I skärningsprocessen leder problem som snabba mögelslitage, långa mögelbytetider, dålig flexibilitet och låg produktionseffektivitet ofta till instabila processer, vilket resulterar i inkonsekvent elektrodskärningskvalitet och minskade batteriprestanda. Laserskärning, på grund av sina fördelar med ingen vibrationsavvikelse, hög precision, god stabilitet och inget behov av mögelbyte, har gradvis blivit mainstream i litiumbatterietillverkning. Det används vanligtvis i processer såsom flikskärning, elektrodplåtslitning och separatorslitning.
Egenskaper för batterelektrodklippningMaskin:
1. Överdriven, otillräcklig eller ojämn skärande luckor kan orsaka burrs.
2. Dullade eller skadade skärkanter kan producera burrs.
3. Felaktiga skärförhållanden, såsom dålig kontakt mellan arbetsstycket och stansen eller dör, eller felaktig positioneringshöjd under trimning och stansning, kan också orsaka burrs om arbetsstyckets höjd är lägre än positioneringshöjden, vilket resulterar i dålig passning mellan arbetsstyckets form och banbrytande.
4. Mögeltemperaturökning under driften kan orsaka gapförändringar, vilket leder till burrs på de klippta elektrodarken.
Egenskaper påBatterilektrodLaser skärmaskin:
1. Smala skärande luckor.
2. Liten värmepåverkad zon nära banbrytande.
3. Minimal lokal deformation.
4. Icke-kontakt skärning, ren, säker och föroreningsfri.
5. Enkel integration med automatiserad utrustning, underlättande av processautomation.
6. Inga begränsningar för att skära arbetsstycken; Laserstrålar har profileringsfunktioner.
7. Integration med datorer, sparar material.
Med tanke på de betydande säkerhetsrisker som burrs utgör från mekanisk matning i kraftbatterier förväntas laserskärning vara den primära metoden i framtiden.
Bild 1: Die skärning
Principen för laserskärning:
En fokuserad laserstråle med hög effekt täthet bestrålar batterielektrodarket som ska skäras, värmer snabbt det till en hög temperatur, vilket får den att smälta, förånga, ablate eller nå tändpunkten, bildar hål. När strålen rör sig över lakan bildar dessa hål ett kontinuerligt smalt snitt och slutför skärning av elektrodarken.
Bild 2: Schematiskt diagram över laserskärningsprincipen
Huvudprocessparametrar för laserskärning:
① Strålläge:
Ju lägre strålläge, desto mindre är den fokuserade spotstorleken, desto högre är effektdensiteten och energitätheten, desto smalare skär och desto högre skäre effektivitet och kvalitet.
②Polarisering av laserstrålen:
Liksom alla typer av elektromagnetisk vågöverföring har en laserstråle elektriska och magnetiska vektorkomponenter som är vinkelräta mot varandra och mot strålförökningen. I optiken anses den elektriska vektorn som polarisationsriktningen för laserstrålen. När skärningsriktningen är parallell med polarisationsriktningen absorberar skärfronten lasern mest effektivt, vilket resulterar i en smal snitt, låg snittning vinkelrätt och grovhet och hög skärhastighet.
③Laser Power:
Laserskärning kräver att laserstrålen är fokuserad på den minsta fläckdiametern med den högsta effektdensiteten. Laserkraften som krävs för skärning beror huvudsakligen på skärtypen och egenskaperna för materialet som skärs. Förångningsskärning kräver den högsta laserkraften, genom att smälta skärning, och syreassisterad smältskärning kräver minst.
Genomsnittlig effektberäkningsformel:
Genomsnittlig kraft=Single Pulse Energy × Repetitionsfrekvens
Peak effektberäkningsformel:
Peak Power=Enkel pulsenergi / pulsbredd
④fokusposition:
Fokalplanet ovanför arbetsstycket är positivt defokus, och under arbetsstycket är negativ defokus. Enligt geometrisk optikteori, när de positiva och negativa defokusplanen är lika lika med bearbetningsytan, är krafttätheten på motsvarande plan ungefär densamma.
