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近日，美國(guó)電池制造商Enovix宣布與美國(guó)高功率光纖激光器巨頭IPG Photonics達(dá)成合作，雙方希望借此促進(jìn)整個(gè)鋰電池制造行業(yè)從機(jī)械切割過(guò)渡到激光加工操作。據(jù)悉，雙方已簽署了一份非約束性諒解備忘錄(MOU)，雙方將合作開(kāi)發(fā)尖端、下一代的激光工具和方法，以?xún)?yōu)化電池制造過(guò)程和生產(chǎn)力。
Enovix聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Ashok Lahiri表示：“我們的制造工藝已經(jīng)從2018年的30W激光器大幅提高到今天的1kW激光器，這將被納入下一代電池制造系統(tǒng)。”
Enovix公司以其在下一代3D硅鋰離子電池的設(shè)計(jì)和制造而聞名。Ashok Lahiri補(bǔ)充稱(chēng)：“我們的工藝在很大程度上依賴(lài)于激光制模技術(shù)的獨(dú)特功能和精度。在過(guò)去的15個(gè)月里，利用激光功率的行業(yè)收益以及電極加工技術(shù)的專(zhuān)有進(jìn)步，Enovix在大批量生產(chǎn)中利用激光將生產(chǎn)吞吐量提高了幾倍。”
新架構(gòu)實(shí)現(xiàn)加工功率提升
據(jù)悉，Enovix開(kāi)發(fā)出一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)有望通過(guò)處理電極的方式徹底改變電池制造。
在制造傳統(tǒng)電池時(shí)，制造商是使用芯包(Jelly Roll，將電池正極片、負(fù)極片及隔膜以連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的方式進(jìn)行組裝)還是堆疊(Stack)的方法并不重要，因?yàn)殡姌O是垂直方向堆疊的。Enovix將堆疊旋轉(zhuǎn)90度，使堆疊方向變?yōu)樗椒较颍瑥亩淖兞穗姌O的方向。
“傳統(tǒng)上電池制造商是在X-Y維度上進(jìn)行切割。而我們正在切割X-Z維度的電極——這是相當(dāng)短的，”他說(shuō)：“我們有更多的優(yōu)勢(shì)，其中精度是至關(guān)重要的，特別是在電池厚度為20-30毫米的大型電池中。這限制了精度水平在毫米級(jí)的機(jī)械系統(tǒng)的使用。你真的需要微米級(jí)的精度，而激光提供這方面的優(yōu)勢(shì)。”
對(duì)于更大的電池，制造商正轉(zhuǎn)向?qū)⒋笃姵囟询B在一起的方案。正因如此，越來(lái)越多客戶(hù)從機(jī)械加工轉(zhuǎn)向激光加工。原因很簡(jiǎn)單：激光在處理復(fù)雜幾何圖形時(shí)更加精確。激光加工目前是一種更昂貴的方法，但激光加工正在縮小與機(jī)械方法之間的差距，并獲得性能方面的提升，而機(jī)械方法并沒(méi)有真正的改變或發(fā)展。如果這兩方面之間形成一個(gè)交叉點(diǎn)，當(dāng)你可以更精確地切割時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生明顯的收益。
隨著架構(gòu)的發(fā)展，Enovix在功率上進(jìn)行了大幅的提升優(yōu)化。盡管不一定是線性的，但切割率在很大程度上與功率的增加有關(guān)。“無(wú)論我們使用脈沖還是連續(xù)波，這些都是我們?cè)趦?nèi)部開(kāi)發(fā)的有意義的特性。我們采用IPG和其他公司的激光系統(tǒng)，并將其整合到這些操作中，使我們能夠非常精確和快速。”
Ashok Lahiri補(bǔ)充稱(chēng)：“我們正在開(kāi)拓激光的使用，并提供更廣泛適用于電池的解決方案。對(duì)我們而言，其中的好處是獲得他們的研發(fā)路線圖，幫助指導(dǎo)我們，這樣我們就可以采用這些創(chuàng)新。”
在轉(zhuǎn)換時(shí)，制造商需要了解如何使用激光加工管理熱性能。畢竟，它與機(jī)械系統(tǒng)有很大的不同。
變革的時(shí)代
從納秒脈沖激光、飛秒激光，到連續(xù)波激光，激光光源類(lèi)型正在不斷發(fā)展推進(jìn)。結(jié)果就是不同方法之間形成競(jìng)爭(zhēng)。Lahiri稱(chēng)：“用戶(hù)需要進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以達(dá)到每千瓦時(shí)能產(chǎn)生的最佳結(jié)果。”“然而，在努力實(shí)現(xiàn)這種電氣化的未來(lái)時(shí)，能源存儲(chǔ)的成本仍然是一個(gè)大問(wèn)題，所以任何可以改善這一過(guò)程的事情都可能改變游戲規(guī)則。”
意識(shí)到這一機(jī)遇，Enovix一直在構(gòu)建一個(gè)可擴(kuò)展的架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)：“我們開(kāi)發(fā)的電池技術(shù)的獨(dú)特之處就在于，這種架構(gòu)允許我們用二氧化硅取代石墨，并形成了100%活性硅陽(yáng)極電池，電池能量密度顯著提升至900Wh/l，比傳統(tǒng)鋰電池領(lǐng)先5年。”
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