Неотдавна имаше качествен пробив в процеса на катодно рязане, който измъчваше индустрията толкова дълго време.
Процеси на подреждане и навиване:
През последните години, тъй като новият енергиен пазар стана горещ, инсталираният капацитет назахранващи батериисе увеличава от година на година и тяхната концепция за дизайн и технология на обработка непрекъснато се подобряват, сред които дискусията за процеса на навиване и процеса на ламиниране на електрически клетки никога не е спирала.Понастоящем основният поток на пазара е по-ефикасното, по-ниско разходно и по-зряло приложение на процеса на навиване, но този процес е труден за контролиране на термичната изолация между клетките, което може лесно да доведе до локално прегряване на клетките и риск от термично разпространение.
За разлика от това, процесът на ламиниране може по-добре да изиграе предимствата на големиябатерийни клетки, неговата безопасност, енергийна плътност, контрол на процеса са по-изгодни от навиването.В допълнение, процесът на ламиниране може по-добре да контролира добива на клетките, при потребителя на гамата нови енергийни превозни средства е все по-висока тенденция, предимствата на високата енергийна плътност на процеса на ламиниране са по-обещаващи.В момента ръководителят на производителите на батерии е изследване и производство на ламиниран лист.
За потенциалните собственици на превозни средства с нова енергия безпокойството за пробега несъмнено е един от ключовите фактори, влияещи върху избора им на превозно средство.Особено в градовете, където съоръженията за зареждане не са перфектни, има по-спешна нужда от електрически превозни средства за дълги разстояния.Понастоящем официалният пробег на чисто електрически превозни средства с нова енергия обикновено се обявява на 300-500 км, като реалният пробег често се отстъпва от официалния в зависимост от климата и пътните условия.Способността за увеличаване на реалния обхват е тясно свързана с енергийната плътност на захранващата клетка и следователно процесът на ламиниране е по-конкурентоспособен.
Въпреки това, сложността на процеса на ламиниране и многото технически трудности, които трябва да бъдат решени, ограничиха до известна степен популярността на този процес.Една от основните трудности е, че неравностите и прахът, генерирани по време на процеса на щанцоване и ламиниране, могат лесно да причинят късо съединение в батерията, което е огромна опасност за безопасността.Освен това материалът на катода е най-скъпата част от клетката (LiFePO4 катодите представляват 40%-50% от цената на клетката, а тройните литиеви катоди представляват дори по-висока цена), така че ако един ефективен и стабилен катод не може да бъде намерен метод на обработка, това ще доведе до големи загуби на разходи за производителите на батерии и ще ограничи по-нататъшното развитие на процеса на ламиниране.
Статуквото на хардуерното щанцоване - високи консумативи и нисък таван
Понастоящем в процеса на щанцоване преди процеса на ламиниране е обичайно на пазара да се използва хардуерно щанцоване, за да се изреже полюсната част, като се използва изключително малката междина между щанцата и долната матрица на инструмента.Този механичен процес има дълга история на развитие и е относително зрял в своето приложение, но напреженията, причинени от механичното захапване, често оставят обработения материал с някои нежелани характеристики, като свити ъгли и неравности.
За да се избегнат неравности, хардуерното щанцоване трябва да намери най-подходящия страничен натиск и припокриване на инструмента според естеството и дебелината на електрода и след няколко кръга на тестване, преди да започне партидната обработка.Нещо повече, хардуерното щанцоване може да причини износване на инструмента и залепване на материала след дълги часове работа, което води до нестабилност на процеса, което води до лошо качество на изрязване, което в крайна сметка може да доведе до по-нисък капацитет на батерията и дори до опасности за безопасността.Производителите на захранващи батерии често сменят ножовете на всеки 3-5 дни, за да избегнат скрити проблеми.Въпреки че животът на инструмента, обявен от производителя, може да бъде 7-10 дни или може да отреже 1 милион парчета, но фабриката за батерии, за да избегне партиди дефектни продукти (лошите трябва да бъдат бракувани на партиди), често ще смени ножа предварително, и това ще доведе до огромни разходи за консумативи.
Освен това, както бе споменато по-горе, за да се подобри гамата от превозни средства, фабриките за батерии работят усилено за подобряване на енергийната плътност на батериите.Според източници от индустрията, за да се подобри енергийната плътност на една клетка, при съществуващата химическа система, химическите средства за подобряване на енергийната плътност на една клетка основно са докоснали тавана, само чрез плътността на уплътняване и дебелината на полюсът на двете да правят статии.Увеличаването на плътността на уплътняване и дебелината на стълба несъмнено ще навреди повече на инструмента, което означава, че времето за смяна на инструмента ще бъде съкратено отново.
Тъй като размерът на клетката се увеличава, инструментите, използвани за извършване на щанцоване, също трябва да бъдат направени по-големи, но по-големите инструменти несъмнено ще намалят скоростта на механичната работа и ще намалят ефективността на рязане.Може да се каже, че трите основни фактора на дългосрочно стабилно качество, тенденция на висока енергийна плътност и ефективност на рязане на полюс с голям размер определят горната граница на процеса на щанцоване на хардуера и този традиционен процес ще бъде трудно да се адаптира към бъдещето развитие.
