En el proceso de corte, problemas como el desgaste rápido del moho, los largos tiempos de cambio de moho, la mala flexibilidad y la baja eficiencia de producción a menudo conducen a procesos inestables, lo que resulta en una calidad de corte de electrodos inconsistente y un rendimiento reducido de la batería. El corte láser, debido a sus ventajas de no desviación de vibración, alta precisión, buena estabilidad y no necesidad de reemplazo de moho, se ha convertido gradualmente en la fabricación de baterías de litio. Se usa comúnmente en procesos como corte de pestañas, la reducción de la lámina de electrodos y la reducción del separador.
Características del corte del electrodo de la bateríaMáquina:
1. Los espacios de corte excesivos, insuficientes o desiguales pueden causar rebabas.
2. Los bordes de corte aburridos o dañados pueden producir rebabas.
3. Condiciones de corte incorrectas, como el mal contacto entre la pieza de trabajo y el golpe o el troquel, o la altura de posicionamiento inadecuado durante el recorte y el golpe, también pueden causar rebabas si la altura de la pieza de trabajo es menor que la altura de posicionamiento, lo que resulta en un ajuste deficiente entre la forma de la pieza de trabajo y el borde de corte.
4. El aumento de la temperatura del moho durante la operación puede causar cambios en la brecha, lo que provoca rebabas en las láminas de electrodo de corte.
Características deElectrodo de bateríaMáquina de corte láser:
1. Espacios de corte estrechos.
2. Pequeña zona afectada por el calor cerca del filo.
3. Deformación local mínima.
4. Corte sin contacto, limpio, seguro y sin contaminación.
5. Fácil integración con equipos automatizados, facilitando la automatización de procesos.
6. No hay restricciones para cortar piezas de trabajo; Las vigas láser tienen capacidades de perfil.
7. Integración con computadoras, ahorrando materiales.
Dados los riesgos de seguridad significativos que plantean los rebabas del corte de troqueles mecánicos en baterías eléctricas, se espera que el corte con láser sea el método principal en el futuro.
Figura 1: Corte de matriz
Principio de corte láser:
Un haz de láser de alta potencia enfocada irradia la lámina de electrodo de la batería que se calienta rápidamente a una temperatura alta, lo que hace que se derrita, vaporice, ablata o alcance el punto de encendido, formando agujeros. A medida que el haz se mueve a través de la lámina, estos agujeros forman un corte estrecho continuo, completando el corte de la lámina de electrodos.
Figura 2: Diagrama esquemático del principio de corte láser
Parámetros del proceso principal del corte láser:
① Modo de rayo:
Cuanto más bajo sea el modo de haz, más pequeño es el tamaño de la mancha enfocada, mayor es la densidad de potencia y la densidad de energía, más estrecho es el corte y mayor será la eficiencia y la calidad de los cortes.
② Parolarización del haz láser:
Como cualquier tipo de transmisión de onda electromagnética, un haz láser tiene componentes vectoriales eléctricos y magnéticos que son perpendiculares entre sí y a la dirección de la propagación del haz. En óptica, el vector eléctrico se considera la dirección de polarización del haz láser. Cuando la dirección de corte es paralela a la dirección de polarización, el frente de corte absorbe el láser de manera más eficiente, lo que resulta en una perpendicularidad y rugosidad de corte bajo, bajo, y alta velocidad de corte.
③ Power de Laser:
El corte con láser requiere que el haz láser se centre en el diámetro de punto más pequeño con la mayor densidad de potencia. La potencia del láser requerida para cortar principalmente el tipo de corte y las propiedades del material que se corta. El corte de vaporización requiere la potencia láser más alta, por corte por fusión, y el corte de fusión asistido por oxígeno requiere lo menos.
Fórmula promedio de cálculo de potencia:
Potencia promedio=Energía de pulso único × frecuencia de repetición
Fórmula de cálculo de potencia máxima:
Potencia máxima=Energía de pulso único / ancho de pulso
④ Posición de enfoque:
El plano focal por encima de la pieza de trabajo es un desenfoque positivo, y debajo de la pieza de trabajo está negativo. Según la teoría de la óptica geométrica, cuando los planos de desenfoque positivos y negativos son equidistantes de la superficie de procesamiento, la densidad de potencia en los planos correspondientes es aproximadamente el mismo.
