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能源行业的新升级,工业重器——激光技术推动电池的制造和改进

发布:2022-05-17 09:51作者:www.huyunjituan.com点击:905次

由于电池制造工艺繁多且复杂,电池从电池材料、电芯、封装等各个方面容易出现划痕、裸膜、气泡、褶皱、黑头、亮点、漏料等多种缺陷。 这些错误会显着影响电池的性能和质量。因此,对电池制造过程和制造设施的安全性、准确性和可控性提出了严格的要求。
另一方面,高质量的锂电池需要能够提高锂电池功率转换效率和能量密度的制造工艺。同时,应引入适当的处理锂电池的方法,以提高其性能,降低车辆能耗,减少节能减排。另一方面,锂电池必须通过量产方式实现量产,降低成本,提高高效生产质量。
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与传统加工方法相比,激光加工技术具有消耗大、污染小、接触应力大、加工质量高、精度高、自动化等特点。因此,激光加工技术由于制造工艺的不同性能优势而被广泛应用于电池制造。目前应用于电池生产线上的电极制造工艺、电池贴标组装工艺和模组/组件组装工艺。激光加工包括切割、焊接、清洁和打标。具体流程如下:
激光切割——用于电极制造工艺,包括电极切割/冲孔、隔膜切割和制表工艺;
激光焊接:用于电池制造组装过程和模块/组件组装过程,包括焊接、电阻焊、电池盖预焊;
激光清洗:焊接前通过清洗零件来清洗电极;
激光打标——用于在电池表面打上代码、符号、生产日期、账户代码等信息,以追溯其来源。
激光技术大大提高了电池的安全性和可靠性,进一步提升了使用新能源的车辆的性能。我们相信激光技术将为锂电池带来新的创新。
电极激光切割 电极切割是电极制造的基本工艺。传统的金属模具切割电池电极的方法经常会遇到刀具磨损问题,容易影响稳定性,极大地影响电极板的切割质量,导致性能下降。激光处理由于其效率高、工艺稳定、非接触式处理和易于自动化等优点,相比锂电池电极切割具有明显的优势。
边缘质量(毛刺、过热、光洁度等)、加工精度和加工过程中的污垢极大地影响电池性能和质量:
1)爆炸和杂质问题:在电极处理过程中形成的爆炸对电池的危害很大,特别是直接刺穿隔膜的大金属爆炸,造成正负极短路,自动放电、过热等风险;
2)材料的热损伤和电极涂层的剥落会导致材料活性降低或损坏,进而降低电池的性能。
3)处理过的极板尺寸偏差导致负极没有完全覆盖正极,隔膜将正极和负极完全隔开,造成滚筒的安全问题。
激光焊接是一种使用高能量密度激光束作为热源的高效精密焊接工艺。激光束应用于光学系统的小工作区域,并在很短的时间内在焊接点产生高度集中的热源。这会溶解出汗的区域,然后硬化成硬点和指甲。与传统焊接方法相比,激光焊接具有高效率、高精度、高质量和高灵活性的优点。
镍基高温合金和奥氏体不锈钢因其在酸性、高温和腐蚀性环境中的优异性能而被广泛用于腐蚀性高温环境,如核工业、电厂、低温电机等。同样,各种化合物也常用于制造高温部件,包括镍基超合金(例如 Inconel 600)和奥氏体不锈钢(例如 AISI 316L)。 Srinivasan 等人报告说,用于在高温下传输高频信号的矿物绝缘电缆包含 Inconel 600 和 AISI 316L 双金属连接器。同样,许多研究人员表明,Inconel 600 和奥氏体不锈钢的组合广泛用于各个行业。焊接不均匀的最大问题是选择正确的焊接工艺和耗材类型。填充金属和焊接工艺的错误选择会导致接头损坏以及机械和冶金性能的恶化。
在计算机上模拟复杂的科学模型或处理大量数据需要大量时间和计算能力。
现代计算机和智能手机处理器的计算速度由场效应晶体管保证。在创造更快设备的竞赛中,这些晶体管不断变小以尽可能地适应芯片。今天的计算机已经以令人眼花缭乱的几千兆赫兹的速度运行,这意味着每秒进行数十亿次算术运算。最后的晶体管只有 5nm,也就是几个原子。芯片制造商是有限的,在某些时候,晶体管不能再被压接。
在他们的实验中,研究人员使用超短激光脉冲来照亮石墨烯结构和金电极。激光脉冲在石墨烯中感应出电子波,这些电子波被传导到金电极,在那里它们可以作为电流脉冲进行测量并作为信息处理。
根据激光脉冲撞击表面的位置,电子波的传播方式不同。这会产生两种类型的电流脉冲,称为真实负载和虚拟负载。
“想象一下,石墨烯是一个水池,金电极是一个无限大的水池。当水面受到扰动时,水池中就会流出一些水。真正的电荷就像把一块石头扔到一个“当由此产生的波浪到达游泳池的边缘,水从边缘泄漏,因为板中心的电子被激光脉冲激发,”Laser 首席研究员兼助理研究员 Tobias Bulaki 说。物理主席。只是就像从游泳池里取水一样,您不必等待波形成。对于电子,这种情况发生得如此之快,以至于我们不清楚为什么要谈论虚拟电荷。在这种情况下,脉冲激光是指向的在金电极旁边的图表中。虚拟和实际负载可以解释为二进制逻辑。
这一次,FAU 激光物理学家在他们的实验中首次证明,这种新方法可用于控制逻辑门,这是计算机处理器的重要组成部分。
逻辑门决定如何处理传入的二进制数据。快门需要两个输入信号,在这种情况下,实电荷和虚电荷的电子波由两个同步的激光脉冲调谐。根据这两个波的方向和强度,产生的电流脉冲被集中或消除。同样,物理学家测量的电信号可以解释为二进制逻辑,0 或 1。
科学家们表示,通过底层理论和与实验的联系,他们发现了实数和虚数电荷的作用,为创造超快逻辑门铺平了道路。当然,尽管该技术在计算机芯片上可用可能还需要很长时间。但至少它证明了光波电子学是一种有用的技术。
自动焊接是一种无需添加剂即可连接相似和不同金属的绝佳方法。但是,由于渗透性差,这种方法不能一次连接较厚的部分。在焊接过程中使用活性焊剂是一次性增加熔深的最佳方法。 Zhang 等人报告说,在电子束焊接中使用活性焊剂可以显着提高焊缝的渗透性。此外,作者指出,药物引起的表面张力梯度和氧气浓度变化与汗液渗透的改善有关。 Huang 报告说,在 1020 碳钢的电弧焊中使用活性焊剂可增加熔深并减少角度变形。作者还指出,氧化物电流的存在会导致弧柱穿透根部孔,从而导致更大的穿透力。
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