Nel processo di taglio, questioni come l'usura rapida della muffa, i tempi di cambio di muffa lunghi, la scarsa flessibilità e la bassa efficienza di produzione spesso portano a processi instabili, con conseguente qualità incoerente di taglio degli elettrodi e ridotte prestazioni della batteria. Il taglio laser, a causa dei suoi vantaggi di deviazione di vibrazione, alta precisione, buona stabilità e nessuna necessità di sostituzione dello stampo, è diventato gradualmente mainstream nella produzione di batterie al litio. È comunemente usato in processi come taglio delle linguette, taglio del foglio degli elettrodi e separatore.
Caratteristiche della taglio dell'elettrodo della batteriaMacchina:
1. Lacune di taglio eccessive, insufficienti o irregolari possono causare bacche.
2. I bordi di taglio opachi o danneggiati possono produrre bara.
3. Condizioni di taglio improprie, come uno scarso contatto tra il pezzo e il pugno o il dado, o un'altezza di posizionamento improprio durante il taglio e la punzonatura, possono anche causare barate se l'altezza del pezzo è inferiore all'altezza di posizionamento, con conseguente idoneo si adatta tra la forma del pezzo e il taglio.
4. L'ascesa della temperatura dello stampo durante il funzionamento può causare variazioni di gap, portando a barate sui fogli di elettrodi tagliati.
Caratteristiche diElettrodo a batteriaMacchina da taglio laser:
1. Lacune di taglio strette.
2. Piccola zona coltivata dal calore vicino al tagliente.
3. Deformazione locale minima.
4. Taglio senza contatto, pulito, sicuro e privo di inquinamento.
5. Facile integrazione con apparecchiature automatizzate, facilitare l'automazione dei processi.
6. Nessuna restrizione sul taglio dei pezzi; Le travi laser hanno capacità di profilazione.
7. Integrazione con computer, materiali di salvataggio.
Dati i significativi pericoli per la sicurezza posti dalle bavani dalla faschiera meccanica nelle batterie di potenza, si prevede che il taglio del laser sarà il metodo principale in futuro.
Figura 1: taglio stampo
Principio del taglio laser:
Un raggio laser a densità ad alta potenza focalizzata irradia il foglio dell'elettrodo della batteria per essere tagliato, riscaldandolo rapidamente a una temperatura elevata, facendo sciogliere, vaporizzare, ablittare o raggiungere il punto di accensione, formando fori. Mentre il raggio si muove attraverso il foglio, questi fori formano un taglio stretto continuo, completando il taglio del foglio dell'elettrodo.
Figura 2: diagramma schematico del principio di taglio laser
Parametri di processo principali del taglio laser:
① Modalità del raggio:
Più bassa è la modalità del raggio, minore è la dimensione del punto focalizzato, maggiore è la densità di potenza e la densità di energia, maggiore è il taglio e maggiore è l'efficienza e la qualità del taglio.
②polarizzazione del raggio laser:
Come qualsiasi tipo di trasmissione di onde elettromagnetiche, un raggio laser ha componenti vettoriali elettrici e magnetici che sono perpendicolari l'uno all'altro e alla direzione della propagazione del raggio. In ottica, il vettore elettrico è considerato la direzione di polarizzazione del raggio laser. Quando la direzione di taglio è parallela alla direzione di polarizzazione, la parte anteriore del taglio assorbe il laser in modo più efficiente, con conseguente taglio stretto, perpendicolarità e rugosità a basso taglio e alta velocità di taglio.
③ Potenza elegante:
Il taglio laser richiede che il raggio laser sia focalizzato sul diametro del punto più piccolo con la più alta densità di potenza. La potenza laser richiesta per il taglio dipende principalmente dal tipo di taglio e dalle proprietà del materiale da tagliare. Il taglio della vaporizzazione richiede la massima potenza laser, sciogliendo il taglio e il taglio dello scioglimento assistito da ossigeno richiede il minimo.
Formula di calcolo medio di potenza:
Potenza media=Frequenza di ripetizione a impulso singolo ×
Formula di calcolo della potenza di picco:
PEGGIO POWER=Energia dell'impulso singolo / larghezza dell'impulso
④ Posizione Focus:
Il piano focale sopra il pezzo è un defocus positivo e sotto il pezzo è uno defocus negativo. Secondo la teoria dell'ottica geometrica, quando i piani di defocus positivi e negativi sono equidistanti dalla superficie di elaborazione, la densità di potenza sui piani corrispondenti è approssimativamente la stessa.
