Ngày nay, pin lithium-ion dựa trên chất điện phân được sử dụng gần như độc quyền trong việc chế tạo ô tô điện. Các chế phẩm thay thế như pin thể rắn hoặc các thành phần hóa học khác chưa đạt đến độ chín công nghiệp cần thiết.
Việc sản xuất pin lithium-ion là một quá trình rất phức tạp và nhạy cảm, đòi hỏi chi phí nguyên liệu và năng lượng rất cao. Đây là lý do tại sao quá trình sản xuất phải rất hiệu quả, với số lượng cao và ít phế phẩm nhất có thể. Mục tiêu cơ bản của ngành công nghiệp pin là đạt được mật độ năng lượng trọng trường (Wh/kg) cao và do đó có tốc độ (quãng đường đi được) cao, được phản ánh trực tiếp trong quãng đường đi được của ô tô điện. Ngoài ra, điều quan trọng là phải phát triển và xây dựng các loại pin đáp ứng các yêu cầu cao của ngành công nghiệp ô tô về độ an toàn, hiệu suất và tuổi thọ. Laser như một công cụ cung cấp những lợi thế chưa từng có về độ tin cậy của quá trình, độ chính xác và hiệu suất.
Có ba loại hay dạng pin lithium-ion được sử dụng trong chế tạo xe điện. Nguyên lý hoạt động của tất cả các loại về cơ bản là giống nhau. Sự khác biệt chính nằm ở thiết kế các yêu cầu và vật liệu được sử dụng.
Việc kết nối các pin đơn để tạo thành mô-đun hoặc bộ pin được thực hiện bằng cách hàn thanh góp. Ở đây thanh dẫn điện được gọi là thanh góp. Pin lăng trụ hoặc mô-đun pin có thể được kết nối với vật liệu cùng loại (Al/Al hoặc Cu/Cu), nhưng cũng có thể kết nối hỗn hợp (ví dụ: Al/Cu). Điều quan trọng là các liên kết phải chắc chắn về mặt cơ học, vì chúng tiếp xúc với rung động và nhiệt trong xe. Đồng thời, kết nối điện với điện trở thấp nhất có thể phải được đảm bảo lâu bền. Ngoài ra, càng ít văng bắn càng tốt trong quá trình hàn. Khả năng lặp lại, đầu vào nhiệt tối thiểu và độ sâu hàn xác định cũng đóng một vai trò quan trọng.
Có hai lĩnh vực ứng dụng để cắt màng pin. Một là quy trình "xẻ rãnh"; là sự cắt hoặc tách liên tục theo chiều dọc của cuộn dây mẹ (màng điện cực được phủ trên một hoặc cả hai mặt). Cuộn dây này được cắt thành nhiều lá nhỏ (phần). Laser ở một vị trí cố định; phim chạy liên tục từ cuộn này sang cuộn khác thông qua tia laser.
Lĩnh vực ứng dụng thứ hai là cắt đường viền của màng điện cực được phủ. Tại đây, các điện cực (cực dương/cực âm) được cắt từ cuộn dây theo hình dạng và số lượng cần thiết. Kết hợp với máy quét quang và trục chuyển động hoặc các laser khác để phóng to trường quét laser sẽ cắt màng điện cực thành hình dạng mong muốn. Tốc độ cắt đường viền trên 1 m/s. Độ dày màng (màng và lớp phủ trên cả hai mặt với vật liệu hoạt tính) là từ 100 đến 250 µm. Trong cả hai ứng dụng, laser TRUMPF đáp ứng các yêu cầu cao của các nhà sản xuất pin về tốc độ cắt, vùng ảnh hưởng nhiệt, sự tạo thành gờ và hình thành hạt hoặc văng bắn.
Sau quá trình phủ, các chất hoạt động phải được làm khô trên các lá điện cực. Các hệ thống sưởi VCSEL công nghiệp có thể thực hiện bước này, bởi vì các nguồn tia laser dựa trên VCSEL-Array có thể làm nóng các khu vực rộng rất nhanh và theo một cách xác định với bức xạ hồng ngoại có hướng, chọn lọc bước sóng. Bằng cách giảm khoảng cách sấy, diện tích đặt tủ sấy giảm đáng kể, giải pháp này còn giúp tăng tốc độ xử lý và tiết kiệm chi phí, năng lượng.
Các màng điện cực là các lá nhôm và đồng rất mỏng (dày 6-14 µm) dùng làm lá mang cho vật liệu hoạt động là cực dương và cực âm. Các lá được hàn với nhau dưới dạng chồng hoặc cuộn trên các bề mặt tiếp xúc tương ứng (30-60 lớp) để tạo thành cực dương và cực âm. Khả năng tiếp cận một mặt vào phôi được đảm bảo bằng laser của chúng tôi. Các ngăn xếp với hơn 60 lá có thể được hàn một cách chắc chắn và ít bị văng bắn.
Laser TRUMPF đóng vỏ (lon) pin hình lăng trụ được trang bị gói điện cực, thường bao gồm vỏ pin kéo sâu (độ dày thành 0,6 - 0,8 mm), với tấm che vỏ (nắp) 1,0-1,8 mm, kín khí - không có lỗ rỗng, vết nứt hoặc phồng đường hàn không mong muốn. Quy trình hàn hiện đại với quang học cố định hướng trục với tốc độ hàn 10-12 m/phút. Công nghệ TRUMPF BrightLineWeld đảm bảo quá trình hàn ít văng bắn và độ ổn định quá trình tối đa. Kết nối với máy quét quang PFO và hệ thống cảm biến, laser TRUMPF có thể tạo ra một giải pháp động lực cao với tốc độ hàn trên 25 m/phút.
