Il n’y a pas si longtemps, une avancée qualitative a été réalisée dans le processus de découpe cathodique qui tourmentait l’industrie depuis si longtemps.
Processus d'empilage et d'enroulement :
Ces dernières années, alors que le marché des nouvelles énergies est devenu en plein essor, la capacité installée depiles de puissancea augmenté d'année en année, et leur concept de conception et leur technologie de traitement ont été continuellement améliorés, parmi lesquels la discussion sur le processus d'enroulement et le processus de stratification des cellules électriques n'a jamais cessé.À l'heure actuelle, le courant dominant sur le marché est l'application plus efficace, moins coûteuse et plus mature du processus d'enroulement, mais ce processus est difficile à contrôler l'isolation thermique entre les cellules, ce qui peut facilement conduire à une surchauffe locale des cellules et du risque de propagation par emballement thermique.
En revanche, le processus de stratification peut mieux exploiter les avantages des grandscellules de batterie, sa sécurité, sa densité énergétique, son contrôle de processus sont plus avantageux que le bobinage.En outre, le processus de stratification peut mieux contrôler le rendement des cellules, chez l'utilisateur de la nouvelle gamme de véhicules énergétiques, la tendance est de plus en plus élevée, les avantages du processus de stratification à haute densité énergétique sont plus prometteurs.À l'heure actuelle, les fabricants de batteries électriques sont à la tête de la recherche et de la production de feuilles laminées.
Pour les propriétaires potentiels de véhicules à énergies nouvelles, l’angoisse du kilométrage est sans aucun doute l’un des facteurs clés influençant leur choix de véhicule.Surtout dans les villes où les installations de recharge ne sont pas parfaites, il existe un besoin plus urgent de véhicules électriques à longue autonomie.À l'heure actuelle, la gamme officielle des véhicules purement électriques à énergie nouvelle est généralement annoncée entre 300 et 500 km, l'autonomie réelle étant souvent inférieure à la gamme officielle en fonction du climat et des conditions routières.La capacité à augmenter la portée réelle est étroitement liée à la densité énergétique de la cellule de puissance, et le processus de stratification est donc plus compétitif.
Cependant, la complexité du processus de laminage et les nombreuses difficultés techniques à résoudre ont limité dans une certaine mesure la popularité de ce procédé.L'une des principales difficultés réside dans le fait que les bavures et la poussière générées lors du processus de découpe et de laminage peuvent facilement provoquer des courts-circuits dans la batterie, ce qui constitue un énorme risque pour la sécurité.De plus, le matériau de la cathode est la partie la plus coûteuse de la cellule (les cathodes LiFePO4 représentent 40 à 50 % du coût de la cellule, et les cathodes ternaires au lithium représentent un coût encore plus élevé), donc si une cathode efficace et stable La méthode de traitement ne peut pas être trouvée, cela entraînera un gaspillage important de coûts pour les fabricants de batteries et limitera le développement ultérieur du processus de stratification.
Statu quo de découpe de matériel - consommables élevés et plafond bas
À l'heure actuelle, dans le processus de découpe avant le processus de laminage, il est courant sur le marché d'utiliser un poinçonnage matériel pour couper la pièce polaire en utilisant l'espace extrêmement petit entre le poinçon et la matrice inférieure de l'outil.Ce processus mécanique a une longue histoire de développement et est relativement mature dans son application, mais les contraintes provoquées par la morsure mécanique laissent souvent au matériau traité certaines caractéristiques indésirables, telles que des coins effondrés et des bavures.
Afin d'éviter les bavures, le poinçonnage du matériel doit trouver la pression latérale et le chevauchement des outils les plus appropriés en fonction de la nature et de l'épaisseur de l'électrode, et après plusieurs séries de tests avant de commencer le traitement par lots.De plus, le poinçonnage du matériel peut provoquer une usure des outils et un collage du matériau après de longues heures de travail, entraînant une instabilité du processus, entraînant une mauvaise qualité de découpe, ce qui peut finalement entraîner une baisse du rendement de la batterie et même des risques pour la sécurité.Les fabricants de batteries électriques changent souvent les couteaux tous les 3 à 5 jours pour éviter des problèmes cachés.Bien que la durée de vie de l'outil annoncée par le fabricant puisse être de 7 à 10 jours, ou qu'elle puisse couper 1 million de pièces, l'usine de batteries, pour éviter des lots de produits défectueux (il faut les mettre au rebut par lots), change souvent le couteau à l'avance, et cela entraînera d'énormes coûts de consommables.
De plus, comme mentionné ci-dessus, afin d'améliorer l'autonomie des véhicules, les usines de batteries ont travaillé dur pour améliorer la densité énergétique des batteries.Selon des sources industrielles, afin d'améliorer la densité énergétique d'une seule cellule, dans le cadre du système chimique existant, les moyens chimiques permettant d'améliorer la densité énergétique d'une seule cellule ont essentiellement touché le plafond, uniquement à travers la densité de compactage et l'épaisseur de la pièce polaire des deux pour faire des articles.L'augmentation de la densité de compactage et de l'épaisseur des poteaux endommagera sans aucun doute davantage l'outil, ce qui signifie que le temps de remplacement de l'outil sera à nouveau raccourci.
