În procesul de tăiere, probleme precum uzura rapidă a mucegaiului, timpii lungi de schimbare a mucegaiului, flexibilitatea slabă și eficiența scăzută a producției duc adesea la procese instabile, ceea ce duce la calitatea de tăiere a electrodului inconsistentă și la reducerea performanței bateriei. Tăierea cu laser, datorită avantajelor sale de abatere a vibrațiilor, precizie ridicată, stabilitate bună și nu este nevoie de înlocuirea mucegaiului, a devenit treptat mainstream în fabricarea bateriilor de litiu. Este utilizat în mod obișnuit în procese precum tăierea filelor, tăierea foii de electrozi și tăierea separatorului.
Caracteristicile tăierii matriței electrodului baterieiMaşină:
1.. Lacune de tăiere excesivă, insuficientă sau inegală pot provoca burrs.
2. Marginile de tăiere plictisitoare sau deteriorate pot produce burrs.
3. Condiții de tăiere necorespunzătoare, cum ar fi contactul slab între piesa de prelucrat și pumnul sau matrița, sau înălțimea de poziționare necorespunzătoare în timpul tunderii și perforației, poate provoca, de asemenea, burrs dacă înălțimea piesei este mai mică decât înălțimea de poziționare, ceea ce duce la o potrivire slabă între forma piesei și marginea de tăiere.
4. Creșterea temperaturii mucegaiului în timpul funcționării poate provoca schimbări de decalaj, ceea ce duce la burrs pe foile de electrod tăiate.
Caracteristici aleElectrod cu baterieMașină de tăiere cu laser:
1.. Goluri de tăiere înguste.
2. Zona mică afectată de căldură lângă marginea de tăiere.
3. Deformarea locală minimă.
4. Tăiere fără contact, curat, sigur și fără poluare.
5. Integrare ușoară cu echipamente automate, facilitare automatizarea proceselor.
6. Fără restricții privind tăierea pieselor; Grinzile laser au capacități de profilare.
7. Integrarea cu calculatoarele, materialele de economisire.
Având în vedere pericolele semnificative de siguranță prezentate de burr -uri din tăierea mecanică a matriilor în bateriile de energie, tăierea cu laser este de așteptat să fie metoda principală în viitor.
Figura 1: Tăierea morții
Principiul tăierii cu laser:
Un fascicul laser cu densitate de mare putere focalizat iradiază foaia de electrod a bateriei pentru a fi tăiată, încălzirea rapidă a acesteia la o temperatură ridicată, determinând să se topească, să se vaporizeze, să se ablaze sau să ajungă la punctul de aprindere, formând găuri. Pe măsură ce fasciculul se deplasează pe foaie, aceste găuri formează o tăietură îngustă continuă, completând tăierea foii de electrod.
Figura 2: Diagrama schematică a principiului tăierii laserului
Principalii parametri ai procesului de tăiere laser:
Mod ①beam:
Cu cât este mai scăzută modul fascicul, cu atât dimensiunea punctului focalizat este mai mică, cu atât densitatea puterii și densitatea energetică, cu atât este mai restrânsă tăierea și cu atât eficiența și calitatea de tăiere este mai mare.
②Polarizarea fasciculului laser:
Ca orice tip de transmisie a undelor electromagnetice, un fascicul laser are componente vectoriale electrice și magnetice care sunt perpendiculare între ele și cu direcția de propagare a fasciculului. În optică, vectorul electric este considerat direcția de polarizare a fasciculului laser. Când direcția de tăiere este paralelă cu direcția de polarizare, frontul de tăiere absoarbe cel mai eficient laserul, rezultând o tăietură îngustă, perpendicularitate și rugozitate redusă și viteză de tăiere ridicată.
Powers Wolser:
Tăierea cu laser necesită ca fasciculul laser să fie concentrat pe cel mai mic diametru spot cu cea mai mare densitate de putere. Puterea laser necesară pentru tăiere depinde în principal de tipul de tăiere și de proprietățile materialului tăiat. Tăierea vaporizării necesită cea mai mare putere laser, prin topirea tăierii, iar tăierea de topire asistată de oxigen necesită cel mai puțin.
Formula medie de calcul al puterii:
Putere medie=Energie unică a impulsului × frecvență de repetare
Formula maximă de calculare a puterii:
Putere maxim
④ Focus Poziția:
Planul focal de deasupra piesei de lucru este defocus pozitiv, iar sub piesa de prelucrat este defocus negativ. Conform teoriei optice geometrice, atunci când planurile defocus pozitive și negative sunt echidistante de la suprafața de procesare, densitatea puterii de pe planurile corespunzătoare este aproximativ aceeași.
