منذ وقت ليس ببعيد، كان هناك طفرة نوعية في عملية قطع الكاثود التي ابتليت بها الصناعة لفترة طويلة.
عمليات التراص واللف:
في السنوات الأخيرة، مع تزايد سخونة سوق الطاقة الجديدة، زادت القدرة المركبة لـبطاريات الطاقةلقد زادت عامًا بعد عام، وتم تحسين مفهوم التصميم وتكنولوجيا المعالجة بشكل مستمر، ومن بينها لم يتوقف النقاش حول عملية اللف وعملية تصفيح الخلايا الكهربائية أبدًا. في الوقت الحاضر، الاتجاه السائد في السوق هو التطبيق الأكثر كفاءة والتكلفة الأقل والأكثر نضجًا لعملية اللف، ولكن من الصعب التحكم في هذه العملية في العزل الحراري بين الخلايا، مما قد يؤدي بسهولة إلى ارتفاع درجة حرارة الخلايا المحلية و خطر الانتشار الحراري الجامح.
في المقابل، يمكن لعملية التصفيح أن تلعب بشكل أفضل مزايا كبيرةخلايا البطاريةسلامتها وكثافة الطاقة والتحكم في العمليات أكثر فائدة من اللف. وبالإضافة إلى ذلك، فإن عملية التصفيح يمكن أن تتحكم بشكل أفضل في إنتاجية الخلية، في مستخدم نطاق مركبات الطاقة الجديدة هو اتجاه مرتفع بشكل متزايد، ومزايا كثافة الطاقة العالية لعملية التصفيح أكثر واعدة. في الوقت الحاضر، يقوم رئيس الشركات المصنعة لبطاريات الطاقة بالبحث وإنتاج عملية الألواح الرقائقية.
بالنسبة للمالكين المحتملين لمركبات الطاقة الجديدة، يعد القلق بشأن المسافة المقطوعة بلا شك أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على اختيارهم للمركبة.خاصة في المدن التي لا تتوفر فيها مرافق الشحن المثالية، هناك حاجة أكثر إلحاحًا للسيارات الكهربائية طويلة المدى. في الوقت الحاضر، يتم الإعلان عن النطاق الرسمي لمركبات الطاقة الجديدة الكهربائية النقية بشكل عام عند 300-500 كيلومتر، مع خصم النطاق الحقيقي غالبًا من النطاق الرسمي اعتمادًا على المناخ وظروف الطريق. وترتبط القدرة على زيادة النطاق الحقيقي ارتباطًا وثيقًا بكثافة الطاقة في خلية الطاقة، وبالتالي تكون عملية التصفيح أكثر تنافسية.
ومع ذلك، فإن تعقيد عملية التصفيح والصعوبات الفنية العديدة التي تحتاج إلى حل قد حدت من شعبية هذه العملية إلى حد ما. إحدى الصعوبات الرئيسية هي أن النتوءات والغبار الناتج أثناء عملية القطع والتصفيح يمكن أن يتسبب بسهولة في حدوث دوائر قصيرة في البطارية، وهو ما يمثل خطرًا كبيرًا على السلامة. بالإضافة إلى ذلك، فإن مادة الكاثود هي الجزء الأكثر تكلفة في الخلية (تمثل كاثودات LiFePO4 ما بين 40% إلى 50% من تكلفة الخلية، وتمثل كاثودات الليثيوم الثلاثي تكلفة أعلى)، لذلك إذا كان الكاثود فعالًا ومستقرًا لا يمكن العثور على طريقة المعالجة، فهي ستسبب هدرًا كبيرًا في التكلفة لمصنعي البطاريات وتحد من التطوير الإضافي لعملية التصفيح.
الوضع الراهن لقطع الأجهزة - المواد الاستهلاكية العالية والسقف المنخفض
في الوقت الحاضر، في عملية القطع بالقالب قبل عملية التصفيح، من الشائع في السوق استخدام تثقيب قالب الأجهزة لقطع قطعة العمود باستخدام الفجوة الصغيرة للغاية بين الثقب وقالب الأداة السفلية. تتمتع هذه العملية الميكانيكية بتاريخ طويل من التطور وهي ناضجة نسبيًا في تطبيقها، لكن الضغوط الناتجة عن العض الميكانيكي غالبًا ما تترك المادة المعالجة مع بعض الخصائص غير المرغوب فيها، مثل الزوايا المنهارة والنتوءات.
