Rapide, doux et fiable: le Fraunhofer ILT a mis au point un processus sur mesure pour l'ablation du matériau d'anode à partir de feuilles de cuivre très fines jusqu'à 1760 mm³ / min.  Il utilise un puissant laser USP pour exposer les surfaces des contacts électriques.

Ablation laser ultra-rapide pour une conception de batterie plus flexible

Technique d’ablation Ablation laser ultra-rapide pour une conception de batterie plus flexible

| Editeur: Nicole Kareta

Le laser à impulsion ultracourte est connu pour briller chaque fois qu’un matériau hautement sensible doit être usiné rapidement mais doucement. L’Institut Fraunhofer pour la technologie laser ILT a étudié l’une de ces applications: les chercheurs ont développé une méthode rapide, fiable et non destructive d’ablation du matériau d’anode des batteries lithium-ion avec un faisceau laser pulsé ultra-court. Cette technique d’ablation expose des points de contact électriques appelés languettes.

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Rapide, doux et fiable: le Fraunhofer ILT a mis au point un processus sur mesure pour l’ablation du matériau d’anode à partir de feuilles de cuivre très fines jusqu’à 1760 mm³ / min. Il utilise un puissant laser USP pour exposer les surfaces des contacts électriques.

(Source: Fraunhofer ILT, Aix-la-Chapelle, Allemagne.)

Produire diverses électrodes – une manière plus flexible

Les batteries lithium-ion ne sont pas seulement essentielles aux véhicules électriques; ils alimentent également les appareils électroniques grand public tels que les tablettes et les smartphones. La fabrication d’une grande variété de formats de batteries sur une seule ligne de production représente un défi technique majeur pour les fournisseurs de batteries; d’autant plus que cela doit être fait de manière plus productive que jamais. Le revêtement de la feuille de substrat métallique avec un matériau actif est une étape clé de ce processus de production. Ce revêtement est une couche de pâte très fine appliquée sur une feuille de cuivre ou d’aluminium de seulement quelques micromètres d’épaisseur. Les zones désignées de la feuille métallique doivent rester non revêtues pour fournir un contact électrique pour les électrodes. Le processus de revêtement doit être interrompu et redémarré à plusieurs reprises pour créer ces onglets.

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Il faut un processus rapide pour accélérer la production d’électrodes

Ce défi technique devient de plus en plus redoutable à mesure que de nouvelles applications émergent et pénètrent sur le marché, stimulant la demande de batteries lithium-ion de tailles et de formes de plus en plus diverses. La ligne de production d’électrodes doit être rapide et flexible pour relever ce défi. Le revêtement d’une partie seulement de la surface de la feuille est une question très complexe, donc une façon de résoudre ce problème consiste à enduire toute la surface, puis à appliquer un faisceau laser pour exposer uniquement les zones nécessaires aux contacts électriques. «Les bandes transporteuses des lignes de production fonctionnent généralement à des vitesses d’environ 60 m / min», explique le Dr Karsten Lange, chercheur au sein du groupe Micro- et Nano-Structuration de Fraunhofer ILT. «L’idée d’exposer ces zones avec un laser avait échoué dans le passé en raison d’un manque de productivité de la part du processus d’ablation. De plus, la qualité de l’ablation au laser ne répondait pas aux normes élevées pour un point de contact qui pouvait être soudé facilement. »

La nouvelle technologie réduit la production fastidieuse de composants métalliques de grand volume ainsi que le post-traitement manuel fastidieux.

Le nouveau processus USP est rapide, doux et précis

Pour rendre les choses encore plus difficiles, les feuilles de substrat sont très minces – généralement de 6 à 15 micromètres maximum. C’est pourquoi le procédé laser doit exposer les points de contact de manière hautement productive, sans laisser de résidu ni endommager les feuilles délicates du substrat. Le Fraunhofer ILT a opté pour un laser USP puissant avec ces exigences à l’esprit. «Le défi consiste à retirer toute la couche de matériau actif en un seul passage sans laisser de résidu – et sans endommager la fine feuille métallique», explique Lange. «Le processus que nous avons développé nous permet d’appliquer un laser USP pour retirer le matériau d’anode à base de graphite d’une feuille de cuivre de 10 micromètres d’épaisseur à une vitesse allant jusqu’à 1760 mm.3/ min sans l’endommager.  » Dans un proche avenir, il sera possible de pousser encore plus loin les taux d’ablation en utilisant la nouvelle génération de systèmes laser ultra-rapides avec une puissance de sortie de plusieurs kW qui sont actuellement développés dans le Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS de Fraunhofer.

Partenaire recherché pour un développement ultérieur

Maintenant que l’ablation au laser a prouvé ses mérites en laboratoire, le Fraunhofer ILT est impatient de développer davantage le processus pour le rendre plus rapide pour la fabrication de masse. «Par conséquent, nous avons récemment installé un système laser USP haute puissance qui est intégré dans un système roll-to-roll, ce qui nous donne l’opportunité d’étudier l’ablation laser dans un processus continu», déclare Lange. «Nous recherchons maintenant des partenaires pour développer davantage l’ablation laser USP dans une industrie ou un projet de recherche.»

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