No hace mucho, se produjo un avance cualitativo en el proceso de corte de cátodos que había afectado a la industria durante tanto tiempo.
Procesos de apilamiento y bobinado:
En los últimos años, a medida que el nuevo mercado energético se ha vuelto popular, la capacidad instalada debaterías de energíaha aumentado año tras año, y su concepto de diseño y tecnología de procesamiento se han mejorado continuamente, entre los cuales la discusión sobre el proceso de bobinado y proceso de laminación de celdas eléctricas nunca se ha detenido. En la actualidad, la corriente principal en el mercado es la aplicación más eficiente, de menor costo y más madura del proceso de bobinado, pero este proceso es difícil de controlar el aislamiento térmico entre las celdas, lo que puede conducir fácilmente a un sobrecalentamiento local de las celdas y la riesgo de propagación desbocada térmica.
Por el contrario, el proceso de laminación puede aprovechar mejor las ventajas de los grandesceldas de batería, su seguridad, densidad de energía y control del proceso son más ventajosos que el bobinado. Además, el proceso de laminación puede controlar mejor el rendimiento de la celda; entre los usuarios de vehículos de nueva energía la tendencia es cada vez mayor, las ventajas del proceso de laminación con alta densidad de energía son más prometedoras. En la actualidad, el jefe de los fabricantes de baterías eléctricas es la investigación y producción de procesos de láminas laminadas.
Para los potenciales propietarios de vehículos de nuevas energías, la ansiedad por el kilometraje es sin duda uno de los factores clave que influyen en la elección del vehículo.Especialmente en ciudades donde las instalaciones de carga no son perfectas, existe una necesidad más urgente de vehículos eléctricos de larga autonomía. En la actualidad, la autonomía oficial de los vehículos puramente eléctricos de nueva energía se anuncia generalmente entre 300 y 500 km, y la autonomía real a menudo se descuenta de la autonomía oficial dependiendo del clima y las condiciones de la carretera. La capacidad de aumentar el alcance real está estrechamente relacionada con la densidad de energía de la celda de energía y, por lo tanto, el proceso de laminación es más competitivo.
Sin embargo, la complejidad del proceso de laminación y las numerosas dificultades técnicas que deben resolverse han limitado en cierta medida la popularidad de este proceso. Una de las principales dificultades es que las rebabas y el polvo generados durante el proceso de troquelado y laminado pueden provocar fácilmente cortocircuitos en la batería, lo que supone un enorme peligro para la seguridad. Además, el material del cátodo es la parte más costosa de la celda (los cátodos LiFePO4 representan entre el 40% y el 50% del costo de la celda, y los cátodos ternarios de litio representan un costo aún mayor), por lo que si se utiliza un cátodo eficiente y estable Si no se puede encontrar el método de procesamiento, provocará un gran desperdicio de costos para los fabricantes de baterías y limitará el desarrollo posterior del proceso de laminación.
Status quo del troquelado de hardware: gran cantidad de consumibles y techo bajo
En la actualidad, en el proceso de troquelado antes del proceso de laminación, es común en el mercado utilizar troquelado de hardware para cortar la pieza polar utilizando el espacio extremadamente pequeño entre el punzón y el troquel de herramienta inferior. Este proceso mecánico tiene una larga historia de desarrollo y su aplicación es relativamente madura, pero las tensiones provocadas por la mordida mecánica a menudo dejan el material procesado con algunas características indeseables, como esquinas colapsadas y rebabas.
Para evitar rebabas, el punzonado de hardware debe encontrar la presión lateral y la superposición de herramientas más adecuadas de acuerdo con la naturaleza y el grosor del electrodo, y después de varias rondas de pruebas antes de comenzar el procesamiento por lotes. Es más, el punzonado de hardware puede provocar el desgaste de las herramientas y la adherencia del material después de largas horas de trabajo, lo que provoca inestabilidad en el proceso y una mala calidad del corte, lo que en última instancia puede provocar un menor rendimiento de la batería e incluso riesgos para la seguridad. Los fabricantes de baterías eléctricas suelen cambiar las cuchillas cada 3 a 5 días para evitar problemas ocultos. Aunque la vida útil de la herramienta anunciada por el fabricante puede ser de 7 a 10 días, o puede cortar 1 millón de piezas, la fábrica de baterías para evitar lotes de productos defectuosos (los malos deben desecharse en lotes), a menudo cambiará la cuchilla con anticipación. y esto traerá enormes costos de consumibles.
Además, como se mencionó anteriormente, para mejorar la autonomía de los vehículos, las fábricas de baterías han estado trabajando arduamente para mejorar la densidad energética de las baterías. Según fuentes de la industria, para mejorar la densidad de energía de una sola celda, bajo el sistema químico existente, los medios químicos para mejorar la densidad de energía de una sola celda básicamente han tocado el techo, solo a través de la densidad de compactación y el espesor de la pieza polar de los dos para hacer artículos. El aumento de la densidad de compactación y del espesor del poste sin duda dañará más la herramienta, lo que significa que el tiempo para reemplazar la herramienta se acortará nuevamente.
