얼마 전 업계를 오랫동안 괴롭혀왔던 양극 절단 공정에 질적인 혁신이 있었습니다.
스태킹 및 와인딩 공정:
최근 에너지 신시장이 뜨거워지면서 설비용량이전원 배터리그 규모는 해마다 증가하고 있으며, 디자인 컨셉과 가공 기술도 지속적으로 향상되고 있으며, 그 중 전지의 와인딩 공정과 라미네이팅 공정에 대한 논의가 끊이지 않았습니다.현재 시장의 주류는 보다 효율적이고 저렴하며 보다 성숙한 권선 공정을 적용하는 것입니다. 그러나 이 공정은 셀 간의 열 절연을 제어하기가 어렵기 때문에 셀의 국지적 과열로 쉽게 이어질 수 있습니다. 열 폭주 확산 위험.
대조적으로, 적층 공정은 대형의 장점을 더 잘 발휘할 수 있습니다.배터리 셀, 안전성, 에너지 밀도, 공정 제어가 권선보다 유리합니다.또한, 적층 공정은 전지 수율을 더 잘 제어할 수 있으며, 새로운 에너지 차량 범위의 사용자가 점점 더 높은 추세를 보이고 있는 가운데 적층 공정의 높은 에너지 밀도 이점이 더욱 유망해집니다.현재 전력 배터리 제조업체의 책임자는 적층 시트 공정을 연구하고 생산하고 있습니다.
신에너지 차량의 잠재적 소유자에게 주행거리에 대한 불안감은 의심할 여지 없이 차량 선택에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나입니다.특히 충전시설이 완벽하지 않은 도시에서는 장거리 전기차의 필요성이 더욱 절실하다.현재 순수 전기 신에너지 차량의 공식 범위는 일반적으로 300~500km로 발표되며, 실제 범위는 기후와 도로 상황에 따라 공식 범위에서 할인되는 경우가 많습니다.실제 범위를 늘리는 능력은 전력 셀의 에너지 밀도와 밀접한 관련이 있으므로 적층 공정은 더욱 경쟁력이 있습니다.
그러나 적층 공정의 복잡성과 해결해야 할 많은 기술적 어려움으로 인해 이 공정의 인기가 어느 정도 제한되었습니다.가장 큰 어려움 중 하나는 다이커팅 및 라미네이팅 과정에서 발생하는 버(burr)와 먼지로 인해 배터리의 단락이 쉽게 발생하여 안전에 큰 위험이 될 수 있다는 것입니다.또한, 양극재는 전지에서 가장 비용이 많이 드는 부분이므로(LiFePO4 양극은 전지 원가의 40~50%를 차지하고, 3원계 리튬 음극은 훨씬 더 높은 비용을 차지함) 효율적이고 안정적인 양극재를 사용한다면 처리 방법을 찾을 수 없으면 배터리 제조업체에 큰 비용 낭비를 초래하고 라미네이션 프로세스의 추가 개발을 제한합니다.
하드웨어 다이커팅 현상 - 소모품이 많고 천장이 낮음
현재 라미네이팅 공정 전 다이커팅 공정에서는 하드웨어 다이 펀칭을 사용하여 펀치와 하부 툴 다이 사이의 극히 작은 간격을 이용하여 폴 피스를 절단하는 것이 시장에서 일반적입니다.이 기계적 공정은 오랜 개발 역사를 갖고 있으며 적용 분야에서 상대적으로 성숙했지만 기계적 바이트로 인해 발생하는 응력으로 인해 처리된 재료에 모서리 붕괴 및 버(Burr)와 같은 바람직하지 않은 특성이 남는 경우가 많습니다.
버를 방지하기 위해 하드웨어 다이 펀칭은 전극의 특성과 두께에 따라 배치 처리를 시작하기 전에 여러 차례의 테스트를 거쳐 가장 적합한 측면 압력과 도구 중첩을 찾아야 합니다.게다가 하드웨어 다이 펀칭은 장시간 작업 후 도구 마모와 재료 고착을 유발하여 공정을 불안정하게 만들고 절단 품질을 저하시켜 궁극적으로 배터리 수율을 낮추고 심지어 안전 위험까지 초래할 수 있습니다.전원 배터리 제조업체는 숨겨진 문제를 피하기 위해 종종 3~5일마다 칼을 교체합니다.제조업체가 발표한 공구 수명은 7~10일이거나 100만 개를 절단할 수 있지만 배터리 공장에서는 결함이 있는 제품이 대량으로 폐기되는 것을 방지하기 위해(일괄적으로 폐기해야 하는 경우가 많음) 사전에 칼을 교체하는 경우가 많습니다. 이로 인해 엄청난 소모품 비용이 발생하게 됩니다.
또한, 위에서 언급한 바와 같이, 차량의 주행거리 향상을 위해 배터리 공장에서는 배터리의 에너지 밀도를 향상시키기 위해 많은 노력을 기울여 왔습니다.업계 소식통에 따르면 단일 셀의 에너지 밀도를 높이기 위해 기존 화학 시스템에서 단일 셀의 에너지 밀도를 향상시키는 화학적 수단은 기본적으로 압축 밀도와 두께를 통해서만 천장에 도달했습니다. 기사를 할 두 극 조각.다짐 밀도와 폴 두께가 증가하면 의심할 여지 없이 공구가 더 손상될 것이며 이는 공구 교체 시간이 다시 단축된다는 것을 의미합니다.
