Anwendung der Laserbearbeitung bei der Herstellung von Lithium--Ionenbatterien

Angetrieben durch globale Dekarbonisierungsziele und das schnelle Wachstum von Elektrofahrzeugen (EVs) und Energiespeichersystemen (ESS), erfordert die fortschrittliche Batteriefertigung beispiellose Präzision, Konsistenz und Effizienz.

Die Produktion von Lithium-{0}Ionenbatterien (LIB) folgt in der Regel einem Hochgeschwindigkeits-Roll-zu--Herstellungsprozess (R2R), der in zwei Kernphasen unterteilt ist: Zellherstellung und Packungsmontage. Eine Standard-Lithium---Ionenzelle besteht aus drei Funktionsschichten:

• Anode:Graphit-beschichtete Kupferfolie (Beschichtungsdicke ~100 μm).
• Kathode:Mit Lithiummetalloxid-beschichtete Aluminiumfolie (Beschichtungsdicke ~100 μm).
• Separator:Poröse Membran aus Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) (~50 μm).

Wichtige Herstellungsschritte-wie Elektrodenschlitzen, Laschenschneiden, Oberflächenreinigung und Separatorschneiden-erfordern eine strenge Kantenqualität, eine Präzision von unter-Millimetern und keine Partikelverunreinigung. Herkömmliche mechanische Stanz- und Schlitzwerkzeuge leiden unter Klingenverschleiß, Gratbildung und häufigen Ausfallzeiten.

Die Laserbearbeitung bietet wesentliche technische Vorteile:

• Kontaktlose-Verarbeitung:Eliminiert mechanische Belastung und Werkzeugverschleiß.
• Überlegene Kantenqualität:Minimiert Grate, thermische Schäden und potenzielle Kurzschlussrisiken.
• Flexible CAD-gesteuerte Konturen:Ermöglicht schnelle Designänderungen ohne Umrüsten.
• Niedrigere langfristige-Betriebskosten:Hoher Durchsatz bei minimalem Wartungsaufwand.

1. Schneiden der Elektrodenfolie

In der kontinuierlichen Rolle-zu--Linie müssen breite Hauptrollen aus beschichteter Metallfolie entsprechend den Abmessungen des Zellendesigns in Längsrichtung in schmale Bänder geschnitten werden.

• Laserauswahl: Gepulste Infrarot-Faserlaser (IR) liefern hohe Schnittgeschwindigkeiten und hervorragende saubere{0}Schnittkanten. Für Anwendungen, die eine Präzision im Sub--Mikrometerbereich und minimale Wärmeeinflusszonen (HAZ) erfordern, werden gepulste grüne oder ultraviolette (UV) Laser bevorzugt.

2. Elektrodenstreifenschneiden (Konturschneiden)

Nach dem Schlitzen werden die Elektrodenbänder in bestimmte geometrische Konturen geschnitten, um Anschlusslaschen zu bilden. Abhängig von der Zellarchitektur kann das Laserstrahlprofil dynamisch moduliert werden, um entweder sowohl die Beschichtung als auch das Substrat zu durchschneiden oder nur die Metallfolie selektiv zu trimmen.

• Laserauswahl:Gepulste IR-Faserlaser mit hoher -Spitzenleistung-sind ideal für die Profilierung von Laschen aus Aluminium (Kathode) und Kupfer (Anode).

3. Selektive Laser-Tab-Reinigung (Beschichtungsentfernung)

Um ein zuverlässiges Ultraschall- oder Laserschweißen während der Zellmontage zu gewährleisten, muss die aktive Graphit- oder Metalloxidbeschichtung präzise von den vorgesehenen Kontaktzonen abgezogen werden, um blanke Kupfer- oder Aluminiumfolie freizulegen.

• Wichtigste Herausforderung:Vollständige Entfernung des aktiven Materials, ohne das darunter liegende dünne Foliensubstrat anzubrennen oder zu verdünnen.
• Laserauswahl:Gepulste Hochfrequenz-IR-Faserlaser (MOPA) ermöglichen eine feine Abstimmung der Pulsbreite, um eine saubere Ablation zu erreichen, ohne den Stromkollektor zu beschädigen.

Für die Weiterverarbeitung ist die Aufrechterhaltung der absoluten Oberflächenreinheit ebenso wichtig-lernenWarum die Reinigung der Anschlüsse vor-bei der Montage von Lithiumbatteriepaketen von entscheidender Bedeutung istum Verbindungsfehler zu vermeiden.

4. Trennmembranschneiden

Die Polymer-Separatormembran verhindert interne Kurzschlüsse und muss genau auf die Zellabmessungen zugeschnitten werden, ohne dass ausgefranste Kanten oder geschmolzene Perlen entstehen.

• Laserauswahl: Da Separatoren aus hitzeempfindlichen organischen Polymeren (PP/PE) bestehen, werden gepulste UV-Laser oder Ultrakurzpulslaser (Femtosekunden/Pikosekunden) für die „Kaltablation“ verwendet, wodurch glatte, schmutzfreie Kanten entstehen.

Um zu verstehen, wie ultra{0}schnelle Lichtimpulse keinen-thermischen Schaden verursachen, sehen Sie sich unsere technische Aufschlüsselung anFemtosekunden-Laserbearbeitungsmöglichkeitenfür Mikropräzisionsanwendungen.