No processo de corte, problemas como desgaste rápido de molde, longos tempos de troca de moldes, baixa flexibilidade e baixa eficiência de produção geralmente levam a processos instáveis, resultando em qualidade inconsistente de corte de eletrodos e desempenho reduzido da bateria. O corte a laser, devido às suas vantagens de desvio de vibração, alta precisão, boa estabilidade e nenhuma necessidade de substituição do molde, tornou -se gradualmente popular na fabricação de bateria de lítio. É comumente usado em processos como corte de guias, corte de folha de eletrodos e corte de separador.
Características do corte de matriz do eletrodo da bateriaMáquina:
1. As lacunas de corte excessivas, insuficientes ou desiguais podem causar rebarbas.
2. As bordas de corte opacas ou danificadas podem produzir rebarbas.
3. Condições de corte inadequadas, como baixo contato entre a peça de trabalho e o soco ou o dado, ou a altura inadequada de posicionamento durante o corte e o perfuração, também podem causar rebarbas se a altura da peça de trabalho for menor que a altura do posicionamento, resultando em mau ajuste entre a forma da peça de trabalho e a borda de corte.
4. O aumento da temperatura do molde durante a operação pode causar alterações de lacunas, levando a rebarbas nas folhas de eletrodos cortadas.
Características deEletrodo da bateriaMáquina de corte a laser:
1. Lacunas de corte estreitas.
2. Pequena zona afetada pelo calor perto da aresta de corte.
3. Deformação local mínima.
4. Corte sem contato, limpo, seguro e sem poluição.
5. Integração fácil com equipamentos automatizados, facilitando a automação de processos.
6. Não há restrições ao corte de peças de trabalho; As vigas a laser têm recursos de perfil.
7. Integração com computadores, salvando materiais.
Dados os riscos de segurança significativos representados pelas rebarbas do corte mecânico de matrizes em baterias de energia, o corte a laser deve ser o principal método no futuro.
Figura 1: Corte de matriz
Princípio do corte a laser:
Um feixe de laser de alta potência focado irradia a folha de eletrodo da bateria a ser cortada, aquecendo-a rapidamente a uma temperatura alta, fazendo com que ela derreta, vaporize, ablate ou atinja o ponto de ignição, formando orifícios. À medida que o feixe se move através da folha, esses orifícios formam um corte estreito contínuo, completando o corte da folha de eletrodo.
Figura 2: Diagrama esquemático do princípio de corte a laser
Principais parâmetros de processo do corte a laser:
① Modo de raio:
Quanto menor o modo de feixe, menor o tamanho do ponto focado, maior a densidade de potência e a densidade de energia, mais estreito o corte e maior a eficiência e a qualidade de corte.
② Polarização do feixe a laser:
Como qualquer tipo de transmissão de onda eletromagnética, um feixe de laser possui componentes vetoriais elétricos e magnéticos que são perpendiculares entre si e à direção da propagação do feixe. Na óptica, o vetor elétrico é considerado a direção da polarização do feixe a laser. Quando a direção de corte é paralela à direção da polarização, a frente de corte absorve o laser com mais eficiência, resultando em um corte estreito, baixa perpendicularidade e rugosidade e alta velocidade de corte.
③Laser Potência:
O corte a laser exige que o feixe de laser seja focado no menor diâmetro do ponto com a maior densidade de potência. A energia do laser necessária para o corte depende principalmente do tipo de corte e das propriedades do material que está sendo cortado. O corte de vaporização requer a maior potência do laser, derretendo o corte e o corte de fusão assistido por oxigênio exige o mínimo.
Fórmula de cálculo médio de energia:
Energia média=energia de pulso único × frequência de repetição
Fórmula de cálculo de potência de pico:
Potência de pico=energia de pulso único / largura do pulso
④ Posição do foco:
O plano focal acima da peça de trabalho é um desfocamento positivo e abaixo da peça de trabalho é um desfocagem negativo. De acordo com a teoria da óptica geométrica, quando os planos de desfocagem positiva e negativa são equidistantes da superfície de processamento, a densidade de potência nos planos correspondentes é aproximadamente a mesma.