셀 크기가 증가함에 따라 다이 커팅을 수행하는 데 사용되는 도구도 더 크게 만들어져야 하지만 더 큰 도구는 의심할 여지 없이 기계적 작동 속도를 감소시키고 절단 효율성을 감소시킵니다.장기적으로 안정적인 품질, 높은 에너지 밀도 추세, 대형 기둥 절단 효율이라는 세 가지 주요 요소가 하드웨어 다이커팅 공정의 상한을 결정하며 이러한 전통적인 공정은 미래에 적응하기 어려울 것이라고 말할 수 있습니다. 개발.
긍정적인 다이커팅 문제를 극복하기 위한 피코초 레이저 솔루션
레이저 기술의 급속한 발전은 산업 가공에서 그 잠재력을 보여줬고, 특히 3C 산업은 정밀 가공에서 레이저의 신뢰성을 충분히 입증했습니다.그러나 초기에는 폴 커팅을 위해 나노초 레이저를 사용하려는 시도가 있었지만, 나노초 레이저 가공 후 열 영향부가 크고 버가 커서 배터리 제조업체의 요구를 충족시키지 못하여 이 공정이 대규모로 추진되지 않았습니다.그러나 저자의 연구에 따르면 기업에서는 새로운 솔루션을 제안했으며 일정한 결과를 얻었습니다.
기술 원리 측면에서 피코초 레이저는 매우 좁은 펄스 폭으로 인해 매우 높은 피크 전력을 사용하여 재료를 즉시 기화시킬 수 있습니다.나노초 레이저를 사용한 열 처리와 달리 피코초 레이저는 열 영향을 최소화하고 녹는 비드가 없으며 깔끔한 처리 가장자리를 갖춘 증기 제거 또는 재형성 공정으로, 나노초 레이저를 사용하면 큰 열 영향 영역과 버의 함정을 깨뜨릴 수 있습니다.
피코초 레이저 다이커팅 공정은 현재 하드웨어 다이커팅의 문제점을 많이 해결해 배터리 셀 원가에서 가장 큰 비중을 차지하는 양극 절단 공정의 질적 향상을 가능하게 했다.
1. 품질 및 수율
하드웨어 다이 커팅은 기계적 니블링 원리를 사용하는 것으로, 모서리 절단에는 결함이 발생하기 쉽고 반복적인 디버깅이 필요합니다.기계식 절단기는 시간이 지남에 따라 마모되어 극 부분에 버가 발생하여 전체 셀 배치의 수율에 영향을 미칩니다.동시에 모노머의 에너지 밀도를 향상시키기 위해 극 조각의 압축 밀도와 두께가 증가하면 절단 칼의 마모도 증가합니다. 300W 고출력 피코초 레이저 가공은 품질이 안정적이며 꾸준히 작업할 수 있습니다. 재료가 두꺼워져도 장비 손실 없이 오랜 시간 동안 유지됩니다.
2. 전반적인 효율성
직접적인 생산 효율성 측면에서 300W 고출력 피코초 레이저 양극 생산기는 하드웨어 다이커팅 생산기와 동일한 시간당 생산 수준이지만 하드웨어 기계는 3~5일에 한 번씩 칼을 교체해야 한다는 점을 고려하면 이로 인해 필연적으로 생산 라인이 중단되고 나이프 교체 후 재가동이 발생하게 되며, 각 나이프 교체는 몇 시간의 가동 중지 시간을 의미합니다.올 레이저 고속 생산으로 공구 교체 시간이 절약되고 전반적인 효율성이 향상됩니다.
3. 유연성
전력 셀 공장의 경우 라미네이팅 라인은 종종 다양한 셀 유형을 운반합니다.각 전환은 하드웨어 다이커팅 장비에 대해 며칠 더 소요되며 일부 셀에 코너 펀칭 요구 사항이 있는 경우 전환 시간이 더욱 연장됩니다.
반면에 레이저 공정은 전환의 번거로움이 없습니다.모양 변경이든 크기 변경이든 레이저는 "모든 작업"을 수행할 수 있습니다.절단 공정에서 590 제품이 960 또는 1200 제품으로 교체되는 경우 하드웨어 다이 커팅에는 대형 칼이 필요한 반면 레이저 공정에는 1-2개의 추가 광학 시스템과 절단만 필요하다는 점을 추가해야 합니다. 효율성에는 영향을 미치지 않습니다.대량 생산의 변경이든 소규모 시험 샘플이든 레이저 장점의 유연성이 하드웨어 다이 커팅의 상한선을 돌파하여 배터리 제조업체가 많은 시간을 절약했다고 말할 수 있습니다. .
4. 낮은 전체 비용
하드웨어 다이 커팅 공정은 현재 극을 절단하는 주류 공정이고 초기 구매 비용이 낮지만 빈번한 다이 수리 및 다이 변경이 필요하며 이러한 유지 관리 작업으로 인해 생산 라인 가동 중지 시간이 발생하고 더 많은 작업 시간이 소요됩니다.반면 피코초 레이저 솔루션은 다른 소모품이 없고 후속 유지 관리 비용이 최소화됩니다.
장기적으로 피코초 레이저 솔루션은 리튬배터리 양극 절단 분야에서 현재의 하드웨어 다이커팅 공정을 완전히 대체하고 라미네이팅 공정의 대중화를 촉진하는 핵심 포인트 중 하나가 될 것으로 예상된다. 전극 다이커팅을 위한 하나의 작은 단계, 라미네이팅 공정을 위한 하나의 큰 단계".물론, 피코초 레이저의 포지티브 다이커팅 솔루션이 주요 배터리 제조업체에서 인정받을 수 있는지, 피코초 레이저가 기존 공정에서 사용자에게 가져온 문제를 실제로 해결할 수 있는지 여부는 신제품에 대해 여전히 산업적 검증의 대상입니다. 기다려 보자.
게시 시간: 2022년 9월 14일