من أجل تجنب النتوءات، يجب أن يجد ثقب الأجهزة الضغط الجانبي الأكثر ملاءمة وتداخل الأداة وفقًا لطبيعة وسمك القطب، وبعد عدة جولات من الاختبار قبل بدء معالجة الدفعات. علاوة على ذلك، يمكن أن يتسبب تثقيب الأجهزة في تآكل الأدوات والتصاق المواد بعد ساعات طويلة من العمل، مما يؤدي إلى عدم استقرار العملية، مما يؤدي إلى ضعف جودة القطع، مما قد يؤدي في النهاية إلى انخفاض إنتاجية البطارية وحتى مخاطر السلامة. غالبًا ما يقوم مصنعو بطاريات الطاقة بتغيير السكاكين كل 3-5 أيام لتجنب المشكلات الخفية. على الرغم من أن عمر الأداة الذي أعلنته الشركة المصنعة قد يكون من 7 إلى 10 أيام، أو يمكن أن يقطع مليون قطعة، إلا أن مصنع البطاريات لتجنب دفعات من المنتجات المعيبة (تحتاج إلى التخلص السيئ على دفعات)، غالبًا ما يغير السكين مقدمًا، وهذا سوف يجلب تكاليف المواد الاستهلاكية الضخمة.
بالإضافة إلى ذلك، كما ذكر أعلاه، من أجل تحسين نطاق المركبات، تعمل مصانع البطاريات جاهدة على تحسين كثافة طاقة البطاريات. وفقا لمصادر الصناعة، من أجل تحسين كثافة الطاقة لخلية واحدة، في ظل النظام الكيميائي الحالي، فإن الوسائل الكيميائية لتحسين كثافة الطاقة لخلية واحدة قد لمست السقف بشكل أساسي، فقط من خلال كثافة الضغط وسمك قطعة القطب من الاثنين للقيام بالمقالات. لا شك أن الزيادة في كثافة الضغط وسمك العمود ستؤذي الأداة أكثر، مما يعني أن وقت استبدال الأداة سيتم تقصيره مرة أخرى.
مع زيادة حجم الخلية، يجب أيضًا زيادة حجم الأدوات المستخدمة لإجراء القطع بالقالب، لكن الأدوات الأكبر ستؤدي بلا شك إلى تقليل سرعة التشغيل الميكانيكي وتقليل كفاءة القطع. يمكن القول أن العوامل الثلاثة الرئيسية للجودة المستقرة على المدى الطويل، واتجاه كثافة الطاقة العالية، وكفاءة قطع الأعمدة كبيرة الحجم تحدد الحد الأعلى لعملية قطع القوالب للأجهزة، وسيكون من الصعب التكيف مع هذه العملية التقليدية مع المستقبل تطوير.
حلول ليزر بيكو ثانية للتغلب على التحديات الإيجابية في مجال القطع
لقد أظهر التطور السريع لتكنولوجيا الليزر إمكاناتها في المعالجة الصناعية، وقد أظهرت صناعة 3C على وجه الخصوص موثوقية الليزر في المعالجة الدقيقة. ومع ذلك، جرت محاولات مبكرة لاستخدام ليزر النانو ثانية لقطع الأعمدة، ولكن لم يتم الترويج لهذه العملية على نطاق واسع بسبب المنطقة الكبيرة المتأثرة بالحرارة والنتوءات بعد المعالجة بالليزر بالنانو ثانية، والتي لم تلبي احتياجات الشركات المصنعة للبطاريات. ومع ذلك، وفقًا لبحث المؤلف، فقد اقترحت الشركات حلاً جديدًا وتم تحقيق نتائج معينة.
من حيث المبدأ التقني، فإن ليزر البيكو ثانية قادر على الاعتماد على قوته القصوى العالية للغاية لتبخير المادة على الفور بسبب عرض النبضة الضيق للغاية. على عكس المعالجة الحرارية باستخدام ليزر النانو ثانية، فإن ليزر البيكو ثانية عبارة عن عمليات استئصال بخار أو إعادة صياغة مع الحد الأدنى من التأثيرات الحرارية، ولا توجد حبيبات ذوبان وحواف معالجة أنيقة، مما يكسر فخ المناطق الكبيرة المتأثرة بالحرارة وينتفخ باستخدام ليزر النانو ثانية.
لقد نجحت عملية القطع بالليزر بيكو ثانية في حل العديد من نقاط الألم في قطع الأجهزة الحالية، مما يسمح بتحسين نوعي في عملية القطع للقطب الموجب، والذي يمثل أكبر نسبة من تكلفة خلية البطارية.
