切断プロセスでは、迅速な金型摩耗、長いカビの変化時間、柔軟性の低さ、生産効率の低さなどの問題が不安定なプロセスにつながり、一貫性のない電極削減品質とバッテリー性能の低下につながります。レーザー切断は、振動偏差、高精度、良好な安定性、および金型置換の必要性の利点により、リチウムバッテリー製造の主流になっています。一般的に、タブの切断、電極シートのスリット、セパレーターのスリットなどのプロセスで使用されます。
バッテリー電極ダイの特性機械:
1.過剰、不十分、または不均一な隙間は、バリを引き起こす可能性があります。
2。鈍いまたは損傷した切断端は、バリを生成する可能性があります。
3.ワークピースとパンチやダイの間の接触不良、トリミングやパンチ中の不適切な位置決めの高さなどの不適切な切断条件も、ワークピースの高さが位置の高さよりも低い場合にバリを引き起こし、ワークピースの形状と最先端の間に適合が悪くなります。
4.動作中のカビの温度上昇は、ギャップの変化を引き起こす可能性があり、切断された電極シートのバリにつながります。
の特性バッテリー電極レーザー切断機：
1。狭い切断隙間。
2。最先端の近くの小さな熱の影響を受けたゾーン。
3.最小限の局所変形。
4.非接触切断、清潔、安全、汚染のない。
5.自動化された機器との簡単な統合、プロセス自動化の促進。
6.ワークピースの切断に関する制限はありません。レーザービームにはプロファイリング機能があります。
7。コンピューターとの統合、材料の保存。
パワーバッテリーの機械的ダイカットからのBURRによってもたらされる重大な安全上の危険を考えると、レーザー切断が将来の主要な方法になると予想されます。
図1：ダイカット
レーザー切断の原則：
焦点を合わせた高出力密度レーザービームは、バッテリー電極シートを切断し、高温に急速に加熱し、溶け、蒸発、脱脂肪、または点火ポイントに到達し、穴を形成します。ビームがシートを横切って移動すると、これらの穴は連続した狭いカットを形成し、電極シートの切断を完了します。
図2：レーザー切断原理の概略図
レーザー切断の主なプロセスパラメーター：
①beamモード：
ビームモードが低いほど、フォーカスされたスポットサイズが小さくなるほど、電力密度とエネルギー密度が高くなり、カットが狭くなり、切断効率と品質が高くなります。
②レーザービームの偏光：
あらゆる種類の電磁波伝達と同様に、レーザービームには、互いに垂直でビーム伝播の方向に垂直な電気および磁気ベクター成分があります。光学系では、電気ベクトルはレーザービームの偏光方向と見なされます。切断方向が偏光方向に平行になると、切断前面はレーザーを最も効率的に吸収し、狭い切断、低カットの垂直性と粗さ、および高い切断速度をもたらします。
③レーザー電源：
レーザー切断では、レーザービームを最高の電力密度で最小のスポットの直径に集中する必要があります。切断に必要なレーザー出力は、主に切断型と切断対象の材料の特性に依存します。蒸発切断には、切断を融解することにより、最高のレーザー出力が必要であり、酸素支援の融解切断は最小限です。
平均電力計算式：
平均電力=単一パルスエネルギー×繰り返し頻度
ピーク電源計算式：
ピーク電源=単一パルスエネルギー /パルス幅
④フォーカス位置：
ワークピースの上の焦点面は肯定的なフォーカスであり、ワークの下には負の焦点があります。幾何学的光学理論によれば、正と負の解体面が処理面から等距離にある場合、対応する平面の電力密度はほぼ同じです。
⑤レーザー焦点深度：
焦点システムの焦点深度は、レーザー切断品質に大きく影響します。フォーカスビームの焦点深度が短く、焦点角が大きく、スポットサイズが焦点の近くで大きく変化する場合、材料表面のレーザー出力密度は焦点位置が異なり、切断に大きく影響します。レーザー切断の場合、焦点の位置は、最大切断深度と最小の切断幅を実現するために、ワークピース表面の上またはわずかに下にある必要があります。
リチウムイオンバッテリー電極シートには両面コーティング +中金属電流コレクター層構造があり、コーティングと金属箔の特性は大きく異なるため、レーザー作用に対する反応も異なります。レーザーがマイナスグラファイト層または正の活性材料層に作用する場合、レーザー吸収率が高いため、熱伝導率が低いため、コーティングには融解と気化のために比較的低いレーザーエネルギーが必要です。対照的に、金属電流コレクターはレーザーを反射し、熱伝導が高速であるため、金属層の融解と気化に必要なレーザーエネルギーが高くなります。
図3：レーザー作用下で片面コーティングされた負の電極の厚さ方向の銅組成と温度分布
図3は、レーザー作用下の片面コーティングされた負の電極の厚さ方向の銅組成と温度分布を示しています。レーザーがグラファイト層に作用すると、グラファイトは主にその材料特性のために蒸発します。レーザーが銅ホイルに浸透すると、ホイルが溶け始め、溶融プールが形成されます。プロセスパラメーターが不適切である場合、問題が発生する可能性があります。（1）図4の左画像に示すように、カットエッジで剥がれ、金属箔を露出させます。 （2）切断端の周りの大量の切断破片。図4の正しい画像に示すように、これらの問題はバッテリーの性能と安全性の問題の低下につながる可能性があります。したがって、レーザー切断を使用する場合、有効材料と金属ホイルの特性に基づいてプロセスパラメーターを最適化して、電極シートの完全な切断と金属のデブリを離れることなくカットエッジ品質を確保する必要があります。
図4：最先端の問題：露出した金属箔と切断破片
レーザー切断の改善方向：
1。切断効率：60-90 m/minの現在のレベルは、3年以内に120-180 m/minの予想レベルで改善され続けます。
2。切断品質：現在、レーザー切断は、三元カソード材料領域で直接使用することはできません。新しいレーザータイプとレーザープロセスの将来の進歩により、三元カソード材料のレーザー切断が可能になる場合があります。さらに、熱の影響を受けたゾーン、バリ、溶融ビーズなどの品質の問題を削減することは、機械的安定性とレーザープロセスの強化により改善できます。
3。機器の安定性：これには、運用可能性を向上させ、積み込み時間と荷重時間を最適化して機器全体の有効性（OEE）と障害間の平均時間（MTBF）を強化することにより、機器自体の安定性を改善することが含まれます。また、プロセス機能インデックス（CPK）を強化することにより、製品の品質の一貫性を改善することも含まれます。
4。知性：シングルマシンインテリジェンス、そしてフルラインインテリジェンスの達成。単一マシンインテリジェンスのオンライン検出、PLCコントロール、および上部コンピューターコントロールの統合。次に、工場情報システムに接続し、シングルマシンデータ収集を最適化し、フルラインインテリジェンスを実現します。
