Vor nicht allzu langer Zeit gab es einen qualitativen Durchbruch im Kathodenschneidverfahren, das die Branche so lange geplagt hatte.
Stapel- und Wickelprozesse:
In den letzten Jahren, als der neue Energiemarkt heiß geworden ist, hat die installierte Kapazität vonPower-Batterienist von Jahr zu Jahr gewachsen und ihr Designkonzept und ihre Verarbeitungstechnologie wurden kontinuierlich verbessert, wobei die Diskussion über den Wickelprozess und den Laminierprozess elektrischer Zellen nie aufgehört hat. Gegenwärtig ist der Haupttrend auf dem Markt die effizientere, kostengünstigere und ausgereiftere Anwendung des Wickelprozesses. Bei diesem Prozess ist es jedoch schwierig, die thermische Isolierung zwischen den Zellen zu kontrollieren, was leicht zu einer lokalen Überhitzung der Zellen führen kann Es besteht die Gefahr einer Ausbreitung des thermischen Durchgehens.
Im Gegensatz dazu kann der Laminierungsprozess die Vorteile groß ausnutzenBatteriezellen, seine Sicherheit, Energiedichte, Prozesskontrolle sind vorteilhafter als das Wickeln. Darüber hinaus kann der Laminierungsprozess die Zellausbeute besser steuern, was bei den Nutzern von Fahrzeugen mit neuer Energie zu einem immer höheren Trend führt und die Vorteile der hohen Energiedichte des Laminierungsprozesses vielversprechender sind. Derzeit konzentrieren sich die Hersteller von Leistungsbatterien auf die Forschung und Produktion von laminierten Blechen.
Für potenzielle Besitzer von New-Energy-Fahrzeugen ist die Angst vor der Kilometerleistung zweifellos einer der Schlüsselfaktoren bei der Wahl ihres Fahrzeugs.Insbesondere in Städten, in denen die Lademöglichkeiten nicht perfekt sind, besteht ein dringenderer Bedarf an Elektrofahrzeugen mit großer Reichweite. Derzeit wird die offizielle Reichweite rein elektrischer New-Energy-Fahrzeuge im Allgemeinen mit 300–500 km angegeben, wobei die tatsächliche Reichweite je nach Klima und Straßenverhältnissen oft von der offiziellen Reichweite abgezogen wird. Die Möglichkeit, die reale Reichweite zu erhöhen, hängt eng mit der Energiedichte der Leistungszelle zusammen und der Laminierungsprozess ist daher wettbewerbsfähiger.
Allerdings haben die Komplexität des Laminierungsprozesses und die vielen technischen Schwierigkeiten, die gelöst werden müssen, die Popularität dieses Verfahrens teilweise eingeschränkt. Eine der Hauptschwierigkeiten besteht darin, dass die beim Stanzen und Laminieren entstehenden Grate und Staub leicht zu Kurzschlüssen in der Batterie führen können, was ein großes Sicherheitsrisiko darstellt. Darüber hinaus ist das Kathodenmaterial der teuerste Teil der Zelle (LiFePO4-Kathoden machen 40–50 % der Kosten der Zelle aus, und ternäre Lithiumkathoden verursachen sogar noch höhere Kosten), wenn es sich also um eine effiziente und stabile Kathode handelt Wenn keine Verarbeitungsmethode gefunden werden kann, führt dies zu einer großen Kostenverschwendung für die Batteriehersteller und schränkt die Weiterentwicklung des Laminierungsprozesses ein.
Status Quo beim Hardware-Stanzen – hohe Verbrauchsmaterialien und niedrige Deckenhöhe
Gegenwärtig ist es auf dem Markt üblich, im Stanzprozess vor dem Laminierprozess eine Hardware-Stanzung zu verwenden, um das Polstück unter Ausnutzung des extrem kleinen Spalts zwischen dem Stempel und der unteren Werkzeugstanze zu schneiden. Dieses mechanische Verfahren hat eine lange Entwicklungsgeschichte und ist in seiner Anwendung relativ ausgereift. Die durch den mechanischen Biss verursachten Belastungen hinterlassen jedoch häufig einige unerwünschte Eigenschaften des verarbeiteten Materials, wie z. B. eingefallene Ecken und Grate.