⑤ Profundidad focal del Laser:
La profundidad focal del sistema de enfoque afecta significativamente la calidad del corte por láser. Si la profundidad focal del haz enfocado es corta, el ángulo de enfoque es grande y el tamaño de la mancha cambia significativamente cerca del foco, la densidad de potencia del láser en la superficie del material variará mucho con diferentes posiciones de enfoque, afectando en gran medida el corte. Para el corte con láser, la posición de enfoque debe estar ligeramente debajo de la superficie de la pieza de trabajo para lograr la máxima profundidad de corte y el ancho de corte más pequeño.
Dado que las láminas de electrodo de la batería de iones de litio tienen una estructura de capa de colección de corriente de metal media de recubrimiento de doble cara + de la corriente media, y las propiedades del recubrimiento y la lámina de metal difieren enormemente, sus respuestas a la acción del láser también difieren. Cuando el láser actúa sobre la capa de grafito negativa o la capa de material activo positivo, debido a su alta tasa de absorción de láser y baja conductividad térmica, el recubrimiento requiere energía láser relativamente baja para la fusión y la vaporización. En contraste, el colector de corriente de metal refleja el láser y tiene una conducción térmica rápida, por lo que la energía del láser requerida para la fusión y la vaporización de la capa metálica es mayor.
Figura 3: Composición de cobre y distribución de temperatura en la dirección de espesor de un electrodo negativo recubierto de un solo lado bajo acción láser
La Figura 3 muestra la composición de cobre y la distribución de temperatura en la dirección del espesor de un electrodo negativo recubierto de un solo lado bajo la acción del láser. Cuando el láser actúa sobre la capa de grafito, el grafito se vaporiza principalmente debido a las propiedades de sus materiales. Cuando el láser penetra en la lámina de cobre, la lámina comienza a derretirse, formando una piscina fundida. Si los parámetros del proceso son inapropiados, pueden ocurrir problemas: (1) recubrimiento de despeje en el borde de corte, exponiendo la lámina de metal, como se muestra en la imagen izquierda de la Figura 4; (2) Una gran cantidad de escombros de corte alrededor del borde de corte. Estos problemas pueden conducir a problemas reducidos de rendimiento de la batería y calidad de seguridad, como se muestra en la imagen correcta de la Figura 4. Por lo tanto, cuando se usa el corte láser, es necesario optimizar los parámetros del proceso en función de las propiedades del material activo y el lámina de metal para garantizar el corte completo de la lámina de electrodos y la buena calidad de borde de corte sin dejar los desechos metálicos.
Figura 4: Problemas de vanguardia: lámina de metal expuesto y escombros de corte
Instrucciones de mejora para el corte láser:
1. Eficiencia de corte: el nivel actual de 60-90 m/min continuará mejorando, con un nivel esperado de 120-180 m/min dentro de tres años.
2. Calidad de corte: actualmente, el corte láser no se puede usar directamente en las áreas de material de cátodo ternario. Los avances futuros en nuevos tipos de láser y procesos láser pueden permitir el corte láser de materiales de cátodo ternario. Además, los problemas de calidad de corte, como zonas afectadas por calor, rebabas y cuentas fundidas, se pueden mejorar a través de la estabilidad mecánica y las mejoras del proceso láser.
3. Estabilidad del equipo: Esto incluye mejorar la estabilidad del equipo en sí mismo aumentando la disponibilidad operativa y optimizando los tiempos de carga y descarga para mejorar la efectividad general del equipo (OEE) y el tiempo medio entre las fallas (MTBF). También implica mejorar la consistencia de la calidad del producto al mejorar el índice de capacidad de proceso (CPK).
4. Inteligencia: Lograr inteligencia de una sola máquina y luego inteligencia de línea completa. Integrando la detección en línea, el control del PLC y el control superior de la computadora para la inteligencia de una sola máquina. Luego, conectándose a sistemas de información de fábrica y optimización de la recopilación de datos de una sola máquina, logrando la inteligencia de línea completa.
