Cách đây không lâu, có một bước đột phá về chất lượng trong quy trình cắt cực âm đã gây khó khăn cho ngành công nghiệp này trong một thời gian dài.
Quá trình xếp chồng và cuộn dây:
Trong những năm gần đây, khi thị trường năng lượng mới trở nên nóng, công suất lắp đặt củađiện pinđã tăng lên hàng năm, khái niệm thiết kế và công nghệ xử lý của họ liên tục được cải tiến, trong đó cuộc thảo luận về quy trình cuộn dây và quy trình cán của tế bào điện chưa bao giờ dừng lại.Hiện nay, xu hướng chủ đạo trên thị trường là ứng dụng quy trình cuộn dây hiệu quả hơn, chi phí thấp hơn và hoàn thiện hơn, nhưng quy trình này khó kiểm soát sự cách ly nhiệt giữa các tế bào, điều này có thể dễ dẫn đến hiện tượng quá nhiệt cục bộ của tế bào và nguy cơ lan tỏa nhiệt.
Ngược lại, quá trình cán có thể phát huy tốt hơn những lợi thế của kích thước lớn.tế bào pin, độ an toàn, mật độ năng lượng, kiểm soát quá trình của nó có lợi hơn so với cuộn dây.Ngoài ra, quá trình cán có thể kiểm soát hiệu suất tế bào tốt hơn, xu hướng sử dụng phương tiện năng lượng mới ngày càng cao, quá trình cán có lợi thế mật độ năng lượng cao hứa hẹn hơn.Hiện nay, người đứng đầu các nhà sản xuất pin điện đang nghiên cứu và sản xuất quy trình tấm nhiều lớp.
Đối với những chủ sở hữu tiềm năng của phương tiện sử dụng năng lượng mới, nỗi lo về quãng đường đi được chắc chắn là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến việc họ lựa chọn phương tiện.Đặc biệt là ở những thành phố nơi cơ sở sạc điện không hoàn hảo, nhu cầu về xe điện đi đường dài càng cấp thiết hơn.Hiện tại, phạm vi hoạt động chính thức của xe sử dụng năng lượng mới thuần điện thường được công bố ở mức 300-500km, với phạm vi hoạt động thực tế thường được giảm so với phạm vi hoạt động chính thức tùy thuộc vào điều kiện khí hậu và đường sá.Khả năng tăng phạm vi thực có liên quan chặt chẽ đến mật độ năng lượng của pin năng lượng và do đó quá trình cán màng có tính cạnh tranh cao hơn.
Tuy nhiên, sự phức tạp của quy trình cán màng và nhiều khó khăn kỹ thuật cần giải quyết đã hạn chế mức độ phổ biến của quy trình này ở một mức độ nào đó.Một trong những khó khăn chính là các gờ và bụi sinh ra trong quá trình cắt khuôn và cán màng có thể dễ dàng gây ra đoản mạch trong pin, đây là mối nguy hiểm rất lớn về an toàn.Ngoài ra, vật liệu làm cực âm là bộ phận đắt tiền nhất của tế bào (cực âm LiFePO4 chiếm 40% -50% giá thành của tế bào, và cực âm lithium ba ngôi chiếm chi phí thậm chí còn cao hơn), vì vậy nếu một cực âm hiệu quả và ổn định không tìm được phương pháp xử lý sẽ gây lãng phí lớn về chi phí cho các nhà sản xuất pin và hạn chế sự phát triển hơn nữa của quy trình cán màng.
Hiện trạng cắt khuôn phần cứng - vật tư tiêu hao cao và trần thấp
Hiện nay, trong quá trình cắt khuôn trước quá trình cán, trên thị trường thường sử dụng phương pháp đột khuôn phần cứng để cắt mảnh cực bằng cách sử dụng khe hở cực nhỏ giữa chày và khuôn công cụ phía dưới.Quá trình cơ học này có lịch sử phát triển lâu dài và ứng dụng tương đối hoàn thiện, nhưng ứng suất do vết cắn cơ học gây ra thường khiến vật liệu đã qua xử lý có một số đặc điểm không mong muốn, chẳng hạn như các góc bị xẹp và các vệt.
