亞琛 Fraunhofer ILT 的研究人員開發(fā)了兩種基于激光的鋰離子電池制造技術(shù)。這些應(yīng)該在生產(chǎn)過程中節(jié)省能源,同時使電池具有更高的功率密度和更長的使用壽命。
激光技術(shù)的第一個應(yīng)用涉及電極涂層,在這種情況下專門用于陽極。眾所周知,目前將石墨糊涂在銅箔上,然后在 100 米長的烘箱中以高達 180 度的溫度干燥糊狀物。涂層銅箔像傳送帶一樣穿過燃氣烤爐。
Fraunhofer 的專家現(xiàn)在開發(fā)了一種系統(tǒng),其中使用二極管激光器進行干燥。波長為 1 微米的激光束通過特殊光學(xué)器件擴展,從而在大面積上照亮電極。“與熱風(fēng)干燥不同,我們的二極管激光器將高強度光束投射到涂有石墨膏的銅箔上,”Fraunhofer ILT 薄膜工藝組組長 Samuel Fink 說。“深黑色石墨吸收能量。由于發(fā)生相互作用,石墨顆粒升溫,液體蒸發(fā)。”芬克的預(yù)測:激光干燥可將能源需求降低多達 50%,將工業(yè)規(guī)模干燥系統(tǒng)所需的空間減少至少 60% .
激光技術(shù)在電池生產(chǎn)中的第二個用途也與電極有關(guān)——在這種情況下是為了提高功率密度和使用壽命。具有 1 毫焦耳脈沖能量的高功率超短脈沖激光 (USP) 在電池電極中引入孔結(jié)構(gòu),即所謂的通道。“這些通道充當(dāng)離子高速公路。這顯著減少了離子行進的距離,從而實現(xiàn)了更快的充電過程。同時,這可以防止出現(xiàn)缺陷,從而增加可能的充電循環(huán)次數(shù)并最終延長電池的使用壽命,”Fraunhofer ILT 在新聞稿中解釋道。
根據(jù)他們自己的說法,研究團隊已經(jīng)成功地將這一過程從實驗室規(guī)模轉(zhuǎn)移到可擴展的工業(yè)過程中。飛秒范圍內(nèi)的超短脈沖激光輻射用于修飾電極。Fraunhofer ILT 表面結(jié)構(gòu)團隊負責(zé)人 Matthias Trenn 解釋說:“激光脈沖的短相互作用時間足以去除材料,但同時可以防止孔熔化,從而避免電池性能下降。”
這不是必須解決的唯一實際問題:工業(yè)生產(chǎn)高吞吐量的更大區(qū)域也是一個問題。Fraunhofer 團隊通過使用多光束排列進行并行處理解決了這個問題。四個掃描儀,每個掃描儀有六個子光束,在傳送帶上平行運行。它們覆蓋 250 毫米的寬度并連續(xù)處理電極層。
Fraunhofer ILT 將在 2023 年漢諾威工業(yè)博覽會(4 月 17 日至 21 日)的 Fraunhofer 展位上使用演示器展示用于電池生產(chǎn)的激光技術(shù)。
原標題:德國弗勞恩霍夫研究人員開發(fā)出兩種基于激光的鋰離子電池制造技術(shù)