Trong quá trình cắt, các vấn đề như hao mòn khuôn nhanh, thời gian thay đổi khuôn dài, tính linh hoạt kém và hiệu quả sản xuất thấp thường dẫn đến các quá trình không ổn định, dẫn đến chất lượng cắt điện cực không nhất quán và giảm hiệu suất pin. Cắt laser, do những ưu điểm của nó không có độ lệch rung, độ chính xác cao, độ ổn định tốt và không cần thay thế nấm mốc, đã dần dần trở thành chủ đạo trong sản xuất pin lithium. Nó thường được sử dụng trong các quy trình như cắt tab, rạch tấm điện cực và rạch tách.
Đặc điểm của việc cắt chết điện cực pinMáy móc:
1. Khoảng cách cắt quá mức, không đủ hoặc không đồng đều có thể gây ra các khối.
2. Các cạnh cắt giảm hoặc bị hư hỏng có thể tạo ra các khối.
3. Các điều kiện cắt không đúng cách, chẳng hạn như tiếp xúc kém giữa phôi và cú đấm hoặc chết, hoặc chiều cao định vị không đúng trong quá trình cắt và đấm, cũng có thể gây ra các khối nếu chiều cao phôi thấp hơn chiều cao định vị, dẫn đến sự phù hợp kém giữa hình dạng phôi và cạnh cắt.
4. Nhiệt độ khuôn tăng trong quá trình hoạt động có thể gây ra sự thay đổi khoảng cách, dẫn đến các khối trên các tấm điện cực cắt.
Đặc điểm củaĐiện cực pinMáy cắt laser:
1. Khoảng cách cắt hẹp.
2. Vùng nhỏ bị ảnh hưởng bởi nhiệt gần cạnh cắt.
3. Biến dạng cục bộ tối thiểu.
4. Cắt không tiếp xúc, sạch sẽ, an toàn và không ô nhiễm.
5. Tích hợp dễ dàng với thiết bị tự động, tạo điều kiện tự động hóa quá trình.
6. Không hạn chế cắt phôi; Dầm tia laser có khả năng định hình.
7. Tích hợp với máy tính, tài liệu tiết kiệm.
Với các mối nguy hiểm an toàn đáng kể do các Burrs gây ra từ việc cắt giảm pin cơ học, việc cắt laser dự kiến sẽ là phương pháp chính trong tương lai.
Hình 1: Cắt chết
Nguyên tắc cắt laser:
Tia laser mật độ công suất cao tập trung chiếu xạ tấm điện cực pin được cắt, nhanh chóng làm nóng nó đến nhiệt độ cao, khiến nó tan chảy, bốc hơi, ablate hoặc đạt đến điểm đánh lửa, hình thành các lỗ. Khi chùm tia di chuyển trên tấm, các lỗ này tạo thành một vết cắt hẹp liên tục, hoàn thành việc cắt tấm điện cực.
Hình 2: Sơ đồ nguyên tắc cắt laser
Các thông số quy trình chính của cắt laser:
①beam Chế độ:
Chế độ chùm tia càng thấp, kích thước điểm điểm tập trung càng nhỏ, mật độ năng lượng và mật độ năng lượng càng cao, việc cắt càng hẹp và hiệu quả và chất lượng cắt càng cao.
Phân cực của chùm tia laser:
Giống như bất kỳ loại truyền sóng điện từ nào, chùm tia laser có các thành phần vectơ điện và từ có vuông góc với nhau và theo hướng truyền của chùm tia. Trong quang học, vectơ điện được coi là hướng phân cực của chùm tia laser. Khi hướng cắt song song với hướng phân cực, mặt trước cắt sẽ hấp thụ laser một cách hiệu quả nhất, dẫn đến cắt hẹp, vuông góc cắt thấp và độ nhám và tốc độ cắt cao.
③laser Power:
Cắt laser yêu cầu chùm tia laser được tập trung đến đường kính điểm nhỏ nhất với mật độ công suất cao nhất. Công suất laser cần thiết để cắt chủ yếu phụ thuộc vào loại cắt và tính chất của vật liệu được cắt. Cắt hơi nước đòi hỏi công suất laser cao nhất, bằng cách cắt nóng chảy, và cắt nóng chảy oxy cần ít nhất là ít nhất.
Công thức tính toán công suất trung bình:
Năng lượng trung bình=năng lượng xung đơn × tần số lặp lại
Công thức tính toán công suất cực đại:
Công suất cực đại=Năng lượng / xung xung đơn
Vị trí Focus:
Mặt phẳng tiêu cự phía trên phôi là tích cực, và bên dưới phôi là tiêu cực. Theo lý thuyết quang học hình học, khi các mặt phẳng khử Focus tích cực và tiêu cực tương đương với bề mặt xử lý, mật độ công suất trên các mặt phẳng tương ứng là xấp xỉ như nhau.
