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近日，美國電池制造商Enovix宣布與美國高功率光纖激光器巨頭IPG Photonics達成合作，雙方希望借此促進整個鋰電池制造行業(yè)從機械切割過渡到激光加工操作。據(jù)悉，雙方已簽署了一份非約束性諒解備忘錄(MOU)，雙方將合作開發(fā)尖端、下一代的激光工具和方法，以優(yōu)化電池制造過程和生產(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)計和制造而聞名。Ashok Lahiri補充稱：“我們的工藝在很大程度上依賴于激光制模技術(shù)的獨特功能和精度。在過去的15個月里，利用激光功率的行業(yè)收益以及電極加工技術(shù)的專有進步，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)實現(xiàn)加工功率提升
據(jù)悉，Enovix開發(fā)出一項新技術(shù)，該技術(shù)有望通過處理電極的方式徹底改變電池制造。
在制造傳統(tǒng)電池時，制造商是使用芯包(Jelly Roll，將電池正極片、負極片及隔膜以連續(xù)轉(zhuǎn)動的方式進行組裝)還是堆疊(Stack)的方法并不重要，因為電極是垂直方向堆疊的。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維度上進行切割。而我們正在切割X-Z維度的電極——這是相當短的，”他說：“我們有更多的優(yōu)勢，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的機械系統(tǒng)的使用。你真的需要微米級的精度，而激光提供這方面的優(yōu)勢。”
對于更大的電池，制造商正轉(zhuǎn)向?qū)⒋笃姵囟询B在一起的方案。正因如此，越來越多客戶從機械加工轉(zhuǎn)向激光加工。原因很簡單：激光在處理復(fù)雜幾何圖形時更加精確。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械方法之間的差距，并獲得性能方面的提升，而機械方法并沒有真正的改變或發(fā)展。如果這兩方面之間形成一個交叉點，當你可以更精確地切割時，就會產(chǎn)生明顯的收益。
隨著架構(gòu)的發(fā)展，Enovix在功率上進行了大幅的提升優(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)。“無論我們使用脈沖還是連續(xù)波，這些都是我們在內(nèi)部開發(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補充稱：“我們正在開拓激光的使用，并提供更廣泛適用于電池的解決方案。對我們而言，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，制造商需要了解如何使用激光加工管理熱性能。畢竟，它與機械系統(tǒng)有很大的不同。
變革的時代
從納秒脈沖激光、飛秒激光，到連續(xù)波激光，激光光源類型正在不斷發(fā)展推進。結(jié)果就是不同方法之間形成競爭。Lahiri稱：“用戶需要進行系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化，以達到每千瓦時能產(chǎn)生的最佳結(jié)果。”“然而，在努力實現(xiàn)這種電氣化的未來時，能源存儲的成本仍然是一個大問題，所以任何可以改善這一過程的事情都可能改變游戲規(guī)則。”
意識到這一機遇，Enovix一直在構(gòu)建一個可擴展的架構(gòu)，以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)：“我們開發(fā)的電池技術(shù)的獨特之處就在于，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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