Um Grate zu vermeiden, muss beim Hardware-Stanzen der am besten geeignete seitliche Druck und die am besten geeignete Werkzeugüberlappung entsprechend der Art und Dicke der Elektrode und nach mehreren Testrunden gefunden werden, bevor mit der Chargenverarbeitung begonnen wird. Darüber hinaus kann das Stanzen von Hardware-Stanzwerkzeugen nach langen Arbeitsstunden zu Werkzeugverschleiß und Materialanhaftungen führen, was zu Prozessinstabilität und schlechter Schnittqualität führt, was letztendlich zu geringeren Batterieerträgen und sogar zu Sicherheitsrisiken führen kann. Hersteller von Akkus tauschen die Messer oft alle 3–5 Tage aus, um versteckte Probleme zu vermeiden. Obwohl die vom Hersteller angegebene Werkzeuglebensdauer 7 bis 10 Tage betragen kann oder 1 Million Teile geschnitten werden können, tauscht die Batteriefabrik das Messer häufig im Voraus aus, um Chargen fehlerhafter Produkte zu vermeiden (es ist schlecht, dass sie in Chargen verschrottet werden müssen). und dies wird enorme Kosten für Verbrauchsmaterialien mit sich bringen.
Darüber hinaus haben Batteriefabriken, wie oben erwähnt, hart daran gearbeitet, die Energiedichte von Batterien zu verbessern, um die Reichweite von Fahrzeugen zu verbessern. Branchenquellen zufolge haben die chemischen Mittel zur Verbesserung der Energiedichte einer einzelnen Zelle im Rahmen des bestehenden chemischen Systems zur Verbesserung der Energiedichte einer einzelnen Zelle im Wesentlichen die Obergrenze erreicht, nur durch die Verdichtungsdichte und die Dicke von das Polstück der beiden To-Do-Artikel. Durch die Erhöhung der Verdichtungsdichte und der Poldicke wird das Werkzeug zweifellos stärker beschädigt, wodurch sich die Zeit für den Werkzeugwechsel nochmals verkürzt.
Mit zunehmender Zellgröße müssen auch die zum Stanzen verwendeten Werkzeuge größer gemacht werden, aber größere Werkzeuge verringern zweifellos die Geschwindigkeit des mechanischen Vorgangs und verringern die Schneideffizienz. Man kann sagen, dass die drei Hauptfaktoren Langzeitstabilität, Trend hoher Energiedichte und Effizienz beim Schneiden großer Stangen die Obergrenze des Hardware-Stanzprozesses bestimmen und es schwierig sein wird, diesen traditionellen Prozess an die Zukunft anzupassen Entwicklung.
Pikosekundenlaserlösungen zur Bewältigung positiver Herausforderungen beim Stanzen
Die rasante Entwicklung der Lasertechnologie hat ihr Potenzial in der industriellen Bearbeitung gezeigt, und insbesondere die 3C-Industrie hat die Zuverlässigkeit von Lasern in der Präzisionsbearbeitung voll und ganz unter Beweis gestellt. Es gab jedoch frühe Versuche, Nanosekundenlaser zum Polschneiden zu verwenden, dieser Prozess wurde jedoch aufgrund der großen Wärmeeinflusszone und der Grate nach der Nanosekundenlaserbearbeitung nicht in großem Maßstab gefördert, was den Anforderungen der Batteriehersteller nicht entsprach. Den Recherchen des Autors zufolge wurde jedoch von Unternehmen eine neue Lösung vorgeschlagen und bestimmte Ergebnisse erzielt.
Technisch gesehen ist der Pikosekundenlaser aufgrund seiner extrem schmalen Pulsbreite in der Lage, das Material aufgrund seiner extrem hohen Spitzenleistung sofort zu verdampfen. Im Gegensatz zur thermischen Bearbeitung mit Nanosekundenlasern handelt es sich bei Pikosekundenlasern um Dampfablations- oder Reformulierungsverfahren mit minimalen thermischen Effekten, ohne Schmelzperlen und sauberen Bearbeitungskanten, die die Falle großer Wärmeeinflusszonen und Grate bei Nanosekundenlasern aufbrechen.
Der Pikosekunden-Laser-Stanzprozess hat viele der Schwachstellen des aktuellen Hardware-Stanzens gelöst und ermöglicht eine qualitative Verbesserung des Schneidprozesses der positiven Elektrode, die den größten Teil der Kosten der Batteriezelle ausmacht.