⑤Laser Profundidade focal:
A profundidade focal do sistema de foco afeta significativamente a qualidade do corte a laser. Se a profundidade focal do feixe focada for curto, o ângulo de foco é grande e o tamanho do ponto muda significativamente próximo ao foco, a densidade de potência do laser na superfície do material varia muito com diferentes posições de foco, afetando bastante o corte. Para o corte a laser, a posição de foco deve estar ligada ou ligeiramente abaixo da superfície da peça de trabalho para obter a profundidade máxima de corte e a menor largura de corte.
Como as folhas de eletrodo de bateria de íons de lítio têm uma estrutura de camada de coletor de corrente de corrente de metal médio e as propriedades do revestimento e da folha de metal diferem bastante, suas respostas à ação do laser também diferem. Quando o laser atua na camada de grafite negativa ou na camada de material ativo positivo, devido à sua alta taxa de absorção a laser e baixa condutividade térmica, o revestimento requer energia laser relativamente baixa para fusão e vaporização. Por outro lado, o coletor de corrente de metal reflete o laser e possui uma condução térmica rápida; portanto, a energia do laser necessária para a fusão e vaporização da camada de metal é maior.
Figura 3: Composição de cobre e distribuição de temperatura na direção da espessura de um eletrodo negativo revestido de um lado em ação sob ação do laser
A Figura 3 mostra a composição de cobre e a distribuição de temperatura na direção da espessura de um eletrodo negativo revestido de um lado sob ação do laser. Quando o laser age na camada de grafite, a grafite vaporiza principalmente devido às suas propriedades do material. Quando o laser penetra na folha de cobre, a folha começa a derreter, formando uma piscina derretida. Se os parâmetros do processo forem inapropriados, poderão ocorrer problemas: (1) descascamento do revestimento na borda do corte, expondo a folha de metal, como mostrado na imagem esquerda da Figura 4; (2) Uma grande quantidade de detritos de corte ao redor da borda cortada. Esses problemas podem levar ao desempenho reduzido da bateria e aos problemas de qualidade de segurança, conforme mostrado na imagem certa da Figura 4. Portanto, ao usar o corte a laser, é necessário otimizar os parâmetros do processo com base nas propriedades do material ativo e da folha de metal para garantir o corte completo da folha de eletrodos e a boa qualidade da borda de corte sem deixar detritos metálicos.
Figura 4: Problemas de ponta: folha de metal exposta e detritos de corte
Instruções de melhoria para corte a laser:
1. Eficiência de corte: o nível atual de 60-90 m/min continuará a melhorar, com um nível esperado de 120-180 m/min em três anos.
2. Qualidade de corte: Atualmente, o corte a laser não pode ser usado diretamente em áreas de material cátodo ternário. Avanços futuros em novos tipos de laser e processos a laser podem permitir o corte a laser de materiais de cátodo ternário. Além disso, problemas de qualidade de qualidade, como zonas afetadas pelo calor, reviravoltas e contas derretidas, podem ser melhoradas através da estabilidade mecânica e dos aprimoramentos de processos a laser.
3. Estabilidade do equipamento: isso inclui melhorar a estabilidade do próprio equipamento, aumentando a disponibilidade operacional e otimizando os tempos de carregamento e descarregamento para melhorar a eficácia geral do equipamento (OEE) e o tempo médio entre as falhas (MTBF). Também envolve a melhoria da consistência da qualidade do produto, aprimorando o Índice de Capacidade de Processo (CPK).
4. Inteligência: alcançar inteligência de máquina única e depois inteligência de linha completa. Integração de detecção on-line, controle de PLC e controle superior do computador para inteligência de máquina única. Em seguida, conectando-se aos sistemas de informação da fábrica e otimizando a coleta de dados de máquina única, alcançando a inteligência de linha completa.
