U procesu rezanja, problemi poput brzog trošenja plijesni, dugog vremena promjene plijesni, slabe fleksibilnosti i niske učinkovitosti proizvodnje često dovode do nestabilnih procesa, što rezultira nedosljednom kvalitetom rezanja elektroda i smanjenim performansama baterije. Lasersko rezanje, zbog svojih prednosti odstupanja od vibracije, visoke preciznosti, dobre stabilnosti i nikakvih potreba za zamjenom plijesni, postupno postaje glavni tok u proizvodnji litijske baterije. Obično se koristi u procesima kao što su rezanje kartica, rezanje lima elektroda i rezanje separatora.
Karakteristike rezanja matrice elektrode baterijeMašina:
1. Prekomjerna, nedovoljna ili neravnomjerna rezanja mogu uzrokovati provale.
2. Tupi ili oštećeni rubovi rezanja mogu proizvesti burre.
3. Nepravilni uvjeti rezanja, poput lošeg kontakta između radnog komada i udara ili nepravilne visine pozicioniranja tijekom obrezivanja i probijanja, također mogu uzrokovati ukopavanje ako je visina radnog dijela niža od visine pozicioniranja, što rezultira lošim uklapanjem između oblika obrazaca i reznog ruba.
4. Povećanje temperature kalupa tijekom rada može uzrokovati promjene praznina, što dovodi do provala na plahtama izrezanih elektroda.
KarakteristikeElektroda baterijeStroj za lasersko rezanje:
1. Uske praznine rezanja.
2. Mala zona pogođena toplinom u blizini reza.
3. Minimalna lokalna deformacija.
4. Nekontaktno rezanje, čisto, sigurno i bez zagađenja.
5. Jednostavna integracija s automatiziranom opremom, olakšavanje automatizacije procesa.
6. Nema ograničenja rezanja radnih dijelova; Laserske grede imaju mogućnosti profiliranja.
7. Integracija s računalima, štednja materijala.
S obzirom na značajne sigurnosne opasnosti koje predstavljaju Burrs iz mehaničkih rezanja matrica u napajačkim baterijama, očekuje se da će lasersko rezanje biti glavna metoda u budućnosti.
Slika 1: rezanje matrice
Princip laserskog rezanja:
Usredotočena laserska snopa velike gustoće zrače list elektrode baterije koja će se rezati, brzo ga zagrijavajući na visoku temperaturu, uzrokujući da se otopi, isparava, ablatira ili dođe do točke paljenja, formirajući rupe. Dok se snop kreće preko lima, ove rupe tvore kontinuirani uski rez, dovršavajući rezanje lima elektrode.
Slika 2: Shematski dijagram principa laserskog rezanja
Glavni procesni parametri laserskog rezanja:
①Zraka Način rada:
Što je niži način rada snopa, to je manja fokusirana veličina toka, to je veća gustoća snage i gustoća energije, uže je rez i veća je učinkovitost i kvalitetu rezanja.
②polarizacija laserskog snopa:
Kao i svaka vrsta prijenosa elektromagnetskog vala, laserski snop ima električne i magnetske vektorske komponente koje su okomito jedna na drugu i na smjer širenja snopa. U optici se električni vektor smatra polarizacijskim smjerom laserskog snopa. Kad je smjer rezanja paralelan s smjerom polarizacije, prednja strana rezanja najučinkovitije apsorbira laser, što rezultira uskim rezanjem, niskim reznim okomitošću i hrapavošću i velikom brzinom rezanja.
③Laser Snaga:
Lasersko rezanje zahtijeva da se laserski snop usredotoči na najmanji promjer mjesta s najvećom gustoćom snage. Laserska snaga potrebna za rezanje uglavnom ovisi o vrsti rezanja i svojstvima rezanja materijala. Rezanje isparavanja zahtijeva najveću lasersku snagu, rezanjem taljenja, a najmanje zahtijeva rezanje taljenja uz pomoć kisika.
Formula proračuna prosječne napajanja:
Prosječna snaga=Jednostruka pulsna energija × Frekvencija ponavljanja
Formula izračuna maksimalne snage:
Vrhunska snaga=jednostruka energija pulsa / širina impulsa
Položaj fokusa:
Žarišna ravnina iznad radnog komada je pozitivno defokusiranje, a ispod radnog dijela je negativan defokus. Prema teoriji geometrijske optike, kada su pozitivne i negativne ravnine defokusiranja jednaka od površine obrade, gustoća snage na odgovarajućim ravninama približno je ista.
