Avance en el proceso de producción de celdas apiladas, la tecnología láser de picosegundos resuelve los desafíos del troquelado de cátodos

No hace mucho tiempo, hubo un avance cualitativo en el proceso de corte de cátodos que había afectado a la industria durante tanto tiempo.

Procesos de apilamiento y bobinado:

En los últimos años, a medida que el mercado de la nueva energía se ha puesto de moda, la capacidad instalada debaterías de energíaha aumentado año tras año, y su concepto de diseño y tecnología de procesamiento se han mejorado continuamente, entre los cuales la discusión sobre el proceso de bobinado y el proceso de laminado de celdas eléctricas nunca se ha detenido.En la actualidad, la corriente principal en el mercado es la aplicación más eficiente, de menor costo y más madura del proceso de bobinado, pero este proceso es difícil de controlar el aislamiento térmico entre las celdas, lo que puede conducir fácilmente a un sobrecalentamiento local de las celdas y el riesgo de propagación de fugas térmicas.

Por el contrario, el proceso de laminación puede aprovechar mejor las ventajas de los grandesceldas de bateria, su seguridad, densidad de energía, control de procesos son más ventajosos que el bobinado.Además, el proceso de laminación puede controlar mejor el rendimiento de la celda, en el usuario de la gama de vehículos de nueva energía es una tendencia cada vez más alta, el proceso de laminación tiene ventajas de alta densidad de energía más prometedoras.En la actualidad, el jefe de los fabricantes de baterías de energía es la investigación y producción del proceso de láminas laminadas.

Para los propietarios potenciales de vehículos de nueva energía, la ansiedad por el kilometraje es, sin duda, uno de los factores clave que influyen en la elección del vehículo.Especialmente en ciudades donde las instalaciones de carga no son perfectas, existe una necesidad más urgente de vehículos eléctricos de largo alcance.En la actualidad, la autonomía oficial de los vehículos eléctricos puros de nueva energía generalmente se anuncia en 300-500 km, y la autonomía real a menudo se descuenta de la autonomía oficial según el clima y las condiciones de la carretera.La capacidad de aumentar el rango real está íntimamente relacionada con la densidad de energía de la celda de potencia y, por lo tanto, el proceso de laminación es más competitivo.

Sin embargo, la complejidad del proceso de laminación y las muchas dificultades técnicas que deben resolverse han limitado hasta cierto punto la popularidad de este proceso.Una de las principales dificultades es que las rebabas y el polvo generados durante el proceso de troquelado y laminado pueden provocar fácilmente cortocircuitos en la batería, lo que supone un gran peligro para la seguridad.Además, el material del cátodo es la parte más costosa de la celda (los cátodos de LiFePO4 representan entre el 40 % y el 50 % del costo de la celda y los cátodos de litio ternarios representan un costo aún mayor), por lo que si un cátodo eficiente y estable No se puede encontrar el método de procesamiento, causará un gran desperdicio de costos para los fabricantes de baterías y limitará el desarrollo posterior del proceso de laminación.

Statu quo de troquelado de hardware: muchos consumibles y techo bajo

En la actualidad, en el proceso de troquelado antes del proceso de laminación, es común en el mercado utilizar troquelado de hardware para cortar la pieza polar utilizando el espacio extremadamente pequeño entre el punzón y el troquel de la herramienta inferior.Este proceso mecánico tiene una larga historia de desarrollo y es relativamente maduro en su aplicación, pero las tensiones provocadas por la mordida mecánica a menudo dejan el material procesado con algunas características indeseables, como esquinas colapsadas y rebabas.

Para evitar rebabas, el troquelado de hardware debe encontrar la presión lateral y la superposición de herramienta más adecuadas de acuerdo con la naturaleza y el grosor del electrodo, y después de varias rondas de prueba antes de comenzar el procesamiento por lotes.Además, el troquelado del hardware puede provocar el desgaste de la herramienta y el atascamiento del material después de largas horas de trabajo, lo que genera inestabilidad en el proceso y, como resultado, una mala calidad de corte, lo que en última instancia puede conducir a un menor rendimiento de la batería e incluso a riesgos de seguridad.Los fabricantes de baterías eléctricas suelen cambiar las cuchillas cada 3-5 días para evitar problemas ocultos.Aunque la vida útil de la herramienta anunciada por el fabricante puede ser de 7 a 10 días, o puede cortar 1 millón de piezas, pero la fábrica de baterías para evitar lotes de productos defectuosos (la mala necesidad de desecharlos en lotes), a menudo cambiará el cuchillo por adelantado, y esto traerá enormes costos de consumibles.

Además, como se mencionó anteriormente, con el fin de mejorar la autonomía de los vehículos, las fábricas de baterías han estado trabajando arduamente para mejorar la densidad energética de las baterías.Según fuentes de la industria, para mejorar la densidad de energía de una sola celda, bajo el sistema químico existente, los medios químicos para mejorar la densidad de energía de una sola celda básicamente han tocado el techo, solo a través de la densidad de compactación y el espesor de la pieza polar de los dos para hacer artículos.El aumento en la densidad de compactación y el grosor del poste, sin duda, dañarán más la herramienta, lo que significa que el tiempo para reemplazar la herramienta se acortará nuevamente.

