Sonplas 有限公司是汽车行业高品质装配和测试技术的老牌供应商,其最新开发的电极加工工艺为蓬勃发展的电动汽车行业提供了更高效、更可持续的电池片生产。

用于切割电极片的卷对卷演示器。在此过程中,电极片被展开,用激光切割,然后重新卷绕或单独堆叠。

作为汽车行业的长期合作伙伴,来自 Straubing 的 Sonplas GmbH 公司非常熟悉汽车行业的高质量要求。十多年来,Sonplas 公司的工程师们以其创新理念在电动汽车领域的质量方面也起到了推动作用。

这家下巴伐利亚州的公司拥有 300 多名员工,近三十年来一直致力于为汽车、汽车供应商、电子和航空航天工业开发、制造和提供定制的创新型测试和装配系统。

除了为电动汽车和商用车装配转子、逆变器和其他部件外,Sonplas 还参与生产汽车和非汽车用电池。其中一个重要方面是在电池电极生产中实现优化的切削刃,以便以 “德国制造 “的新质量水平应对国际竞争,尤其是来自亚洲的老牌市场竞争者。
目前,电池工厂用于加工锂离子电池箔的生产方法和标准往往还达不到汽车行业所要求的质量水平。提高质量,特别是切割边缘的质量和避免颗粒的产生,直接关系到生产过程中的目标废品率、电池质量的提高和使用寿命的延长。Sonplas 开发了一种新的激光切割方法和配套的提取系统。

优化电极箔的激光切割

目前,电动汽车锂离子电池的生产采用了三种电池形式:软包电池、圆柱形电池和棱柱形电池。无论哪种电池类型,每个锂离子电池的最小单元都由两片涂层箔片(即电极)组成。一个是用于阳极的涂层铜箔,另一个是用于阴极的涂层铝箔。在电极生产过程中,这些载体箔被涂覆在所谓的大母辊上的电极材料上。然后分离到子辊上,以获得所需的电池格式。在下一步中,子卷的边缘会被修剪(切口),或者单个电极片会被切割出来(分离)。与许多情况下仍在使用的机械冲孔工艺相比,现代激光系统在质量、灵活性和运行成本方面具有显著优势。

速度、清洁度和灵活性才是最重要的

位于 Straubing 的 Sonplas GmbH 总部的样机。在这里,客户有机会使用客户材料进行测试。

为了提高生产率,电池箔的切割(切口)通常采用卷对卷工艺。在这一过程中,需要解决一些具有挑战性的技术问题。Sonplas 公司的开发工程师 Florian Thalhofer 多年来一直致力于这一工艺:”真正的问题在于各种挑战的结合。我们的切割速度非常高,远远超过每秒 1 米。电极不能受到污染。特别是不能有大于 10 微米的颗粒,否则很容易刺破分离箔。此外,我们还需要一种系统,使我们能够在不转换系统的情况下加工不同的几何形状,例如加工 700 x 700 mm及以上的市场上最大的电极。这是一种高度复杂的工艺,要求在高速运转的情况下达到最高精度,同时还必须具有灵活性和适应性。

在与科研机构和工业合作伙伴共同实施的一个广泛的创新项目中,我们开发出了一种创新的激光加工工艺,并采用了一种新颖的萃取方法。

Florian Thalhofer 说:”对我们来说,最重要的是减少材料上所谓的 HAZ(热影响区),即热影响区。此外,在切割过程中不应出现涂层回烧或毛刺。我们还希望减少颗粒尺寸和颗粒数量”。结果表明,这一目标已经实现。同时,客户不仅可以在实验室条件下对新工艺进行评估或获得样品,还可以在临近生产的概念验证工厂中使用新工艺。”通过改进电极箔的切割,我们提高了生产的可持续性,并延长了电池片的使用寿命,”Sonplas 的销售人员 Paul Birkeneder 说。此外,公司还根据可测量的质量标准制定了一套电极切割质量总体评估程序。相应的自动检测站也可供客户进行评估。位于 Straubing 的特种机器制造商 Sonplas GmbH 与 RAYLASE GmbH 合作开发了激光工艺。

通过将下巴伐利亚州在特殊机械制造方面的专有技术与上巴伐利亚州创新的激光偏转装置相结合,两家研究公司成功地在待分离的电极箔上实现了高质量的激光切割。这不仅支持了当前欧洲,尤其是德国电池生产的蓬勃发展,还改善了生产的生态和经济平衡。因为更好的质量有助于降低目前电池生产中的高废品率。

之前:石墨阳极双面涂层,厚度为 260 µm                                                                                                 之后:边缘清晰,无烧焦现象。
之前:激光切割的厚度为 230 μm 的阴极边缘,之前涂有锂-镍-锰-氧化钴涂层。                                       之后:无熔珠,热影响区较小。