Batterielektrodelaserskæring

I skæreprocessen fører spørgsmål såsom hurtig skimmel slid, lange skimmelskiftstider, dårlig fleksibilitet og lav produktionseffektivitet ofte til ustabile processer, hvilket resulterer i inkonsekvent elektrodeskærende kvalitet og reduceret batteriydelse. Laserskæring på grund af dens fordele ved ikke -vibrationsafvigelse, høj præcision, god stabilitet og intet behov for skimmeludskiftning er gradvist blevet mainstream i lithiumbatteriproduktion. Det bruges ofte i processer såsom fanebladskæring, elektrodearkskæring og separatorskæring.

Karakteristika ved batterielektrode die skæringMaskine:

1. Overdreven, utilstrækkelig eller ujævn skærehuller kan forårsage burrs.

2. kedelige eller beskadigede skærekanter kan producere burrs.

3. Forkert skæreforhold, såsom dårlig kontakt mellem emnet og stansen eller døren, eller forkert positioneringshøjde under beskæring og stansning, kan også forårsage burrs, hvis emnethøjden er lavere end placeringshøjden, hvilket resulterer i dårlig pasform mellem arbejdsemneformen og skærekanten.

4. Formstemperaturstigning under drift kan forårsage ændringer i spalte, hvilket fører til burrer på de udskårne elektrodeark.

Egenskaber vedBatterielektrodeLaserskæremaskine:

1. smalle skærehuller.

2. Lille varmepåvirket zone nær forkant.

3. minimal lokal deformation.

4. ikke-kontaktskæring, ren, sikker og forureningsfri.

5. Nem integration med automatiseret udstyr, der letter processen Automation.

6. Ingen begrænsninger for at skære arbejdsemner; Laserbjælker har profileringsfunktioner.

7. Integration med computere, gemme materialer.

I betragtning af de betydelige sikkerhedsfarer, der er udpeget af burr fra mekanisk die, skæring i effektbatterier, forventes laserskæring at være den primære metode i fremtiden.

Figur 1: Døskæring

Princip om laserskæring:

En fokuseret laserstråle med høj effektbjælke bestråler batterielektrodearket, der skal skæres, opvarmes hurtigt til en høj temperatur, hvilket får den til at smelte, fordampe, fjerne eller nå tændingspunktet og danne huller. Når strålen bevæger sig over arket, danner disse huller et kontinuerligt smalt snit, hvilket afslutter skæringen af ​​elektrodearket.

Figur 2: Skematisk diagram over laserskæreprincippet

Hovedprocesparametre for laserskæring:

①Beam Mode:

Jo lavere stråletilstand, jo mindre er den fokuserede spotstørrelse, jo højere er effekttætheden og energitætheden, jo smalere klippet og jo højere skæreffektivitet og kvalitet.

②Polarisering af laserstrålen:

Som enhver form for elektromagnetisk bølgeoverførsel har en laserstråle elektriske og magnetiske vektorkomponenter, der er vinkelret på hinanden og til retning af stråleformering. I optik betragtes den elektriske vektor som polarisationsretningen for laserstrålen. Når skæreretningen er parallel med polarisationsretningen, absorberer skærefronten laseren mest effektivt, hvilket resulterer i et smalt snit, lavt skåret vinkelret og ruhed og høj skærehastighed.

③laser strøm:

Laserskæring kræver, at laserstrålen skal fokuseres på den mindste pletdiameter med den højeste effekttæthed. Den laserkraft, der kræves til skæring, afhænger hovedsageligt af skæretypen og egenskaberne ved det materiale, der er skåret. Damporiseringsskæring kræver den højeste laserkraft ved smelteskæring og iltassisteret smelteskæring kræver mindst.

Gennemsnitlig formel til beregning af effekt:

Gennemsnitlig effekt=enkeltpulsenergi × gentagelsesfrekvens

Formula med topkraft beregning:

Peak Power=enkelt pulsenergi / pulsbredde

④Focus Position:

Focalplanet over emnet er positivt defokus, og under emnet er negativt defokus. I henhold til geometrisk optikteori, når de positive og negative defokusfly er ensartede fra forarbejdningsoverfladen, er effekttætheden på de tilsvarende plan omtrent den samme.

