Non molto tempo fa si è verificato un progresso qualitativo nel processo di taglio catodico che ha afflitto il settore per così tanto tempo.
Processi di impilamento e avvolgimento:
Negli ultimi anni, poiché il nuovo mercato energetico è diventato caldo, la capacità installata dibatterie di alimentazioneè aumentato di anno in anno e il loro concetto di design e la tecnologia di lavorazione sono stati continuamente migliorati, tra cui la discussione sul processo di avvolgimento e sul processo di laminazione delle celle elettriche non si è mai fermata. Attualmente, la tendenza principale del mercato è l'applicazione più efficiente, più economica e più matura del processo di avvolgimento, ma questo processo è difficile da controllare e l'isolamento termico tra le celle, che può facilmente portare al surriscaldamento locale delle celle e del rischio di diffusione dell’instabilità termica.
Al contrario, il processo di laminazione può sfruttare meglio i vantaggi del grandecelle della batteria, la sua sicurezza, densità energetica, controllo del processo sono più vantaggiosi dell'avvolgimento. Inoltre, il processo di laminazione può controllare meglio la resa delle celle, tra gli utenti della gamma di veicoli a nuova energia la tendenza è sempre più elevata, i vantaggi dell'elevata densità di energia del processo di laminazione sono più promettenti. Allo stato attuale, i produttori di batterie di alimentazione sono impegnati nella ricerca e nella produzione del processo di fogli laminati.
Per i potenziali proprietari di veicoli a nuova energia, l’ansia da chilometraggio è senza dubbio uno dei fattori chiave che influenzano la scelta del veicolo.Soprattutto nelle città dove le strutture di ricarica non sono perfette, c’è un bisogno più urgente di veicoli elettrici a lungo raggio. Al momento, l’autonomia ufficiale dei veicoli elettrici puri a nuova energia è generalmente annunciata a 300-500 km, con l’autonomia reale spesso scontata rispetto all’autonomia ufficiale a seconda del clima e delle condizioni stradali. La capacità di aumentare l'autonomia reale è strettamente correlata alla densità energetica della cella di potenza, e il processo di laminazione è quindi più competitivo.
Tuttavia, la complessità del processo di laminazione e le numerose difficoltà tecniche che devono essere risolte hanno limitato in una certa misura la popolarità di questo processo. Una delle principali difficoltà è che le bave e la polvere generate durante il processo di fustellatura e laminazione possono facilmente causare cortocircuiti nella batteria, il che rappresenta un enorme pericolo per la sicurezza. Inoltre, il materiale del catodo è la parte più costosa della cella (i catodi LiFePO4 rappresentano il 40%-50% del costo della cella e i catodi al litio ternari rappresentano un costo ancora più elevato), quindi se un catodo efficiente e stabile Non è possibile trovare un metodo di lavorazione, ciò causerebbe grandi sprechi di costi per i produttori di batterie e limiterebbe l’ulteriore sviluppo del processo di laminazione.
Status quo della fustellatura dell'hardware: materiali di consumo elevati e soffitto basso
Attualmente, nel processo di fustellatura prima del processo di laminazione, è comune sul mercato utilizzare la punzonatura dell'hardware per tagliare l'espansione polare utilizzando lo spazio estremamente ridotto tra il punzone e la matrice dell'utensile inferiore. Questo processo meccanico ha una lunga storia di sviluppo ed è relativamente maturo nella sua applicazione, ma le sollecitazioni provocate dal morso meccanico spesso lasciano il materiale lavorato con alcune caratteristiche indesiderabili, come angoli collassati e bave.
Per evitare bave, la punzonatura dell'hardware deve trovare la pressione laterale e la sovrapposizione dell'utensile più adatte in base alla natura e allo spessore dell'elettrodo e dopo diversi cicli di test prima di iniziare la lavorazione in batch. Inoltre, la punzonatura dell'hardware può causare l'usura dell'utensile e l'adesione del materiale dopo lunghe ore di lavoro, portando all'instabilità del processo, con conseguente scarsa qualità di taglio, che alla fine può portare a una minore resa della batteria e persino a rischi per la sicurezza. I produttori di batterie di alimentazione spesso cambiano i coltelli ogni 3-5 giorni per evitare problemi nascosti. Anche se la durata dell'utensile annunciata dal produttore può essere di 7-10 giorni, o può tagliare 1 milione di pezzi, ma la fabbrica di batterie per evitare lotti di prodotti difettosi (è necessario scartarli in lotti), spesso cambia il coltello in anticipo, e questo comporterà enormi costi per i materiali di consumo.
Inoltre, come accennato in precedenza, al fine di migliorare l’autonomia dei veicoli, le fabbriche di batterie hanno lavorato duramente per migliorare la densità energetica delle batterie. Secondo fonti industriali, al fine di migliorare la densità energetica di una singola cella, con il sistema chimico esistente, i mezzi chimici per migliorare la densità energetica di una singola cella hanno sostanzialmente toccato il limite, solo attraverso la densità di compattazione e lo spessore di l'elemento polare dei due per fare articoli. L’aumento della densità di compattazione e dello spessore del palo danneggerà sicuramente di più l’utensile, il che significa che il tempo per sostituire l’utensile sarà nuovamente ridotto.
Con l'aumento delle dimensioni della cella, anche gli strumenti utilizzati per eseguire la fustellatura devono essere ingranditi, ma strumenti più grandi ridurranno senza dubbio la velocità delle operazioni meccaniche e l'efficienza del taglio. Si può dire che i tre fattori principali: qualità stabile a lungo termine, tendenza all'elevata densità energetica ed efficienza di taglio dei pali di grandi dimensioni determinano il limite superiore del processo di fustellatura dell'hardware e questo processo tradizionale sarà difficile da adattare al futuro sviluppo.