1. الجودة والعائد
قطع الأجهزة بالقالب هو استخدام مبدأ القضم الميكانيكي، وزوايا القطع عرضة للعيوب وتتطلب تصحيحًا متكررًا. سوف تبلى القواطع الميكانيكية بمرور الوقت، مما يؤدي إلى نتوءات على قطع القطب، مما يؤثر على إنتاجية مجموعة الخلايا بأكملها. في الوقت نفسه، فإن زيادة كثافة الضغط وسمك قطعة القطب لتحسين كثافة طاقة المونومر ستؤدي أيضًا إلى زيادة تآكل سكين القطع. تتميز المعالجة بالليزر بيكو ثانية عالية الطاقة بقدرة 300 واط بجودة مستقرة ويمكن أن تعمل بثبات لفترة طويلة، حتى لو كانت المادة سميكة دون التسبب في فقدان المعدات.
2. الكفاءة الشاملة
من حيث كفاءة الإنتاج المباشرة، فإن آلة إنتاج القطب الموجب بالليزر بيكو ثانية عالية الطاقة 300 واط هي في نفس مستوى الإنتاج في الساعة مثل آلة إنتاج قطع القوالب للأجهزة، ولكن مع الأخذ في الاعتبار أن آلات الأجهزة تحتاج إلى تغيير السكاكين مرة واحدة كل ثلاثة إلى خمسة أيام ، الأمر الذي سيؤدي حتمًا إلى إغلاق خط الإنتاج وإعادة التشغيل بعد تغيير السكين، فكل تغيير للسكين يعني عدة ساعات من التوقف. يوفر الإنتاج عالي السرعة بالليزر وقت تغيير الأداة وتكون الكفاءة الإجمالية أفضل.
3. المرونة
بالنسبة لمصانع خلايا الطاقة، غالبًا ما يحمل خط الترقق أنواعًا مختلفة من الخلايا. سيستغرق كل تغيير بضعة أيام إضافية لمعدات القطع بالقالب، ونظرًا لأن بعض الخلايا لديها متطلبات لتثقيب الزوايا، فإن هذا سيؤدي إلى إطالة وقت التغيير.
ومن ناحية أخرى، فإن عملية الليزر لا تعاني من متاعب التحولات. سواء كان تغيير الشكل أو الحجم، فإن الليزر يمكنه "القيام بكل شيء". تجدر الإشارة إلى أنه في عملية القطع، إذا تم استبدال منتج 590 بمنتج 960 أو حتى 1200، فإن قطع الأجهزة بالقالب يتطلب سكينًا كبيرًا، بينما تتطلب عملية الليزر فقط نظامين بصريين إضافيين والقطع لا تتأثر الكفاءة. يمكن القول أنه، سواء كان ذلك تغييرًا في الإنتاج الضخم، أو عينات تجريبية صغيرة الحجم، فقد تجاوزت مرونة مزايا الليزر الحد الأعلى لقطع الأجهزة، مما يوفر لمصنعي البطاريات الكثير من الوقت .
4. انخفاض التكلفة الإجمالية
على الرغم من أن عملية قطع القوالب للأجهزة هي حاليًا العملية السائدة لقطع الأعمدة وأن تكلفة الشراء الأولية منخفضة، إلا أنها تتطلب إصلاحات متكررة وتغييرات للقالب، وتؤدي إجراءات الصيانة هذه إلى توقف خط الإنتاج وتكلفة المزيد من ساعات العمل. في المقابل، لا يحتوي حل ليزر البيكو ثانية على أي مواد استهلاكية أخرى كما أنه أقل تكاليف صيانة للمتابعة.
على المدى الطويل، من المتوقع أن يحل حل ليزر البيكو ثانية محل عملية قطع القوالب الحالية للأجهزة تمامًا في مجال قطع القطب الموجب لبطارية الليثيوم، ويصبح أحد النقاط الرئيسية لتعزيز شعبية عملية الترقق، تمامًا مثل " خطوة صغيرة لقطع القطب الكهربائي، وخطوة كبيرة لعملية التصفيح". بالطبع، المنتج الجديد لا يزال خاضعًا للتحقق الصناعي، ما إذا كان يمكن التعرف على حل القطع الإيجابي لليزر البيكو ثانية من قبل الشركات المصنعة الكبرى للبطاريات، وما إذا كان ليزر البيكو ثانية يمكنه حقًا حل المشكلات التي جلبتها العملية التقليدية للمستخدمين، دعونا ننتظر ونرى.
وقت النشر: 14 سبتمبر 2022