Nedavno je došlo do kvalitativnog pomaka u procesu rezanja katoda koji je tako dugo mučio industriju.
Procesi slaganja i namotavanja:
Posljednjih godina, kako je tržište nove energije postalo vruće, instalirani kapacitet odbaterije za napajanjeraste iz godine u godinu, a njihov koncept dizajna i tehnologija obrade kontinuirano se poboljšavaju, među kojima rasprava o procesu namotavanja i procesu laminiranja električnih ćelija nikada nije prestala. Trenutačno je glavna struja na tržištu učinkovitija, niža cijena i zrelija primjena procesa namotavanja, ali ovim je postupkom teško kontrolirati toplinsku izolaciju između ćelija, što može lako dovesti do lokalnog pregrijavanja ćelija i rizik od širenja termičkog bježanja.
Nasuprot tome, proces laminiranja može bolje iskoristiti prednosti velikihbaterijske ćelije, njegova sigurnost, gustoća energije, kontrola procesa su povoljniji od namotaja. Osim toga, proces laminacije može bolje kontrolirati prinos stanica, u korisniku novih energetskih vozila raspon je sve veći trend, proces laminacije visoke gustoće energije prednosti više obećavaju. Trenutačno, glavni proizvođači baterija su istraživanje i proizvodnja procesa laminiranih ploča.
Za potencijalne vlasnike novih energetskih vozila, zabrinutost zbog prijeđenih kilometara nedvojbeno je jedan od ključnih čimbenika koji utječu na njihov odabir vozila.Osobito u gradovima gdje objekti za punjenje nisu savršeni, postoji hitnija potreba za električnim vozilima velikog dometa. Trenutačno se službeni domet čisto električnih novih energetskih vozila općenito najavljuje na 300-500 km, pri čemu se stvarni domet često odbacuje od službenog dometa ovisno o klimi i uvjetima na cesti. Sposobnost povećanja stvarnog raspona usko je povezana s gustoćom energije energetske ćelije, pa je postupak laminiranja stoga konkurentniji.
Međutim, složenost procesa laminiranja i brojne tehničke poteškoće koje je potrebno riješiti donekle su ograničili popularnost ovog postupka. Jedna od ključnih poteškoća je ta da neravnine i prašina koji nastaju tijekom procesa rezanja i laminiranja mogu lako uzrokovati kratke spojeve u bateriji, što predstavlja veliku sigurnosnu opasnost. Osim toga, katodni materijal je najskuplji dio ćelije (LiFePO4 katode čine 40%-50% cijene ćelije, a ternarne litijeve katode čak i višu cijenu), pa ako je učinkovita i stabilna katoda metoda obrade ne može biti pronađena, to će uzrokovati veliki gubitak troškova za proizvođače baterija i ograničiti daljnji razvoj procesa laminacije.
Status quo za rezanje hardvera - veliki potrošni materijal i nizak strop
Trenutačno, u procesu rezanja štanca prije procesa laminiranja, uobičajeno je na tržištu koristiti hardversko probijanje matrice za rezanje polovnog dijela koristeći izuzetno mali razmak između bušilice i donje matrice alata. Ovaj mehanički proces ima dugu povijest razvoja i relativno je zreo u svojoj primjeni, ali naprezanja izazvana mehaničkim ugrizom često ostavljaju obrađeni materijal s nekim nepoželjnim karakteristikama, kao što su skupljeni kutovi i neravnine.
Kako bi se izbjegle neravnine, strojno probijanje matrice mora pronaći najprikladniji bočni pritisak i preklapanje alata u skladu s prirodom i debljinom elektrode, te nakon nekoliko krugova testiranja prije početka serijske obrade. Štoviše, probijanje hardverske matrice može uzrokovati trošenje alata i lijepljenje materijala nakon dugih sati rada, što dovodi do nestabilnosti procesa, što rezultira lošom kvalitetom rezanja, što u konačnici može dovesti do nižeg kapaciteta baterije, pa čak i sigurnosnih opasnosti. Proizvođači baterija često mijenjaju noževe svakih 3-5 dana kako bi izbjegli skrivene probleme. Iako vijek trajanja alata koji je najavio proizvođač može biti 7-10 dana, ili može izrezati 1 milijun komada, ali tvornica baterija kako bi izbjegla serije neispravnih proizvoda (loši se moraju bacati u serijama), često će promijeniti nož unaprijed, a to će donijeti velike troškove potrošnog materijala.
Osim toga, kao što je gore spomenuto, u cilju poboljšanja raspona vozila, tvornice baterija naporno rade na poboljšanju gustoće energije baterija. Prema izvorima iz industrije, kako bi se poboljšala gustoća energije jedne ćelije, pod postojećim kemijskim sustavom, kemijska sredstva za poboljšanje gustoće energije jedne ćelije u osnovi su dotakla strop, samo kroz gustoću zbijanja i debljinu glavni dio dvaju članaka za rad. Povećanje gustoće zbijanja i debljine polova nedvojbeno će više oštetiti alat, što znači da će se vrijeme za zamjenu alata ponovno skratiti.
Kako se veličina ćelije povećava, alati koji se koriste za izrezivanje štanca također moraju biti veći, ali će veći alati nedvojbeno smanjiti brzinu mehaničkog rada i smanjiti učinkovitost rezanja. Može se reći da tri glavna čimbenika dugoročne stabilne kvalitete, trenda visoke gustoće energije i učinkovitosti rezanja velike veličine određuju gornju granicu hardverskog procesa rezanja, a ovaj tradicionalni postupak bit će teško prilagoditi budućnosti razvoj.
