Застосування лазерної обробки у виробництві літій-іонних акумуляторів

Керуючись глобальними цілями декарбонізації та швидким зростанням електромобілів (EV) і систем накопичення енергії (ESS), вдосконалене виробництво акумуляторів вимагає безпрецедентної точності, послідовності та ефективності.

Виробництво літій-іонної батареї (LIB) зазвичай відбувається за високошвидкісним-процесом--від рулону (R2R), який поділено на дві основні фази: виготовлення елементів і складання блоку. Стандартний літій-іонний елемент складається з трьох функціональних шарів:

• Анод:Мідна фольга з графітовим- покриттям (товщина покриття ~100 мкм).
• Катод:Алюмінієва фольга з покриттям-з металооксиду літію (товщина покриття ~100 мкм).
• роздільник:Пориста мембрана з поліпропілену (PP) або поліетилену (PE) (~50 мкм).

Ключові етапи виробництва-, такі як різання електродів, вирізання язичок, очищення поверхні та різання сепаратора-вимагають суворої якості країв, точності до-міліметра та нульового забруднення частинками. Традиційні механічні інструменти для штампування та різання страждають від зносу леза, утворення задирок і частих простоїв.

Лазерна обробка має значні технічні переваги:

• Без{0}}безконтактна обробка:Усуває механічні навантаження та знос інструменту.
• Чудова якість країв:Мінімізує задири, термічні пошкодження та потенційні ризики{0}}короткого замикання.
• Гнучкі CAD{0}}контури:Дозволяє швидко змінювати дизайн без переоснащення.
• Нижчі-довгострокові експлуатаційні витрати:Висока продуктивність з мінімальним обслуговуванням.

1. Розрізання електродної фольги

На безперервній лінії від-до-рулону широкі основні рулони металевої фольги з покриттям потрібно розрізати поздовжньо на вузькі стрічки відповідно до розмірів комірки.

• Лазерний відбір: Імпульсні інфрачервоні (ІЧ) волоконні лазери забезпечують високу швидкість різання та чудові чисті-краї. Для застосувань, що вимагають суб-мікронної точності та мінімальних-зон теплового впливу (HAZ), перевагу надають імпульсним зеленим або ультрафіолетовим (УФ) лазерам.

2. Вирізання пластини електрода (вирізання контуру)

Після розрізання стрічки електродів нарізають певними геометричними контурами, утворюючи з’єднувальні виступи. Залежно від архітектури комірки, профіль лазерного променя можна динамічно модулювати, щоб прорізати як покриття, так і підкладку, або вибірково обрізати лише металеву фольгу.

• Лазерний вибір:Імпульсні ІЧ-волоконні лазери з високою-піковою-потужністю ідеально підходять як для профілювання алюмінієвих (катодних), так і для мідних (анодних) вкладок.

3. Вибіркове лазерне очищення пластин (видалення покриття)

Щоб забезпечити надійне ультразвукове або лазерне зварювання під час складання елемента, покриття з активного графіту або оксиду металу має бути точно знято з визначених контактних зон, щоб відкрити оголену мідну або алюмінієву фольгу.

• Ключовий виклик:Повне видалення активного матеріалу без випалювання або потоншення підкладки з тонкої фольги.
• Лазерний вибір:Високочастотні імпульсні ІЧ-волоконні лазери (MOPA) дозволяють точно налаштувати ширину імпульсу для досягнення чистої абляції без пошкодження струмоприймача.

Для подальшої обробки підтримка абсолютної чистоти поверхні не менш важлива-навчитисячому перед{0}}очищення клем під зварювання має вирішальне значення для збірки літієвої батареїщоб запобігти дефектам з’єднання.

4. Розрізання мембрани сепаратора

Полімерна розділювальна мембрана запобігає внутрішнім коротким замиканням і повинна бути вирізана, щоб точно відповідати розмірам комірки, не створюючи потертих країв або розплавлених кульок.

• Лазерний відбір: оскільки сепаратори складаються з термо{0}}чутливих органічних полімерів (PP/PE), імпульсні ультрафіолетові лазери або ультра-імпульсні (фемтосекундні/пікосекундні) лазери використовуються для виконання «холодної абляції», що забезпечує гладкі краї без-сміття.

Щоб зрозуміти, як надшвидкі-світлові імпульси досягають нульового-термічного пошкодження, ознайомтеся з нашою технічною розробкою наможливості фемтосекундної лазерної обробкидля мікро{0}}прецизійних застосувань.