절단 과정에서 빠른 금형 마모, 긴 금형 변화 시간, 유연성이 좋지 않으며 생산 효율이 낮은 문제는 종종 불안정한 프로세스로 이어져 전극 절단 품질이 일관되지 않고 배터리 성능을 줄입니다. 레이저 절단은 진동 편차가없고 정밀도, 안정성이 우수하며 곰팡이 교체가 필요하지 않기 때문에 리튬 배터리 제조의 점차 주류가되었습니다. 일반적으로 탭 절단, 전극 시트 슬릿팅 및 분리기 슬릿과 같은 프로세스에 사용됩니다.
배터리 전극 다이 절단의 특성기계:
1. 과도하거나 불충분하거나 불충분 한 절단 간격은 버를 유발할 수 있습니다.
2. 칙칙하거나 손상된 절단 가장자리는 버를 생성 할 수 있습니다.
3. 공작물과 펀치 또는 펀치 사이의 접촉이 열악하거나 트리밍 및 펀칭 중에 부적절한 포지셔닝 높이와 같은 부적절한 절단 조건은 공작물 높이가 포지셔닝 높이보다 낮은 경우 버를 유발하여 공작물 모양과 절단 가장자리 사이에 적합하지 않습니다.
4. 작동 중 곰팡이 온도 상승은 갭 변화를 일으켜 절단 전극 시트의 버를 초래할 수 있습니다.
의 특성배터리 전극레이저 커팅 머신 :
1. 좁은 절단 간격.
2. 절단 가장자리 근처의 작은 열 영향 구역.
3. 최소한의 국소 변형.
4. 비접촉 절단, 깨끗하고 안전하며 오염이 없습니다.
5. 자동 장비와의 쉬운 통합, 프로세스 자동화 촉진.
6. 절단 워크 피스에 대한 제한이 없다. 레이저 빔에는 프로파일 링 기능이 있습니다.
7. 컴퓨터와의 통합, 재료 절약.
전원 배터리의 기계식 다이 절단으로 인한 버에 의한 상당한 안전 위험을 감안할 때, 레이저 절단은 향후 주요 방법이 될 것으로 예상됩니다.
그림 1 : 다이 절단
레이저 절단의 원리 :
집중된 고출력 밀도 레이저 빔은 절단 할 배터리 전극 시트를 조사하여 고온으로 빠르게 가열하여 녹거나 기화, 절제 또는 점화점에 도달하여 구멍을 형성합니다. 빔이 시트를 가로 질러 움직일 때,이 구멍은 연속적으로 좁은 절단을 형성하여 전극 시트의 절단을 완료합니다.
그림 2 : 레이저 절단 원리의 개략도
레이저 절단의 주요 공정 매개 변수 :
① 빔 모드 :
빔 모드가 낮을수록 집중 스팟 크기가 작을수록 전력 밀도와 에너지 밀도가 높을수록 절단이 더 좁고 절단 효율과 품질이 높아집니다.
Laser 빔의 편광 :
모든 유형의 전자기파 전송과 마찬가지로, 레이저 빔에는 서로 수직 인 전기 및 자기 벡터 성분이 있으며 빔 전파 방향에 수직입니다. 광학에서 전기 벡터는 레이저 빔의 편광 방향으로 간주됩니다. 절단 방향이 편광 방향에 평행 할 때, 절단 전면은 레이저를 가장 효율적으로 흡수하여 좁은 절단, 수직 성 및 거칠기가 낮고, 절단 속도가 좁습니다.
laser 파워 :
레이저 절단은 전력 밀도가 가장 높은 레이저 빔을 가장 작은 스팟 직경에 초점을 맞추어야합니다. 절단에 필요한 레이저 전력은 주로 절단 유형 및 절단되는 재료의 특성에 따라 다릅니다. 기화 절단은 녹는 절단으로 가장 높은 레이저 전력을 필요로하며 산소 보조 용융 절단은 가장 적게 필요합니다.