A medida que aumenta el tamaño de la celda, las herramientas utilizadas para realizar el troquelado también deben hacerse más grandes, pero las herramientas más grandes sin duda reducirán la velocidad de operación mecánica y reducirán la eficiencia del corte. Se puede decir que los tres factores principales: calidad estable a largo plazo, tendencia de alta densidad de energía y eficiencia de corte de postes de gran tamaño determinan el límite superior del proceso de troquelado de hardware, y será difícil adaptar este proceso tradicional al futuro. desarrollo.
Soluciones láser de picosegundo para superar los desafíos positivos del troquelado
El rápido desarrollo de la tecnología láser ha demostrado su potencial en el procesamiento industrial, y la industria 3C en particular ha demostrado plenamente la confiabilidad de los láseres en el procesamiento de precisión. Sin embargo, se hicieron primeros intentos de utilizar láseres de nanosegundos para el corte de postes, pero este proceso no se promovió a gran escala debido a la gran zona afectada por el calor y las rebabas después del procesamiento con láser de nanosegundos, que no satisfacían las necesidades de los fabricantes de baterías. Sin embargo, según la investigación del autor, las empresas han propuesto una nueva solución y se han logrado ciertos resultados.
En términos de principio técnico, el láser de picosegundos puede confiar en su potencia máxima extremadamente alta para vaporizar instantáneamente el material debido a su ancho de pulso extremadamente estrecho. A diferencia del procesamiento térmico con láseres de nanosegundos, los láseres de picosegundos son procesos de ablación o reformulación con vapor con efectos térmicos mínimos, sin perlas de fusión y con bordes de procesamiento limpios, que rompen la trampa de grandes zonas afectadas por el calor y rebabas con láseres de nanosegundos.
El proceso de troquelado con láser de picosegundos ha resuelto muchos de los puntos débiles del troquelado por hardware actual, permitiendo una mejora cualitativa en el proceso de corte del electrodo positivo, que representa la mayor proporción del coste de la celda de la batería.
1. Calidad y rendimiento
El troquelado de hardware es el uso del principio de mordisco mecánico; las esquinas cortadas son propensas a sufrir defectos y requieren una depuración repetida. Los cortadores mecánicos se desgastarán con el tiempo, lo que provocará rebabas en las piezas polares, lo que afectará el rendimiento de todo el lote de celdas. Al mismo tiempo, el aumento de la densidad de compactación y el grosor de la pieza polar para mejorar la densidad de energía del monómero también aumentará el desgaste de la cuchilla de corte. El procesamiento por láser de picosegundos de alta potencia de 300 W es de calidad estable y puede funcionar de manera constante. durante mucho tiempo, incluso si el material se espesa sin causar pérdida del equipo.
2. Eficiencia general
En términos de eficiencia de producción directa, la máquina de producción de electrodos positivos con láser de picosegundos de alta potencia de 300 W tiene el mismo nivel de producción por hora que la máquina de producción de troquelado de hardware, pero considerando que la maquinaria de hardware necesita cambiar las cuchillas una vez cada tres a cinco días. , lo que inevitablemente provocará una parada de la línea de producción y una nueva puesta en servicio después del cambio de cuchilla, cada cambio de cuchilla significa varias horas de inactividad. La producción totalmente láser de alta velocidad ahorra tiempo de cambio de herramientas y la eficiencia general es mejor.
3. Flexibilidad
En el caso de las fábricas de células eléctricas, una línea de laminación suele transportar diferentes tipos de células. Cada cambio tomará unos días más para el equipo de troquelado de hardware y, dado que algunas celdas tienen requisitos de punzonado de esquinas, esto extenderá aún más el tiempo de cambio.
El proceso láser, por otro lado, no presenta la molestia de los cambios. Ya sea un cambio de forma o de tamaño, el láser puede "hacerlo todo". Cabe agregar que en el proceso de corte, si un producto 590 se reemplaza por un producto 960 o incluso un producto 1200, el troquelado por hardware requiere un cuchillo grande, mientras que el proceso láser solo requiere 1-2 sistemas ópticos adicionales y el corte. La eficiencia no se ve afectada. Se puede decir que, ya sea un cambio de producción en masa o muestras de prueba a pequeña escala, la flexibilidad de las ventajas del láser ha superado el límite superior del troquelado de hardware, lo que permite a los fabricantes de baterías ahorrar mucho tiempo. .
4. Bajo costo general
Aunque el proceso de troquelado de hardware es actualmente el proceso principal para cortar postes y el costo de compra inicial es bajo, requiere reparaciones y cambios de troquel frecuentes, y estas acciones de mantenimiento provocan tiempos de inactividad en la línea de producción y cuestan más horas de trabajo. Por el contrario, la solución láser de picosegundos no tiene otros consumibles y tiene costos mínimos de mantenimiento de seguimiento.
A largo plazo, se espera que la solución láser de picosegundos reemplace por completo el actual proceso de troquelado por hardware en el campo del corte con electrodo positivo de baterías de litio y se convierta en uno de los puntos clave para promover la popularidad del proceso de laminación, al igual que " un pequeño paso para el troquelado de electrodos, un gran paso para el proceso de laminación". Por supuesto, el nuevo producto aún está sujeto a verificación industrial, si los principales fabricantes de baterías pueden reconocer la solución de troquelado positivo del láser de picosegundo y si el láser de picosegundo realmente puede resolver los problemas que plantea a los usuarios el proceso tradicional. esperemos y veremos.
Hora de publicación: 14-sep-2022