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叠片电池制片工艺获突破!皮秒激光技术解决正

不久前,困扰行业许久的正极极片切割工艺有了质的突破。欧亿手机app 软件东莞市盛雄激光先进装备股份有限公司重磅发布了300W大功率皮秒激光正极极片制片机,经过一年多市场验证,已证实能够高效、稳定地进行动力电池正极极片切割,能够帮助企业实现提质、降本。同时,盛雄激光也是目前一家能用激光技术解决正极极片量产的企业。
 
叠片工艺VS卷绕工艺
 
近几年,随着新能源市场的火热,动力电池装机量逐年提升,其设计理念及加工工艺也在不断改进,其中关于电芯的卷绕工艺、叠片工艺的讨论从未停止过。目前市场上主流的是效率更高、成本更低、应用更成熟的卷绕工艺,但这种工艺难以控制电芯之间的热隔离,容易导致电芯局部过热,存在热失控蔓延的风险。
 
相比之下,叠片工艺可以更好的发挥大型电芯优势,其在安全性、能量密度、工艺控制均比卷绕占据优势。此外,叠片工艺可以更好控制电芯良率,在用户对新能源车续航里程越来越高的趋势下,叠片工艺高能量密度的优势更有前景。目前,动力电池头部厂家均对叠片工艺进行研究和生产。
 
对新能源汽车的潜在车主而言,里程焦虑无疑是影响他们做出购车选择的关键因素之一。尤其是充电设施不完善的城市,对长续航的电动汽车有着更迫切的需求。目前,纯电的新能源汽车官方公布的续航里程普遍在300-500公里,真实续航视气候、路况,往往会在官方公布的基础上打折。能否提高真正的续航里程,与动力电池的能量密度息息相关,叠片工艺也因此更具竞争力。
 
然而,由于叠片工艺较为复杂,且有诸多技术难点需要解决,欧亿总代一定程度上制约了这一工艺的普及。其中一个关键难点,便是模切和叠片过程中产生的毛刺、粉尘容易造成电池短路,存在巨大的安全隐患。再加上正极材料是电芯中的成本占比的部分(磷酸铁锂正极极片占电芯成本的40%-50%,三元锂正极极片成本占比更高),若不能找到高效、稳定的正极极片加工方式,将给电池制造商造成极大的成本浪费,并制约叠片工艺的进一步发展。
 
五金模切现状——高耗材低上限
 
目前,在叠片工艺前的模切工序上,市面上普遍采用五金模具冲切,利用冲头和下刀模极小的间隙对极片进行裁切。这种机械工艺发展历史悠久,应用相对成熟,但机械咬合带来的应力往往会让被加工材料存在一些不良表征,如塌角、毛刺等。
 
为避免出现毛刺,五金模具冲切在调刀时要根据极片的性质和厚度,寻找最合适的侧向压力和刀具重叠量,经过多轮测试才能启动批量加工。更重要的是,五金模具冲切在长时间工作后会出现刀具磨损及材料粘刀问题,引起工艺不稳定,导致极片裁切品质变差,最终导致电池良率下降,甚至出现安全隐患。动力电池厂商为避免出现隐患,往往每3-5天就会换一次刀。尽管厂家公布的刀具使用寿命可能是7-10天,或能切100万片,但电池厂为避免成批次出现不良品(不良则需要成批次报废),往往都会提前换刀,而这会带来巨大的耗材成本。
 
除此之外,如前文所说,为提高车辆续航里程,电池厂一直在努力提高电池能量密度。据业内人士透露,要提升单体能量密度,在现有的化学体系下,化学手段对单体能量密度的提升基本已经触及天花板,只能通过压实密度和极片厚度这两块做。而压实密度提高、极片厚度增加无疑会更伤刀具,这意味着更换刀具的时间还要再度缩短。
 
此外,随着电池尺寸加大,用于进行模切的刀具也要做得更大,但刀具无疑会降低机械运转的速度,降低裁切效率。可以说,长期稳定的品质、高能量密度趋势、大尺寸极片切割效率三大因素决定了五金模切工艺上限,这种传统工艺将难以适应未来的发展。
 
皮秒激光解决方案 攻克正极模切难题
 
激光技术的快速发展让人们看到了其在工业加工中的潜力,尤其是3C行业已经充分证明了激光在精密加工中的可靠性。然而,早期人们尝试用纳秒激光进行极片切割,但由于纳秒激光加工后热影响区及毛刺较大,无法满足电池厂商的需求,因此这一工艺未能大规模推广。但据笔者调研发现,目前已有企业提出了全新的解决方案并取得一定成果。
 
今年8月初举办的广州电池展上,东莞市盛雄激光先进装备股份有限公司重磅发布了300W大功率皮秒激光正极极片制片机。从技术原理上来说,皮秒激光由于脉宽极窄,能够依靠自身极高的峰值功率,使材料瞬间气化。与纳秒激光的热加工不同,皮秒激光属于气化消融或改质加工,热效应微乎其微,不产生融珠,加工边缘整齐,打破了纳秒激光热影响区及毛刺较大的困局。