Пикосекундни лазерни решения за преодоляване на положителните предизвикателства при щанцоване
Бързото развитие на лазерната технология показа своя потенциал в промишлената обработка и по-специално 3C индустрията напълно демонстрира надеждността на лазерите при прецизна обработка.Въпреки това бяха направени ранни опити за използване на наносекундни лазери за рязане на стълбове, но този процес не беше популяризиран в голям мащаб поради голямата зона, засегната от топлината и неравностите след наносекундна лазерна обработка, което не отговаряше на нуждите на производителите на батерии.Въпреки това, според изследването на автора, е предложено ново решение от компаниите и са постигнати определени резултати.
От гледна точка на техническия принцип, пикосекундният лазер може да разчита на изключително високата си пикова мощност за незабавно изпаряване на материала поради изключително малката си ширина на импулса.За разлика от термичната обработка с наносекундни лазери, пикосекундните лазери представляват парна аблация или процеси на преформулиране с минимални топлинни ефекти, без топящи се зърна и спретнати обработващи ръбове, които прекъсват капана на големи зони, засегнати от топлината, и неравности с наносекундни лазери.
Процесът на пикосекундно лазерно щанцоване разреши много от болезнените точки на настоящото хардуерно щанцоване, позволявайки качествено подобрение в процеса на рязане на положителния електрод, който представлява най-голямата част от цената на батерията.
1. Качество и добив
Хардуерното щанцоване е използването на принципа на механично изрязване, режещите ъгли са податливи на дефекти и изискват многократно отстраняване на грешки.Механичните ножове ще се износят с времето, което ще доведе до неравности по полюсните накрайници, което се отразява на добива на цялата партида клетки.В същото време повишената плътност на уплътняване и дебелината на полюсната част за подобряване на енергийната плътност на мономера също ще увеличи износването на режещия нож. Пикосекундната лазерна обработка с висока мощност от 300 W е със стабилно качество и може да работи стабилно за дълго време, дори ако материалът е удебелен, без да причинява загуба на оборудване.
2. Обща ефективност
По отношение на ефективността на прякото производство, машината за производство на пикосекундни лазерни положителни електроди с висока мощност от 300 W е на същото ниво на производство на час като производствената машина за хардуерно щанцоване, но като се има предвид, че хардуерните машини трябва да сменят ножовете веднъж на всеки три до пет дни , което неизбежно ще доведе до спиране на производствената линия и повторно пускане в експлоатация след смяната на ножа, всяка смяна на ножа означава няколко часа престой.Изцяло лазерното високоскоростно производство спестява време за смяна на инструмента и общата ефективност е по-добра.
3. Гъвкавост
За фабриките за захранващи клетки линията за ламиниране често носи различни типове клетки.Всяка смяна ще отнеме още няколко дни за хардуерното оборудване за щанцоване и като се има предвид, че някои клетки имат изисквания за щанцоване на ъгли, това допълнително ще удължи времето за смяна.
Лазерният процес, от друга страна, няма проблеми с превключването.Независимо дали става въпрос за промяна на формата или размера, лазерът може да „направи всичко“.Трябва да се добави, че в процеса на рязане, ако продукт 590 се замени с продукт 960 или дори 1200, хардуерното щанцоване изисква голям нож, докато лазерният процес изисква само 1-2 допълнителни оптични системи и рязане ефективността не е засегната.Може да се каже, че независимо дали става дума за промяна на масовото производство или пробни проби в малък мащаб, гъвкавостта на предимствата на лазера е надхвърлила горната граница на хардуерното щанцоване, за производителите на батерии, за да спестят много време .
4. Ниска обща цена
Въпреки че процесът на хардуерно щанцоване понастоящем е основният процес за рязане на стълбове и първоначалната цена на закупуване е ниска, той изисква чести ремонти на матрицата и смяна на матрицата, а тези действия по поддръжка водят до прекъсване на производствената линия и струват повече човекочасове.За разлика от това, пикосекундното лазерно решение няма други консумативи и минимални разходи за последваща поддръжка.
В дългосрочен план се очаква пикосекундното лазерно решение да замени напълно настоящия процес на хардуерно щанцоване в областта на рязане с положителен електрод с литиева батерия и да се превърне в една от ключовите точки за насърчаване на популярността на процеса на ламиниране, точно като " една малка стъпка за щанцоването на електрода, една голяма стъпка за процеса на ламиниране".Разбира се, новият продукт все още подлежи на промишлена проверка, дали решението за положително щанцоване на пикосекундния лазер може да бъде разпознато от големите производители на батерии и дали пикосекундният лазер наистина може да реши проблемите, донесени на потребителите от традиционния процес, нека да изчакаме и да видим.
Време на публикуване: 14 септември 2022 г