⑤laserfokaldjup:
Fokusdjupet för fokuseringssystemet påverkar avsevärt laserskärningskvalitet. Om det fokala djupet för den fokuserade strålen är kort, är fokusvinkeln stor, och spotstorleken förändras avsevärt nära fokus, kommer laserkraftdensiteten på materialytan att variera kraftigt med olika fokuspositioner, vilket påverkar skärningen kraftigt. För laserskärning bör fokuspositionen vara på eller något under arbetsstyckets yta för att uppnå det maximala skärdjupet och den minsta skärbredden.
Eftersom litiumjonbatterielektrodark har en dubbelsidig beläggning + mellersta metallströmskålskiktstruktur, och egenskaperna hos beläggningen och metallfolien skiljer sig mycket, skiljer sig deras svar på laseråtgärder också. När lasern verkar på det negativa grafitskiktet eller ett positivt aktivt materialskikt, på grund av deras höga laserabsorptionshastighet och låg värmeledningsförmåga, kräver beläggningen relativt låg laserenergi för smältning och förångning. Däremot återspeglar metallströmkollektorn lasern och har snabb termisk ledning, så att laserenergin som krävs för smältning och förångning av metallskiktet är högre.
Bild 3: Kopparkomposition och temperaturfördelning i tjockleksriktningen för en ensidig belagd negativ elektrod under laseråtgärd
Figur 3 visar kopparkompositionen och temperaturfördelningen i tjockleksriktningen för en ensidig belagd negativ elektrod under laserverkan. När lasern verkar på grafitskiktet förångas grafiten huvudsakligen på grund av dess materialegenskaper. När lasern penetrerar kopparfolien börjar folien smälta och bildar en smält pool. Om processparametrarna är olämpliga kan problem uppstå: (1) beläggning av skalning vid skuren kant och exponera metallfolien, såsom visas i den vänstra bilden i figur 4; (2) En stor mängd skärande skräp runt den skurna kanten. Dessa problem kan leda till minskade batteriets prestanda och säkerhetskvalitetsproblem, såsom visas i rätt bild i figur 4. Därför är det nödvändigt att optimera processparametrarna baserat på egenskaperna hos det aktiva materialet och metallfolien för att säkerställa fullständig skärning av elektrodarken och god skuren kvalitet utan att lämna metallskräp.
Bild 4: Frågor om banbrytande: exponerad metallfolie och skärning av skräp
Förbättringsanvisningar för laserskärning:
1. Skärningseffektivitet: Den nuvarande nivån på 60-90 m/min kommer att fortsätta att förbättras, med en förväntad nivå av 120-180 m/min inom tre år.
2. Skärkvalitet: För närvarande kan laserskärning inte användas direkt på ternära katodmaterialområden. Framtida framsteg inom nya lasertyper och laserprocesser kan möjliggöra laserskärning av ternära katodmaterial. Dessutom kan klippkvalitetsproblem som värmepåverkade zoner, burrs och smältpärlor förbättras genom mekaniska stabilitets- och laserprocessförbättringar.
3. Utrustningsstabilitet: Detta inkluderar förbättring av själva utrustningen genom att öka driftstillgängligheten och optimera lastning och lossningstider för att förbättra den totala utrustningseffektiviteten (OEE) och medeltid mellan fel (MTBF). Det handlar också om att förbättra produktkvalitetskonsistensen genom att förbättra Process Capability Index (CPK).
4. Intelligens: uppnå en-maskin intelligens och sedan full linje intelligens. Integrering av online-upptäckt, PLC-kontroll och övre datorkontroll för enkakin-intelligens. Sedan, genom att ansluta till fabriksinformationssystem och optimera en-maskindatainsamlingen, uppnå full linje intelligens.