⑤Laser profondità focale:
La profondità focale del sistema di messa a fuoco influisce significativamente sulla qualità del taglio laser. Se la profondità focale del raggio focalizzato è breve, l'angolo di messa a fuoco è grande e la dimensione del punto cambia in modo significativo vicino alla messa a fuoco, la densità di potenza laser sulla superficie del materiale varierà notevolmente con diverse posizioni di messa a fuoco, influenzando notevolmente il taglio. Per il taglio laser, la posizione di messa a fuoco dovrebbe essere o leggermente al di sotto della superficie del pezzo per ottenere la massima profondità di taglio e la larghezza di taglio più piccola.
Poiché i fogli di elettrodi a batteria agli ioni di litio hanno una struttura a livello di rivestimento a doppia facciale di metallo medio e le proprietà del rivestimento e della lamina metallica differiscono notevolmente, anche le loro risposte all'azione laser differiscono. Quando il laser agisce sullo strato di grafite negativo o sullo strato di materiale attivo positivo, a causa del loro elevato tasso di assorbimento laser e della bassa conduttività termica, il rivestimento richiede energia laser relativamente bassa per lo scioglimento e la vaporizzazione. Al contrario, il collettore di corrente di metallo riflette il laser e ha una rapida conduzione termica, quindi l'energia laser richiesta per lo scioglimento e la vaporizzazione dello strato di metallo è più elevata.
Figura 3: composizione del rame e distribuzione della temperatura nella direzione di spessore di un elettrodo negativo rivestito a faccia singoli sotto azione laser
La Figura 3 mostra la composizione del rame e la distribuzione della temperatura nella direzione di spessore di un elettrodo negativo rivestito a faccia singolo sotto azione laser. Quando il laser agisce sul livello di grafite, la grafite vaporizza principalmente a causa delle sue proprietà del materiale. Quando il laser penetra nel foglio di rame, il foglio inizia a sciogliersi, formando una piscina fusa. Se i parametri di processo sono inappropriati, possono verificarsi problemi: (1) peeling di rivestimento sul bordo tagliato, esponendo la lamina metallica, come mostrato nell'immagine sinistra della Figura 4; (2) Una grande quantità di detriti di taglio attorno al bordo tagliato. Questi problemi possono portare a una riduzione delle prestazioni della batteria e dei problemi di qualità della sicurezza, come mostrato nell'immagine giusta della Figura 4. Pertanto, quando si utilizza il taglio laser, è necessario ottimizzare i parametri di processo in base alle proprietà del materiale attivo e della lamina di metallo per garantire il taglio completo del foglio dell'elettrodo e la qualità del bordo di buon taglio senza lasciare i detriti metallici.
Figura 4: problemi all'avanguardia: foglio di metallo esposto e detriti di taglio
Direzioni di miglioramento per il taglio laser:
1. Efficienza di taglio: l'attuale livello di 60-90 m/min continuerà a migliorare, con un livello previsto di 120-180 m/min entro tre anni.
2. Qualità del taglio: attualmente, il taglio laser non può essere utilizzato direttamente sulle aree del materiale catodo ternario. I progressi futuri nei nuovi tipi laser e processi laser possono consentire il taglio laser di materiali catodici ternari. Inoltre, il taglio di problemi di qualità come zone affetti da calore, barate e perle fusi possono essere migliorati attraverso la stabilità meccanica e i miglioramenti del processo laser.
3. Stabilità dell'attrezzatura: ciò include il miglioramento della stabilità dell'attrezzatura stessa aumentando la disponibilità operativa e ottimizzando i tempi di caricamento e scarico per migliorare l'efficacia generale delle apparecchiature (OEE) e il tempo medio tra guasti (MTBF). Implica inoltre il miglioramento della coerenza della qualità del prodotto migliorando l'indice di capacità del processo (CPK).
4. Intelligenza: raggiungimento dell'intelligenza singola e quindi intelligenza a full-line. Integrazione di rilevamento online, controllo PLC e controllo del computer superiore per l'intelligenza a macchina singola. Quindi, connettendosi ai sistemi di informazione in fabbrica e ottimizzando la raccolta di dati a macchina singola, raggiungendo l'intelligenza a tutta linea.