평균 전력 계산 공식 :
평균 전력=단일 펄스 에너지 × 반복 주파수
피크 전력 계산 공식 :
피크 파워=단일 펄스 에너지 / 펄스 폭
pocus 위치 :
공작물 위의 초점 평면은 양의 디포 쿠스이며, 공작물 아래는 음성 디 포커스입니다. 기하학적 광학 이론에 따르면, 양수 및 음성 디 포커스 평면이 처리 표면에서 등거리가 될 때, 해당 평면의 전력 밀도는 거의 동일합니다.
laser 초점 깊이 :
포커싱 시스템의 초점 깊이는 레이저 절단 품질에 크게 영향을 미칩니다. 집중 빔의 초점 깊이가 짧고 포커싱 각도가 크고 스팟 크기가 초점 근처에서 상당히 변하면 재료 표면의 레이저 전력 밀도는 초점 위치에 따라 크게 달라 지므로 절단에 크게 영향을 미칩니다. 레이저 절단의 경우 초점 위치는 최대 절단 깊이와 가장 작은 절단 너비를 달성하기 위해 공작물 표면에 또는 약간 아래에 있어야합니다.
리튬 이온 배터리 전극 시트는 양면 코팅 + 중간 금속 전류 수집기 층 구조를 가지기 때문에 코팅 및 금속 포일의 특성이 크게 다르므로 레이저 동작에 대한 응답도 다릅니다. 레이저가 음성 흑연 층 또는 양성 활성재 층에 작용할 때, 높은 레이저 흡수 속도 및 낮은 열전도율로 인해 코팅은 용융 및 기화를 위해 비교적 낮은 레이저 에너지를 필요로한다. 대조적으로, 금속 전류 수집기는 레이저를 반사하고 열 전도가 빠르기 때문에 금속 층의 용융 및 기화에 필요한 레이저 에너지가 더 높습니다.
그림 3 : 레이저 동작 하에서 단일 코팅 음성 전극의 두께 방향으로의 구리 조성 및 온도 분포
그림 3은 레이저 작용 하에서 단일 코팅 음성 전극의 두께 방향에서 구리 조성 및 온도 분포를 보여줍니다. 레이저가 흑연 층에 작용할 때, 흑연은 주로 재료 특성으로 인해 기화됩니다. 레이저가 구리 호일에 침투하면 포일이 녹기 시작하여 용융 수영장을 형성합니다. 공정 매개 변수가 부적절한 경우, 문제가 발생할 수 있습니다 : (1) 그림 4의 왼쪽 이미지에 표시된 것처럼 절단 가장자리에서 껍질을 벗기고 금속 호일을 노출시키는 것; (2) 절단 가장자리 주위에 많은 양의 절단 파편. 이러한 문제는 그림 4의 올바른 이미지에 표시된 것처럼 배터리 성능 및 안전 품질 문제로 이어질 수 있습니다. 따라서 레이저 절단을 사용할 때는 전극 시트를 완전히 절단하고 금속 파편을 떠나지 않고 우수한 절단 에지 품질을 보장하기 위해 활성 재료 및 금속 포일의 특성을 기반으로 프로세스 매개 변수를 최적화해야합니다.
그림 4 : 최첨단 문제 : 노출 된 금속 호일 및 절단 잔해물
레이저 절단의 개선 방향 :
1. 절단 효율 : 60-90 m/min의 현재 수준은 3 년 안에 120-180 m/min의 예상 수준으로 계속 개선 될 것입니다.
2. 절단 품질 : 현재, 레이저 절단은 3 원 캐소드 재료 영역에서 직접 사용할 수 없습니다. 새로운 레이저 유형 및 레이저 프로세스의 향후 발전은 3 차 캐소드 재료의 레이저 절단을 가능하게 할 수 있습니다. 또한, 기계적 안정성 및 레이저 공정 향상을 통해 열 영향을받는 구역, 버 및 용융 구슬과 같은 품질 문제를 절단 할 수 있습니다.
3. 장비 안정성 : 여기에는 운영 가용성을 높이고 로딩 및 언 로딩 시간을 최적화하여 전반적인 장비 효과 (OEE) 및 실패 사이의 평균 시간 (MTBF)을 향상시켜 장비 자체의 안정성을 향상시키는 것이 포함됩니다. 또한 프로세스 기능 지수 (CPK)를 향상시켜 제품 품질 일관성을 향상시킵니다.
4. 지능 : 단일 기계 인텔리전스 및 풀 라인 지능 달성. 단일 기계 인텔리전스를위한 온라인 탐지, PLC 제어 및 상부 컴퓨터 제어 통합. 그런 다음 공장 정보 시스템에 연결하고 단일 기계 데이터 수집을 최적화하여 전체 라인 인텔리전스를 달성합니다.