Để tránh các vệt, việc đột khuôn phần cứng phải tìm ra áp suất ngang phù hợp nhất và sự chồng chéo của dụng cụ tùy theo tính chất và độ dày của điện cực, và sau nhiều vòng thử nghiệm trước khi bắt đầu xử lý hàng loạt.Hơn nữa, việc đột khuôn phần cứng có thể gây hao mòn dụng cụ và dính vật liệu sau nhiều giờ làm việc, dẫn đến quá trình không ổn định, dẫn đến chất lượng cắt kém, cuối cùng có thể dẫn đến hiệu suất pin thấp hơn và thậm chí là các mối nguy hiểm về an toàn.Các nhà sản xuất pin điện thường thay dao 3-5 ngày một lần để tránh những vấn đề tiềm ẩn.Mặc dù tuổi thọ dụng cụ được nhà sản xuất công bố có thể là 7-10 ngày, hoặc có thể cắt được 1 triệu chiếc, nhưng nhà máy sản xuất pin để tránh lô hàng bị lỗi (xấu cần phải loại bỏ theo đợt), thường sẽ thay dao trước, và điều này sẽ mang lại chi phí vật tư tiêu hao rất lớn.
Ngoài ra, như đã đề cập ở trên, để nâng cao phạm vi hoạt động của các phương tiện, các nhà máy sản xuất pin đã và đang nỗ lực cải thiện mật độ năng lượng của pin.Theo các nguồn tin trong ngành, để cải thiện mật độ năng lượng của một tế bào, theo hệ thống hóa học hiện có, phương tiện hóa học để cải thiện mật độ năng lượng của một tế bào về cơ bản đã chạm trần, chỉ thông qua mật độ nén và độ dày của mảnh cực của hai người để làm bài.Việc tăng mật độ nén và độ dày cực chắc chắn sẽ gây tổn hại cho dụng cụ nhiều hơn, đồng nghĩa với việc thời gian thay thế dụng cụ sẽ lại được rút ngắn lại.
Khi kích thước ô tăng lên, các công cụ được sử dụng để thực hiện cắt khuôn cũng phải được chế tạo lớn hơn, nhưng các công cụ lớn hơn chắc chắn sẽ làm giảm tốc độ vận hành cơ học và giảm hiệu quả cắt.Có thể nói, ba yếu tố chính là chất lượng ổn định lâu dài, xu hướng mật độ năng lượng cao và hiệu suất cắt cực kích thước lớn quyết định giới hạn trên của quy trình cắt khuôn phần cứng và quy trình truyền thống này sẽ khó thích ứng với tương lai. phát triển.
Giải pháp laser Picosecond để vượt qua những thách thức tích cực trong cắt khuôn
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ laser đã cho thấy tiềm năng của nó trong xử lý công nghiệp và đặc biệt là ngành 3C đã chứng minh đầy đủ độ tin cậy của laser trong xử lý chính xác.Tuy nhiên, những nỗ lực ban đầu đã được thực hiện để sử dụng tia laser nano giây để cắt cực, nhưng quá trình này không được thúc đẩy trên quy mô lớn do vùng chịu ảnh hưởng nhiệt lớn và các vệt sau khi xử lý tia laser nano giây, không đáp ứng được nhu cầu của các nhà sản xuất pin.Tuy nhiên, theo nghiên cứu của tác giả, một giải pháp mới đã được các doanh nghiệp đề xuất và đạt được những kết quả nhất định.
Về mặt nguyên lý kỹ thuật, laser picosecond có thể dựa vào công suất cực đại cực cao của nó để làm bay hơi ngay lập tức vật liệu do độ rộng xung cực hẹp của nó.Không giống như xử lý nhiệt bằng laser nano giây, laser pico giây là quá trình cắt bỏ hơi hoặc tái tạo lại với hiệu ứng nhiệt tối thiểu, không có hạt nóng chảy và các cạnh xử lý gọn gàng, giúp phá vỡ bẫy của các vùng và vệt chịu ảnh hưởng nhiệt lớn bằng laser nano giây.
Quy trình cắt khuôn bằng laser picosecond đã giải quyết được nhiều điểm yếu của quy trình cắt khuôn phần cứng hiện tại, cho phép cải thiện chất lượng quy trình cắt của điện cực dương, vốn chiếm tỷ trọng lớn nhất trong giá thành của pin.