⑤laser fokusdybde:

Fokusdybden af ​​fokuseringssystemet påvirker signifikant laserskærende kvalitet. Hvis fokusdybden af ​​den fokuserede bjælke er kort, er fokuseringsvinklen stor, og spotstørrelsen ændres markant nær fokus, laserkrafttætheden på den materielle overflade varierer meget med forskellige fokuspositioner, hvilket i høj grad påvirker skæringen. For laserskæring skal fokuspositionen være på eller lidt under emnets overflade for at opnå den maksimale skæredybde og den mindste skærebredde.

Da lithium-ion-batterielektrodeark har en dobbeltsidet belægning + midterste metalstrømsopsamlerlagsstruktur, og egenskaberne ved belægningen og metalfolien adskiller sig meget, er deres reaktioner på laserhandling også forskellige. Når laseren virker på det negative grafitlag eller et positivt aktivt materialelag på grund af deres høje laserabsorptionshastighed og lav termisk ledningsevne, kræver belægningen relativt lav laserenergi til smeltning og fordampning. I modsætning hertil afspejler metalstrømsopsamleren laseren og har hurtig termisk ledning, så den laserenergi, der kræves til smeltning og fordampning af metallaget, er højere.

Figur 3: Kobbersammensætning og temperaturfordeling i tykkelsesretningen for en enkelt-sidet belagt negativ elektrode under laserhandling

Figur 3 viser kobbersammensætningen og temperaturfordelingen i tykkelsesretningen for en enkelt-sidet coatet negativ elektrode under laserhandling. Når laseren virker på grafitlaget, fordamper grafitten hovedsageligt på grund af dets materielle egenskaber. Når laseren trænger ind i kobberfolien, begynder folien at smelte og danner en smeltet pool. Hvis procesparametrene er upassende, kan der opstå problemer: (1) belægning af skrælning ved den afskårne kant, der udsætter metalfolien, som vist i det venstre billede af figur 4; (2) En stor mængde skære affald omkring den afskårne kant. Disse problemer kan føre til reduceret batteri ydelse og sikkerhedskvalitetsproblemer, som vist i det rigtige billede af figur 4. Derfor, når man bruger laserskæring, er det nødvendigt at optimere procesparametrene baseret på egenskaberne for det aktive materiale og metalfolie for at sikre fuldstændig udskæring af elektrodearket og god afskåret kantkvalitet uden at forlade metalafbryder.

Figur 4: Skrivende problemer: Eksponeret metalfolie og skære affald

Forbedringsanvisning for laserskæring:

1. Skæreeffektivitet: Det aktuelle niveau af 60-90 m/min vil fortsætte med at forbedre sig med et forventet niveau på 120-180 m/min inden for tre år.

2. Skæring af kvalitet: I øjeblikket kan laserskæring ikke bruges direkte på ternære katodematerialeområder. Fremtidige fremskridt inden for nye lasertyper og laserprocesser kan muliggøre laserskæring af ternære katodematerialer. Derudover kan skæring af kvalitetsproblemer såsom varmepåvirkede zoner, burrs og smeltede perler forbedres gennem mekanisk stabilitet og laserprocesforbedringer.

3. Udstyrsstabilitet: Dette inkluderer forbedring af stabiliteten af ​​selve udstyret ved at øge den operationelle tilgængelighed og optimere belastning og losningstider for at forbedre det samlede effektivitet i udstyret (OEE) og gennemsnitstid mellem fejl (MTBF). Det involverer også forbedring af produktkvalitetskonsistensen ved at forbedre processen Capability Index (CPK).

4. Intelligens: Opnåelse af enkelt-maskine intelligens og derefter fuldlinje intelligens. Integrering af online-detektion, PLC-kontrol og øvre computerkontrol for en-maskine intelligens. Derefter ved at oprette forbindelse til fabriksinformationssystemer og optimere dataindsamling af enmaskiner, opnå fuld-linje intelligens.