen hebben profileermogelijkheden.
7. Integratie met computers, het besparen van materialen.
Gezien de significante veiligheidsrisico's van bramen van mechanische dobbelsteen in vermogensbatterijen, wordt naar verwachting lasersnijden naar verwachting de primaire methode in de toekomst.
Afbeelding 1: Die snijden
Principe van lasersnijden:
Een gerichte high-power-dichtheid laserstraal bestraalt de batterij-elektrodeplaat die wordt gesneden, waardoor het snel wordt verwarmd tot een hoge temperatuur, waardoor het het ontstekingspunt smelt, verdampt, ablateert of bereikt, waardoor gaten worden gevormd. Terwijl de straal over het vel beweegt, vormen deze gaten een continue smalle snede, waardoor het snijden van het elektrodeblad wordt voltooid.
Figuur 2: Schematisch diagram van het lasersnijprincipe
Hoofdprocesparameters van lasersnijden:
①Beam -modus:
Hoe lager de straalmodus, hoe kleiner de gefocuste vlekgrootte, hoe hoger de vermogensdichtheid en energiedichtheid, hoe smaller de snit en hoe hoger de snijefficiëntie en kwaliteit.
②polarisatie van de laserstraal:
Zoals elk type elektromagnetische golftransmissie, heeft een laserstraal elektrische en magnetische vectorcomponenten die loodrecht op elkaar staan en op de richting van straalvoortplanting. Bij optiek wordt de elektrische vector beschouwd als de polarisatierichting van de laserstraal. Wanneer de snijrichting parallel is aan de polarisatierichting, absorbeert het snijden voorkant de laser het meest efficiënt, wat resulteert in een smalle snede, laag gesneden loodrechtheid en ruwheid en hoge snijsnelheid.
③Laser vermogen:
Lasersnijden vereist dat de laserstraal wordt gericht op de kleinste spotdiameter met de hoogste vermogensdichtheid. Het laservermogen dat nodig is om te snijden, hangt voornamelijk af van het snijtype en de eigenschappen van het materiaal dat wordt gesneden. Vaporisatie snijden vereist het hoogste laservermogen, door snijden te smelten, en zuurstofondersteunde smeltknipsel vereist het minst.
Gemiddelde vermogensberekeningformule:
Gemiddeld vermogen=enkele pulsenergie × Herhalingsfrequentie
Piekvermogenberekeningsformule:
Piekvermogen=enkele pulsenergie / pulsbreedte
④Focus Positie:
Het brandpuntsvlak boven het werkstuk is positieve defocus en onder het werkstuk is negatieve defocus. Volgens de geometrische optiektheorie is de vermogensdichtheid op de overeenkomstige vlakken, wanneer de positieve en negatieve defocusvliegtuigen gelijkwaardig zijn van het verwerkingsoppervlak, ongeveer hetzelfde.
⑤Laser focale diepte:
De focale diepte van het focussysteem beïnvloedt de kwaliteit van de lasersnijden aanzienlijk. Als de focale diepte van de gerichte straal kort is, is de focushoek groot en verandert de spotgrootte aanzienlijk in de buurt van de focus, de laserkrachtdichtheid op het materiaaloppervlak zal sterk variëren met verschillende focusposities, wat het snijden sterk beïnvloedt. Voor lasersnijden moet de focuspositie op of iets onder het werkstukoppervlak liggen om de maximale snijdiepte en de kleinste snijbreedte te bereiken.
Omdat lithium-ionbatterij-elektrodeplaten een dubbelzijdige coating + middelste metaalstroomcollectorlaagstructuur hebben en de eigenschappen van de coating en metaalfolie sterk verschillen, verschillen hun reacties op laseractie ook. Wanneer de laser werkt op de negatieve grafietlaag of positieve actieve materiaallaag, vanwege hun hoge laserabsorptiesnelheid en lage thermische geleidbaarheid, vereist de coating een relatief lage lasergransen voor smelten en verdamping. De metaalstroomcollector reflecteert daarentegen de laser en heeft een snelle thermische geleiding, dus de laserergie die nodig is voor het smelten en verdamping van de metaallaag is hoger.
Figuur 3: Kopersamenstelling en temperatuurverdeling in de dikterichting van een enkele zijdige gecoate negatieve elektrode onder laseractie
Figuur 3 toont de kopersamenstelling en temperatuurverdeling in de dikterichting van een enkele zijdige gecoate negatieve elektrode onder laseractie. Wanneer de laser op de grafietlaag werkt, verdampt het grafiet voornamelijk vanwege de materiaaleigenschappen. Wanneer de laser de koperen folie doordringt, begint de folie te smelten en vormt een gesmolten pool. Als de procesparameters ongepast zijn, kunnen problemen optreden: (1) Coating peeling aan de gesneden rand, waardoor de metalen folie wordt blootgelegd, zoals weergegeven in het linkerbeeld van figuur 4; (2) Een grote hoeveelheid snijpuin rond de snijrand. Deze problemen kunnen leiden tot verminderde batterijprestaties en problemen met de veiligheidskwaliteit, zoals weergegeven in de rechterafbeelding van figuur 4. Daarom is het bij gebruik van lasersnijden noodzakelijk om de procesparameters te optimaliseren op basis van de eigenschappen van het actieve materiaal en metaalfolie om te zorgen voor een volledig snijden van de elektrodeplaat en een goede gesneden randkwaliteit zonder metalen puin.
Afbeelding 4: Snijkeropproblemen: blootgestelde metaalfolie en snijdende puin
Verbetering van aanwijzingen voor lasersnijden:
1. Snijefficiëntie: het huidige niveau van 60-90 m/min zal blijven verbeteren, met een verwacht niveau van 120-180 m/min binnen drie jaar.
2. Snijden Kwaliteit: Momenteel kan lasersnijden niet rechtstreeks worden gebruikt op ternaire kathodemateriaalgebieden. Toekomstige vooruitgang in nieuwe lasertypen en laserprocessen kunnen lasersnijden van ternaire kathodematerialen mogelijk maken. Bovendien kunnen problemen met het snijden van kwaliteit, zoals door warmte getroffen zones, bramen en gesmolten kralen, worden verbeterd door mechanische stabiliteit en verbeteringen van het laserproces.
3. Stabiliteit van apparatuur: dit omvat het verbeteren van de stabiliteit van de apparatuur zelf door de operationele beschikbaarheid te vergroten en de laad- en losgerecht te optimaliseren om de algehele effectiviteit van apparatuur (OEE) en gemiddelde tijd tussen storingen (MTBF) te verbeteren. Het omvat ook het verbeteren van de consistentie van productkwaliteit door de Process Capability Index (CPK) te verbeteren.
4. Intelligentie: het bereiken van single-machine intelligentie en vervolgens volledige intelligentie. Integratie van online detectie, PLC-besturingselement en bovenste computerbeheer voor intelligentie met één machine. Vervolgens door verbinding te maken met fabrieksinformatiesystemen en het verzamelen van single-machine gegevensverzameling te optimaliseren, het bereiken van volledige intelligentie.