⑤laser žarišna dubina:
Žarišna dubina sustava fokusiranja značajno utječe na kvalitetu rezanja lasera. Ako je žarišna dubina fokusiranog snopa kratka, kut fokusiranja je velik, a veličina mjesta značajno se mijenja u blizini fokusa, laserska gustoća snage na površini materijala uvelike će se razlikovati s različitim položajima fokusa, što uvelike utječe na rezanje. Za lasersko rezanje, položaj fokusa trebao bi biti uključen ili malo ispod površine radnog komada kako bi se postigla maksimalna dubina rezanja i najmanja širina rezanja.
Budući da listovi elektroda litij-ion imaju dvostranu strukturu sloja sakupljanja sloja srednjeg metala, a svojstva premaza i metalne folije uvelike se razlikuju, njihovi se odgovori na lasersko djelovanje također razlikuju. Kad laser djeluje na negativni grafitni sloj ili pozitivni aktivni materijal, zbog velike brzine apsorpcije lasera i male toplinske vodljivosti, premaz zahtijeva relativno nisku lasersku energiju za taljenje i isparavanje. Suprotno tome, kolekcionar metalne struje odražava laser i ima brzu toplinsku provodljivost, tako da je laserska energija potrebna za taljenje i isparavanje metalnog sloja veća.
Slika 3: Sastav bakra i raspodjela temperature u smjeru debljine jednostruke obložene negativne elektrode pod laserskim djelovanjem
Slika 3 prikazuje sastav bakra i raspodjelu temperature u smjeru debljine jednostruke obložene negativne elektrode pod laserskim djelovanjem. Kad laser djeluje na grafitni sloj, grafit se uglavnom isparava zbog svojih svojstava materijala. Kad laser prodire u bakrenu foliju, folija se počinje rastopiti, tvoreći rastopljeni bazen. Ako su parametri procesa neprimjereni, mogu se pojaviti problemi: (1) Prekrivanje ljuštenja na reznom rubu, izlažući metalnu foliju, kao što je prikazano na lijevoj slici na slici 4; (2) Velika količina rezanih krhotina oko reznog ruba. Ovi problemi mogu dovesti do smanjenih performansi baterije i problema s kvalitetom sigurnosti, kao što je prikazano na desnoj slici na slici 4.. Stoga je, kada se koristi lasersko rezanje, potrebno optimizirati parametre procesa na temelju svojstava aktivnog materijala i metalne folije kako bi se osiguralo potpuno rezanje lima elektroda i dobre kvalitete ruba rezanja bez ostavljanja metalnih obroka.
Slika 4: Izjava rezanja: Izložena metalna folija i krhotine za rezanje
Upute za poboljšanje za lasersko rezanje:
1. Učinkovitost rezanja: Trenutna razina 60-90 m/min nastavit će se poboljšati, s očekivanom razinom 120-180 m/min u roku od tri godine.
2. Kvaliteta rezanja: Trenutno se lasersko rezanje ne može izravno koristiti na ternarnim katodnim materijalima. Budući napredak u novim laserskim tipovima i laserskim procesima može omogućiti lasersko rezanje ternarnih katodnih materijala. Uz to, problemi s kvalitetom rezanja kao što su zone zahvaćene toplinom, burmi i rastaljenih zrnca mogu se poboljšati mehaničkom stabilnošću i laserskim poboljšanjima procesa.
3. Stabilnost opreme: To uključuje poboljšanje stabilnosti same opreme povećanjem operativne dostupnosti i optimizacijom vremena utovara i istovara kako bi se poboljšala ukupna učinkovitost opreme (OEE) i srednje vrijeme između kvarova (MTBF). Također uključuje poboljšanje dosljednosti kvalitete proizvoda poboljšanjem indeksa sposobnosti procesa (CPK).
4. Integriranje internetskog otkrivanja, kontrole PLC-a i kontrole gornjeg računala za inteligenciju s jednim mašinom. Zatim, povezivanjem s tvorničkim informacijskim sustavima i optimiziranjem prikupljanja podataka s jednim strojem, postizanjem inteligencije u punoj liniji.
