Não muito tempo atrás, houve um avanço qualitativo no processo de corte catódico que atormentou a indústria por tanto tempo.
Processos de empilhamento e enrolamento:
Nos últimos anos, à medida que o novo mercado de energia se aqueceu, a capacidade instalada debaterias de energiatem aumentado ano a ano, e seu conceito de design e tecnologia de processamento têm sido continuamente aprimorados, entre os quais a discussão sobre o processo de enrolamento e laminação de células elétricas nunca parou. Atualmente, a tendência dominante no mercado é a aplicação mais eficiente, de menor custo e mais madura do processo de enrolamento, mas esse processo é difícil de controlar o isolamento térmico entre as células, o que pode facilmente levar ao superaquecimento local das células e ao risco de propagação de fuga térmica.
Em contraste, o processo de laminação pode aproveitar melhor as vantagens de grandescélulas de bateria, sua segurança, densidade de energia e controle de processo são mais vantajosos que o enrolamento. Além disso, o processo de laminação pode controlar melhor o rendimento da célula, no usuário da nova gama de veículos de energia é uma tendência cada vez mais alta, as vantagens do processo de laminação de alta densidade de energia são mais promissoras. Atualmente, o chefe dos fabricantes de baterias de energia é a pesquisa e produção de processos de chapas laminadas.
Para potenciais proprietários de veículos com novas energias, a ansiedade relativamente à quilometragem é, sem dúvida, um dos principais factores que influenciam a escolha do veículo.Especialmente nas cidades onde as instalações de carregamento não são perfeitas, há uma necessidade mais urgente de veículos eléctricos de longo alcance. Atualmente, a autonomia oficial dos veículos elétricos puros de nova energia é geralmente anunciada em 300-500 km, com a autonomia real frequentemente descontada da autonomia oficial, dependendo do clima e das condições da estrada. A capacidade de aumentar o alcance real está intimamente relacionada com a densidade de energia da célula de potência, e o processo de laminação é, portanto, mais competitivo.
No entanto, a complexidade do processo de laminação e as muitas dificuldades técnicas que precisam de ser resolvidas limitaram até certo ponto a popularidade deste processo. Uma das principais dificuldades é que as rebarbas e a poeira geradas durante o processo de corte e laminação podem facilmente causar curto-circuitos na bateria, o que representa um enorme risco à segurança. Além disso, o material do cátodo é a parte mais cara da célula (os cátodos LiFePO4 representam 40% -50% do custo da célula, e os cátodos ternários de lítio representam um custo ainda mais alto), portanto, se um cátodo eficiente e estável O método de processamento não pode ser encontrado, causará grande desperdício de custos para os fabricantes de baterias e limitará o desenvolvimento do processo de laminação.
Status quo de corte e vinco de hardware - altos consumíveis e teto baixo
Atualmente, no processo de corte e vinco antes do processo de laminação, é comum no mercado usar puncionamento por hardware para cortar a peça polar usando o espaço extremamente pequeno entre o punção e a matriz inferior da ferramenta. Este processo mecânico tem uma longa história de desenvolvimento e é relativamente maduro em sua aplicação, mas as tensões provocadas pela mordida mecânica muitas vezes deixam o material processado com algumas características indesejáveis, como cantos colapsados e rebarbas.
Para evitar rebarbas, a punção de hardware deve encontrar a pressão lateral e a sobreposição da ferramenta mais adequadas de acordo com a natureza e espessura do eletrodo, e após várias rodadas de testes antes de iniciar o processamento em lote. Além do mais, a punção de hardware pode causar desgaste da ferramenta e aderência do material após longas horas de trabalho, levando à instabilidade do processo, resultando em baixa qualidade de corte, o que pode levar a menores rendimentos da bateria e até mesmo a riscos de segurança. Os fabricantes de baterias costumam trocar as facas a cada 3-5 dias para evitar problemas ocultos. Embora a vida útil da ferramenta anunciada pelo fabricante possa ser de 7 a 10 dias, ou possa cortar 1 milhão de peças, mas a fábrica de baterias para evitar lotes de produtos defeituosos (má necessidade de ser descartada em lotes), muitas vezes troca a faca com antecedência, e isso trará enormes custos com consumíveis.
Além disso, como mencionado acima, a fim de melhorar a gama de veículos, as fábricas de baterias têm trabalhado arduamente para melhorar a densidade energética das baterias. De acordo com fontes da indústria, a fim de melhorar a densidade energética de uma única célula, no sistema químico existente, os meios químicos para melhorar a densidade energética de uma única célula atingiram basicamente o teto, apenas através da densidade de compactação e da espessura de a peça polar dos dois para fazer artigos. O aumento na densidade de compactação e na espessura do poste, sem dúvida, prejudicará mais a ferramenta, o que significa que o tempo para substituir a ferramenta será novamente reduzido.
À medida que o tamanho da célula aumenta, as ferramentas usadas para realizar o corte e vinco também precisam ser maiores, mas ferramentas maiores sem dúvida reduzirão a velocidade da operação mecânica e reduzirão a eficiência do corte. Pode-se dizer que os três principais fatores de qualidade estável a longo prazo, tendência de alta densidade de energia e eficiência de corte de postes de grande porte determinam o limite superior do processo de corte e vinco de hardware, e este processo tradicional será difícil de adaptar ao futuro desenvolvimento.
