Применение лазерной обработки в производстве литий-ионных аккумуляторов

В связи с глобальными целями декарбонизации и быстрым ростом электромобилей (EV) и систем хранения энергии (ESS) передовое производство аккумуляторов требует беспрецедентной точности, последовательности и эффективности.

Производство литий-ионных аккумуляторов (LIB) обычно представляет собой высокоскоростной-процесс-перекатывания-проката (R2R), разделенный на два основных этапа: производство элементов и сборка упаковки. Стандартный литий-ионный элемент состоит из трех функциональных слоев:

• Анод:Медная фольга с графитовым-покрытием (толщина покрытия ~100 мкм).
• Катод:Алюминиевая фольга с покрытием из оксида металлического лития-(толщина покрытия ~100 мкм).
• Разделитель:Пористая мембрана из полипропилена (ПП) или полиэтилена (ПЭ) (~50 мкм).

Ключевые этапы производства,-такие как резка электродов, резка выступов, очистка поверхности и резка сепаратора,-требуют строгого качества кромок, точности до суб-миллиметра и нулевого загрязнения твердыми частицами. Традиционные механические инструменты для штамповки и продольной резки страдают от износа лезвий, образования заусенцев и частых простоев.

Лазерная обработка дает значительные технические преимущества:

• Бесконтактная обработка:Устраняет механические нагрузки и износ инструмента.
• Превосходное качество кромки:Сводит к минимуму заусенцы, термические повреждения и потенциальные риски-короткого замыкания.
• Гибкие контуры,-управляемые САПР:Позволяет быстро вносить изменения в конструкцию без переоснащения.
• Снижение долгосрочных-эксплуатационных расходов:Высокая пропускная способность при минимальном обслуживании.

1. Разрезка электродной фольги

На линии непрерывной прокатки---широкие основные рулоны металлической фольги с покрытием необходимо разрезать продольно на узкие ленты в соответствии с конструктивными размерами ячейки.

• Выбор лазера: Импульсные инфракрасные (ИК) волоконные лазеры обеспечивают высокую скорость резки и превосходно чистые-края реза. Для применений, требующих суб-точности и минимального количества зон-теплового воздействия (HAZ), предпочтительны импульсные зеленые или ультрафиолетовые (УФ) лазеры.

2. Вырезание выступов электрода (контурная резка)

После разрезания электродные ленты разрезаются на определенные геометрические контуры, образуя соединительные выступы. В зависимости от архитектуры ячейки профиль лазерного луча можно динамически модулировать, чтобы либо прорезать покрытие и подложку, либо выборочно обрезать только металлическую фольгу.

• Выбор лазера:Импульсные ИК-волоконные лазеры высокой-пиковой-мощности идеально подходят для профилирования как алюминиевых (катод), так и медных (анод) вкладок.

3. Выборочная лазерная очистка выступов (удаление покрытия).

Чтобы обеспечить надежную ультразвуковую-звуковую или лазерную сварку во время сборки элемента, активное графитовое или металлооксидное покрытие необходимо аккуратно снять с обозначенных зон контакта, чтобы обнажить медную или алюминиевую фольгу.

• Ключевая задача:Полное удаление активного материала без ожогов и утончения подложки из тонкой фольги.
• Выбор лазера:Высокочастотные-импульсные ИК-волоконные лазеры (MOPA) позволяют точно настраивать ширину импульса для достижения чистой абляции без повреждения токосъемника.

Для последующей обработки не менее важно поддерживать абсолютную чистоту поверхности.-узнайтепочему предварительная-очистка клемм сварки имеет решающее значение при сборке БЛОК литиевых батарейдля предотвращения дефектов соединения.

4. Резка мембраны сепаратора

Мембрана полимерного сепаратора предотвращает внутренние короткие замыкания и ее необходимо обрезать точно по размерам ячейки, не создавая потертостей по краям или расплавленных шариков.

• Выбор лазера: поскольку сепараторы состоят из-чувствительных к теплу органических полимеров (ПП/ПЭ), для выполнения "холодной абляции" используются импульсные УФ-лазеры или ультра{1}}лазеры с ультракороткими импульсами (фемтосекундные/пикосекундные), обеспечивающие гладкие края,-без мусора.

Чтобы понять, как сверх-быстрые световые импульсы обеспечивают нулевое-тепловое повреждение, изучите нашу техническую информацию навозможности фемтосекундной лазерной обработкидля микро-прецизионных приложений.