A medida que aumenta el tamaño de la celda, las herramientas utilizadas para realizar el troquelado también deben hacerse más grandes, pero las herramientas más grandes sin duda reducirán la velocidad de la operación mecánica y reducirán la eficiencia del corte.Se puede decir que los tres factores principales de calidad estable a largo plazo, tendencia de alta densidad de energía y eficiencia de corte de postes de gran tamaño determinan el límite superior del proceso de troquelado de hardware, y este proceso tradicional será difícil de adaptar al futuro. desarrollo.

Soluciones láser de picosegundos para superar los desafíos positivos del troquelado

El rápido desarrollo de la tecnología láser ha demostrado su potencial en el procesamiento industrial, y la industria 3C en particular ha demostrado plenamente la confiabilidad de los láseres en el procesamiento de precisión.Sin embargo, se hicieron los primeros intentos de usar láseres de nanosegundos para el corte de postes, pero este proceso no se promovió a gran escala debido a la gran zona afectada por el calor y las rebabas después del procesamiento con láser de nanosegundos, que no satisfacía las necesidades de los fabricantes de baterías.Sin embargo, según la investigación del autor, las empresas han propuesto una nueva solución y se han logrado ciertos resultados.

En términos de principio técnico, el láser de picosegundos puede confiar en su potencia máxima extremadamente alta para vaporizar instantáneamente el material debido a su ancho de pulso extremadamente estrecho.A diferencia del procesamiento térmico con láseres de nanosegundos, los láseres de picosegundos son procesos de reformulación o ablación de vapor con efectos térmicos mínimos, sin perlas que se derriten y bordes de procesamiento limpios, que rompen la trampa de las grandes zonas afectadas por el calor y las rebabas con láseres de nanosegundos.

El proceso de troquelado con láser de picosegundos ha resuelto muchos de los puntos débiles del troquelado de hardware actual, lo que permite una mejora cualitativa en el proceso de corte del electrodo positivo, que representa la mayor proporción del costo de la celda de la batería.

1. Calidad y rendimiento

El troquelado de hardware es el uso del principio de mordisqueo mecánico, las esquinas de corte son propensas a defectos y requieren una depuración repetida.Los cortadores mecánicos se desgastarán con el tiempo, lo que provocará rebabas en las piezas polares, lo que afectará el rendimiento de todo el lote de celdas.Al mismo tiempo, el aumento de la densidad de compactación y el grosor de la pieza polar para mejorar la densidad de energía del monómero también aumentarán el desgaste de la cuchilla de corte. El procesamiento láser de picosegundos de alta potencia de 300 W es de calidad estable y puede funcionar de manera constante durante mucho tiempo, incluso si el material se espesa sin causar la pérdida del equipo.

2. Eficiencia general

En términos de eficiencia de producción directa, la máquina de producción de electrodos positivos láser de picosegundos de alta potencia de 300 W tiene el mismo nivel de producción por hora que la máquina de producción de troquelado de hardware, pero teniendo en cuenta que la maquinaria de hardware necesita cambiar las cuchillas una vez cada tres a cinco días. , lo que inevitablemente conducirá a una parada de la línea de producción y una nueva puesta en marcha después del cambio de cuchilla, cada cambio de cuchilla significa varias horas de tiempo de inactividad.La producción de alta velocidad totalmente láser ahorra el tiempo de cambio de herramienta y la eficiencia general es mejor.

3. Flexibilidad

Para las fábricas de celdas de energía, una línea de laminado a menudo transportará diferentes tipos de celdas.Cada cambio tomará algunos días más para el equipo de troquelado de hardware, y dado que algunas celdas tienen requisitos de punzonado en las esquinas, esto extenderá aún más el tiempo de cambio.

El proceso láser, por otro lado, no tiene la molestia de los cambios.Ya sea un cambio de forma o un cambio de tamaño, el láser puede "hacerlo todo".Cabe agregar que en el proceso de corte, si se reemplaza un producto 590 por un producto 960 o incluso 1200, el troquelado de hardware requiere un cuchillo grande, mientras que el proceso láser solo requiere 1-2 sistemas ópticos adicionales y el corte la eficiencia no se ve afectada.Se puede decir que, ya sea un cambio de producción en masa o muestras de prueba a pequeña escala, la flexibilidad de las ventajas del láser ha superado el límite superior del troquelado de hardware, para que los fabricantes de baterías ahorren mucho tiempo. .

4. Bajo costo total

Aunque el proceso de troquelado de hardware es actualmente el proceso principal para cortar postes y el costo de compra inicial es bajo, requiere reparaciones y cambios de troqueles frecuentes, y estas acciones de mantenimiento generan tiempo de inactividad en la línea de producción y cuestan más horas de trabajo.Por el contrario, la solución láser de picosegundos no tiene otros consumibles y los costos de mantenimiento de seguimiento son mínimos.

A la larga, se espera que la solución láser de picosegundos reemplace por completo el actual proceso de troquelado de hardware en el campo del corte de electrodos positivos de baterías de litio, y se convierta en uno de los puntos clave para promover la popularidad del proceso de laminación, al igual que " un pequeño paso para el troquelado de electrodos, un gran paso para el proceso de laminación".Por supuesto, el nuevo producto aún está sujeto a verificación industrial, si la solución de troquelado positivo del láser de picosegundos puede ser reconocida por los principales fabricantes de baterías y si el láser de picosegundos realmente puede resolver los problemas planteados a los usuarios por el proceso tradicional. esperemos y veamos.


Hora de publicación: 14-sep-2022