À mesure que la taille des cellules augmente, les outils utilisés pour effectuer la découpe doivent également être plus grands, mais des outils plus grands réduiront sans aucun doute la vitesse du fonctionnement mécanique et réduiront l'efficacité de la découpe.On peut dire que les trois principaux facteurs que sont la qualité stable à long terme, la tendance à la densité d'énergie élevée et l'efficacité de la coupe des poteaux de grande taille déterminent la limite supérieure du processus de découpe du matériel, et ce processus traditionnel sera difficile à adapter à l'avenir. développement.
Des solutions laser picoseconde pour surmonter les défis positifs de la découpe
Le développement rapide de la technologie laser a montré son potentiel dans le traitement industriel, et l'industrie 3C en particulier a pleinement démontré la fiabilité des lasers dans le traitement de précision.Cependant, des premières tentatives ont été faites pour utiliser des lasers nanosecondes pour la découpe de poteaux, mais ce processus n'a pas été promu à grande échelle en raison de la grande zone affectée thermiquement et des bavures après le traitement laser nanoseconde, qui ne répondaient pas aux besoins des fabricants de batteries.Cependant, selon les recherches de l'auteur, une nouvelle solution a été proposée par les entreprises et certains résultats ont été obtenus.
En termes de principe technique, le laser picoseconde peut s'appuyer sur sa puissance de crête extrêmement élevée pour vaporiser instantanément le matériau grâce à sa largeur d'impulsion extrêmement étroite.Contrairement au traitement thermique avec des lasers nanosecondes, les lasers picosecondes sont des processus d'ablation par vapeur ou de reformulation avec des effets thermiques minimes, sans billes de fusion et des bords de traitement nets, qui brisent le piège des grandes zones affectées par la chaleur et des bavures avec les lasers nanosecondes.
Le processus de découpe au laser picoseconde a résolu de nombreux problèmes de découpe matérielle actuelle, permettant une amélioration qualitative du processus de découpe de l'électrode positive, qui représente la plus grande proportion du coût de la cellule de batterie.
1. Qualité et rendement
La découpe matérielle utilise le principe du grignotage mécanique, les coins coupants sont sujets aux défauts et nécessitent un débogage répété.Les couteaux mécaniques s'usent avec le temps, entraînant des bavures sur les pièces polaires, ce qui affecte le rendement de l'ensemble du lot de cellules.Dans le même temps, l'augmentation de la densité de compactage et de l'épaisseur de la pièce polaire pour améliorer la densité énergétique du monomère augmentera également l'usure du couteau de coupe. Le traitement laser picoseconde haute puissance de 300 W est de qualité stable et peut fonctionner de manière stable. pendant longtemps, même si le matériau s'épaissit sans provoquer de perte d'équipement.
2. Efficacité globale
En termes d'efficacité de production directe, la machine de production d'électrodes positives laser picoseconde haute puissance de 300 W est au même niveau de production par heure que la machine de production de découpe de matériel, mais en considérant que les machines de matériel doivent changer de couteau une fois tous les trois à cinq jours. , ce qui entraînera inévitablement un arrêt de la ligne de production et une remise en service après le changement de couteau, chaque changement de couteau signifie plusieurs heures d'arrêt.La production à grande vitesse entièrement laser permet de gagner du temps lors du changement d'outil et l'efficacité globale est meilleure.
3. Flexibilité
Pour les usines de cellules électriques, une ligne de laminage transporte souvent différents types de cellules.Chaque changement prendra quelques jours supplémentaires pour l'équipement de découpe du matériel, et étant donné que certaines cellules ont des exigences de poinçonnage dans les coins, cela prolongera encore le temps de changement.
Le processus laser, en revanche, ne nécessite pas de changements.Qu'il s'agisse d'un changement de forme ou d'un changement de taille, le laser peut « tout faire ».Il convient d'ajouter que dans le processus de découpe, si un produit 590 est remplacé par un produit 960 ou même un produit 1200, la découpe matérielle nécessite un grand couteau, tandis que le processus laser ne nécessite que 1 à 2 systèmes optiques supplémentaires et la découpe l’efficacité n’est pas affectée.On peut dire que, qu'il s'agisse d'un changement de production de masse ou d'échantillons d'essai à petite échelle, la flexibilité des avantages du laser a dépassé la limite supérieure de la découpe matérielle, permettant aux fabricants de batteries de gagner beaucoup de temps. .
4. Faible coût global
Bien que le processus de découpe matérielle soit actuellement le processus courant pour le refendage de poteaux et que le coût d'achat initial soit faible, il nécessite des réparations et des changements de matrices fréquents, et ces actions de maintenance entraînent des temps d'arrêt de la ligne de production et coûtent davantage d'heures de travail.En revanche, la solution laser picoseconde ne nécessite aucun autre consommable et présente des coûts de maintenance ultérieurs minimes.
À long terme, la solution laser picoseconde devrait remplacer complètement le processus de découpe matériel actuel dans le domaine de la découpe par électrode positive des batteries au lithium et devenir l'un des points clés pour promouvoir la popularité du processus de stratification, tout comme " une petite étape pour la découpe à l'électrode, une grande étape pour le processus de laminage".Bien entendu, le nouveau produit est encore soumis à une vérification industrielle, pour savoir si la solution de découpe positive du laser picoseconde peut être reconnue par les principaux fabricants de batteries et si le laser picoseconde peut réellement résoudre les problèmes posés aux utilisateurs par le processus traditionnel. attendons et voyons.
Heure de publication : 14 septembre 2022