Pikosekundna laserska rješenja za prevladavanje pozitivnih izazova rezanja
Brzi razvoj laserske tehnologije pokazao je svoj potencijal u industrijskoj obradi, a posebno je 3C industrija u potpunosti pokazala pouzdanost lasera u preciznoj obradi. Međutim, učinjeni su rani pokušaji korištenja nanosekundnih lasera za rezanje stupova, ali ovaj proces nije promoviran u velikoj mjeri zbog velike zone utjecaja topline i neravnina nakon obrade nanosekundnim laserom, što nije zadovoljilo potrebe proizvođača baterija. Međutim, prema istraživanjima autora, tvrtke su predložile novo rješenje i postignuti su određeni rezultati.
Što se tiče tehničkog principa, pikosekundni laser može se osloniti na svoju iznimno visoku vršnu snagu za trenutno isparavanje materijala zbog svoje iznimno male širine impulsa. Za razliku od toplinske obrade s nanosekundnim laserima, pikosekundni laseri su parna ablacija ili procesi preformulacije s minimalnim toplinskim učincima, bez kuglica za taljenje i urednih rubova obrade, koji razbijaju zamku velikih zona utjecaja topline i neravnina s nanosekundnim laserima.
Pikosekundni laserski postupak rezanja riješio je mnoge bolne točke trenutnog hardverskog rezanja, dopuštajući kvalitativno poboljšanje procesa rezanja pozitivne elektrode, koja čini najveći udio u cijeni baterije.
1. Kvaliteta i prinos
Hardversko rezanje je korištenje principa mehaničkog grickanja, rezni uglovi su skloni defektima i zahtijevaju ponovno uklanjanje grešaka. Mehanički rezači će se s vremenom istrošiti, što će rezultirati neravninama na polnim dijelovima, što utječe na prinos cijele serije ćelija. U isto vrijeme, povećana gustoća sabijanja i debljina polovnog dijela za poboljšanje gustoće energije monomera također će povećati trošenje noža za rezanje. Pikosekundna laserska obrada velike snage od 300 W ima stabilnu kvalitetu i može raditi postojano dugo vremena, čak i ako je materijal zgusnut bez uzroka gubitka opreme.
2. Ukupna učinkovitost
Što se tiče izravne proizvodne učinkovitosti, proizvodni stroj za pikosekundnu lasersku pozitivnu elektrodu visoke snage od 300 W na istoj je razini proizvodnje po satu kao i hardverski proizvodni stroj za rezanje, ali uzimajući u obzir da hardverski strojevi moraju mijenjati noževe jednom svaka tri do pet dana , što će neizbježno dovesti do gašenja proizvodne linije i ponovnog puštanja u pogon nakon izmjene noža, svaka promjena noža znači nekoliko sati zastoja. Laserska proizvodnja velike brzine štedi vrijeme izmjene alata, a ukupna učinkovitost je bolja.
3. Fleksibilnost
Za tvornice energetskih ćelija, linija za laminiranje će često nositi različite tipove ćelija. Svaka će promjena potrajati još nekoliko dana za hardversku opremu za rezanje, a s obzirom na to da neke ćelije imaju zahtjeve za probijanje kutova, to će dodatno produljiti vrijeme promjene.
Laserski postupak, s druge strane, nema problema s promjenama. Bilo da se radi o promjeni oblika ili veličini, laser može "uraditi sve". Treba dodati da u procesu rezanja, ako se proizvod 590 zamijeni proizvodom 960 ili čak 1200, hardversko izrezivanje zahtjeva veliki nož, dok laserski postupak zahtijeva samo 1-2 dodatna optička sustava i rezanje učinkovitost nije pogođena. Može se reći da, bilo da se radi o promjeni masovne proizvodnje ili malim probnim uzorcima, prednosti fleksibilnosti lasera probile su gornju granicu hardverskog rezanja, kako bi proizvođači baterija uštedjeli puno vremena .
4. Niski ukupni troškovi
Iako je hardverski proces rezanja kalupa trenutačno glavni postupak za rezanje stupova i početni trošak nabave je nizak, zahtijeva česte popravke kalupa i izmjene kalupa, a ove radnje održavanja dovode do zastoja proizvodne linije i troška više radnih sati. Nasuprot tome, pikosekundno lasersko rješenje nema drugih potrošnih materijala i minimalne troškove naknadnog održavanja.
Dugoročno gledano, očekuje se da će pikosekundno lasersko rješenje u potpunosti zamijeniti trenutni hardverski proces rezanja na polju rezanja pozitivnom elektrodom litijske baterije i postati jedna od ključnih točaka za promicanje popularnosti procesa laminiranja, baš kao što je " jedan mali korak za rezanje elektrodama, jedan veliki korak za proces laminiranja". Naravno, novi proizvod još uvijek podliježe industrijskoj provjeri, mogu li glavni proizvođači baterija prepoznati pozitivno rješenje za rezanje pikosekundnog lasera i može li pikosekundni laser doista riješiti probleme koje korisnicima donosi tradicionalni postupak, pričekajmo i vidimo.
Vrijeme objave: 14. rujna 2022