Độ sâu tiêu cự:
Độ sâu tiêu cự của hệ thống lấy nét ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng cắt laser. Nếu độ sâu tiêu cự của chùm tia tập trung là ngắn, góc lấy nét lớn và kích thước điểm thay đổi đáng kể gần tiêu điểm, mật độ công suất laser trên bề mặt vật liệu sẽ thay đổi rất nhiều với các vị trí lấy nét khác nhau, ảnh hưởng rất lớn đến việc cắt. Đối với việc cắt laser, vị trí lấy nét nên được bật hoặc dưới bề mặt phôi để đạt được độ sâu cắt tối đa và chiều rộng cắt nhỏ nhất.
Do các tấm điện cực pin lithium-ion có cấu trúc lớp thu gom dòng kim loại hai mặt + hai mặt và các tính chất của lớp phủ và lá kim loại khác nhau rất nhiều, phản ứng của chúng đối với hành động laser cũng khác nhau. Khi laser hoạt động trên lớp than chì âm hoặc lớp vật liệu hoạt động dương, do tốc độ hấp thụ laser cao và độ dẫn nhiệt thấp, lớp phủ đòi hỏi năng lượng laser tương đối thấp để nóng chảy và bốc hơi. Ngược lại, bộ thu dòng kim loại phản ánh laser và có sự dẫn nhiệt nhanh, do đó năng lượng laser cần thiết để nóng chảy và hóa hơi của lớp kim loại cao hơn.
Hình 3: Thành phần đồng và phân bố nhiệt độ theo hướng độ dày của điện cực âm được phủ một mặt dưới tác dụng laser
Hình 3 cho thấy thành phần đồng và phân bố nhiệt độ theo hướng độ dày của điện cực âm được phủ một mặt dưới tác động của laser. Khi laser hoạt động trên lớp than chì, than chì chủ yếu bốc hơi do tính chất vật liệu của nó. Khi laser xâm nhập vào lá đồng, lá bắt đầu tan chảy, tạo thành một bể nóng chảy. Nếu các tham số quá trình không phù hợp, các vấn đề có thể xảy ra: (1) lớp phủ vỏ ở cạnh cắt, để lộ lá kim loại, như trong hình ảnh bên trái của Hình 4; (2) Một lượng lớn các mảnh vụn cắt xung quanh cạnh cắt. Những vấn đề này có thể dẫn đến giảm hiệu suất pin và các vấn đề về chất lượng an toàn, như được hiển thị trong hình ảnh đúng của Hình 4. Do đó, khi sử dụng cắt laser, cần phải tối ưu hóa các tham số quá trình dựa trên các tính chất của vật liệu hoạt động và lá kim loại để đảm bảo cắt hoàn toàn tấm điện cực và chất lượng cạnh cắt tốt mà không cần rời khỏi mảnh vụn kim loại.
Hình 4: Các vấn đề về cạnh cắt: Lá kim loại lộ ra và các mảnh vụn cắt
Chỉ đường cải thiện để cắt laser:
1. Hiệu quả cắt: Mức hiện tại của 60-90 m/min sẽ tiếp tục cải thiện, với mức dự kiến là 120-180 m/phút trong vòng ba năm.
2. Chất lượng cắt: Hiện tại, việc cắt laser không thể được sử dụng trực tiếp trên các khu vực vật liệu catốt ternary. Những tiến bộ trong tương lai trong các loại laser mới và quá trình laser có thể cho phép cắt laser vật liệu catốt ternary. Ngoài ra, việc cắt các vấn đề chất lượng như vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt, các khối và hạt nóng chảy có thể được cải thiện thông qua sự ổn định cơ học và cải tiến quy trình laser.
3. Tính ổn định của thiết bị: Điều này bao gồm cải thiện tính ổn định của chính thiết bị bằng cách tăng tính khả dụng hoạt động và tối ưu hóa thời gian tải và dỡ hàng để nâng cao hiệu quả thiết bị tổng thể (OEE) và thời gian trung bình giữa các lỗi (MTBF). Nó cũng liên quan đến việc cải thiện tính nhất quán chất lượng sản phẩm bằng cách tăng cường chỉ số khả năng quy trình (CPK).
4. Trí thông minh: đạt được trí thông minh đơn và sau đó là trí thông minh toàn dòng. Tích hợp phát hiện trực tuyến, kiểm soát PLC và điều khiển máy tính trên cho trí thông minh máy đơn. Sau đó, bằng cách kết nối với các hệ thống thông tin nhà máy và tối ưu hóa việc thu thập dữ liệu máy đơn, đạt được trí thông minh đầy đủ.