⑤laser Adâncime focală:
Adâncimea focală a sistemului de focalizare afectează semnificativ calitatea tăierii cu laser. Dacă adâncimea focală a fasciculului focalizat este scurtă, unghiul de focalizare este mare, iar dimensiunea spotului se schimbă semnificativ în apropierea focalizării, densitatea puterii laser pe suprafața materialului va varia foarte mult cu poziții de focalizare diferite, afectând foarte mult tăierea. Pentru tăierea cu laser, poziția de focalizare ar trebui să fie pe sau puțin sub suprafața piesei de lucru pentru a atinge adâncimea maximă de tăiere și cea mai mică lățime de tăiere.
Deoarece foile de electrod cu baterii cu ioni de litiu au o acoperire cu două fețe + structura stratului de colecție de curent metalic mediu, iar proprietățile de acoperire și folie metalică diferă foarte mult, răspunsurile lor la acțiunea laser diferă. Când laserul acționează asupra stratului de grafit negativ sau a stratului de material activ pozitiv, datorită ratei lor ridicate de absorbție laser și a conductivității termice scăzute, acoperirea necesită o energie laser relativ scăzută pentru topire și vaporizare. În schimb, colectorul de curent metalic reflectă laserul și are o conducere termică rapidă, astfel încât energia laser necesară pentru topirea și vaporizarea stratului de metal este mai mare.
Figura 3: Compoziția de cupru și distribuția temperaturii în direcția de grosime a unui electrod negativ acoperit cu o singură față sub acțiune laser
Figura 3 prezintă compoziția de cupru și distribuția temperaturii în direcția de grosime a unui electrod negativ acoperit cu o singură față sub acțiune laser. Când laserul acționează pe stratul de grafit, grafitul se vaporizează în principal datorită proprietăților sale materiale. Când laserul pătrunde în folia de cupru, folia începe să se topească, formând o piscină topită. Dacă parametrii procesului sunt necorespunzători, pot apărea probleme: (1) acoperirea cojiți la marginea tăiată, expunând folia metalică, așa cum se arată în imaginea din stânga din figura 4; (2) O cantitate mare de resturi de tăiere în jurul marginii tăiate. Aceste probleme pot duce la reducerea performanței bateriei și a problemelor de calitate a siguranței, așa cum se arată în imaginea corectă a figurii 4. Prin urmare, atunci când utilizați tăierea cu laser, este necesar să optimizăm parametrii procesului pe baza proprietăților materialului activ și folie metalică pentru a asigura tăierea completă a foii de electrod și o calitate bună a marginilor tăiate fără a părăsi resturile metalice.
Figura 4: Probleme de ultimă oră: folie metalică expusă și resturi de tăiere
Direcții de îmbunătățire pentru tăierea cu laser:
1. Eficiența de tăiere: Nivelul actual de 60-90 m/min va continua să se îmbunătățească, cu un nivel preconizat de 120-180 m/min în termen de trei ani.
2. Calitatea tăierii: În prezent, tăierea cu laser nu poate fi utilizată direct pe zonele de materiale catodice ternare. Progresele viitoare în noile tipuri de laser și procese laser pot permite tăierea cu laser a materialelor catodice ternare. În plus, reducerea problemelor de calitate, cum ar fi zonele afectate de căldură, burrs și mărgele topite pot fi îmbunătățite prin stabilitate mecanică și îmbunătățiri ale proceselor laser.
3. Stabilitatea echipamentului: Aceasta include îmbunătățirea stabilității echipamentului în sine prin creșterea disponibilității operaționale și optimizarea timpilor de încărcare și descărcare pentru a îmbunătăți eficacitatea generală a echipamentelor (OEE) și timpul mediu între eșecuri (MTBF). De asemenea, implică îmbunătățirea consistenței calității produsului prin îmbunătățirea indicelui de capacitate a procesului (CPK).
4. Inteligență: realizarea inteligenței cu o singură mașină și apoi inteligența completă. Integrarea detectării online, a controlului PLC și a controlului computerului superior pentru inteligența cu o singură mașină. Apoi, prin conectarea la sistemele de informații din fabrică și optimizarea colectării de date cu o singură mașină, realizând informații complete.
