Làm sạch bằng laser cho các tấm điện cực của pin Lithium: Tăng cường hiệu quả và chất lượng trong sản xuất xe điện

Làm sạch bằng laser được nhiều người coi là "công nghệ làm sạch xanh có tiềm năng phát triển lớn nhất trong thế kỷ 21". Nó có thể thay đổi cấu trúc hạt và hướng của bề mặt chất nền mà không gây hư hại, đồng thời cho phép kiểm soát chính xác độ nhám bề mặt - trực tiếp nâng cao hiệu suất toàn diện của chất nền.

Với sự tăng tốc của công nghiệp hóa và sự tiến bộ đều đặn của các mục tiêu "Cacbon kép" (đạt đỉnh carbon và tính trung hòa carbon), quá trình làm sạch bằng laser đang dần thay thế các quy trình làm sạch truyền thống trong nhiều lĩnh vực và nó đã trở thành một công nghệ sản xuất thiết bị không thể thiếu trong các lĩnh vực-cao cấp như công nghiệp nói chung, quốc phòng, đóng tàu và hàng không vũ trụ. Không nơi nào sự thay đổi này có hậu quả lớn hơn trong sản xuất pin lithium, nơi các yêu cầu về độ sạch đáp ứng được công suất cực lớn và áp lực nhất quán. Ngoài lá điện cực,ứng dụng làm sạch bằng laser năng lượng mớivỏ pin, thanh cái và các bộ phận EV ở hạ lưu.

Khái niệm làm sạch bằng laser bắt nguồn từ giữa-những năm 1980. Nguyên lý của nó dựa trên các đặc tính của chùm tia laze - mật độ năng lượng cao, hướng có thể điều khiển được và khả năng lấy nét mạnh. Các đặc tính này cho phép tia laser tương tác với các chất ô nhiễm gắn trên nền phôi - chẳng hạn như vết dầu, vết rỉ sét, cặn bụi, lớp phủ, lớp oxit hoặc màng - khiến chúng tách ra khỏi nền thông qua các cơ chế như giãn nở nhiệt tức thời, nóng chảy và bay hơi khí.

Toàn bộ quá trình làm sạch bằng laser rất phức tạp và có thể được chia đại khái thành sự hóa hơi/phân hủy bằng laser, cắt bỏ bằng laser, giãn nở nhiệt của các hạt chất gây ô nhiễm, rung động bề mặt chất nền và tách chất gây ô nhiễm. Hiện tại, có sẵn các phương pháp như làm sạch bằng phương pháp cắt bỏ bằng laze, làm sạch bằng laze-có màng chất lỏng và làm sạch bằng sóng xung kích bằng laze. Những phương pháp này có thể làm sạch ổn định và hiệu quả các bề mặt nền thông thường khác nhau, bao gồm kim loại, hợp kim, thủy tinh và các vật liệu composite khác nhau.

Những lợi thế so sánh của công nghệ làm sạch bằng laser so với các giải pháp thay thế hóa học và cơ học được tóm tắt dưới đây:

Làm sạch bằng laser đã trở thành phương pháp chính để xử lý bề mặt pin và được sử dụng rộng rãi trong ba quy trình sản xuất chính của pin điện: sản xuất tấm điện cực, chế tạo tế bào và lắp ráp pin. Bằng cách sử dụng các nguồn laser, đầu làm sạch và phần mềm điều khiển thông qua điều khiển-tích hợp trên máy tính, công nghệ này nâng cao đáng kể mức độ tổng thể của quá trình sản xuất pin.

1. Làm sạch tấm điện cực (giấy bạc) trước khi phủ

Trong quá trình phủ vật liệu điện cực lên các bộ thu dòng dương và âm, các lá kim loại cần được làm sạch. Bộ thu dòng dương thông thường là lá nhôm, trong khi bộ thu dòng âm là lá đồng. Để đảm bảo sự ổn định của bộ thu dòng điện bên trong pin, độ tinh khiết của cả hai vật liệu phải trên 98%.

Việc làm sạch bằng ethanol ướt truyền thống có thể dễ dàng gây hư hỏng các thành phần khác của pin lithium. Việc sử dụng phương pháp làm sạch bằng tia laser cho lá kim loại không chỉ cải thiện hiệu quả của quá trình làm sạch và tiết kiệm tài nguyên làm sạch mà còn thiết lập-giám sát thời gian thực về dữ liệu quá trình làm sạch và đánh giá định lượng kết quả làm sạch, từ đó có thể cải thiện hiệu quả tính nhất quán của quá trình sản xuất hàng loạt tấm điện cực.

Để đạt được-tốc độ cao, không-làm sạch lá kim loại gây hại trên dây chuyền pin tự động, các nhà sản xuất dựa vào thiết bị chuyên dụng có độ chính xác-cao nhưHệ thống làm sạch bằng laser lá pin lithium.

2.-Vệ sinh mối hàn trước các tab, thanh cái và chốt bịt kín

Trong những năm gần đây, hàn laser đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn trên dây chuyền sản xuất pin điện và được sử dụng rộng rãi trong hàn các tab pin điện, chốt bịt kín, thanh cái và mô-đun pin. Bề mặt sạch và đồng đều là điều kiện tiên quyết cơ bản để đạt được mối hàn và liên kết thành công và bền vững. Do đó, việc thực hiện xử lý bề mặt trên các khu vực hàn trước khi hàn - loại bỏ chất gây ô nhiễm khỏi mối hàn - sẽ cải thiện hiệu quả chất lượng hàn và giảm chi phí.

