Podczas konstruowania samochodów elektrycznych stosowane są obecnie prawnie wyłącznie akumulatory litowo-jonowe na bazie elektrolitu. Alternatywne zestawienia, jak akumulatory na ciała stałe lub inne komponenty chemiczne, na razie nie są dostatecznie rozwinięte na potrzeby przemysłowe.
Produkcja akumulatorów litowo-jonowych to bardzo wymagający i wrażliwy proces, wiążący się z bardzo wysokimi kosztami materiałów i energii. Dlatego proces produkcji musi odbywać się bardzo wydajnie z dużymi ilościami i jak najmniejszą liczbą elementów wybrakowanych. Najważniejszym celem branży akumulatorów jest uzyskanie dużej grawimetrycznej gęstości energii (Wh/kg), a tym samym dużego przebiegu, co bezpośrednio przekłada się na zasięg samochodów elektrycznych. Ponadto należy projektować i konstruować ogniwa akumulatorowe, które są zgodne z wysokimi wymaganiami branży motoryzacyjnej w zakresie bezpieczeństwa, wydajności i żywotności. Laser jako narzędzie zapewnia niezrównane korzyści pod względem niezawodności procesu, precyzji i wydajności.
W segmencie elektromobilności stosowane są trzy typy lub formaty akumulatorów litowo-jonowych. Zasada działania wszystkich typów jest zasadniczo taka sama. Główne różnice polegają na konstrukcji, wymaganiach oraz stosowanych materiałach.
Łączenie pojedynczych ogniw w moduły lub zestawy odbywa się przez tak zwane zgrzewanie szyn prądowych. Jako szyna prądowa określana jest przy tym szyna przewodząca prąd. Ogniwa pryzmatowe lub moduły ogniw mogą być łączone w przypadku materiałów takiego samego rodzaju (Al/Al lub Cu/Cu), lecz również w przypadku połączeń mieszanych (np. Al/Cu). Ważne jest przy tym, aby połączenia były trwałe mechanicznie, ponieważ w pojeździe są narażone na wibracje i wysoką temperaturę. Jednocześnie należy trwale zapewnić połączenie elektryczne z najmniejszym oporem. W trakcie procesu spawania powinno więc powstawać jako najmniej rozprysków. Duże znaczenie ma również powtarzalność, niewielkie wprowadzanie ciepła oraz zdefiniowane głębokości spawania.
Podczas cięcia folii akumulatorowych są dwa zakresy zastosowania. Po pierwsze „slitting“; ciągłe cięcie podłużne lub rozdzielanie zwoju głównego (folia elektrody powlekana z jednej lub z dwóch stron). Jest ona cięta na kilka zwojów podrzędnych (części). Laser znajduje się przy tym w stałej pozycji, folia przesuwa się ciągle przez promień lasera od rolki do rolki.
Drugi zakres zastosowania to cięcie konturów powlekanej folii elektrody. Ze zwoju odcinane są elektrody (anody/katody) w potrzebnym kształcie i niezbędnej liczbie. W połączeniu z optycznym układem skanującym i poruszanymi osiami lub innymi laserami do powiększania pola skanowania laser tnie folię elektrody na żądany kształt. Podczas cięcia konturów prędkość wynosi ponad 1m/s. Grubość folii (folia i dwustronna powłoka z materiału aktywnego) mieści się w granicach 100–250 µm. W obydwu zastosowaniach lasery TRUMPF spełniają wysokie wymagania producentów akumulatorów w zakresie prędkości, strefy oddziaływania ciepła, tworzenia się zadziorów oraz powstawania cząstek i rozprysków.
Po procesie powlekania proszkiem materiał aktywny musi zostać wysuszony na foliach elektrod. Przemysłowe systemy grzewcze VCSEL mogą przejąć ten krok, ponieważ urządzenia laserowe na bazie matryc VCSEL pozwalają na bardzo szybkie i ukierunkowane podgrzanie dużych powierzchni z wykorzystaniem kierowanego, selektywnego promieniowania podczerwonego. Przez skrócenie odcinka suszenia znacznie zmniejszona zostaje powierzchnia zajmowana przez piece suszące, dodatkowo to rozwiązanie pozwala zwiększyć szybkość procesu oraz zaoszczędzić koszty i energię.
Folie elektrody to bardzo cienkie folie miedziane i aluminiowe (grubość 6–14 µm), które służą jako anoda i katoda dla materiału aktywnego. Folie są zgrzewane jako stos lub zwój na poszczególnych powierzchniach stykowych (30–60 warstw) do jednej anody i jednej katody. Dzięki naszym laserom zapewniony jest jednostronny dostęp do obrabianego przedmiotu. Stos ponad 60 folii można więc niezawodnie zgrzewać, przy czym tworzyć się będą minimalne ilości rozprysków.
Lasery TRUMPF uszczelniają pryzmatyczną obudowę baterii (Can), która zazwyczaj jest wykonana z głęboko tłoczonej obudowy baterii, wyposażonej w pakiet elektrod (grubość ściany 0,6–0,8 mm) z pokrywą obudowy (Cap) 1,0–1,8 mm – bez porów, rys lub niepotrzebnych wybrzuszeń spoiny. Proces spawania jest nowoczesny z prowadzonym na osiach stałym układem optycznym i prędkościami spawania 10–12 m/min. Technologia TRUMPF BrightLineWeld minimalizuje odpryski i maksymalizuje stabilność procesu. W połączeniu z optycznym układem skanującym PFO i układem sensorycznym możliwe jest również bardzo dynamiczne rozwiązanie z prędkościami spawania ponad 25 m/min.