Soluzioni laser a picosecondi per superare le sfide positive della fustellatura
Il rapido sviluppo della tecnologia laser ha mostrato il suo potenziale nella lavorazione industriale, e il settore 3C in particolare ha pienamente dimostrato l’affidabilità dei laser nella lavorazione di precisione. Tuttavia, furono fatti i primi tentativi per utilizzare laser a nanosecondi per il taglio dei poli, ma questo processo non fu promosso su larga scala a causa dell'ampia zona influenzata dal calore e delle bave dopo la lavorazione con laser a nanosecondi, che non soddisfacevano le esigenze dei produttori di batterie. Tuttavia, secondo la ricerca dell'autore, le aziende hanno proposto una nuova soluzione e alcuni risultati sono stati raggiunti.
Dal punto di vista tecnico, il laser a picosecondi, grazie alla sua larghezza di impulso estremamente ridotta, può vaporizzare istantaneamente il materiale grazie alla sua potenza di picco estremamente elevata. A differenza del trattamento termico con laser a nanosecondi, i laser a picosecondi sono processi di ablazione di vapore o riformulazione con effetti termici minimi, senza gocce di fusione e bordi di lavorazione netti, che rompono la trappola di grandi zone interessate dal calore e sbavature con i laser a nanosecondi.
Il processo di fustellatura laser a picosecondi ha risolto molti dei punti critici dell’attuale fustellatura dell’hardware, consentendo un miglioramento qualitativo nel processo di taglio dell’elettrodo positivo, che rappresenta la quota maggiore del costo della cella della batteria.
1. Qualità e resa
La fustellatura dell'hardware utilizza il principio della roditura meccanica, gli angoli di taglio sono soggetti a difetti e richiedono un debug ripetuto. Le frese meccaniche si usureranno nel tempo, provocando bave sulle espansioni polari, che influiscono sulla resa dell'intero lotto di celle. Allo stesso tempo, la maggiore densità di compattazione e lo spessore dell'espansione polare per migliorare la densità energetica del monomero aumenteranno anche l'usura del coltello da taglio. La lavorazione laser a picosecondi ad alta potenza da 300 W è di qualità stabile e può funzionare stabilmente per lungo tempo, anche se il materiale si ispessisce senza causare perdite all'apparecchiatura.
2. Efficienza complessiva
In termini di efficienza della produzione diretta, la macchina per la produzione di elettrodi positivi laser a picosecondi ad alta potenza da 300 W ha lo stesso livello di produzione oraria della macchina per la produzione di fustellatrici hardware, ma considerando che i macchinari hardware devono cambiare i coltelli una volta ogni tre-cinque giorni , che inevitabilmente porterà all'arresto della linea di produzione e alla rimessa in servizio dopo il cambio dei coltelli, ogni cambio dei coltelli significa diverse ore di fermo macchina. La produzione ad alta velocità interamente laser consente di risparmiare tempo nel cambio utensile e l'efficienza complessiva è migliore.
3. Flessibilità
Per le fabbriche di celle elettriche, una linea di laminazione spesso trasporta diversi tipi di celle. Ogni cambio richiederà qualche giorno in più per l'attrezzatura per la fustellatura dell'hardware e, dato che alcune celle hanno requisiti di punzonatura degli angoli, ciò prolungherà ulteriormente il tempo di cambio.
Il processo laser, invece, non presenta il fastidio dei cambi formato. Che si tratti di un cambiamento di forma o di dimensione, il laser può "fare tutto". Va aggiunto che nel processo di taglio, se si sostituisce un prodotto 590 con un prodotto 960 o addirittura 1200, la fustellatura della ferramenta richiede un coltello di grandi dimensioni, mentre il processo laser richiede solo 1-2 sistemi ottici aggiuntivi e il taglio l'efficienza non viene influenzata. Si può dire che, che si tratti di un cambiamento nella produzione di massa o di campioni di prova su piccola scala, la flessibilità dei vantaggi del laser ha superato il limite superiore della fustellatura dell'hardware, consentendo ai produttori di batterie di risparmiare molto tempo .
4. Costo complessivo basso
Sebbene il processo di fustellatura dell'hardware sia attualmente il processo principale per il taglio dei pali e il costo di acquisto iniziale sia basso, richiede frequenti riparazioni e sostituzioni degli stampi e queste azioni di manutenzione portano a tempi di fermo della linea di produzione e costano più ore di manodopera. Al contrario, la soluzione laser a picosecondi non prevede altri materiali di consumo e ha costi di manutenzione successivi minimi.
A lungo termine, si prevede che la soluzione laser a picosecondi sostituirà completamente l'attuale processo di fustellatura dell'hardware nel campo del taglio degli elettrodi positivi delle batterie al litio e diventerà uno dei punti chiave per promuovere la popolarità del processo di laminazione, proprio come " un piccolo passo per la fustellatura dell'elettrodo, un grande passo per il processo di laminazione". Naturalmente, il nuovo prodotto è ancora soggetto a verifica industriale, se la soluzione di fustellatura positiva del laser a picosecondi può essere riconosciuta dai principali produttori di batterie e se il laser a picosecondi può davvero risolvere i problemi posti agli utenti dal processo tradizionale, aspettiamo e vediamo.
Orario di pubblicazione: 14 settembre 2022