I skjæreprosessen fører spørsmål som rask muggslitasje, lang form for endringstider, dårlig fleksibilitet og lav produksjonseffektivitet ofte til ustabile prosesser, noe som resulterer i inkonsekvent elektrodeskjæringskvalitet og redusert batteriets ytelse. Laserskjæring, på grunn av fordelene med ingen vibrasjonsavvik, høy presisjon, god stabilitet og ikke behov for muggutskiftning, har gradvis blitt mainstream i litiumbatteriproduksjon. Det brukes ofte i prosesser som fordskjæring, elektrodeark og spalteseparator.
Kjennetegn på batterilektrodeMaskin:
1. Overdreven, utilstrekkelige eller ujevne skjærehull kan forårsake burrs.
2. kjedelige eller skadede skjærekanter kan produsere burrs.
3. Feil skjæreforhold, for eksempel dårlig kontakt mellom arbeidsstykket og stansen eller dø, eller feil plasseringshøyde under trimming og stansing, kan også forårsake burr hvis arbeidsstykkets høyde er lavere enn posisjonshøyden, noe som resulterer i dårlig passform mellom arbeidsstykkets form og skjærkanten.
4. Moldtemperaturstigning under drift kan forårsake endringer i gapet, noe som fører til burr på kuttelektrodearkene.
Kjennetegn påBatterilektrodeLaserskjæringsmaskin:
1. smale skjærehull.
2. Liten varmepåvirket sone nær skjæret.
3. Minimal lokal deformasjon.
4. Ikke-kontaktskjæring, ren, trygg og forurensningsfri.
5. Enkel integrasjon med automatisert utstyr, tilrettelegging for prosessautomatisering.
6. Ingen begrensninger for å kutte arbeidsstykker; Laserstråler har profileringsevner.
7. Integrering med datamaskiner, lagring av materialer.
Gitt de betydelige sikkerhetsfarene som er utført av Burrs fra mekanisk dyseutskjæring i kraftbatterier, forventes laserskjæring å være den primære metoden i fremtiden.
Figur 1: Die Cutting
Prinsipp for laserskjæring:
En fokusert laserstrål med høy effekt, bestråler batterilektsarket som skal kuttes, oppvarmer det raskt til en høy temperatur, noe som får den til å smelte, fordampe, ablide eller nå antenningspunktet, og danner hull. Når bjelken beveger seg over arket, danner disse hullene et kontinuerlig smalt snitt, og fullfører skjæringen av elektrodearket.
Figur 2: Skjematisk diagram over laserskjæringsprinsipp
Hovedprosessparametere for laserskjæring:
①Beam -modus:
Jo lavere strålemodus, jo mindre den fokuserte spotstørrelsen, jo høyere krafttetthet og energitetthet, desto smalere er kuttet, og jo høyere skjæringseffektivitet og kvalitet.
② Polarisering av laserstrålen:
Som alle typer elektromagnetisk bølgeoverføring, har en laserstråle elektriske og magnetiske vektorkomponenter som er vinkelrett på hverandre og til retningen for stråleutbredelse. I optikk regnes den elektriske vektoren som polarisasjonsretningen til laserstrålen. Når skjæringsretningen er parallell med polarisasjonsretningen, absorberer skjærefronten laseren mest effektivt, noe som resulterer i et smalt snitt, lavt kutt vinkelrett og ruhet og høy skjærehastighet.
③Laser Power:
Laserskjæring krever at laserstrålen blir fokusert til den minste spotdiameteren med den høyeste krafttettheten. Laserkraften som kreves for å kutte hovedsakelig avhenger av skjæringstypen og egenskapene til materialet som kuttes. Fordampingskjæring krever den høyeste laserkraften, ved å smelte skjæring og oksygenassistert smelting av smelting krever minst.
Gjennomsnittlig kraftberegningsformel:
Gjennomsnittlig effekt=Enkel puls energi × repetisjonsfrekvens
Toppkraftberegningsformel:
Peak Power=Enkel pulsenergi / pulsbredde
④Focus -stilling:
Fokalplanet over arbeidsstykket er positivt defokus, og under arbeidsstykket er negativt defokus. I følge geometrisk optikkteori, når de positive og negative defokusplanene er like fra prosessoverflaten, er krafttettheten på de tilsvarende planene omtrent den samme.