Mô-đun pin bao gồm một số pin được kết nối với nhau để tạo thành bộ nguồn trong vỏ mô-đun. Vỏ mô-đun đáp ứng một chức năng hơi khác tùy thuộc vào định dạng pin được sử dụng. Thông thường hợp kim nhôm và cả thép không gỉ cũng được sử dụng, có độ bền kéo từ trung bình đến cao. Các tia laser hồng ngoại công suất cao của chúng tôi hàn không bị nứt và không bị biến dạng với cường độ tối đa.
Trong trường hợp các tế bào hoặc mô-đun pin, có một số ứng dụng để làm sạch và tạo cấu trúc bằng laser. Điều này bắt đầu ở cấp độ điện cực, nơi vật liệu hoạt động được loại bỏ một phần hoặc được cấu trúc, và kết thúc với vỏ pin hoặc mô-đun của pin, nơi các bề mặt được làm nhám để bám dính tốt hơn, hoặc lớp sơn bóng cách điện, vết axit và lớp ôxy hóa được loại bỏ. Toàn bộ danh mục dịch vụ của chúng tôi về laser xung ngắn và cực ngắn được sử dụng tại đây.
Khắc laser của TRUMPF khắc các pin nhạy cảm và vỏ của chúng một cách chính xác và hoàn toàn không tiếp xúc. Ví dụ, khắc đen có thể được sử dụng để khắc tất cả các thành phần có độ tương phản rất cao và dễ đọc với khả năng chống ăn mòn tối đa. Tuổi thọ bền lâu này cũng là một điều kiện tiên quyết cho việc truy xuất nguồn gốc và tài liệu theo yêu cầu pháp lý của các linh kiện.
Quý vị có muốn tìm hiểu cách thức chúng tôi hỗ trợ quý vị tối ưu hóa quy trình sản xuất trên lộ trình phát triển công nghệ chế tạo xe-điện không? Hãy hưởng lợi từ bí quyết sâu rộng của chúng tôi với tư cách là nhà cung cấp công nghệ cho nhà sản xuất thiết bị gốc, TIER, đơn vị sản xuất và tích hợp pin. Ngoài ra chúng tôi là đối tác của nhiều sáng kiến nghiên cứu công và tư mà chúng tôi cùng nhau phát triển các giải pháp công nghệ mới để sản xuất pin.
Dù là laser có bước sóng xanh để hàn vật liệu đồng, tia tạo hình (BrightLine Weld) để hàn nhôm và đồng không có lỗ rỗng hay các cảm biến đặc biệt để đảm bảo chất lượng và giám sát quá trình – TRUMPF cung cấp vô số giải pháp sản xuất sáng tạo để sản xuất pin. Quý vị được hưởng lợi từ các gói công nghệ của chúng tôi với nhiều lựa chọn nguồn tia, quang học, cảm biến và bí quyết ứng dụng.
Công nghệ BrighLine Weld của TRUMPF là chìa khóa để hàn laser thanh góp ít văng bắn của, các đầu nối mềm, nắp hoặc vỏ mô-đun bằng tia laser hồng ngoại công suất cao. Ngoài ra, laser TruDisk của chúng tôi có bước sóng xanh phù hợp với các vật liệu phản xạ cao như đồng xác định trước – công suất lên đến 2kW cw hoặc được tạo xung công suất trung bình lên đến 400 W. Độ sâu hàn xác định và không đổi có thể được thực hiện và đảm bảo các quá trình lặp lại. Với hàn dẫn nhiệt, quý vị cũng được hưởng lợi từ lượng nhiệt đầu vào tối thiểu vào phôi. Hệ thống cảm biến của chúng tôi VisionLine, OCT và giám sát độ sâu hàn) đã được phát triển đặc biệt để sản xuất tự động và năng suất cao. Quý vị luôn có thể tin tưởng vào tài liệu đầy đủ và khả năng truy xuất nguồn gốc.
Thiết kế laser TruDisk của chúng tôi cho phép sử dụng tối ưu tia laser trong vận hành chia sẻ thời gian và dự phòng với nhiều đầu ra laser trên mỗi tia laser. Ngoài ra, quý vị được hưởng lợi từ việc kiểm soát công suất laser của chúng tôi từ công suất laser không đổi trên phôi.
Chúng tôi coi mình là chuyên gia tư vấn về ứng dụng và là nhà cung cấp các khả năng sản xuất mới. Quý vị được hưởng lợi từ kiến thức ngành chuyên sâu và hàng chục năm kinh nghiệm của chúng tôi với tư cách là nhà tiên phong về laser.
Hưởng lợi từ tư vấn của chuyên gia và phòng thí nghiệm toàn cầu và mạng lưới dịch vụ của chúng tôi. Dù quý vị cần dịch vụ hay phát triển ứng dụng – chúng tôi luôn ở bên quý vị. Ví dụ: các chuyên gia dịch vụ giám sát tình trạng của TRUMPF và các thuật toán giám sát tia laser của quý vị để bảo trì dự đoán, đặc biệt đối với các dây chuyền sản xuất lớn và nhạy cảm.
Với diện tích hơn 4 000 m², Trung tâm ứng dụng laser của TRUMPF ở Ditzingen là một trong những trung tâm ứng dụng laser lớn nhất trên thế giới. Các kỹ sư ứng dụng và chuyên gia trong ngành của chúng tôi hỗ trợ quý vị trong việc phát triển và tối ưu hóa ứng dụng sử dụng thành phần cụ thể của quý vị – với danh mục mở rộng của chúng tôi về các hệ thống xử lý laser đa dạng.
