隨著全球汽車市場繼續(xù)向電氣化動(dòng)力模式發(fā)展，更好的生產(chǎn)工藝流程變得至關(guān)重要。

最近，美國電池制造商Enovix公司宣布與IPG Photonics公司合作，以推動(dòng)整個(gè)行業(yè)從機(jī)械切割向激光加工過渡，因?yàn)橄乱淮�激光加工設(shè)備可以顯著提高規(guī)�；�生產(chǎn)。

“我們的制造工藝已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，2018年采用的是30W激光器，而如今采用的是1KW激光器，這些激光器將被納入Gen2系統(tǒng)。”Enovix公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Ashok Lahiri說，“我們的工藝在很大程度上依賴于激光圖案化加工技術(shù)的高性能和高精度。在過去的15個(gè)月里，利用激光功率的提高和電極加工技術(shù)的進(jìn)步，Enovix公司已經(jīng)證明了激光加工可以將電池的生產(chǎn)效率提高數(shù)倍。”Enovix因設(shè)計(jì)和制造下一代3D硅鋰離子電池而聞名業(yè)界（見圖1）。

電池新架構(gòu)

Enovix公司研發(fā)出了一種新型技術(shù)，其電極加工方式有望徹底改變電池的制造方式（見圖2）。對于傳統(tǒng)的電池組，由于電極是在垂直方向上堆疊的，所以制造商處理電池的方式可以是纏繞也可以是堆疊。Enovix公司將堆疊方式轉(zhuǎn)了90°，使堆疊方向?yàn)樗�平方向，進(jìn)而改變了電極的方向（見圖3）。

“這意味著當(dāng)我們在X-Y平面切割時(shí)，對電極而言，實(shí)際是在X-Z維度上切割，并且縮短了切割距離。”Ashok Lahiri說，“當(dāng)切割厚度為20mm或30mm的大型電池時(shí)，有更多的邊緣需要切割，因此切割精度至關(guān)重要的。這就限制了加工精度為毫米級的機(jī)械系統(tǒng)的使用。對于微米級的加工精度需求，正是激光加工可以大顯身手的好時(shí)機(jī)。”

隨著大型電池單元的出現(xiàn)，制造商正在采用垂直堆疊的方式取代傳統(tǒng)的纏繞方法，這為制造商從傳統(tǒng)的機(jī)械加工轉(zhuǎn)向激光加工提供了機(jī)會(huì)。制造商轉(zhuǎn)向激光加工的道理很簡單：因?yàn)榧す庠诩庸��?fù)雜的幾何形狀時(shí)，能實(shí)現(xiàn)更高的加工精度。Lahiri說：“雖然激光加工目前是一種比較昂貴的方法，但是激光加工的性能改進(jìn)正在縮小與機(jī)械加工的差距，而機(jī)械加工近年來并沒有得到革命性的改變或發(fā)展”。Lahiri說，“如果在成本和效益方面能達(dá)到一個(gè)利益權(quán)衡點(diǎn)，那么更高的激光切割精度無疑會(huì)帶領(lǐng)明顯的收益。”

隨著電池架構(gòu)的發(fā)展，Enovix公司已經(jīng)大幅提高了所用的激光功率，盡管功率增加不一定與切割速度的增加呈線性相關(guān)，但是切割速度在很大程度上與激光功率的增加有關(guān)。“無論我們使用脈沖激光還是連續(xù)激光，功率的增加都會(huì)直接影響切割速度。我們采用IPG和其他公司的激光系統(tǒng)，并將其納入電池加工的工藝流程中，從而實(shí)現(xiàn)了更高的切割精度和更快的切割速度。”Lahiri說，“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。此外，我們還可以提前了解激光系統(tǒng)供應(yīng)商的研發(fā)路線，以指導(dǎo)我們?nèi)绾胃�好地將這些激光創(chuàng)新應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。”

變革的時(shí)代 

隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，從最初的納秒脈沖激光，到飛秒激光、連續(xù)激光，或介于兩者之間的激光光源，這也導(dǎo)致了不同激光加工方式之間的競爭。“研究人員需要設(shè)計(jì)和優(yōu)化系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)每千瓦時(shí)能量所能產(chǎn)生的最佳加工效果。” Lahiri說，“當(dāng)致力于實(shí)現(xiàn)這種電氣化的未來時(shí)，能源存儲的成本仍然是一個(gè)很大的問題。所以任何改善能源存儲的方法，都可能引發(fā)游戲規(guī)則的改變。”

正是意識到了這一機(jī)遇，Enovix公司一直在努力建立一個(gè)可擴(kuò)展的架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。“人們迫切需要更好的電池來滿足不斷增長的需求，以解決消費(fèi)者的擔(dān)憂。我們希望能夠率先真正改變這個(gè)行業(yè)，然后以此為杠桿進(jìn)入其他行業(yè)。” Lahiri說，“Enovix電池的獨(dú)特之處在于，可以用二氧化硅取代石墨，并享受所謂的100%活性電池。”

作者：Peter Fretty