⑤Laser Fokal dybde:
Den fokale dybden i fokuseringssystemet påvirker laserskjæringskvaliteten betydelig. Hvis fokaldybden til den fokuserte bjelken er kort, er fokuseringsvinkelen stor, og spotstørrelsen endres betydelig nær fokuset, vil laserkrafttettheten på materialoverflaten variere veldig med forskjellige fokusposisjoner, og påvirker skjæringen i stor grad. For laserskjæring, bør fokusposisjonen være på eller litt under arbeidsstykkets overflate for å oppnå maksimal skjæredybde og den minste skjærebredden.
Siden litium-ion-batterielektrodeark har en tosidig belegg + midtmetallstrømsamlerlagsstruktur, og egenskapene til belegget og metallfolien skiller seg veldig ut, er deres svar på laservirkningen også forskjellige. Når laseren virker på det negative grafittlaget eller positivt aktivt materiallag, på grunn av deres høye laserabsorpsjonshastighet og lav termisk ledningsevne, krever belegget relativt lav laserenergi for smelting og fordampning. I kontrast reflekterer metallstrømmen samleren laseren og har rask termisk ledning, så laserenergien som kreves for smelting og fordamping av metalllaget er høyere.
Figur 3: Kobbersammensetning og temperaturfordeling i tykkelsesretningen til en ensidig belagt negativ elektrode under laservirkning
Figur 3 viser kobbersammensetning og temperaturfordeling i tykkelsesretningen til en ensidig belagt negativ elektrode under laservirkning. Når laseren virker på grafittlaget, fordamper grafitten hovedsakelig på grunn av dets materielle egenskaper. Når laseren trenger inn i kobberfolien, begynner folien å smelte og danne et smeltet basseng. Hvis prosessparametrene er upassende, kan det oppstå problemer: (1) beleggskrell i kuttkanten, og eksponerer metallfolien, som vist i venstre bilde av figur 4; (2) En stor mengde kuttingsrester rundt kuttkanten. Disse problemene kan føre til redusert batteriets ytelse og sikkerhetskvalitetsproblemer, som vist i riktig bilde av figur 4. Når du bruker laserskjæring, er det nødvendig å optimalisere prosessparametrene basert på egenskapene til det aktive materialet og metallfolien for å sikre fullstendig skjæring av elektrodearket og god kuttkantkvalitet uten å etterlate metallrester.
Figur 4: Cutting Edge Problemer: Exposed Metal Foil and Cutting Debris
Forbedringsanvisning for laserskjæring:
1. Skjæringseffektivitet: Det nåværende nivået på 60-90 m/min vil fortsette å forbedre seg, med et forventet nivå på 120-180 m/min i løpet av tre år.
2. Kuttekvalitet: For øyeblikket kan ikke laserskjæring direkte brukes på ternære katodematerialeområder. Fremtidige fremskritt i nye lasertyper og laserprosesser kan muliggjøre laserskjæring av ternære katodematerialer. I tillegg kan det å kutte kvalitetsproblemer som varmepåvirkede soner, burr og smeltede perler forbedres gjennom mekanisk stabilitet og laserprosessforbedringer.
3. Utstyrsstabilitet: Dette inkluderer forbedring av stabiliteten til selve utstyret ved å øke driftstilgjengeligheten og optimalisere belastning og lossetider for å forbedre den generelle utstyrseffektiviteten (OEE) og gjennomsnittlig tid mellom feil (MTBF). Det innebærer også å forbedre produktkvalitetskonsistens ved å forbedre prosessfunksjonsindeksen (CPK).
4. Intelligens: Å oppnå en-maskin-intelligens og deretter full linje intelligens. Integrering av online påvisning, PLC-kontroll og øvre datamaskinkontroll for enkeltmaskinintelligens. Deretter, ved å koble til fabrikkinformasjonssystemer og optimalisere en-maskin-datainnsamling, oppnå full linje intelligens.
