Il laser in sostituzione della tranciatura meccanica nelle linee ad elevata produttività

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1 0 Il laser in sostituzione della tranciatura meccanica nelle linee ad elevata produttività

2 Gruppo Laser

3 Struttura delle Batterie Li-ion LiFePO4: 50 µm (x2) Or Alluminio: 20 µm LiCoO2: 50 µm (x2) PE + Ossidi Ceramici: 20 µm CATODO SEPARATORE ANODO Rame: 10 µm Grafite: 50 µm (x2) C. Philpot, The Current Condition and Future Potential of Automotive Batteries

4 Fabbricazione delle Batterie Li-ion G. Reinhart, et. al., Research and Demonstration Center for the Production of Large-Area Lithium-Ion Cells, in: Future Trends in Production Engineering, 3-12 (2011).

5 Taglio Laser degli Elettrodi VANTAGGI Nessuna usura dell utensile; Minori costi di sostituzione e manutenzione dell utensile; Flessibilità nella gestione delle geometrie; Elevata precisione. SFIDE Interazioni tra gli strati; Effetti termici; Sensibilità della composizione chimica e della microstruttura; Generazione di fumi; Distribuzione temporale dei costi. Obiettivi del Progetto: Determinare l influenza dei parametri laser sull efficienza e sulla qualità del taglio; Valutare potenziali cambiamenti di composizione chimica e microstrutturale; Specificare la sorgente e le ottiche commerciali più adatte.

6 Riassunto del Progetto Ampia campagna sperimentale per valutare gli effetti dei seguenti parametri: Lunghezza d onda; Modalità di emissione (continua e pulsata); Velocità di esposizione; Energia, durata e frequenza dell impulso. Analisi effettuate con: Profilometro ottico confocale; Microscopio elettronico a scansione (SEM); Microscopio Raman. Prove di capacità su batterie prodotte; Formazione e trasferimento tecnologico all azienda.

7 Profilometro Ottico 100 mm/s 100 khz, 140 µj 500 khz, 28 µj 1064 nm (infrarosso) 532 nm (verde)

8 Profilometro Ottico 100 mm/s A 1064 nm, la migliore efficienza è ottenuta con 100 khz, 30 ns, impulsi a media energia (100 µj) per il catodo e 20 khz, 200 ns, impulsi ad elevata energia (300 µj) per l anodo.

9 Microscopio Elettronico a Scansione 4 ns, 500 khz, 28 µj 100 mm/s 30 ns, 500 khz, 28 µj 100 mm/s

10 Microscopio Elettronico a Scansione 30 ns, 100 khz, 140 µj, 100 mm/s 200 ns, 100 khz, 140 µj, 100 mm/s

11 Microscopio Raman 100 khz, 30 ns, 140 µj, 100 mm/s; 951 cm-1 picco corrispondente a LiFePO4 olivine a 70 µm dal bordo di taglio; ZTA larga ~130 µm. (viii) 217,277 cm 1 (vii) Intensity (a.u.) (vi) (v) (iv) (iii) (ii) (i) 951 cm 1 Unexposed Raman Shift (cm 1) 2000

12 Microscopio Elettronico a Scansione Catodo Anodo 65 ns, 1 MHz, 150 µj 1000 mm/s

13 Microscopio Raman Catodo Anodo

14 Soluzione Industriale Sorgente laser a fibra pulsata al nanosecondo, con lunghezza d onda 1064 nm, 150 W / (m/s) di potenza media; eg. Laser a fibra pulsato IPG 500 W; Testa a scansione galvanometrica ad alta velocità; Dimensioni fisiche compatibili con quelle della macchina; Velocità di taglio fino a 3 m/s.

15 Fattibilità Economica Sistema Meccanico: Sistema Laser: Ritorno di investimento tra 2 e 5 anni.

16 Taglio degli Elettrodi

17 0 Adrian Lutey, Ph.D Gruppo Laser Università di Bologna