So sánh việc làm sạch thiết bị đầu cuối

Làm sạch bằng laser được áp dụng trong các quy trình làm sạch để bịt kín các chốt và tấm bộ chuyển đổi ở giai đoạn tế bào, thanh cái và thiết bị đầu cuối ở giai đoạn mô-đun, cũng như các màng xanh đơn bào, silicon và lớp phủ. Nó loại bỏ hiệu quả các chất gây ô nhiễm, bụi và các mảnh vụn khác khỏi các bề mặt cuối khác nhau, dùng để chuẩn bị cho việc hàn pin và giảm các khuyết tật khi hàn. Trong quá trình sản xuất GÓI số lượng lớn-, dành riêng-làm sạch bằng laser trước mối hànhiện được coi là quan trọng để ngăn ngừa các hư hỏng khớp.

3. Chuẩn bị bề mặt trong quá trình lắp ráp mô-đun và gói

Để ngăn ngừa tai nạn an toàn liên quan đến pin lithium, người ta thường dán băng dính bên ngoài vào pin lithium để cách nhiệt. Điều này ngăn ngừa đoản mạch, bảo vệ đường mạch và chống trầy xước.

Làm sạch các lớp oxit trên các đường hàn của khay pin

Làm sạch bằng laser được áp dụng cho các đường nối hàn CMT trên khay đựng pin, lớp phủ điện di trên nắp trên của pin, các lớp oxit dọc theo rãnh bịt kín trên vỏ hộp pin và các lớp oxit trên tấm đế bảo vệ trước khi hàn. Quá trình này tăng cường độ bám dính cho ứng dụng băng dính hoặc chất bịt kín. Do quá trình làm sạch không tạo ra chất gây ô nhiễm có hại nên phương pháp làm sạch xanh và thân thiện với môi trường này ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh nhận thức về môi trường được nâng cao.

1. Ưu điểm về môi trường

Làm sạch bằng laser là phương pháp làm sạch “xanh” không cần sử dụng bất kỳ tác nhân hóa học hay dung dịch tẩy rửa nào. Chất thải được loại bỏ gần như hoàn toàn là bột rắn, có khối lượng nhỏ, dễ bảo quản, có thể tái chế, không có phản ứng quang hóa và không gây ô nhiễm. Nó có thể dễ dàng giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường liên quan đến việc làm sạch bằng hóa chất. Thông thường, một quạt hút duy nhất là đủ để xử lý chất thải tạo ra trong quá trình làm sạch.

2. Ưu điểm về hiệu quả

Các phương pháp làm sạch truyền thống thường dựa trên cơ sở tiếp xúc-, tác dụng lực cơ học lên bề mặt vật thể được làm sạch và có thể làm hỏng bề mặt. Ngoài ra, chất tẩy rửa có thể bám vào bề mặt của vật thể, không thể loại bỏ được và gây ô nhiễm thứ cấp. Tính chất không-mài mòn và không-tiếp xúc của quá trình làm sạch bằng laser, kết hợp với việc không có hiệu ứng nhiệt, đảm bảo chất nền không bị hư hỏng, giải quyết hiệu quả những vấn đề này.

3. Ưu điểm kiểm soát

Tia laser có thể được truyền qua sợi quang và được tích hợp với các bộ điều khiển và robot để tạo điều kiện cho hoạt động từ xa. Chúng có khả năng làm sạch những khu vực khó tiếp cận bằng các phương pháp truyền thống, đảm bảo an toàn cho nhân viên khi sử dụng trong môi trường nguy hiểm.

4. Ưu điểm thuận tiện

Làm sạch bằng laser có thể loại bỏ nhiều loại chất gây ô nhiễm khỏi bề mặt của nhiều vật liệu khác nhau, đạt được mức độ sạch mà các phương pháp làm sạch thông thường không thể đạt được. Hơn nữa, nó cho phép loại bỏ có chọn lọc các chất gây ô nhiễm bề mặt mà không làm hỏng chất nền vật liệu.

5. Ưu điểm về chi phí

Làm sạch bằng laser nhanh chóng và hiệu quả, tiết kiệm thời gian. Mặc dù việc mua một hệ thống làm sạch bằng laser đòi hỏi mức đầu tư một lần-ban đầu tương đối cao nhưng hệ thống này vẫn đảm bảo khả năng sử dụng ổn định lâu dài-với chi phí vận hành thấp. Quan trọng hơn, nó tạo điều kiện cho việc tự động hóa dễ dàng.

Trên toàn bộ lớp phủ điện cực, quá trình-chuẩn bị mối hàn trước và quá trình lắp ráp cuối cùng, quá trình làm sạch bằng laser mang lại chất lượng bề mặt mà quá trình sản xuất pin hiện đại yêu cầu - mà không làm hỏng vật liệu tiêu hao, hóa chất hoặc chất nền. Ngoài việc chuẩn bị điện cực, ô nhiễm bề mặt vẫn là nguyên nhân hàng đầu gây ra các vấn đề khi lắp ráp ở khâu sau: việc thực hiện chuẩn bị bề mặt kỹ lưỡng sớm trong quy trình sẽ giúp íchgiải quyết tới 70% lỗi hàndọc theo dòng tế bào pin.