1. Qualität und Ertrag
Beim Hardware-Stanzen kommt das Prinzip des mechanischen Nibbelns zum Einsatz. Schnittecken sind fehleranfällig und erfordern wiederholtes Debuggen. Die mechanischen Messer verschleißen mit der Zeit, was zu Graten an den Polstücken führt, die sich auf die Ausbeute der gesamten Zellcharge auswirken. Gleichzeitig erhöht die erhöhte Verdichtungsdichte und Dicke des Polstücks zur Verbesserung der Energiedichte des Monomers auch den Verschleiß des Schneidmessers. Die 300-W-Hochleistungs-Pikosekundenlaserbearbeitung ist von stabiler Qualität und kann stabil arbeiten über einen langen Zeitraum, auch wenn das Material eingedickt wird, ohne dass es zu Geräteverlusten kommt.
2. Gesamteffizienz
In Bezug auf die direkte Produktionseffizienz erreicht die 300-W-Hochleistungs-Pikosekundenlaser-Produktionsmaschine für positive Elektroden das gleiche Produktionsniveau pro Stunde wie die Hardware-Stanz-Produktionsmaschine, wenn man jedoch berücksichtigt, dass die Hardware-Maschine alle drei bis fünf Tage die Messer wechseln muss , was nach dem Messerwechsel unweigerlich zu einem Stillstand der Produktionslinie und einer Wiederinbetriebnahme führt, bedeutet jeder Messerwechsel mehrere Stunden Stillstand. Die All-Laser-Hochgeschwindigkeitsproduktion spart Zeit beim Werkzeugwechsel und die Gesamteffizienz ist besser.
3. Flexibilität
In Fabriken für Energiezellen werden in einer Laminierlinie häufig unterschiedliche Zelltypen verarbeitet. Bei jeder Umstellung der Hardware-Stanzausrüstung wird es einige Tage länger dauern, und da in einigen Zellen Eckstanzanforderungen bestehen, verlängert sich die Umstellungszeit noch weiter.
Beim Laserverfahren entfällt hingegen der Umrüstaufwand. Ob Formänderung oder Größenänderung, der Laser kann „alles“. Es sollte hinzugefügt werden, dass im Schneidprozess, wenn ein 590-Produkt durch ein 960- oder sogar ein 1200-Produkt ersetzt wird, für das Hardware-Stanzen ein großes Messer erforderlich ist, während für den Laserprozess nur 1-2 zusätzliche optische Systeme und das Schneiden erforderlich sind die Effizienz wird dadurch nicht beeinträchtigt. Man kann sagen, dass, egal ob es sich um eine Umstellung der Massenproduktion oder um Versuchsmuster in kleinem Maßstab handelt, die Flexibilität der Laservorteile die Obergrenze des Hardware-Stanzens durchbrochen hat, sodass Batteriehersteller viel Zeit sparen können .
4. Niedrige Gesamtkosten
Obwohl das Hardware-Stanzverfahren derzeit das gängige Verfahren zum Schlitzen von Stangen ist und die anfänglichen Anschaffungskosten niedrig sind, erfordert es häufige Werkzeugreparaturen und -wechsel, und diese Wartungsmaßnahmen führen zu Ausfallzeiten der Produktionslinie und kosten mehr Arbeitsstunden. Im Gegensatz dazu gibt es bei der Pikosekundenlaserlösung keine weiteren Verbrauchsmaterialien und nur minimale Folgewartungskosten.
Langfristig wird erwartet, dass die Pikosekundenlaserlösung den derzeitigen Hardware-Stanzprozess im Bereich des Schneidens der positiven Elektrode von Lithiumbatterien vollständig ersetzen und zu einem der Schlüsselpunkte für die Förderung der Beliebtheit des Laminierprozesses werden wird, genau wie „ „Ein kleiner Schritt für das Elektrodenstanzen, ein großer Schritt für den Laminierprozess.“ Natürlich unterliegt das neue Produkt noch der industriellen Überprüfung, ob die positive Stanzlösung des Pikosekundenlasers von den großen Batterieherstellern anerkannt werden kann und ob der Pikosekundenlaser wirklich die Probleme lösen kann, die den Benutzern durch das traditionelle Verfahren entstehen. lasst uns abwarten und sehen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 14.09.2022