1. Chất lượng và năng suất
Cắt khuôn phần cứng là việc sử dụng nguyên lý mài mòn cơ học, các góc cắt dễ bị lỗi và cần phải sửa lỗi nhiều lần.Các máy cắt cơ học sẽ bị mòn theo thời gian, dẫn đến các vết gờ trên các mảnh cực, ảnh hưởng đến năng suất của toàn bộ lô tế bào.Đồng thời, mật độ nén và độ dày của mảnh cực tăng lên để cải thiện mật độ năng lượng của monome cũng sẽ làm tăng độ hao mòn của dao cắt. Quá trình xử lý laser picosecond công suất cao 300W có chất lượng ổn định và có thể hoạt động ổn định trong một thời gian dài, ngay cả khi vật liệu dày lên mà không gây hư hỏng thiết bị.
2. Hiệu quả tổng thể
Xét về hiệu quả sản xuất trực tiếp, máy sản xuất điện cực dương laser picosecond công suất cao 300W có cùng mức sản xuất mỗi giờ với máy sản xuất khuôn cắt phần cứng, nhưng xét rằng máy móc phần cứng cần thay dao ba đến năm ngày một lần , điều này chắc chắn sẽ dẫn đến việc ngừng hoạt động dây chuyền sản xuất và vận hành lại sau khi thay dao, mỗi lần thay dao đồng nghĩa với việc ngừng hoạt động trong vài giờ.Quá trình sản xuất tốc độ cao hoàn toàn bằng laser giúp tiết kiệm thời gian thay đổi công cụ và hiệu quả tổng thể tốt hơn.
3. Tính linh hoạt
Đối với các nhà máy sản xuất pin điện, một dây chuyền cán màng thường sẽ mang các loại pin khác nhau.Mỗi lần chuyển đổi sẽ mất thêm vài ngày đối với thiết bị cắt khuôn phần cứng và do một số ô có yêu cầu đục lỗ góc, điều này sẽ tiếp tục kéo dài thời gian chuyển đổi.
Mặt khác, quy trình laser không gặp rắc rối khi thay đổi.Dù là thay đổi hình dạng hay thay đổi kích thước thì tia laser đều có thể “làm được tất cả”.Cần nói thêm rằng trong quá trình cắt, nếu thay thế sản phẩm 590 bằng sản phẩm 960, thậm chí là 1200 thì việc cắt bế phần cứng cần một con dao lớn, trong khi quá trình cắt laser chỉ cần thêm 1-2 hệ thống quang học và máy cắt. hiệu quả không bị ảnh hưởng.Có thể nói, dù là thay đổi sản xuất hàng loạt hay mẫu thử nghiệm quy mô nhỏ, tính linh hoạt của ưu điểm laser đã vượt qua giới hạn trên của việc cắt khuôn phần cứng, giúp các nhà sản xuất pin tiết kiệm được rất nhiều thời gian .
4. Chi phí tổng thể thấp
Mặc dù quy trình cắt khuôn bằng phần cứng hiện là quy trình chủ đạo để xẻ cột và chi phí mua ban đầu thấp nhưng nó đòi hỏi phải sửa chữa khuôn và thay khuôn thường xuyên, đồng thời những hoạt động bảo trì này dẫn đến thời gian ngừng hoạt động của dây chuyền sản xuất và tốn nhiều giờ công hơn.Ngược lại, giải pháp laser picosecond không có vật tư tiêu hao nào khác và chi phí bảo trì tiếp theo ở mức tối thiểu.
Về lâu dài, giải pháp laser picosecond được kỳ vọng sẽ thay thế hoàn toàn quy trình cắt khuôn phần cứng hiện tại trong lĩnh vực cắt điện cực dương pin lithium và trở thành một trong những điểm mấu chốt thúc đẩy sự phổ biến của quy trình cán màng, giống như " một bước nhỏ cho quá trình cắt khuôn điện cực, một bước lớn cho quá trình cán màng".Tất nhiên, sản phẩm mới vẫn đang được xác minh công nghiệp, liệu giải pháp cắt khuôn tích cực của laser picosecond có thể được các nhà sản xuất pin lớn công nhận hay không và liệu laser picosecond có thực sự giải quyết được các vấn đề mà quy trình truyền thống mang lại cho người dùng hay không, Chúng ta hãy đợi và xem.
Thời gian đăng: 14-09-2022