Moduły akumulatora składają się z kilku połączonych ze sobą ogniw akumulatorowych, tworząc jednostkę mocy w obudowie modułu. Obudowa modułu w zależności od stosowanego formatu ogniwa spełnia nieco inną funkcję. Z reguły stosuje się tu stopy aluminium, a czasami także stale nierdzewne, które cechują się wytrzymałość na rozciąganie w zakresie średniej do wysokiej. Nasze lasery Highpower IR spawają je z największą trwałością bez rys i odkształceń.
W ogniwach lub modułach akumulatorowych istnieje wiele zastosowań do czyszczenia i strukturyzowania laserem. Zaczyna się na poziomie elektrody, gdzie materiał aktywny jest częściowo ablacyjny lub strukturalny, a kończy na obudowie ogniwa lub modułu akumulatora, gdzie powierzchnie poddaje się szorstkowaniu dla lepszej przyczepności lub usuwa się izolujące lakiery, plamy kwasowe i warstwy tlenku. Stosowany jest tutaj nasz cały asortyment usług związanych z laserami o krótkim i ultrakrótkim czasie impulsu.
Lasery znakujące TRUMPF opisują czułe ogniwa akumulatorowe i ich obudowy precyzyjnie oraz całkowicie bezdotykowo. Można więc na przykład opisać metodą Black Marking wszystkie komponenty z dużym kontrastem i dobrą czytelności, przy maksymalnej odporności na korozję. Ta trwałość jest również warunkiem wymaganej przepisami prawa rozpoznawalności oraz dokumentacji elementów.
Jak optymalnie wspierać własną produkcję na drodze do elektromobilności? Warto skorzystać z naszej zaawansowanej wiedzy dostawcy technologii dla OEM, TIER, producentów ogniw i integratorów. Ponadto jesteśmy partnerem wielu publicznych i prywatnych inicjatyw badawczych, z którym wspólnie opracowujemy nowe rozwiązania technologiczne do produkcji akumulatorów.
Laser z zieloną długością fal do spawania materiałów miedzianych, formowania stali (BrightLine Weld) do zgrzewania aluminium i miedzi bez rozprysków i porów bądź specjalne układy sensoryczne do zapewniania jakości i monitorowania procesów BrightLine Weld – TRUMPF zapewnia niezliczone, innowacyjne gotowe rozwiązania do produkcji ogniw akumulatorowych. Można przy tym skorzystać z naszych pakietów technologii z dużym wyborem źródeł laserowych, układów optycznych, układów sensorycznych i wiedzy z zakresu zastosowań.
Technologia BrighLine Weld marki TRUMPF to klucz do spawania laserowego z minimalną ilością odprysków szyn prądowych, miękkich złączy, Can-Cap lub obudów modułowych za pomocą laserów Highpower IR. Ponadto nasze lasery TruDisk z długością fali w zakresie światła zielonego są przystosowane do bardzo odblaskowych materiałów, np. miedzi – ich moc średnia wynosi do 2 kW w przypadku fali ciągłej lub do 400 W w przypadku trybu impulsowego. Można w ten sposób wykonać zdefiniowane i stałe głębokości spawania, co przekłada się na powtarzalność procesów. Podczas spawania kondukcyjnego korzystne jest również minimalne dostarczanie energii cieplnej do obrabianego przedmiotu. Specjalnie do produkcji zautomatyzowanej i bardzo wydajnej opracowano nasze układy sensoryczne (VisionLine, OCT oraz monitorowanie głębokości spawania). Dzięki temu można zawsze polegać na pełnej dokumentacji i rozpoznawalności.
Nasza konstrukcja lasera TruDisk dzięki kilku rozgałęzieniom każdego lasera umożliwia optymalne wykorzystanie go w trybie współdzielenia czasu i redundantnym. Ponadto dzięki naszej regulacji mocy lasera korzystają Państwo z niezmiennie stałej mocy lasera na przedmiocie obrabianym.
Widzimy siebie jako doradców w zakresie zastosowań i otwierających nowe możliwości produkcyjne. Korzystają przy tym Państwo z naszej dogłębnej wiedzy branżowej oraz doświadczenia pionierów w segmencie laserów z ostatnich dekad.
Mogą Państwo korzystać z doradztwa naszych ekspertów oraz z naszej światowej sieci serwisowej. Jeżeli potrzebny jest serwis lub opracowanie zastosowania, jesteśmy tam, gdzie Państwo. Na przykład dzięki usłudze Condition Monitoring Service eksperci TRUMPF i algorytmy monitorują lasery w ramach predyktywnego utrzymania w dobrym stanie technicznym, zwłaszcza w przypadku wrażliwych i dużych linii produkcyjnych.
Na powierzchni ponad 4000 m² centrum zastosowań laserowych TRUMPF w Ditzingen to jeden z największych na świecie obiektów tego rodzaju. Nasi specjaliści ds. zastosowań i eksperci branżowi pomagają w opracowywaniu oraz optymalizacji zastosowań, zawsze na podstawie konkretnego elementu – z naszym obszernym asortymentem różnorodnych systemów obróbki laserowej.