Soluções de laser de picossegundo para superar desafios positivos de corte e vinco
O rápido desenvolvimento da tecnologia laser demonstrou o seu potencial no processamento industrial, e a indústria 3C em particular demonstrou plenamente a fiabilidade dos lasers no processamento de precisão. No entanto, foram feitas primeiras tentativas de usar lasers de nanossegundos para corte de pólos, mas esse processo não foi promovido em grande escala devido à grande zona afetada pelo calor e rebarbas após o processamento a laser de nanossegundos, que não atendia às necessidades dos fabricantes de baterias. Porém, de acordo com a pesquisa do autor, uma nova solução foi proposta pelas empresas e alguns resultados foram alcançados.
Em termos de princípio técnico, o laser de picossegundos é capaz de confiar na sua potência de pico extremamente alta para vaporizar instantaneamente o material devido à sua largura de pulso extremamente estreita. Ao contrário do processamento térmico com lasers de nanossegundos, os lasers de picossegundos são processos de ablação ou reformulação de vapor com efeitos térmicos mínimos, sem esferas derretidas e bordas de processamento limpas, que quebram a armadilha de grandes zonas afetadas pelo calor e rebarbas com lasers de nanossegundos.
O processo de corte e vinco a laser de picossegundos resolveu muitos dos pontos problemáticos do corte e vinco de hardware atual, permitindo uma melhoria qualitativa no processo de corte do eletrodo positivo, que representa a maior proporção do custo da célula da bateria.
1. Qualidade e rendimento
O corte e vinco de hardware é o uso do princípio de mordiscar mecânico, os cantos de corte são propensos a defeitos e requerem depuração repetida. Os cortadores mecânicos se desgastarão com o tempo, resultando em rebarbas nas peças polares, o que afeta o rendimento de todo o lote de células. Ao mesmo tempo, o aumento da densidade de compactação e espessura da peça polar para melhorar a densidade de energia do monômero também aumentará o desgaste da faca de corte. O processamento a laser de picossegundo de alta potência de 300 W é de qualidade estável e pode funcionar de forma constante por muito tempo, mesmo que o material engrosse sem causar perda do equipamento.
2. Eficiência geral
Em termos de eficiência de produção direta, a máquina de produção de eletrodo positivo a laser de picossegundo de alta potência de 300 W está no mesmo nível de produção por hora que a máquina de produção de corte e vinco de hardware, mas considerando que as máquinas de hardware precisam trocar as facas uma vez a cada três a cinco dias , o que inevitavelmente levará ao desligamento da linha de produção e ao re-comissionamento após a troca da faca, cada troca de faca significa várias horas de inatividade. A produção totalmente a laser em alta velocidade economiza o tempo de troca de ferramentas e a eficiência geral é melhor.
3. Flexibilidade
Para fábricas de células de energia, uma linha de laminação geralmente carrega diferentes tipos de células. Cada troca levará mais alguns dias para o equipamento de corte e vinco de hardware e, como algumas células têm requisitos de puncionamento de canto, isso estenderá ainda mais o tempo de troca.
O processo a laser, por outro lado, não apresenta o incômodo de trocas. Quer se trate de uma mudança de forma ou de tamanho, o laser pode "fazer tudo". Deve-se acrescentar que no processo de corte, se um produto 590 for substituído por um produto 960 ou mesmo 1200, o corte e vinco do hardware requer uma faca grande, enquanto o processo a laser requer apenas 1-2 sistemas ópticos adicionais e o corte a eficiência não é afetada. Pode-se dizer que, seja uma mudança na produção em massa ou amostras de teste em pequena escala, a flexibilidade das vantagens do laser ultrapassou o limite superior do corte e vinco de hardware, para que os fabricantes de baterias economizem muito tempo .
4. Baixo custo geral
Embora o processo de corte e vinco por hardware seja atualmente o processo principal para corte de postes e o custo inicial de compra seja baixo, ele requer reparos e trocas frequentes de moldes, e essas ações de manutenção levam à paralisação da linha de produção e custam mais horas de trabalho. Em contraste, a solução de laser de picossegundos não possui outros consumíveis e possui custos mínimos de manutenção de acompanhamento.
No longo prazo, espera-se que a solução de laser de picossegundo substitua completamente o atual processo de corte e vinco de hardware no campo de corte de eletrodo positivo de bateria de lítio e se torne um dos pontos-chave para promover a popularidade do processo de laminação, assim como " um pequeno passo para o corte e vinco do eletrodo, um grande passo para o processo de laminação". Claro, o novo produto ainda está sujeito a verificação industrial, se a solução de corte e vinco positivo do laser de picossegundo pode ser reconhecida pelos principais fabricantes de baterias e se o laser de picossegundos pode realmente resolver os problemas trazidos aos usuários pelo processo tradicional, vamos esperar e ver.
Horário da postagem: 14 de setembro de 2022